1、PLC控制機械手設計 畢業設計說明書（論文）中文摘要 機械手是能夠模仿人手動作，并按設定程序、軌跡和要求代替人手抓（吸）取、搬運工件或工具或進行操作的自動化裝置，它能部分的代替人的手工勞動。較高級型式的機械手，還能模擬人的手臂動作，完成較復雜的作業。在機械制造業中，機械手已被廣泛應用，從而大大地改善了工人的勞動條件，顯著的提高勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。在我國，工業機械手近年來有較快的發展，投入了大量的人力物力加以研究和應用，并且很好的效果。本課題主要研究的問題是"近距離自動移動式機械手臂設計-氣壓驅動式"。設計包括兩大方面，其中之一是自動行走部分，另

2、一部分為手臂的運轉。采用同一驅動能源-氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達帶動兩輪轉動。氣壓泵固定在某處，用一根軟管將泵與馬達相連，馬達安裝在行走裝置中。運動手臂的直線運動用氣缸來實現，旋轉運動用氣壓馬達來實現。行走的時候手臂不動，手臂運動的時候，行走部分停止運動。關鍵詞 機械手 氣壓驅動 自動移動 氣泵 畢業設計說明書（論文）外文摘要Title THE DESIGN OF MECHANIC ARM MOVING AUTOMATICLY IN CLOSE RANGE-THE DRIVE OF ATMOSPHERIC PRESSURE AbstractManipulator is to be able

3、 to imitate manpower movement, and according to set program, locus and requirement substitute manpower to grab (inhale), take things or tool or the automation installation that operated， it can be partial to replace the handwork labor of person. The manipulator of higher level type can still imitate

4、 the arm movement of person，completes more complex work. In mechanical manufacturing industry, manipulator has been applied extensively，so improved the labor condition of worker greatly, raising labor productivity notably, quickly realize the step of industrial production mechanization and automatio

5、n. In our country, industrial manipulator has more rapid development in recent years, have put in plenty of manpower material resources to study and apply，and get very good effect. The problem of this program major research is "the design of manipulator arm moving automatically in close range -

6、 the drive of atmospheric pressure ". Design includes two big aspects, one is pushcart move part,the other is the operation of arm. They both With same drive energy - air pump. Walk part can drive two wheels to turn with the motor of atmospheric pressure. The pump of atmospheric pressure fixed

7、in certain place, use a flexible tube linked the pump and motor, motor installation in walk part. The movement of arm in straight line realizes with cylinder, revolving movement realizes with the motor of atmospheric pressure. Walking arm do not move, when the arm moving, walk part stop sport.Keywor

8、ds Manipulator The drive of atmospheric pressure Automatic movable Air pump畢業設計開題報告學 生 姓 名： XXX專 業：機電工程系設計(論文)題目： PLC控制機械手設計指 導 教 師:XXXX 2010年 9 月 13日畢 業 設 計（論 文）開 題 報 告文 獻 綜 述隨著我國工業生產的飛躍發展，自動化程度的迅速提高，實現工件的裝卸、轉向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業的自動化，已愈來愈引起人們的重視。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置

9、。在工業生產中應用的機械手被稱為"工業機械手"。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率；可以減輕勞動強度、保證產品質量、實現安全生產；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。機械手主要由執行機構、驅動系統、控制系統以及位置檢測裝置等組成。（一）執行機構包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。1、手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。2、手腕 是聯接手部和手臂的部件，其調整或改變工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改變工件

10、的空間位置。4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯系。5、行走機構 機械手為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可以增設滾輪行走機構。滾輪式行走機構可分為有軌的或是無軌的兩種。6、機座 它是機械手的基礎部分，機械手執行機構的各部件和驅動系統均安裝于基座上，故起支承和聯接的作用。（二）驅動系統機械手的驅動系統是驅動執行機構運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。1、液壓傳動 是以油液的壓力來驅動執行機構運動。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不

11、然有的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。2、氣壓傳動 是以壓縮空氣的壓力來驅動執行機構運動。其主要特點是介質來源極方便、氣動動作迅速、結構簡單、成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩定性差，而且氣源壓力較低，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環境中進行工作。3、機械傳動 即由機械傳動機構（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等）驅動。其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠、動作頻率高，但結構較大，動作程序不可變。它常被用于為工作主機的上、下料。4、電力傳動 即由特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅動執行機構運動，因為不需要中間的

