【正文】 ，臂力大于30kg。 機(jī)械手的基本動作機(jī)械手形式較多，按手臂的坐標(biāo)形式而言，主要有4種基本形式——直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。現(xiàn)就每種形式所能完成的動作進(jìn)行闡述。1. 直角坐標(biāo)式直角坐標(biāo)式機(jī)械手，是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機(jī)械手。它只能進(jìn)行直線運(yùn)動。具體動作如下：(1) 手臂伸縮；(2) 手臂左右移動；(3) 手臂上下移動。2. 圓柱坐標(biāo)式圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手，是應(yīng)用最多的一種形式，它適用于搬運(yùn)和測量工件?；緞幼魅缦拢?1) 手臂水平回轉(zhuǎn)；(2) 手臂伸縮；(3) 手臂上下；(4) 手臂回轉(zhuǎn)動作；(5) 手指夾緊動作。3. 球坐標(biāo)式 球坐標(biāo)式機(jī)械手，是用途比較廣的一種機(jī)械手。它的基本動作如下：(1) 手臂上下運(yùn)動，即俯仰運(yùn)動；(2) 手臂左右運(yùn)動，即回轉(zhuǎn)運(yùn)動；(3) 手臂前后運(yùn)動，即伸縮運(yùn)動；(4) 手腕上下彎曲；(5) 手腕左右擺動；(6) 手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；(7) 手指夾緊運(yùn)動；(8) 機(jī)械手整體運(yùn)動。4. 關(guān)節(jié)式關(guān)節(jié)式機(jī)械手，是一種適用于靠近機(jī)體操作的傳動形式。它像人手一樣有肘有節(jié)，可實(shí)現(xiàn)多個動作，動作比較靈活，適于在狹小的空間工作。其動作如下：(1) 肩旋轉(zhuǎn)；(2) 上臂彎曲擺動；(3) 下臂彎曲擺動；(4) 下臂旋轉(zhuǎn)；(5) 手腕彎曲擺動；(6) 機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)。 機(jī)械手的操作原理設(shè)計機(jī)械手的靈感來自人的手臂，但也有些不同。例如，機(jī)器人的手臂可以通過嵌入重疊而擴(kuò)展，即滑動一個套一個的圓筒使手臂延長。機(jī)器人的手臂將有待改造以便于他們能像大象鼻子那樣彎曲。抓手,或末端效應(yīng)器,被設(shè)計仿造人的手的作用和結(jié)構(gòu)。許多機(jī)器人裝備有特別的抓手以抓取特殊設(shè)備譬如試管或弧焊工機(jī)架。機(jī)器人手臂的關(guān)節(jié)通常是電動機(jī)驅(qū)動的，大多數(shù)機(jī)器人抓手從一個地方移到另一地方改變方向。運(yùn)動中計算機(jī)計算關(guān)節(jié)角度時需要將抓手移到指定位置。一些多關(guān)節(jié)的手臂由伺服系統(tǒng)，反饋系統(tǒng)，從計算機(jī)接收輸入信號的控制器構(gòu)成。手臂各關(guān)節(jié)有一個設(shè)備測量它的角度并把結(jié)果送往控制器。如果手臂的實(shí)際角度不合指定位置的計算角度，伺服控制器控制關(guān)節(jié)移動到手臂角度等于計算值?？刂破骱团c之相連的計算機(jī)還必須處理從照相機(jī)收集到的確定被抓物體位置的測量信息，不然的話就會碰壞抓手上調(diào)節(jié)抓力的傳感器。任一種機(jī)械手的設(shè)計在一個無特定結(jié)構(gòu)或未知的環(huán)境里將要求多個傳感器和控制器,例如，超音波或紅外傳感器可避免障礙。機(jī)器人，像美國航空航天局（NASA）的齒輪機(jī)器，要求有許多傳感器和強(qiáng)有力的機(jī)載計算機(jī)處理他們流動性的復(fù)雜信息。