机械手臂 - 豆丁网半岛体育机械

　　半岛体育机械动机与目的、设计原理、制作过程、所遭遇困难及解决方法、测试结果、心得报告、参考文献

　　首先要感謝同組同學提供許多專題與設計之參考題目，也要感謝老師每個禮拜的指點，由於這些資訊的獲得，使本組避免在眾多參考文獻中盲目找尋的困擾半岛体育机械，因而節省了不少的時間；另外，在本組從事專題設計與製作的工作期間，曾給予本組熱心支援的同學及好友們，於如今製作與設計的工作告一段落之後，本組成員同樣也要在此向他們表達由衷的謝意，感謝他們的支持及幫助；但重要的是，希望最後藉著本組成員的努力，而能將成品做到極精緻完美的地步。動機與目的本組設計所設計的概念及想法既蘊育而生。由簡易四連桿機構所衍生出的機械手臂有別於一般電磁控制的精密手臂，利用氣壓缸和簡易的控制系統取代製作、動力更大、載重更高精度卻不變的機械手臂相較氣壓手臂和電磁手臂，氣壓手臂故障排除快，應用範圍更廣，較不受環境限制製造也較為簡單。第二章設計原理2-1基本架構(P：壓力大小)，以缸徑30，壓力來源2/cm2為例，出力即為14.1，入力為12/是一種只能供給活塞單側壓力之氣壓缸。因此，僅有一個空氣壓接口，氣壓缸反向回程通常可藉由外力或彈簧力回行。再一次循環中，單動氣壓缸所消耗空氣量約僅為雙動氣壓缸的一半。氣壓缸的行程有長有短，活塞有時以膜片取代。單動氣壓缸一般都應用再夾緊、壓縮、舉高、射出成型及進退料等。【如圖三】本組所使用之氣壓缸有別於上述之一般單動氣壓缸。為能使氣壓缸躲藏於機械手臂當中，選用體積較小，行程不變的雙動筆型氣壓缸。雙動與單動氣壓缸對大的不同在於雙動氣壓缸行程的來回皆由氣壓所控制，為使氣壓手臂能在工作範圍內做多點的停頓及抓取，本組選擇可以進行活塞桿寸動之雙動氣壓缸。行程200mm、缸徑為20mm、工作最大壓力為16bar、工作環境最高溫度為80度。【如圖三】快速接頭是種氣壓缸普遍使用之氣壓配件，一隻雙動氣壓缸需要兩個快速T接頭來配合進排氣。本組使用為自鎖式接頭，前端為6mm螺紋，將此端直接鎖定在氣壓缸之排氣孔，在接上PU軟管。工作最大壓力為10bar、工作環境最高溫度為60度。【如圖四圖圖五】HYPERLINK軟管：氣壓用塑膠管有分大小及規格，本組使用型號及直徑最小之型號。外徑為4.3mm、內徑為2.9mm、最小彎曲半徑為14mm、材質為PU主要的功能是讓空氣進出的管路但是僅能單一進氣或排氣，並不能同時讓空氣進出。【如圖六】消音器：使機構或氣壓缸做動時的噪音可以降低。消音器亦多種形式及規格，由於筆型氣壓缸的缸徑及行程都不大，產生的噪音亦不會太大聲，本組所使用的消音器為最小規格，且數量及少，只在大排氣的地方使用。工作最高壓力為10bar，工作環境最高溫度為60度。【如圖七】主要的動作是控制氣壓缸活塞往返的行程，由於本組所製作以寸動方式作動隻氣壓手臂，所以控制就必須倚賴手動閥來控制。一個手動閥可以搭配多個氣壓缸使用，但是本組的氣壓手臂需要各臂單獨運動，所以每一隻氣壓缸就需要搭配一個手動閥。手動閥可以同時使。用亦可兩支氣壓缸作前進及後退返方向支運動工作。最大壓力為10bar、工作環境最高溫度為80度、標準額定流量為1000l/min。