【正文】 制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。 機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率 :可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn) 。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(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如圖 。 圖 機(jī)械手組成關(guān)系圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和 機(jī)身 等部件 。 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手，在本課題中我采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指 (或手 爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手腕 :是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位。手臂 :手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置 .工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件 (如氣缸、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等 )與驅(qū)動(dòng)源 (如液壓、氣壓或電機(jī)等 )相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。立柱 :立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)座 :機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁(yè) 共 30 頁(yè) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間 )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有 錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 位置檢測(cè)裝置是控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁(yè) 共 30 頁(yè) 2 注塑機(jī)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 （ 本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)。在本章中對(duì)機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了確定 。） 本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手主要用于注塑機(jī)生產(chǎn)流水線，因此需要配套的機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確地拾 放零件，這就要求它們具有很高精度、并且能夠快速反應(yīng)、能夠耐熱、有一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度以及在任意位置都能 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(duì)象 (注塑件 )的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并且滿足系統(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，抓取、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(duì)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(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過程，兼顧通用性和專用性，并且能實(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)專用氣動(dòng)取料機(jī)械手，是一種適合于成批或中批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，操作單調(diào)頻繁反復(fù)的生產(chǎn)場(chǎng)合。也可用于 操作環(huán)境惡劣的生產(chǎn)場(chǎng)合。 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)要完成以下內(nèi)容： 擬定整體方案，特別是機(jī)械本體的各零件有機(jī)結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。 設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括手部、手臂、機(jī)身等部件的設(shè)計(jì)。 各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇與設(shè)定，包括氣動(dòng)原件的選取，氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)。 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求 于專用于注塑機(jī)的機(jī)械手，需要結(jié)合注塑機(jī)的工作原理、注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)、特性、注塑件的形狀質(zhì)量等方面綜合考慮進(jìn)行設(shè)計(jì) ；對(duì)于機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要其完整、合理、美觀。 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在取件放件時(shí)手臂具有升降、回轉(zhuǎn)、收縮及平移運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱坐標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有四個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂左右擺動(dòng)的自由度。如圖 。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁(yè) 共 30 頁(yè) 圖 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 為了能夠使機(jī)械 手的通用性更強(qiáng) ,滿足夾持不同尺寸和形狀的工作要求，本設(shè)計(jì)把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可以更換結(jié)構(gòu)。 就是可以用夾持式手指來夾取工件，又可以負(fù)壓式吸盤來吸取工件，但在一般情況下都采用的是夾持式手部，本文設(shè)計(jì)所選用的為市場(chǎng)上最為常見的水口夾。如圖 圖 機(jī)械夾頭 機(jī)械手 手腕部分 方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)手腕時(shí)考慮到機(jī)械手的通用性，以及由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才能夠滿足工作的要求。因此，本設(shè)計(jì)將手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)也就是爪旋機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為小型回轉(zhuǎn)氣缸。如圖 ： 圖 回轉(zhuǎn)氣缸 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁(yè) 共 30 頁(yè) 副臂部分 方案設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的主副臂有三個(gè)自由度，即手臂的前后移動(dòng)、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的前后移動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)是通過滑動(dòng)導(dǎo)軌來實(shí)現(xiàn)的，手臂的回轉(zhuǎn)通過曲柄機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。不過手臂三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)均由氣缸來實(shí)現(xiàn)。手臂結(jié)構(gòu)如圖。 圖 主副臂結(jié)構(gòu)原理圖 主臂部分 方案設(shè)計(jì) 主臂的主要自由度是臂身的回轉(zhuǎn)和副臂與主臂之前的前后相對(duì)移動(dòng)。臂身回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過氣缸驅(qū)動(dòng)曲柄帶動(dòng)主臂從而實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 的驅(qū)動(dòng) 方案設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選用主要從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及其工作特性兩方面考慮，為了簡(jiǎn)化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，故本設(shè)計(jì)選用氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。氣 動(dòng)系統(tǒng)有反應(yīng)迅速、動(dòng)作靈敏、在運(yùn)行過程中很清潔、介質(zhì)（空氣）具有較大的 壓縮比 、有較好的保護(hù)作用等優(yōu)點(diǎn)。另外由于近些年隨著氣動(dòng)元器件進(jìn)步較快，標(biāo)準(zhǔn)化日益普及、可靠性越來越強(qiáng)，氣動(dòng)系統(tǒng)的采購(gòu)與安裝均較便利。 機(jī)械手 的控制 方案設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手 的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變 PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。另外為了滿足工作需求，機(jī)械手將設(shè)置手動(dòng)工作方式和自動(dòng)控制方式。（本文在 PLC控制線路結(jié)構(gòu)方面不做設(shè)計(jì)，只介紹控制原理） 機(jī)械手 的定位 方案設(shè)計(jì) 定位方法有 點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制方式 ，本設(shè)計(jì)采用點(diǎn)位控制方式。 機(jī)械手 的主要參數(shù) 機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合 注塑機(jī)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁(yè) 共 30 頁(yè) 計(jì)設(shè)計(jì)抓取的工件質(zhì)量為 3Kg。 基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過低限制了它的使用范圍?？傮w速度根據(jù)注塑機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中注塑出模的速度來確定。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為 200mm/s 。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為 60176。 /s 。平均移動(dòng)速度為200m/s 。平均回轉(zhuǎn)速度為 60176。 /s 。