12、轉換機構，故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發展前途。（三）控制系統有電氣控制和射流控制兩種，一般常見的為電氣控制。它是機械手的重要組成部分，它支配著機械手按規定的程序運動，并記憶人們給與機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間），同時按其控制系統的信息對執行機構發出指令，必要時可對機械手的動作進行監視，當動作有錯誤或發生故障時即發出報警信號。（四）位置檢測裝置控制機械手執行機構的運動位置，并隨時將執行機構的實際位置反饋給控制系統，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統進行調整，從而使執行機構以一定的進度達到設定位

13、置。這里介紹我將要做的近距離自動移動式機械手臂設計-氣壓驅動。一、氣源系統壓縮空氣是保證氣動系統正常工作的動力源，空氣壓縮機是將動力機供給的機械能轉換成氣體壓力能的一種能量轉換裝置。二、氣動執行機構 氣動執行機構由氣缸和氣動馬達。氣缸是利用壓縮空氣的壓力能轉換為機械能的一種能量轉換裝置。它可以輸出力，驅動工作部分作直線往復運動或往復擺動。氣缸可分為：單向作用式氣缸和雙作用式氣缸。氣動馬達是把壓縮空氣的壓力能轉變為機械能的能量轉換裝置，其作用同于液壓傳動的油馬達。它輸出力矩，驅動機構作回轉運動。 三、空氣控制閥1、 壓力控制閥分為：調壓閥、安全閥和順序閥等。2、 流量控制閥是用來調節和控制壓縮空

14、氣的流量、流速以改變執行機構的工作速度。流量控制閥主要有節流閥、單向截流閥和排氣節流閥等。3、方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執行機構的動作發生變化的氣動原件。方向控制閥在整個氣動元件中數量占有相當大的比例，并在氣動系統中起著神經中樞的作用。四、氣動基本回路1、方向控制回路主要有：單作用氣缸中間停止回路，雙作用氣缸換向回路，雙作用氣缸的活塞可在任意位置停止的回路，延時控制回路。2、速度控制回路主要有：單作用氣缸的速度控制回路，雙作用氣缸單向速度控制回路，雙作用氣缸雙向速度控制回路，雙作用氣缸速回運動控制回路，雙缸同步動作的速度控制回路，緩沖回路。五、其他部分行走機構有：車輪式

15、行走機構，履帶式行走機構，步行式行走機構。六、機械手的發展趨勢： 機械手目前多數應用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業，它可按事先制訂的程序完成操作，但普通不具備傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發生某些偏離時，將引起零件甚至機械手本身的損壞。為此，機械手發展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手，設它擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化作相應的變更，如位置發生稍些偏差時即能更正，并自行檢測。重點是研究視覺功能，將機械手和柔性制造系統和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前的機械制造系統的人工操作狀態。主要參考文獻：1 曹承志.電機、拖動與控制學.第3版. 北京：機械工業出版社.

16、2000 畢 業 設 計（論 文）開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 在機械制造業中，機械手已被廣泛應用，從而大大地改善了工人勞動條件，顯著的提高勞動生產率加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。本課題主要研究的問題是"近距離自動移動式機械手臂設計-氣壓驅動式"。設計包括兩大方面，其中之一是自動行走部分，另一部分為手臂的運轉。采用同一驅動能源-氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達帶動兩輪轉動。氣壓泵固定在某處，用一軟管將泵與馬達相連，馬達安裝在行走裝置中。運動手臂的直線運動用氣缸來實現，旋轉運動用氣壓馬達來實現。分析手臂的受力，考慮到整個裝置的平衡。

17、行走的時候手臂不動，手臂運動的時候，行走部分停止運動。 行走部分我采用滾輪式，用輪子在地面上滾動的方式完成行走運動時比較穩定的，應為輪子總是離不開地面的。運動手臂采用三個自由度，分別為上升下降，前后和轉動。 畢 業 設 計（論 文）開 題 報 告指導教師意見：1對"文獻綜述"的評語：該生對機器人的類型及應用領域已比較清楚，說明該生已閱讀了一定的相關資料。并對畢業設計任務所要面臨的問題有了初步的了解，并已明確了設計任務中所要用到的氣動原件，為開展畢業設計奠定了良好的基礎。該生的開題報告已達到了學校規定的要求。2對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 該

