【正文】 .............. 24 2．手臂升降氣缸的尺寸校核 ........................................ 24 （三）橫移氣缸的尺寸設計與校核 ....................................... 25 1．橫移氣缸的尺寸設計 ............................................ 25 2．橫移氣缸的尺寸校核 ............................................ 25 五、機械手的定位與平穩(wěn)性 ............................................. 27 （一）常用的定位方式 ................................................. 27 （二）影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 ..................................... 27 1．定位方式 ...................................................... 27 2．定位速度 ...................................................... 27 3．精度 .......................................................... 27 4．剛度 .......................................................... 27 5．運動件的重量 .................................................. 27 6．驅動源 ........................................................ 27 7．控制系統(tǒng) ...................................................... 28 （三）機械手運動的緩沖裝置 ........................................... 28 ................................................. 28 2．計算沿運動方向作用在活塞上的外力 .............................. 28 3. 計算殘余速度 .................................................. 28 六、機械手的電氣控制系統(tǒng)設計 ......................................... 29 （一）機械手的氣壓傳動系統(tǒng) ........................................... 29 （二）機械手的電氣控制系統(tǒng) ........................................... 30 1．環(huán)形時序步進器 ................................................ 31 2．二極管矩陣 .................................................... 32 結 論 ............................................................. 35 參考文獻 ............................................................. 36 多工位沖床專用機械手及送料機構 設計 V 致 謝 ............................................................. 37 多工位沖床專用機械手及送料機構 設計 –1– 一、緒論 （一）工業(yè)機械手 1． 工業(yè)機械手概述 機械手是在機械化 、 自動化生產過程中發(fā)展起來的 ， 模仿 人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的 一種新型裝置 。 在現(xiàn)代生產過程中 ， 機械手被廣泛的運用于自動生產線中， 而工業(yè)機器人的高速研制更是促進了機械手的發(fā)展， 使得機械手能更好 的 實現(xiàn) 機械化 與 自動化的有機結合 。 在工業(yè)生產中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”，它 可以提高生產的自動化水平和 勞動生產率 ，也 可以減輕勞動強度、保證產品質量、實現(xiàn)安全生產 ， 尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大 [1]。 機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力 量 大的特點 。 因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用 。 2． 工業(yè)機械手的應用與 意義 機械工業(yè)中， 機械手在鑄 、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應用的實 例， 尤其 是在自動化數(shù)控機床、 組合機床上使用更為普遍 ，在 其他部門 如輕工業(yè)、 建筑業(yè)、國防工業(yè)等 也均有所應用。 目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS和柔性制造單元 FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手相結合，構成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適用于中、小批量生產，可 以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，使加工系統(tǒng)或制造單元結構緊湊，適應性更 強。當工件變更時，柔性生產系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新?lián)Q代，適銷對路的品種，提高產品質量，更好地適應市場競爭的需要。 綜上所述，在機械工業(yè)中 應用機械手的意義可以概括如下： (1)提高生產過程中的自動 化程度 。 機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等 ，使生產線的自動化 程度 提高，從而 降低生產成本 ， 提高勞動生產率。 (2)改善勞動條件，避免人身事故 。 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而機械手可部分或全部代替人 工， 安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。 在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免多工位沖床專用機械手及送料機構 設計 –2– 由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 (3)減輕人力， 便于有節(jié) 奏的生產 。 機械手代替人進行工作，可直接減少人力 ，同時由于機械手可以連續(xù)的工作，這 也是減少人力的 一種體現(xiàn)。 因此，在自動化機床的綜合加工線上， 更適合機械手的加入，而 且機械手可以 更準確的控制生產的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的 生產。 目前我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模和產業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā) 將直接影響到我國自動化生產水平，從經濟與技術方面考慮都十分必要。 所以， 有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 （二）機械手的組成和分類 1．機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構、驅動 系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置 組成。各系統(tǒng)相互之間的關系如圖 所示。 圖 機械手 的 組成方框圖 (1)執(zhí)行機構包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。 手部，即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式，在本次設計中我采用了夾持式手部結構。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機構構成。手指是與物件直接接觸的部 件，常用的手指運動形式有回轉型和平移型。回轉型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工 件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內孔 )和物件的重量及尺寸， 手指有外夾式和內撐式 ，常用的指形有平面 、 V 形面和曲面 ，指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等 。傳力機構 通過手指產生夾緊力來完成夾放物件的任務，其 型式較多 ，有 滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓取物件的方位 。 手臂是支撐被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，多工位沖床專用機械手及送料機構 設計 –3– 并按 預定要求將其搬運到指定的位置。工業(yè)機械手的手臂通常由驅動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等 )與驅動源 (如液壓、氣壓或電機等 )相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。 立柱是支撐 手臂的部件，它也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降 (或俯仰 )運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。 當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作或擴大使用范圍時，可在機座上安裝行走機構 以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。 行走機構 大體可分為滾輪式與 軌道 式兩種 ， 而滾輪式亦 分 有軌和無軌兩種。驅動滾輪運動 應另外增設機械傳動裝置。 機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。 (2)驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)是驅動 機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置 ，由調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的 驅動系統(tǒng)有液壓驅動、氣壓驅動、 電動機驅動 和機械驅動 。 (3)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配機械手按規(guī)定 要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng) 有 電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們 給予機械手的指令信息 (如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 等 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 (4)位置檢測裝置 位置檢測裝置的作用為 控制機械手執(zhí)行機構的運動位置， 隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置。 2． 機械手的分類 工業(yè)機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內尚無統(tǒng)一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅動方式和控制系統(tǒng)等進行分 類。 (1)按用途分 ， 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種 。 專 用機械手是附屬于主機的， 具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。它具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量自動化生產，如自動機床的上、下料機械手。 通用機械手是 一種具有獨立控制與驅動系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手， 在性能范圍內，其動作程序是可變的，通過調整可在不同場合使用。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產品種的中小批量的自動化生多工位沖床專用機械手及送料機構 設計 –4– 產。通用機械 手按其控制定位方式的不同可分為 簡易型和伺服型兩種，簡易型以“開 —關”式控制定位，只能是點位控制； 伺服型具有伺服 定位控制系統(tǒng)，可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)控制，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。 (2)按驅動方式分，機械手可分為液壓傳動機械手、氣壓傳動機械手、機械傳動機械手和電力傳動機械手。 液壓傳動機械手是以液體 的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。 其主要特點是抓重可達幾百公斤以上，傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏， 缺點是對密封裝置要求嚴格，否則油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅動系統(tǒng)，則 可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。 氣壓傳動機械手是以壓縮空氣來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特 點是介質來源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低， 缺點是由于空氣具有可壓縮的特性，所以機械手工作速率的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30kg 以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結構大，所以適合在高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中 工作。 機械傳動機械手是由機械傳動機構 (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等 )驅動的機械手。它 是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠，用于工作主機的上、下料，動作頻率大，缺點是結構較大，動作程序不可變。 電力傳動機械手是由特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅動執(zhí)行機構運動的機械手。因為不需要中間的轉換機構，故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快、行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但很有發(fā)展前途。 (3)按控制方式分，機械手可分為點位控制機械手和連續(xù)控制機械手兩種。 點位控制機械手的移動為空間點到點之間的移動，只能控制運 動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然使電氣控制系統(tǒng)變的越加復雜。目前大多數(shù)的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。 連續(xù)軌跡控制機械手的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線。其特點是設定點為無限，整個移動過程均處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制