【如圖八】空氣為氣壓手臂之動力來源，有別於一般電子手臂需要兩種以上的動力半岛体育机械，本組所製作之手臂只需空氣單一動力即可。以往的壓縮空氣來源為空氣壓縮機，但其重量過重也很佔據空間，所以本組另外選擇可攜式氣瓶半岛体育机械。可攜式氣瓶比一般的空氣壓縮機輕便，重量約為空壓機的4/1。攜帶方便且不像空氣壓縮機一樣需要供給電源，使用的方法也容易。只要將攜帶式氣瓶與空氣壓縮機相接，將空氣壓縮在氣瓶內即可。本組選用的氣瓶比一般尺寸大一點，為最小尺寸在大一型號。容量為10公升、工作壓力為16bar、重量為6.7公斤、最大工作環境溫度為100度。此型之氣瓶可供一般氣壓缸連續作動約8小時，本組所使用為較小之氣壓缸，所以壓縮空氣的容量相當足夠使用。【如圖九】HYPERLINK圖十二運動方式將氣壓缸固定在手臂中，夾爪固定在手臂最前端利用氣壓缸往返的運動控制夾爪的角度。由於此氣壓缸也搭配了一個手動閥，所以夾爪可以隨工作者的需求來變換理想的角度。HYPERLINK氣爪前端設有三個螺絲孔，規格為6mm可以藉由此三孔來製作自己所需要之夾爪的型式及大小，在將工件固定在前端即可。工作最大壓力為8bar、精度為0.2mm、最大工作頻率為4Hz、工作環境最高溫度為80度、氣爪撐開最大夾緊力為47N。【如圖十三】2-2作動流程一般舊式的機械手臂，是以連桿式的方式來使它可以作動，而我們是以氣壓式連桿來作動，這樣一來也比較不佔空間，以搖桿方式使氣壓缸進行一進一出的動作，而使其手臂可以前後左右的移動。配合手動閥的控制可以隨工作者的需要來操作，可在手臂工作範圍內任意位置停頓及抓取工件。第三章先使用Autocad2005進行零件2D的零件草圖繪製，加以修改，並嘗試先行使用2D的模式進行初步的組裝。尺寸之修改即變更都Cad中完成確定無誤之後，使用inventor9繪製3D的組合圖，並進行3D模擬及炸開Inventor與Por-E最大的不同在於Inventor是一個繪製零件圖層相當方便的軟體，而100%相容於Cad2005，介面及功能也比Pro-E來的容易上手，動態的模擬也不會遜色。3-3夾頭：符合任何工作環境之條件，並可改變其形式。3-4先用鋁板黏固定在下面基座，再用L型角鐵固定在基座上連接一起，再將兩片手臂的鋁板、氣壓缸、桿端軸承固定在同一軸心上並以螺母與螺母對鎖的方式，來固定期手臂，以方同的方式連接三隻氣壓缸並將所有的活塞桿與桿端軸承接合。另外夾爪的部分依工作者得需要來進行調整。氣壓手臂固定完成後，緊接著依照管線圖進行關線配置及安裝將所有快速接頭安裝好後將管線與手動閥相接再將管線連接至氣瓶即可。3-5組裝完成後將手動閥緩緩打開，始得所有氣動元件獲得充分之空氣，並逐步作業。由於機身是使用鋁合金，重量不會造成手臂太大的負擔，硬度也能夠承受氣壓缸作動時的衝擊力。將其氣壓缸隱藏在手臂中其主要目的也能在機體測試中發現，氣壓缸隱藏在手臂中無形間加強了機體的強度，也將施力點轉換成固定點。第四章所遭遇困難及解決方法此專題在製作的製造過程中，遭遇到一些問題，如一開始氣壓洩壓太過快導致活塞桿瞬間到達極限迫使壓克力板破裂。氣壓軟管的配線接錯閥口導致進排氣不順，夾爪的固定方式不正確導致抓取工件時無法發揮最大抓取力道。最後詢問配合廠商及氣液壓專業人士才得以解決，並完成此次專題製作。