【正文】 在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。(5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。(6)成本低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動(dòng)場合必將由機(jī)器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。例如，注塑及的生產(chǎn)過程中，往往工件、材料的上下要人工完成，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又影響效率。為此，我課題的提出們把上下料機(jī)械手作為我們研究的課題。課題的主要任務(wù)本課題將要完成的主要任務(wù)如下:①機(jī)械手為注塑機(jī)機(jī)械手，因此它是專用機(jī)械手.②選取機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度③設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括:手部、手臂等部件的設(shè)計(jì)。手部設(shè)計(jì)成吸附式吸盤來吸附工件第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 對氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地搬運(yùn)工件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件。明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，吸附、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求。盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計(jì)制造過程，增強(qiáng)專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是注塑機(jī)專用液動(dòng)上下料機(jī)械手，專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)。按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。 直角坐標(biāo)型機(jī)器人 直角坐標(biāo)型機(jī)器人，它在x,y,z軸上的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，3個(gè)關(guān)節(jié)都是移動(dòng)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線相互垂直，它主要用于生產(chǎn)設(shè)備的上下料，也可用于高精度的裝卸和檢測和作業(yè)。這種形式的主要特點(diǎn)是： (1)在三個(gè)直線方向上移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易想象。 (2)計(jì)算比較方便。 (3)由于可以兩端支撐，對于給定的結(jié)構(gòu)長度，其剛性最大。 (4)要求保留較大的移動(dòng)空間，占用空間較大。 (5)要求有較大的平面安裝區(qū)域。 (6)滑動(dòng)部件表面的密封較困難，容易被污染。 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人，R、θ和x為坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)，其中R是手臂的徑向長度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。這種形式的主要特點(diǎn)是：(1)容易想象和計(jì)算。(2)能夠伸入形腔式機(jī)器內(nèi)部。(3)空間定位比較直觀。(4)直線驅(qū)動(dòng)部分難以密封、防塵及防御腐蝕物質(zhì)。(5)手臂端部可以達(dá)到的空間受限制，不能到達(dá)靠近立柱或地面的空間。極坐標(biāo)型機(jī)器人 極坐標(biāo)型機(jī)器人又稱為球坐標(biāo)機(jī)器人，R，θ和β為坐標(biāo)系的坐標(biāo)。其中θ是繞手臂支撐底座垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角，β是手臂在鉛垂面內(nèi)的的擺動(dòng)角。這種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所形成的軌跡表面是半球面。其特點(diǎn)是： (1)在中心支架附近的工作范圍較大。 (2)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封。 (3)覆蓋工作空間較大。 (4)坐標(biāo)系較復(fù)雜，較難想象和控制。 (5)直線驅(qū)動(dòng)裝置仍存在密封問題。 (6)存在工作死區(qū)。 多關(guān)節(jié)機(jī)器人 多關(guān)節(jié)機(jī)器人，它是以其各相鄰運(yùn)動(dòng)部件之間的相對角位移作為坐標(biāo)系的。θ、α和φ為坐標(biāo)系的坐標(biāo)，其中θ是繞底座鉛垂軸的轉(zhuǎn)角，φ是過底座的水平線與第一臂之間的夾角，α是第二臂相對于第一臂的轉(zhuǎn)角。這種機(jī)器人手臂可以達(dá)到球形體積內(nèi)絕大部分位置，所能達(dá)到區(qū)域的形狀取決于兩個(gè)臂的長度比例。其特點(diǎn)是：(1)動(dòng)作較靈活，工作空間大。(2關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)處容易密封防塵。(3)工作條件要求低，可在水下等環(huán)境中工作。