18、生的設計任務適中，且已明確了目標，故預計能夠圓滿完成畢業設計任務。 指導教師： XXX 2010 年 9月 13 日所在專業審查意見： 負責人： 年 月 日 目 錄 1引言（或緒論） 11.1 機械手及其組成 11.2機械手的分類 21.3應用機械手的意義 31.4機械手的發展概況 32機械手的設計 52.1機械手設計的總體方案52.2機器人的規格參數62.3氣動部件設計的簡要分析 73機械手的計算 173.1設計手臂結構應注意的問題173.2小車的設計及計算 234機械手臂的工作原理 214.1氣動原理圖 254.2電磁鐵動作程序表 274.3機械手的緩沖和定位 285 PLC控制機械手設計

19、. 29結論 35致謝 36參考文獻37附錄A 裝配圖 38附錄B 零件圖 391 緒論隨著我國工業生產的飛躍發展，自動化程度的迅速提高，實現工件的裝卸、轉向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業的自動化，已愈來愈引起人們的重視。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業生產中應用的機械手被稱為"工業機械手"。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率；可以減輕勞動強度、保證產品質量、實現安全生產；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環境中，它代替人進行正常的工作

20、，意義更為重大。1.1 機械手及其組成機械手是一種能模仿人手臂的某些動作功能，按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手是工廠企業高度自動化的標志，它能完成許多高技術難度和繁重的體力勞動，尤其對于高溫、高壓、高濕度、污染等不適宜以人工工作的環境中，機械手起到了不可取代的作用。機械手的組成及其相互之間的關系如圖所示。機械手主要由執行機構、驅動系統、控制系統以及位置檢測裝置等組成。（二）執行機構包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。

21、2、手部 即與物件接觸的部件。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。2、手腕 是聯接手部和手臂的部件，其調整或改變工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯系。5、行走機構 機械手為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可以增設滾輪行走機構。滾輪式行走機構可分為有軌的或是無軌的兩種。6、機座 它是機械手的基礎部分，機械手執行機構的各部件和驅動系統均安裝于基座上，故起支承和聯

22、接的作用。7、其它部分 行程檢測裝置和傳感裝置等。行程檢測裝置是檢測和控制機械手各運動行程（位置）的裝置。傳感裝置其中裝有某種傳感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反映手指與物件是否接觸、物件有無滑下或脫落、物件的位置是否準確、手指對物件的握緊力是否與物件的重量相適應。（二）、運動機構使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有23

23、個自由度。1.2 機械手的分類、按機械手的使用范圍分類： 專用機械手 一般只有固定的程序，而無單獨的控制系統。它從屬于某種機器或生產線，用以自動的傳送物件或操作某一工具。這種機械手結構較簡單，成本較低，適用于動作比較簡單的大批量生產的場合。 通用機械手（也稱工業機器人）即指具有可變程序和單獨驅動的控制系統，又不從屬于某種機器，而能自動地完成傳送物件或操作某些工具的機械裝置。、按機械手的驅動方式分類： 液壓驅動機械手 以壓力油進行驅動。 氣壓驅動機械手 以壓縮空氣進行驅動。 電力驅動機械手 直接用電機進行驅動。 機械驅動機械手 是將主機的動力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機構等傳給機械手的一種驅動方

24、式。、按機械手臂力大小分類： 微型機械手 臂力小于1公斤。 小型機械手 臂力為110公斤。 中型機械手 臂力為1030公斤。 大型機械手 臂力大于30公斤。 按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續軌跡控制機械手等。1.3 應用機械手的意義隨著科學技術的發展，機械手也越來越多地被應用。在機械工業中，鑄、鍛、焊、鉚、沖壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應用的實例。其它部門，如輕工業、建筑業、國防工業等工作中也均有所應用。機械工業中，應用機械手的主要目的：一、可以提高生產過程的自動化程度。 應用機械手，有利于實現材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而

25、可以提高勞動生產率和降低生產成本。 二、可以改善勞動條件、避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作時有危險或根本不可能的。而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業，使勞動條件得以改善。 在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減少人力，并便于有節奏地生產 應用機械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續地工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設機械手，

26、以減少人力和更準確地控制生產的節拍，便于有節奏進行生產。綜上所述，有效地應用機械手，使發展工業的必然趨勢。1.4 機械手的發展概況1、 降低機械手的成本 為了擴大機械手的使用范圍，必須降低機械手的成本。據統計，機械手電氣控制裝置所占成本的比重較大。2、 品種多樣化 為了適應不同工作的需要，應使的機械手的品種多樣化，用機械手代替更多的人的手工勞動，進而實現生產過程的自動化。特別是那些工作比較單一、重復性很大而工作條件又較差和勞動量較大的工種，更應注意設計和使用各種類型的機械手。3、 零件、部件系列化、通用化、標準化 為了加速擴大機械手的應用領域，應盡量縮短其設計和制造周期。這樣，就要求機械手的某

