气动机械手的设计综述Word文档格式.docx

气动机械手的设计综述Word文档格式.docx

《气动机械手的设计综述Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《气动机械手的设计综述Word文档格式.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

关键词：

气动机械手；

气缸；

气动回路。

Subject:

Thedesignofpneumaticmanipulator.

Abstract

Pneumaticmanipulatorisaautomateddevicesthatcanmimicthehumanhandandarmmovementstodosomething，aslocanaccordingtoafixedproceduretomovingobjectsorcontroltools.Itcanreplacetheheavylaborinordertoachievetheproductionmechanizationandautomation,andcanworkindangerousworkingenvironmentstoprotectthepersonalsafety,Thereforewidelyusedinmachinebuilding,metallurgy,electronics,lightindustryandatomicenergysectors.

Thisarticleismainlyofthepneumaticmanipulatortheoveralldesign,andpneumaticdesign.Thismechanismofmanipulatorincludescylindersandclawsandconnectorsparts,itcanmoveaccordingtotheduetrackonthemovementofgrabbing,carryingandunloading.Thepneumaticpartofthedesignisprimarilytochoosetherightvalvesanddesignareasonablepneumaticcontrolloop,bycontrollingandregulatingpressure,flowanddirectionofthecompressedairtomakeitgetthenecessarystrength,speedandchangedthedirectionofmovementintheprescribedprocedurework.

Keyword:

pneumaticmanipulator；

cylinder；

pneumaticloop.

1绪论

机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。

机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。

因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。

工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。

它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。

机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

1.1机械手简史

现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。

机械手首先是从美国开始研制的。

1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

他的结构是：

机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。

1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。

商名为Unimate（即万能自动）。

运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；

控制系统用磁鼓最存储装置。

不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。

同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。

1962年，美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。

该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。

虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。

1978年，美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±

1毫米。

美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。

如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。

准备把故障前平均时间（注：

故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。

它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±

0.1毫米。

德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。

德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。

瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。

瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。

日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。

自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。

据报道，1976年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。

1979年120多个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。

1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。

其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。

具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。

智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。

截止1979年，机械手累计产量达56900台。

在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。

使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。

预计到1990年将有55万机器人在工作。

第二代机械手正在加紧研制。

它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。

研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。

目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。

第三代机械手（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。

它与电子计算机和电视设备保持联系。

并逐步发展成为柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingsystem）和柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell）中重要一环。

随着工业机器手（机器人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。

1.2机械手的分类

目前对机械手还没有统一的分类标准。

按照不同的分类方式可以把机械手分成多种类型。

1.按驱动方式分类

按驱动装置的动力源，机械手可分为以下的几种。

（1）液压式机械手。

这种机械手的驱动系统通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成，这种机器人通常具有很大的抓举能力并且结构紧凑，动作平稳，耐冲击、耐振动，防爆性好，但对制造精度和密封性能要求很高，否则易发生漏油而污染环境。

（2）气压式机械手。

其驱动系统通常采用通常汽缸、气阀、气罐和空压机组成。

特点是气源方便，动作迅速，结构简单、造价较低、维修方便，但难于进行速度控制，并因气压不能太高，固抓举能力较小。

（3）电动式机械手。

电力驱动是目前机械手使用的最多的一种驱动方式。

其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传递、处理方便，可以采用多种灵活的控制方案。

驱动电机一般采用交流伺服电机、直流伺服电机和步进电机。

由于电机速度高，通常还须采用减速机构（如谐波减速机构、论析减速机构、滚珠丝杠和多杆机构）。

目前也有一些特制电机直接进行驱动，以简化机构，提高控制精度。

其他还有采用混合驱动的机械手，如液-气混合驱动机械手或电-气混合驱动机械手。

2.按用途分类

机械手按用途可分为下列几种。

（1）搬运机械手;

（2）喷涂机械手;

（3）焊接机械手;

（4）装配机械手;

（5）其他用途的机械手。

如航天用机械手，探海用机械手，以及排险作业机械手等。

3.按操作机的位置机构类型和自由度数量分类

操作机的位置机构是机械手的重要外形特征，固常用作分类的依据。

按这一分类要求，机械手可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型机械手。

a）直角坐标型 

b）圆柱坐标型 

c）球坐标型 

d）多关节型 

e）平面关节型

图1-1工业机械手的基本结构形式

操作机本身的自由度最能反应机器人的作业能力，也是分类的重要依据。

按这一分类要求，机械手可分为4自由度、5自由度、6自由度和7自由度机械手。

4.按其他方法还可以分为

（1）家务型机械手：

能帮助人们打理生活，做简单的家务活。

（2）操作型机械手：

能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。

（3）程控型机械手：

按预先要求的顺序及条件，依次控制机械手的机械动作。

（4）示教再现型机械手：

通过引导或其它方式，先教会机械手动作，输入工作程序，机械手则自动重复进行作业。

（5）数控型机械手：

不必使机械手动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机械手根据示教后的信息进行作业。

（6）感觉控制型机械手：

利用传感器获取的信息控制机械手的动作。

（7）适应控制型机械手：

能适应环境的变化，控制其自身的行动。

（8）学习控制型机械手：

能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。

（9）智能机械手：

以人工智能决定其行动的机械手。

1.3机械手的组成

工业机械手通常由执行机构、驱动传动装置、控制系统和智能系统四部分组成。

图1-2为工业机械