對于設(shè)計像人一樣準(zhǔn)確工作的機(jī)械手，例如幫助殘疾人的機(jī)械手和在醫(yī)院為病人喂食的機(jī)械手，就更是如此。安全性是設(shè)計為人類服務(wù)的機(jī)械手必備的。 機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手是一種能按給定的程序或要求，自動地完成物件（如材料、工件、零件或工具等）傳送或操作作業(yè)的機(jī)械裝置，它能部分地代替人的手工勞動。較高級形式的機(jī)械手，還能模擬人的手臂動作，完成較復(fù)雜的作業(yè)[3]。機(jī)械手正在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域大顯身手。它們被用于搬運(yùn)物品、裝卸材料、組裝零件等，或握住不同的工具，完成不同的工作，如：讓機(jī)械手握住焊槍，可進(jìn)行焊接；握住噴槍，可進(jìn)行噴漆。而且讓機(jī)械手處理高溫、有毒產(chǎn)品等，它比人手更能適應(yīng)工作。機(jī)器人技術(shù)發(fā)展到智能化階段，機(jī)械手也越來越靈巧了，它們已能完成握筆寫字、彈奏樂器、抓起雞蛋、甚至穿針引線等精細(xì)復(fù)雜的工作。機(jī)械手還可以用來裝配電子元件。機(jī)器人能很好的將芯片裝配在印刷電路板上，因?yàn)樗邆淙怂鶝]有具備的能力。一旦適當(dāng)?shù)鼐幊?，機(jī)械手就不會將芯片放錯地方。這種自動的精度在這種類型的工業(yè)中特別有價值，因?yàn)槎ㄎ缓桶惭b錯誤代價是很高的。機(jī)械手的運(yùn)動范圍是指機(jī)械手在平面或空間的運(yùn)動圖形(軌跡的形狀)及其大小是機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)之一。機(jī)械手所具有的活動度的數(shù)目及組合不同，則其運(yùn)動圖形也不同，而活動度的變化范圍(即直線運(yùn)動的距離和回轉(zhuǎn)角度的大小)決定著運(yùn)動圖形的大小。一般情況下臂部的活動度主要是用以基本上確定手部以及工件(或工具)在空間的運(yùn)動范圍和位置。因此臂部的運(yùn)動也稱作機(jī)械手的主運(yùn)動而腕部的活動度則主要是用來調(diào)整手部以及工件(或工具)在空間的方位。第三章 機(jī)械手夾緊自動控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的選擇控制系統(tǒng)是機(jī)械手的一個重要組成部分，是保證機(jī)械手完成動作要求的主要手段。用它可以控制機(jī)械手的工作順序、運(yùn)動軌跡、動作時間和速度等，使機(jī)械手按照作業(yè)的要求去完成各項(xiàng)任務(wù)。在綜合性裝配作業(yè)中，機(jī)械手不僅需要具備各項(xiàng)裝置的性能，還應(yīng)具有相當(dāng)?shù)淖R別能力，如視覺、聽覺和觸覺的能力等。如要具有判斷、思考能力，則還需要裝配各種傳感裝置。對于復(fù)雜的作業(yè)則需要裝配計算機(jī)來進(jìn)行控制。目前生產(chǎn)中配備的機(jī)械手主要采用液壓控制和程序控制。控制動作比較簡單的可采用射流控制和機(jī)械控制；控制動作較多、較復(fù)雜的可采用數(shù)字控制；多臺機(jī)械手同時操作時，則可采用小型計算機(jī)控制系統(tǒng)。本次設(shè)計中，基于考慮實(shí)際應(yīng)用和機(jī)械手具體動作而采用液壓控制系統(tǒng)，然后采用PLC邏輯編程。 液壓控制系統(tǒng)的元件 液壓控制是機(jī)械手的一種主要的控制形式，機(jī)械手的運(yùn)動速度和操作是根據(jù)油的流量與壓力來確定的。1. 油缸 油缸是盛油液的主要裝置，是進(jìn)行自動控制的媒介。它與手爪夾緊時所需的壓力、油缸的機(jī)械效率、機(jī)械手運(yùn)行速度都有關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況而定。