发布时间 : 星期一 文章工业码垛机械手毕业设计论文更新完毕开始阅读2ca11fdd250c844769eae009581b6bd97f19bc82
有平面的、V形的和曲面的；手指有三种：（1）外夹式，手部与被夹件的外表面相接触。（2）内撑式手部与工件的内表面相接触。(3)内外夹持式，手部与工件的内，外表面相接触；指数有双指数、多指数和双手双指式等。基于本设计是设计50kg袋料抓手，手指采用的是外夹式V形，多指数结构。
图2.03 手指结构简图
2.1.3袋料抓手压架设计
由于设计的抓手是50kg袋料抓手，而袋料有以下几个特性：（1）柔软，由于袋料一般装的都是散货，因此袋料的可塑性强，比较柔软。（2）易划伤，用来装料的编织袋容易被划伤，使得里面的货物散落出来。给予此两点，本人设计了如下三种压架结构。
图2.04 圆柱型压架 图2.05 带橡胶式压架 图2.06 压圈式压架
第一种方案结构简单，可实现简易的定位压紧过程，但由于无稳定结构，细杆容易弯曲变形因此不采用。第二种方案不仅是把第一种的圆柱形变成了长方体，同时在其下方加了一层半圆柱形的橡胶，这样既减少了手部在运动过程中袋料的上下抖动程度，又使得本身不易变形。第三种方案加大了压架与袋料的接触面积，且结构稳定，能很好的夹紧袋料。综上，采用第三种方案比较适合本次设计要求。
2.2.4轴承选型
为了支撑机构中的轴结构，在轴的两边各加一个轴承使其机构更加稳定可靠。
轴按摩擦性质分为：滑动轴承和滚动轴承，由于滑动轴承有摩擦阻尼小，可同时承受径向力和轴向力，互换性好，易于维修等特点。故本次采用滚动轴承。滚动轴承有包括：调心球轴承，调心滚子轴承，圆锥滚子轴承，推力球轴承，深沟球轴承，角接触轴承，圆柱滚子轴承。而其中圆锥滚子轴承可同时承受径向载荷及轴向载荷符合结构要求。因此本次设计初选轴承型号为圆锥滚子轴承30204。
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2.2袋料抓手的驱动方案设计
2.2.1手抓部分驱动结构及方式
气动驱动，空气被压缩，气缸，马达或者其他装置里储存的能量转化为机械能。然而，在工业引用中当能量要求不高时，使用压缩空气是唯一符合成本效益的。气动的“敏捷手指”被应用于短距离高速移动较小的物体，比如夹紧，运输，拧紧以及其他工业，贸易或医疗任务中。
手抓部分只负责实现袋料的抓放过程和袋料的定位夹紧过程，属于短距离高度移动运动过程，因此，采用气动装置来驱动抓手部分比较符合本设计要求.