27、種零件、部件(如手部、臂部等）系列化、通用化、標準化。然后，即可根據具體工作的需要，將這些零件、部件（或再相應地增加一些其它零件、部件）進行組合，組成需要的機械手。當然，這樣的機械手還應保證組合方便，一旦工作變更時，就能迅速而順利的重新組合。4、 產品性能應準確可靠 機械手的重要技術指標之一，就是其性能應穩定可靠。為此，要求設計合理，元件穩定，制造精確。機械手是機械、電子、計算機、液壓液力與氣壓傳動等多學科高新技術融合的成果，是當代技術進步的典型范例。機械手通常用作機床或其它機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需

28、要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手。專用機械手經過幾十年的發展，如今已進入以通用機械手為標志的時代。由于通用機械手的應用發展，進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容，不僅包括一般的機械、液壓、氣壓傳動等基礎知識，而且還應用一些電子技術、電視技術、通訊技術、計算技術、無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發展這一新技術都很重視。氣動技術作為機器人中的驅動功能已有部分被工業界所接受，而且對于不太復雜的機械手，用氣動元件組成的控制系統已被接受。由于氣動技術與電子技術的結合，以及周邊技術的成熟，在工業自動化領域里，氣動機械手、

29、氣動機器人的實用性已經充分體現出來。因為氣動伺服定位技術一出現，就受到工業界和學術界的高度重視，同時為氣動機器人、氣動機械手大規模進入工業自動化領域開辟了十分寬廣的前景。研制具有一定"感觸"和"智力"的智能機器人。這種機器人，具有各種傳感裝置，并配備有計算機。根據仿生學的理論，用計算機充當起"大腦"，使它能"思考"、能"分析"、能"記憶"。用電視攝像機、測距儀、纖維光學傳感器、導光管或其它光敏元件作為"眼睛"，在其"視野"的范圍內能&q

30、uot;看"。用聽筒和聲敏元件等作"耳朵"能"聽"。用揚聲器等作"嘴"能"說話"進行"應答"。用熱電偶和電阻應變儀等作"觸覺"能"感觸"。用滾輪或雙足式的行走機構作為"腳"來實現自動移位。這樣的智能機器人，可以由人用特殊的語言對其下達命令，布置任務。受令后的智能機器人，即可根據現場環境的各種條件或信息，獨立地"分析"和"判斷"并自編或自變程序的進行工作；能夠自找（選擇）物件的方位，字調握

31、力的大小，自找傳送路線以避開障礙物。因此，它將成為"無人化"系統的重要組成環節之一。2 機械手的設計2.1 機械手設計的總體方案由于本次設計的機器人需要通過氣缸來實現機械手臂的三個方向上的自由度如：手臂的上下的升降運動、手臂的前后伸縮運動、手臂的回轉運動以及用氣壓馬達來實現小車按軌道運動。總體設計方案如下面的框圖所示： 設計示意圖如下所示 機械手的執行機構由于采用積木式連接，結構非常簡單、實用。2.2機器人的規格參數該機械手屬于圓柱坐標式。（一） 機器手的參數：1、主參數 機械手的最大抓重是其規格的主參數，機械手最大抓重以10公斤左右的為最多。故該機械手主參數定為10公斤。

32、2、基本參數 運動速度是機械手主要的基本參數。操作節拍對機械手速度提出了要求，設計速度過低則限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉的速度。該機械手最大移動速度設計為1200毫米/秒，最大回轉速度設計為1200/秒。平均移動速度為1000毫米/秒，平均回轉速度為900/秒。機械手動作時有起動、停止過程的加、減速度存在，用速度-行程曲線來說明速度特性較為全面，因為平均速度與行程有關，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。則手臂前后伸縮平均速度為1000毫米/秒，手臂上下升降平均速度為500毫米/秒，手臂回轉平均速度為900/秒。除了運動速度以外，手臂設計的基本參數

