PLC机械手臂毕业设计

平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 达到临界速度即音速，此时压力近似为喷嘴进口处的压力之半，即喷嘴出口处的压力

= 0.52 8P,。为了使

低于Pk，必须在喷嘴临界面以后再加一段渐扩段，这样可以在喷

嘴出口处获得比音速还要大的流速即超音速，并在该处建立低压区域，使C处的气体不断的被高速流体卷带走，如C处形成密封空腔，就可使腔内压力下降而形成负压。当在C处连接橡胶皮腕吸盘，即可吸住工件。

图 3- 4 所示为可调的喷射式负压吸盘结构图。为了使喷嘴更有效地工作，喷嘴口与喷嘴套之间应当有适当的间隙，以便将被抽气体带走。当间隙太小时，喷射气流和被抽气体将由于与套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽气速率;当间隙太大时，离喷射气体越远的气体被带着向前运动的速度就越低，同时间隙过大，从喷嘴套出口处反流回来的气体就越多，这就使抽气速率大大的降低。因此，间隙要适宜，最好使喷嘴与喷嘴套之间的间隙可以调节， 以便喷嘴有效地工作。在图3-4中，喷嘴5与喷嘴套6的相对位置是可以调节的，以便改变间隙的大小。

1. 株胶吸盘2.吸盘芯子3.通气坏打4.吸盘体5.喷嘴6.喷嘴套

图 3- 3 可 调喷 射 式 负 压 吸 盘 结构

-21 - 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第四章手腕结构设计

考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设

有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运 动的机构为回转气缸。

4.1手腕的自由度

手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。

手腕自由度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位 精度等许多因素有关。由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性， 因此给手腕设一绕x轴转动回转运动才可满足工作的要求。

目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转油(气)缸，因此我们选用回转气缸。它的结构紧凑，但回转角度小于3600，并且要求严格的密封。

-22 - 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第五章手臂结构设计

按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。

5.1手臂伸缩与手腕回转部分

5.1.1结构设计

手臂的伸缩是直线运动，实现直线往复运动采用的是气压驱动的活塞气缸。由于活塞气缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂结构中应用比较多。同时 ， 气 压驱动的机械手手臂在进行伸缩(或升降)运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。在本机械手中，采用的是单导向杆作为导向装置，它可以增加手臂的刚性和导向性。

该机 械 手 的手臂结构如附图所示，现将其工作过程描述如下:

手臂主要由双作用式气缸1、导向杆2、定位拉杆3和两个可调定位块4等组成。双作用式气缸1的缸体固定，当压缩空气分别从进出气孔c, e进入双作

用式气缸1的两腔时，空心活塞套杆6带动手腕回转缸5和手部一同往复移动。 在空心活塞套杆6中通有三根伸缩气管，其中两根把压缩空气通往手腕回转气缸 5，一根把压缩空气通往手部的夹紧气缸。在双作用式气缸1缸体上方装置着导 向杆2，用它防止活塞套杆6在做伸缩运动时的转动，以保证手部的手指按正确 的方向运动。为了保证手嘴伸缩的快速运动。在双作用式气缸1的两个接气管口 c, e出分别串联了快速排气阀.手臂伸缩运动的行程大小，通过调整两块可调定位块4的位置而达到。手臂伸缩运动的缓冲采用液压缓冲器实现.

手腕回转是由回转气缸5实现，并采用气缸端部节流缓冲，其结构见A-A 剖面;

-23 - 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 在附图中所示的接气管口a、b是接到手腕回转气缸的;d是接到手部夹紧气 缸的。直线气缸1内的三根气管采用了伸缩气管结构，其特点是机械手外观清晰、 整齐，并可避免气管的损伤，但加工工艺性较差。另外活塞套杆6做成筒状零件 可增大活塞套杆的刚性，并能减少充气容积，提高气缸活塞套杆的运动速度。 5.导向装置

气压驱动的机械手手臂在进行伸缩(或升降)运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。

目前常采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆等，在本机械手中采用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。

5.1.3手臂伸缩驱动力的计算

手臂作水平伸缩时所需的驱动力:

图5-1 手嘴伸出时的受力状态

图4- 3 所示为活塞气缸驱动手臂前伸时的示意图。在单杆活塞气缸中，由 于气缸的两腔有效工作面积不相等，所以左右两边的驱动力和压力之间的关系式不

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