气动系统控制要求：实现抓手手爪部分的抓放过程，实现抓手压架部分的压合与分离过程。在气动系统中，气动执行器是将压缩空气的压力能转化为机械能的元件。它驱动机构做直线运动，摆动或者回转运动，输出力或力矩。气动执行器分为气缸，搬动时气缸和气马达，基于设计要求，本次设计采用气缸来实现运动过程。
气动控制基本流程为：由空气压缩机来压缩空气提空驱动所需要的气压，被压缩的空气通过四个气缸来实现手爪与压架的机械运动过程，途中通过换向阀来实现运动过程中的工作行程与回程的切换。
2.2.2气动控制方案原理图
图2.07 气动控制方案原理图
气动控制方案原理图说明：空气通过空气压缩机进行压缩然后在到达减压阀（减少系统压力，以保证气动系统工作安全，使系统压力回到调定值范围内）。通过减压阀后被压缩的空气依次通过2位5通电磁换向阀（通过电磁换向实现系统工作行程与回程的切换）与节流阀（通过调节其开度来限制系统中的流量）到达气缸，以实现气缸正常的运作。当工作行程时，YA2,YA4,YA6,YA8电磁触点得电。回程时，YA1 ,YA3,YA5,YA7电磁触点得电。
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2.3袋料抓手电气控制方案比较与确定
目前，市面上可以选择的控制方式有：（1）继电气控制（2）单片机控制（3）PLC控制。
继电器控制系统：工作方式上当电源通电时所有继电器都处于受制约状态，属于并行工作方式。控制速度上工作频率低，且机械触电还会出现抖动。可靠性能上系统用了大量的机械触点，连线多，触点开闭是存在机械摩擦，电弧烧伤等现象，触点寿命短，所以可靠性和安全性能较差。不适用于本次设计。
单片机控制系统：单片机虽然有一个五脏俱全的微计算机，但本身无自开发能力，必须借助开发工具来实现相应的功能，以及对硬件系统进行诊断。系统硬件方面相对比较复杂，系统电路设计工作量相对较大，影响设计时间。稳定性上，由于工厂内条件较差，很难保证系统的可靠性和稳定性。维修上，需要时间较多比较麻烦。故本设计不采用。
PLC控制系统：可靠性能较高，抗干扰能力强，平均故障时隔时间长，故障修复时间短。通用性强，控制程序可变，使用方便。并且编程简单，容易掌握。还有体积小，重量轻，功耗低，维护方便等优点。因此本设计采用PLC控制系统比较合理。
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3 气动系统设计
3.1 空气压缩器选型
空气压缩机是产生压缩空气的气压发生装置，是组成压缩空气站气源系统的主要设备。它分为容积型和速度型压缩机。容积型压缩机：气体压力的提高是靠周期地改变气体容积的方法，即通过缩小气体的容积增大气体密度，来提高气体压力。速度型压缩机：气体压力的提高是以改变气体速度的方法，即先使气体分子得到一个高速度而具有较大的动能，然后将动能转化为压力能而达到提高气体的压力。基于本次设计为驱动机械手这种小型机械系统，本次设计采用速度型压缩机，这种压缩机有（1）背压稳定，输出压力范围大；（2）效率高；（3）适应性强，单机能适应多种流量，排气量可在较广范围内选择等优点。因此，本次设计采用容积型双极往复活塞式空气压缩机。由于整个系统比较小且没有大的气压执行件，估得本次设计额定压力在1.5Mpa左右,大致流量为120L/min。基于系统的额定工作压力与流量的考虑，本次设计选用DTYC公司的新型VS55A空气压缩机。
3.2减压阀选型
减压阀是输出压力低于输入压力，并保持输出压力稳定的压力控制阀。它可保证气动系统或装置的工作气源压力稳定，不受输出空气流量变化以及压缩空气源压力波动的影响。减压阀从调压方式上分为直动式和先导式。内部先导式减压阀增加了有喷嘴，挡板，固定节流孔及气室所组成的挡板放大环节。提高了对阀芯控制的灵敏度，即提高了阀的精度。故本次设计采用内部先导式减压阀。由于空气压缩机额定压力在1.5Mpa左右,实际输出压力选择0.7Mpa较为合适，此时在P=0.7Mpa的流量特性曲线中
Q?7/m3?h?1时，输出压力为0.55Mpa。基于系统工作压力与排气量考虑，本次设计采用SMC公司
的AR10P-030(自带空气过滤器与压力计)。
3.3管道设计
由于本次设计最大输出流量为120L/min左右，即Q?7/m?h3?1。查下表可得：当流量为
116.67L/min 时所用管道的公称通径为10mm。在管道的材料方面，尼龙管为气动最常用的产品，它可以在避免发生折曲并堵塞气流的最小允许弯曲半径外弯使用，它具有良好的抗磨损性能和耐压性能，但高温时耐压能力迅速下降，其允许使用环境为-20—+60°C。聚氨酯管的弯曲性能比软尼龙管好，适用于弯曲大，狭小空间使用，故本次设计采用聚氨酯管（TU系列）。其外径为10mm时，内径为6.5mm，最小弯曲半径为27mm。
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