33、還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而使剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。據統計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為600毫米，最大工作半徑為1500毫米，手臂安裝前后可調200毫米。手臂回轉行程范圍定為2400，又由于該機械手設計成手臂安裝方位可調，從而擴大了它的適用范圍。手臂升降行程定為150毫米。氣壓驅動工作壓力P為46公斤/厘米2。機械手臂定位和緩沖采用機械擋塊和緩沖器定位；定位精度為±0.5±1毫米。2.3 氣動部件設計的簡要分析 1、 氣缸 氣缸是利用壓縮空氣

34、的壓力能轉換為機械能的一種能量轉換裝置。它可以輸出力，驅動工作部分作直線運動或往復擺動。氣缸是由缸體、活塞、活塞桿、密封件及緊固件等組成。氣缸的種類很多，主要有單作用氣缸、雙作用氣缸、組合氣缸，擺動氣缸。單作用氣缸又可分為柱塞式氣缸、活塞式氣缸、薄膜式氣缸；雙作用氣缸又可分為普通氣缸、雙活塞桿氣缸、不可調緩沖氣缸、可調緩沖氣缸、活塞帶導向桿氣缸、串聯式氣缸；組合氣缸又可分為氣液阻尼缸和步進式氣缸；擺動氣缸又可分為單葉片擺動氣缸和雙葉片擺動氣缸。本次機械手的設計中 ： 手臂的升降機構中采用了單作用氣缸中的柱塞式氣缸，壓縮空氣推動活塞單方向向上運動，借助自重下降。結構簡單又實用。 手臂的前后伸縮機

35、構中采用了雙作用氣缸中的普通氣缸，壓縮空氣推動活塞雙向運動，應用很廣泛。 手臂的回轉機構中采用了擺動氣缸中的單葉片擺動氣缸，將壓縮空氣的能量變為回轉運動的機械能，擺動角度小于3600。剛開始打算采用兩個直動氣缸帶動鏈條鏈輪或帶動齒條齒輪來獲得回轉運動，經設計方案的比較得出采用回轉氣缸的結構要緊湊的多，所以還是采用了擺動氣缸。 手指夾緊氣缸中我采用了單作用氣缸中的活塞式氣缸，壓縮空氣推動活塞但方向運動，借助彈簧力反向運動。結構簡單，壓縮空氣用量較柱塞式少。2、 空氣控制閥 空氣控制閥是氣動控制元件，它的作用是控制和調節氣路系統中壓縮空氣的壓力、流量和方向，從而保證氣動執行機構按規定的程序正常地進

36、行工作。空氣控制閥按其作用可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三類。 壓力控制閥根據它的作用不同又可分為：調壓法、安全閥和順序閥。 流量控制閥是用來調節和控制壓縮空氣的流量、流速以及改變執行機構的工作速度。它主要有截流閥、單向截流閥和排氣節流閥。 方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執行機構的動作發生變化的氣動元件。方向控制閥按閥內氣流的方向分：單向型方向控制閥，它只允許氣流沿一個方向流動。如單向閥、快速排氣閥等；換向型方向閥，它可以改變氣流流動的方向。按控制方式分：電磁、氣壓、機械和人力等控制方法實現。按動作方式可分為：直動式和先導式。按聯結方式分：管式連接、板式連接和法蘭

37、連接式連接。本次機械手的設計中：經過考慮和分析后，在不光滿足各氣路要求的條件下又考慮到控制閥的統一性和方便性，我統一選擇了型號為Q24D2H-15-S1的電磁方向控制閥。各氣缸凡能采用排氣節流方式的，都通過電磁閥的排氣口節流阻尼螺釘（錐面式）調速。手臂前后伸縮氣缸的氣路上，在最接近氣缸處，裝有兩個快速排氣閥，以加快啟動速度和調節全行程上的速度，同時通過調節閥又可使其加速度限制在允許的范圍內，以減少制動時的慣性沖擊，提高定位精度。手臂的上下升降則采用進氣節流方式，用一個單向節流閥調整手臂的上升速度。下降（靠自重下降）速度仍有電磁閥排氣口節流調整。3、氣動基本回路 氣動回路和液壓回路相比，有幾方面

38、的不同；一臺氣動機械手的氣動系統有時比較復雜，但經過剖析卻不外乎一些基本回路所組成。掌握了氣動基本回路以后，對分析和設計氣動機械手的氣動系統都有較大的幫助。第一，空氣壓縮機輸出的壓縮空氣首先儲存于儲氣罐中，然后供給各個回路使用。畫氣動回路圖示空氣壓縮機常省略不畫，但設計氣動東回路時，不要忘記考慮氣源的能力。第二，氣動回路使用過的空氣是經排氣口排入大氣的，因而不設回氣管道來回收空氣。第三，由于空氣的粘性很小，在管路中的壓力損失較小。因此，在盡量縮短氣動管路的情況下管路仍然很長，并不妨礙使用。由于氣動執行機構中，以氣缸應用最廣泛，故下面所論及的基本回路均以氣缸為其執行機構。設計機械手的氣動系統時，