(4) 適合于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。(5)運(yùn)動(dòng)難以想象和控制，計(jì)算量較大。(6)不適于液壓驅(qū)動(dòng)。 圖21 工業(yè)機(jī)械手基本結(jié)構(gòu)形式由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用直角座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手共具有5個(gè)自由度。其中手腕部分2個(gè)自由度，手臂部分1個(gè)自由度，主導(dǎo)軌1個(gè)自由度，橫導(dǎo)軌1個(gè)自由度。 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)為了適應(yīng)注塑機(jī)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成吸附式手部，可以準(zhǔn)確的吸取工件。 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)按照吸附工件的要求，本機(jī)械手共有5個(gè)自由度，即手臂的伸縮，手腕水平面旋轉(zhuǎn)、垂直面旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手水平面兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。因此機(jī)械手的手臂是雙軌道的設(shè)計(jì)，即帶輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的伸縮，齒輪齒條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的升降。 由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向，因此選用氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 用途:用于YKM型注塑機(jī)上下料。 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):（1）抓重 6公斤 (吸附式手部)（2）自由度數(shù) 5個(gè)自由度（3）座標(biāo)型式 直角座標(biāo)（4）手臂最大中心高 1100mm（5）手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程 400mm 伸縮速度 300mm/s 升降行程 200mm 升降速度 300mm/s（6）吸盤吸附范圍 工件: 70mm*70mm（7）定位方式 行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等（8）定位精度 （9）緩沖方式 氣壓緩沖器（10）驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳動(dòng)第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)主要由架體、真空吸盤和真空發(fā)生器組件組成， 架體采用剛性連接， 末端可以與機(jī)械手腕部通過機(jī)械接口相連接， 其中真空吸盤是工件抓取的重要元器件， 吸附機(jī)構(gòu)由4 個(gè)吸盤組成， 呈矩形布局， 對板件工件形成均衡的吸附力（如圖31）， 其中機(jī)械手設(shè)計(jì)的大致構(gòu)型（如圖32）， 機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式為四自由度機(jī)械手， 分別有腕部、小臂、大臂、腰部回轉(zhuǎn)組成， 利用真空泵技術(shù)制成的真空吸附式機(jī)械手是一種高效率， 無污染、定位精度高和經(jīng)濟(jì)可靠的裝配工具， 尤其是在生產(chǎn)成品的裝配、包裝和裝箱工序中更是如此。由于玻璃表面較光滑，板厚較薄，為了實(shí)現(xiàn)對玻璃的抓取、放置、重復(fù)定位精度、提高搬運(yùn)玻璃工件的安全性和可靠性， 我們設(shè)計(jì)一種新型真空吸附式機(jī)械手，來實(shí)現(xiàn)對玻璃的精確搬運(yùn)和定位。圖31真空吸附抓取機(jī)構(gòu)1架體 2真空吸盤 3工件 4真空發(fā)生器組件真空吸附回路由真空供給閥真空破壞閥節(jié)流閥真空開關(guān)真空過濾器6 和真空發(fā)生器1 構(gòu)成真空吸盤控制回路， 當(dāng)需要產(chǎn)生真空時(shí)， 電磁閥2 通電， 當(dāng)需要破壞真空時(shí)，電磁閥2 斷電， 電磁閥3 通電， 上述真空控制元件可組成合為一體， 組成為一個(gè)真空發(fā)生器組件［3］。所示圖33為采用這個(gè)發(fā)生器組件的回路，當(dāng)電磁閥2 通電后， 壓縮空氣通過真空發(fā)生器1， 由于氣流的高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生真空， 吸盤7 將工件吸起， 真空開關(guān)5 檢測真空度發(fā)出信號， 當(dāng)電磁閥2 斷電， 電磁閥3 通電時(shí)， 真空發(fā)生器1停止工作， 真空消失， 壓縮空氣進(jìn)入真空吸盤7， 將工件與吸盤吹開。圖32真空發(fā)生器回路1真空發(fā)生器 2真空共給閥 3真空破壞閥 4節(jié)流閥 5真空開關(guān) 6真空過濾器 7真空吸盤真空吸盤設(shè)計(jì)真空吸盤是真空系統(tǒng)的執(zhí)行元件， 它可以舉升、輸送和夾持十幾克至幾十克重的物料， 由于周圍壓力高于真空吸盤和物料表面間的壓力， 故真空吸盤吸附于物料表面， 真空吸盤與真空泵相連， 壓力愈低， 真空吸盤的吸附力愈大。確定真空吸盤的規(guī)格尺寸時(shí)，所需吸附力是先決條件， 采用簡單的力學(xué)公式： F=PA 可因通常被吸附物體的重量已知， 故吸盤直徑可通過如下公式計(jì)算： φd