當(dāng)外部載荷確定后，工作壓力高，可減小活塞面積，使機(jī)械手小巧靈活。但隨著壓力增高，對液壓元件精度及密封要求也高。2. 油泵 油泵是液壓系統(tǒng)的心臟，它把電動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成為油壓，同時向液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的壓力油。油泵的種類較多，目前在機(jī)械手上多數(shù)是采用齒輪泵和葉片泵。而從流量的特性看，多數(shù)是采用定量泵。機(jī)械手常用的齒輪泵CB型，一般額定工作壓力為25kg/，葉片泵（YB）型一般為63kg/。而定量泵是根據(jù)液壓系統(tǒng)所需的油泵工作壓力P和所需的流量q這兩個參數(shù)來確定的。3. 控制閥液壓元件主要有方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥3大類。(1) 方向控制閥方向控制閥能夠引導(dǎo)或阻止液流通過某選定的通道，它只起開關(guān)作用，而不能調(diào)節(jié)流量和壓力。它通常是兩通、三通和四通型的，可以采用手動和機(jī)械傳動、氣動和電動進(jìn)行操作。(2) 壓力控制閥壓力控制閥用于調(diào)節(jié)油路壓力，可分為溢流閥和減壓閥兩類，可以是單級（直接作用式），也可以是兩級（復(fù)合式）。溢流閥是常閉的，達(dá)到最大壓力時才開啟，將多余流量從旁路流掉，以保持調(diào)定的壓力；減壓閥是常開的，它的關(guān)閉是為了對管道中液流進(jìn)行節(jié)制，以保持某一最低壓力。此外，與減壓閥結(jié)構(gòu)近似的壓力控制閥還有安全閥或過載溢流閥、背壓閥、卸荷閥、分載閥、順序閥、降壓閥以及沖擊抑制閥等。(3) 流量控制閥流量控制閥用來調(diào)節(jié)油路中流量，其結(jié)構(gòu)形式也很多。從簡單的兩通針閥、球閥、閘門閥直至固定式和可調(diào)式帶壓力補(bǔ)償?shù)牧髁靠刂崎y等。分流閥、減速閥也是流量控制的一種特殊形式?？傊?，液壓執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)緊湊，輸出功率大，作為動力元件是十分合適的。但怎樣進(jìn)行反饋測量以及信號放大、信號操縱，則有賴于電子元件。 液壓控制系統(tǒng)原理機(jī)械手的液壓系統(tǒng)是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。電動機(jī)帶動油泵輸出壓力油，是將電動機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置進(jìn)入油缸，推動活塞桿運(yùn)動，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換機(jī)械能。手臂在運(yùn)動時所克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效面積有關(guān)。手臂做各種運(yùn)動的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。這種借助于運(yùn)動著的壓力油的容積變化來傳遞動力的液壓傳動稱為容積式液壓傳動，機(jī)械手的液壓傳動系統(tǒng)都是屬于容積式液壓傳動。液壓傳動系統(tǒng)框圖可概括如下：機(jī)械能輸出圖33a 液壓傳動系統(tǒng)框圖根據(jù)系統(tǒng)框圖繪畫出其原理圖。 圖33b 機(jī)械手夾緊液壓原理圖1油箱 2濾油器 3油泵 4溢流閥 5單向閥 8換向閥 9壓力表開關(guān) 10壓力表 11直線缸 12活塞桿（手臂） 13手指 14手指動作直線缸 20回油油圖33b中換向閥8是處于中間位置的，這時手臂是不動的。換向閥7處于斷電狀態(tài)（工作油路19與手指夾緊油缸14左腔斷開）。