39、最簡便的方法是把選定的完成不同任務的基本回路組合起來。氣動基本回路的種類：氣動基本回路的種類很多，為了便于設計機械手的氣動回路，僅將氣動基本回路按方向控制回路和速度控制回路兩方面加以敘述。 方向控制回路（一）單作用氣缸中間停止回路（圖2-1）這種回路可使活塞停在氣缸中間的任意位置。當三位三通電磁閥的滑閥處在中間位置時，氣缸的通路封閉，活塞停止運動。滑閥處在位置I時，活塞下腔進氣，推動活塞桿伸出。滑閥處在位置II時，活塞下腔排氣，彈簧力推動活塞下行。（二）雙作用氣缸換向回路（圖2-2）采用二位五通單電控滑閥控制活塞雙向運動。圖示位置，活塞右腔進氣，左腔排氣，活塞向左運動。滑閥切換后，活塞左腔進氣

40、，右腔排氣，實現了氣缸活塞的換向。這種回路時雙作用氣缸的最基本的換向回路。 （三）雙作用氣缸的活塞可在任意位置停止的回路圖2-3所示為單活塞桿氣缸的這種回路。它采用中封式三位五通雙電控滑閥，當滑閥處在中間位置時，各口互不相通，活塞可停留在氣缸的任意位置。這種回路不允許有漏損，這樣才能保證氣缸可靠地工作。在氣缸終端需要保持活塞固定的停止位置時，也使用這種回路。圖2-4所示為雙活塞桿氣缸的這種回路。它采用中封式三位五通雙電控滑閥，當滑閥處在中間位置時，壓縮空氣同時與活塞左、右兩腔相通。因兩腔活塞的有效受壓面積相等，從而保證了活塞兩腔同時受壓時，活塞能停留在任意位置。但當外界加在活塞桿上的軸向力不平

41、衡時，則活塞停止的位置不穩定。為了克服這個缺點，可增設調壓閥進行壓力調解，控制活塞兩側壓力平衡，如圖2-5所示。這種回路可允許有少量漏損，比采用中封式閥較可靠。（四）延時控制回路圖2-6所示的延時控制回路，為控制信號A使二位四通單氣控滑閥1切換時，壓縮空氣經閥1、單向節流閥3向氣容4充氣，經過一定的時間，氣容壓力達到一定數值，控制二位三通氣控閥2切換。壓縮空氣經閥2的B口輸往執行機構。信號A取消后，閥1又彈簧復位，壓縮空氣控制閥2也復位而關閉，B口無輸出。氣容4中的空氣經閥3的單向閥、閥1而排空。延時控制回路用于不允許使用時間繼電器的場合，如易燃、易爆和大粉塵的場合。 速度控制回路（一）單作用

42、氣缸的速度控制回路（圖2-7）它由二位三通單電控滑閥1和兩個單向節流閥2和3所組成。閥1使氣缸換向，閥2 的節流閥控制氣缸活塞桿的伸出速度。閥3的節流閥控制活塞桿的退回速度。調節節流閥的開度，可以改變活塞雙向的運動速度。 （二）雙作用氣缸單向速度控制回路（圖2-8）該回路是在氣缸的一個氣路上裝設單向節流閥1。圖示位置為壓縮空氣經二位五通單電控滑閥2和閥1的單向閥進入氣缸活塞的右腔，推動活塞左移。當閥2切換后，活塞右腔的排氣速度受閥1可調節流閥的限制，從而控制了活塞桿的伸出速度。由于背壓的存在，也增加了氣缸工作行程的穩定性。除此之外。活塞返回行程的急回運動，也可用來提高機器的生產率。 （三）雙作

43、用氣缸雙向速度控制回路圖2-9所示是將兩個單向節流閥裝在氣缸的兩條氣路上，分別控制活塞兩個方向運動時的排氣速度。調節節流閥，即可得到活塞不同的運動速度。 圖2-10所示是帶有排氣節流閥的速度控制回路。它是將節流閥安裝在二位五通單電控滑閥的排氣口上。調節節流閥，即可控制氣缸的排氣速度，從而使活塞得到不同的運動速度。這種回路的特點是結構較簡單。 圖2-11所示使活塞可得到快速運動的速度控制回路。它是在單向節流閥1和2的后面氣路上并聯了二位二通閥3和4。這樣，不僅可以由閥1和閥2來調節（排氣節流）活塞兩個方向的運動速度，而且當閥3打開時，則活塞可快速左行。二位五通單電控滑閥5切換后，若閥4打開，則活

44、塞可快速右行。因此，可根據需要得到活塞雙向的快速運動。 （四）雙作用氣缸速回運動控制回路該回路當活塞桿右行時，壓縮空氣經由二位五通單電控滑閥3和快速排氣閥2進入氣缸活塞的左腔，推動活塞右行。此時，氣缸右腔的空氣經單向節流閥1節流控制后排空。閥3切換（圖示位置）后，壓縮空氣經閥1的單向閥進入氣缸的右腔。此時，氣缸左腔的空氣從閥2快速排入大氣，獲得急回運動。這種回路要求氣缸附加緩沖裝置。 （一）雙缸同步動作的速度控制回路該回路時采用一個二位四通單電控滑閥來控制兩個氣缸，并在每個氣缸的氣路中裝設單向節流閥，以調整和控制活塞的速度，使之達到同步運動的目的。如用雙缸或多缸操縱一個重型框架起落時，同步舉升

45、或降落極為重要，否則框架被扭斜將產生很大的附加阻力，甚至不能運動。這種回路應以阻力最大的那個氣缸為準，調整其它缸的運動速度以達到同步的目的。（二）氣液操作缸同步回路圖2-14所示的同步回路是由于連接兩個氣液操作缸被封入油液，所以兩活塞的運動速度可完全同步。設計時，應考慮到缸5有桿腔和缸4無桿腔有效面積的關系，當有效面積相等時，兩缸獲同步運動。也可以設計成兩缸按一定比例的速度運動。 （三）緩沖回路對可調行程位置的氣缸（如某些機械手的氣缸）緩沖問題，可采用緩沖回路來解決。圖2-15所示的緩沖回路，是在氣缸的兩條氣路上并聯兩個二位二通閥1和2。在閥1和閥2的排氣口裝設節流螺釘。并在回路中的二位五通雙

46、電控滑閥3的兩個排氣口上也裝設節流螺釘。調節閥1和閥2的排氣節流螺釘，以控制活塞快速行程時的速度。調節閥3的排氣節流螺釘，以控制活塞的減速。從而達到減速緩沖的目的。 圖2-16所示的緩沖回路，是在單向節流閥3和4的氣路上并聯二位二通閥1和閥2。并在二位五通雙電控滑閥5的排氣口上裝設節流螺釘。活塞快速行程時，閥1（或閥2）切換，排氣腔的空氣經閥1（或閥2）和閥5排出，調節閥5的節流螺釘，可控制快速行程時的速度。減速運動時，閥1（或閥2）復位關閉，調節閥3和閥4的節流閥以控制減速運動，達到減速緩沖的目的。圖2-17所示為操作氣缸采用油液阻尼的緩沖回路。操作缸1兩條氣路上的快速排氣閥2和3為快速行程

47、時排氣所用。缸1活塞右行時，快速運動到固結在缸1活塞桿上的撞塊與擋塊II碰撞后，帶動油缸5活塞桿開始減速右行直到停止，在此減速過程中，缸5活塞右腔油液經單向節流閥6節流阻尼后，經單向節流閥7的單向閥進入缸5的左腔。缸1活塞左行時，撞塊碰撞擋塊I后，油缸5活塞桿開始減速左行，直到停止。補油裝置8用作向缸5補油。 在本次設計機械手中我主要用到了其中的氣動基本回路為雙作用氣缸換向回路、單作用氣缸的進氣調速回路、雙作用氣缸單向速度控制回路、帶有排氣截流閥的速度控制回路。3 機械手的計算3.1 設計手臂結構應注意的問題手臂的結構形式是根據機械手的抓取重量、自由度數、運動速度、工作范圍、定位精度以及機械手