壓力油通過單向閥5進(jìn)入工作油路19后，又分成幾條油路分別進(jìn)行工作。其中一條壓力油經(jīng)換向閥8（此時電磁鐵線圈左通電，而右端的電磁鐵斷電）把閥芯推向右方，使壓力油經(jīng)左邊的環(huán)槽進(jìn)入手臂伸縮油缸11的左腔，活塞桿12向右移動（手臂伸出）。油缸11右腔的油經(jīng)換向閥8右邊的環(huán)槽和回油路20流回油箱。當(dāng)換向閥8的電磁鐵線圈左斷電，而其右邊的電磁鐵線圈通電時，把閥芯推向左邊，使工作油路19與手臂伸縮油缸11的右腔接通，壓力油推動活塞桿（手臂）12向左移動，使伸縮缸11左腔的油經(jīng)換向閥8左邊的環(huán)槽和回油油路20流回油箱。另一路壓力油經(jīng)換向閥7，工作油路19中的壓力油進(jìn)到握緊油缸14的左腔，推動活塞桿21向右移動，借助其端面的楔形使手指13閉合，以握緊物件。手部握緊工件時要有一定的握力，因此要求油路系統(tǒng)要保持一定的壓力，這個壓力的調(diào)節(jié)是由溢流閥4實(shí)現(xiàn)的。從油泵3打出來的壓力油，除了通向單向閥5以外，還有一條分路通向溢流閥4。當(dāng)溢流閥中的鋼球在彈簧的作用下將閥門堵死時，壓力油不能通過溢流閥。當(dāng)油液的壓力增高到一定程度時，并能克服彈簧的作用力將鋼球頂開時，壓力油就通過溢流閥及管路而流回油箱，使工作油液的壓力再不能繼續(xù)升高。 機(jī)械手夾緊液壓系統(tǒng)的控制回路機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手動作的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由一些基本控制回路所組成。這些基本控制回路具有各種功用，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動等。而任何機(jī)械運(yùn)動的全局都是由它的局部構(gòu)成，掌握了實(shí)現(xiàn)這些基本功用的液壓控制回路，對于分析和設(shè)計機(jī)械手的液壓系統(tǒng)大有裨益。 液壓控制的特點(diǎn)1. 液壓控制的優(yōu)點(diǎn) （1）液壓執(zhí)行元件（馬達(dá)和油缸）結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率重量比小。（2）可通過液壓油帶走大量熱能，保證機(jī)械的正常運(yùn)行，并且由于液壓油的潤滑作用，可延長元件的使用壽命。（3）液壓元件有直線位移式和旋轉(zhuǎn)式兩種，使用范圍較廣，其控制速度的區(qū)間也比較寬。只要通過閥和泵的調(diào)節(jié)就能實(shí)現(xiàn)開環(huán)與閉環(huán)的控制系統(tǒng)。（4）響應(yīng)速度比較快，能高速啟動、制動和反向，無滯后現(xiàn)象。其力矩慣量比也較大，因而其加速能力較強(qiáng)。（5）液壓元件與其他驅(qū)動元件相比，剛度較大、位置誤差小、定位精度、耐振動。2. 液壓控制的缺點(diǎn)（1）液壓控制需要一套液壓系統(tǒng)，不像電力容易獲得，而且價格較貴。（2）油溫有上限，并難以保持不漏，比較臟，容易使閥和執(zhí)行元件堵塞。（3）控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，處理功率信號的數(shù)字運(yùn)算誤差、檢測、放大、測試與補(bǔ)償功能不如電子、機(jī)電裝置靈活簡便。第四章 機(jī)械手夾緊電氣控制設(shè)計 設(shè)計內(nèi)容 機(jī)械手的設(shè)計，主要是根據(jù)生產(chǎn)的具體要求進(jìn)行機(jī)械手方案的設(shè)計，以便選擇和確定機(jī)械手的形式、機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式及系統(tǒng)原理圖和控制方式及線路圖等。它必須視具體情況而定。 