48、的整體布局等因素決定的。手臂結構是否設計的合理，對機械手的工作性能有著很大的影響，在設計手臂結構是，除了考慮上述諸因素外，還應注意以下幾點：、應使手臂剛度大、重量輕由于機械手的手臂一般懸伸長度比較長，若手臂的剛度不夠時，會發生手臂彎曲變形過大，就會引起手臂的定位不準，而且也直接影響活塞桿（即手臂）運動的靈活性。另外，手臂在起動或制動過程中受到慣性力或慣性力矩的作用，手臂將發生顫動，由于手臂的顫動，也會影響手臂的定位精度，除了采用可靠的定位裝置外，應對手臂結構有一定的剛度要求，才能保證手臂的準確的工作和一定的定位精度。、應使手臂運動速度快、慣性小為了減小慣性沖擊，一般采取的措施有： 手臂架選用鋁

49、合金等輕質材料來制造，以減輕手臂運動件的質量。 盡量縮短手臂懸伸部分的長度，使手臂未伸出時的總重量的重心偏于伸縮方向的反側，以減小回轉半徑。 減小手臂運動件的輪廓尺寸，使其結構緊湊。 在驅動系統中增設緩沖裝置，使運動件減速緩沖。、手臂動作應靈活為使手臂運行輕快、靈活，除手臂本身結構緊湊輕巧外，應減少手臂運動件之間的摩擦阻力，用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸伸式的機械手，手臂上零部件（如傳動件、導向件、定位件等）的布置應合理，使手臂運動過程中盡量保持平衡，以減少對升降支承軸線的偏重力矩，使手臂運動靈活，防止發生"卡死"（即自鎖）現象。、應使手臂傳動準確、導向性好為了能準確的傳遞

50、工件和保證傳動的平穩，應設有導向支承裝置，以保證手指的正確方向，并增強手臂的剛性。另外裝在手臂上的零部件要求便于裝拆和調整。、輸氣管道的布置應合理機械手上的各工作氣缸彼此在空間作相對的直線運動或回轉運動，要求結構緊湊、外形整齊、動作靈活，因此對各個工作氣缸的輸氣管道布置應給予足夠的重視，尤其是接近工作對象的手腕和手指夾緊缸，在外部用很多的軟管向氣缸輸入壓縮空氣，雖然軟管安裝維修較方便，但是他會影響機械手的運動，并易損傷，而且手臂外形不整齊。、其他要求對于在粉塵場合工作的機械手，應設有防塵裝置等。氣缸的計算： 氣缸的設計應根據作用在活塞桿上的外力（推力或拉力）的大小、活塞的行程和運動速度以及安裝

51、形式等方面提出的要求來進行。氣缸的容積要選擇的適宜，過大的容積不僅及使缸體的尺寸重量增加，同時使壓縮空氣的需要量增加，造成了浪費和增加了成本。 活塞的行程是決定氣缸長度的主要參數，形成過長隊壓桿的穩定性當然不好，對缸筒的加工業會帶來困難。另一方面活塞的運動速度決定與氣缸進氣管道內徑的大小，活塞的運動速度越高，則要求進氣管道的直徑越大。目前氣缸的運動速度由于各方面條件的限制，一般速度的最大值不超過1.2米/秒。氣缸的選擇參考下表：氣缸的有關尺寸參數：氣缸直徑(mm)活塞桿直徑供氣孔直徑（英制管螺紋）氣缸端蓋螺栓d*個數工作壓力（共斤/厘米2）2345623456活塞推力（公斤）不計效率活塞推力（

52、公斤）不計效率5016G1/4"M6*439597898118355370881037520G1/4"M8*4881331772112658212316420524710025G1/4"-3/8"M10*415723531439247114722129436844212530G1/4"-3/8"M10*424536849161373623134746257869415030G3/8"-1/2"M10*63535307078831060339509678848101820040G3/8"-1/2"

53、M12*662894312571571188560390512061508181025050G1/2"-3/4"M16*6982147319642454294594314141188518852356282830055G1/2"-3/4"M16*61414212128283534424113662049273234154099 2、氣缸壁厚的計算：氣缸的內景D確定后，有強度條件計算所需的最小的氣缸壁厚 ，再根據具體的結構來確定適當的數值。依據材料力學的薄壁筒公式，氣缸的壁厚 可在下表查出：材 料氣 缸 內 徑 D (毫米)5075100120150200250300氣 缸 壁 厚 （毫米）鑄鐵HT15-3378101012121616鋼A3,鋼A55566881010鋁合金ZL38 108 1010 1210 1212 1412 1414 1714 17升降氣缸的壁厚 ：缸徑 125毫米，氣缸材料選鋼A3，則 為6毫米。前后伸縮氣缸的壁厚