此次設(shè)計因?yàn)橐紤]到手部、大手臂、小手臂、手腕的動作狀態(tài)，根據(jù)這幾個動作要求，選擇可進(jìn)行多個動作操作的關(guān)節(jié)式。目前工業(yè)生產(chǎn)中多采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，故此次設(shè)計經(jīng)實(shí)用性方面考慮驅(qū)動方式和控制方式均采用液壓系統(tǒng)來進(jìn)行驅(qū)動并控制。 設(shè)計要求 1. 被抓取對象的情況 就是被抓物件的重量、形狀、尺寸、材料、表面加工情況、易碎性及數(shù)量等，以便選擇手部的結(jié)構(gòu)及計算必要的夾緊力或吸附力大小。2. 工作現(xiàn)場的情況 機(jī)械手所附屬于工作主機(jī)或自動線的工作場地面積和空間大小，工作主機(jī)的排列情況等，決定著機(jī)械手的安裝情況。3. 工作環(huán)境及其他特殊要求 此次設(shè)計主要是在高溫環(huán)境下作業(yè)，由于有熱的傳導(dǎo)和輻射問題，手部要采取冷卻與隔熱措施，使機(jī)械手能夠安全順利的實(shí)施自動操作。 方案的確定方案的確定主要是機(jī)械手的驅(qū)動方式的確定。究竟是用液壓、氣壓、電動，還是機(jī)械傳動，要根據(jù)生產(chǎn)工藝和工作環(huán)境來定，本次設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求及實(shí)用性，采用液壓驅(qū)動方式。 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括手指、手腕、手臂、機(jī)身。各結(jié)構(gòu)控制的動作各不相同。(1) 手指：機(jī)械手中直接與工件或工具接觸完成握持工件或工具的部件有些機(jī)械手直接將工具(如焊槍噴槍容器等)裝置于機(jī)械手的前端而不設(shè)置手部。(2) 手腕：機(jī)械手中聯(lián)接手部與臂部主要用來確定手部工作時的位置并擴(kuò)大臂部動作范圍的部件一些簡易的機(jī)械手也有不設(shè)手腕部件將手部直接裝在手臂部件的端部。(3) 手臂：機(jī)械手中支承腕部和手部用來實(shí)現(xiàn)較大范圍運(yùn)動的部件(4) 機(jī)身：機(jī)械手中用來支承手臂等部件并安裝驅(qū)動裝置及其他裝置的部件。機(jī)械手的每一個活動度都相應(yīng)要配有一個原動件(如油缸氣缸或電動機(jī)等驅(qū)動裝置) ，當(dāng)原動件按一定的規(guī)律運(yùn)動時，機(jī)械手各運(yùn)動部件就隨之作完全確定的運(yùn)動?；顒佣葦?shù)和原動件數(shù)必須相等，只有這樣才能使機(jī)械手具有運(yùn)動的確定性。本次設(shè)計中，手部的動作是夾緊和松開，由雙作用式活塞油缸驅(qū)動齒條齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。手腕的動作是左右橫移運(yùn)動，由無桿活塞油缸和四個滾動軸承構(gòu)成的滾動導(dǎo)軌等組成的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。小手臂的動作是上下擺動運(yùn)動，由采用鉸鏈連接的雙作用活塞油缸推動杠桿支架來使其動作。大手臂的動作是上下擺動運(yùn)動，與小手臂的運(yùn)動分別在互相垂直的平面內(nèi)，同樣是采用鉸鏈連接的雙作用活塞油缸推動大臂杠桿使其動作。 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求1. 手臂設(shè)計要求手臂的基本作用是將手爪移動到所需位置和承受手爪抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量等。設(shè)計當(dāng)中應(yīng)該滿足以下幾點(diǎn)要求：(1