【正文】 論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用價(jià)值。 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 工業(yè)機(jī)械手的分類 現(xiàn)在對(duì)工業(yè)機(jī)械手的分類尚無(wú)明確標(biāo)準(zhǔn)，一般都從規(guī)格和性能兩方面來(lái)分類。按規(guī)格（所搬運(yùn)工件 的重量）分類： — 搬運(yùn)重量在 1公斤以下： — 搬運(yùn)重量在 10公斤以下： — 搬運(yùn)重量在 50公斤以下： — 搬運(yùn)重量在 50公斤以上。 目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為 1～ 30公斤。最小的為 ，最大的已達(dá)到 800公斤。 按功能分類： 1． 簡(jiǎn)易型工業(yè)機(jī)械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓和擋塊轉(zhuǎn)鼓控制：可變程序可插銷板或順序轉(zhuǎn)動(dòng)控制來(lái)給定程序。 這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改變程序比較容易。只使用在程序較簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制，但作為一般單機(jī)服務(wù)的搬運(yùn)作業(yè)已足 夠。所以，目前這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。 2． 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)械手 這種工業(yè)機(jī)械手由人工通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置傳動(dòng)一遍，由磁帶（或磁鼓）把程序記錄下來(lái)，此機(jī)械手就自動(dòng)按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。 這也是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動(dòng)。與前者比較有較多的自由度，能進(jìn)行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較廣。 3． 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手 可通過(guò)更換穿孔帶或其他記憶介質(zhì)來(lái)改變工業(yè)機(jī)械手的動(dòng)作，還可以進(jìn)行多種控制（ DNC）。技術(shù)還可以是可編程序控制或普通的微機(jī)計(jì)算機(jī)。 4． 智能工業(yè)機(jī)械手（機(jī)器人） 由電子計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)各種傳感元件等具有視 覺(jué)、熱感、觸覺(jué)、行走機(jī)構(gòu)等。 按用途分： 1． 專用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的，具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置，這種工業(yè)機(jī)械工作對(duì)象不變，手動(dòng)比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠，施用于大批量生產(chǎn)自動(dòng)線或?qū)C(jī)作為自動(dòng)上、下料用。 2． 通用機(jī)械手 具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，程序可變、動(dòng)作靈敏、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動(dòng)化生 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 產(chǎn)。 工業(yè)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，還可以歸納為以下的一些方面： 1. 建造旋轉(zhuǎn)零件體自動(dòng)線 方面 建造旋轉(zhuǎn)零件體（軸類、盤類、環(huán)類零件）自動(dòng)線，一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。 2. 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 (1)各類半自動(dòng)車床，有自行夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開(kāi)的功能，但仍需人工上下料，裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。 (2)注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)取料，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。 (3)沖床有自動(dòng)上下沖壓循環(huán)，機(jī)械手上下料可實(shí)現(xiàn)沖壓上產(chǎn)自動(dòng)化。 3. 鑄、鍛、焊、熱處理等方面 總的來(lái)說(shuō)，由于工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，進(jìn)而帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。其特點(diǎn)： (1)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)，有害的操作，在長(zhǎng)時(shí)間對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響。 (2)機(jī)械手能持久、耐勞、可以把人從單調(diào)的繁重的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 (3)動(dòng)作準(zhǔn)確，可保證穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)可避免人為操作的錯(cuò)誤。 (4)通用性靈活性好，特別是通用機(jī)械手，能適應(yīng)產(chǎn)品品種迅速變化的要求，滿足柔性生產(chǎn)的需要。 (5)采用機(jī)械手能明顯的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。 本章小結(jié) 本章介紹了工業(yè)機(jī)械手的概括，工業(yè)機(jī)械手的分類、應(yīng)用。工業(yè)機(jī)械手在國(guó) 民生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，許多機(jī)械設(shè)備都用到工業(yè)機(jī)械手，它是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的一種新型的技術(shù)裝備。我設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手設(shè)備簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，穩(wěn)定性好，適于使用。 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 工業(yè)機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分所組成，各部分關(guān)系如下框圖： 圖 工業(yè)機(jī)械手各部分關(guān)系圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件所組成。 ：直接 與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式多樣，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、彈簧式等。 ：是聯(lián)接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物體的方位。 ：手臂是支撐被抓物體，手部，腕部的重要部件。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)到給定位置。 該設(shè)計(jì)的手臂有三個(gè)自由度，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（繞橫軸旋轉(zhuǎn)，上下擺動(dòng)和左右擺動(dòng)）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式具有較大的工作空間和操作靈活性，機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)性容易進(jìn)行優(yōu)化，便于提高機(jī)械手的動(dòng)態(tài)操作性能。 ：有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu) 。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：有氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。 控制系統(tǒng)：有點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種方式。 機(jī)身：它是整個(gè)工業(yè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)是說(shuō)明機(jī)械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個(gè)方面： （又稱臂力）：額定抓取重量或稱額定負(fù)荷，單位為公斤； ：整機(jī)，手臂和手腕等運(yùn)動(dòng)共有幾個(gè)自由度，并說(shuō)明坐標(biāo)形式； 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 ：固定機(jī)械擋塊，可調(diào)機(jī)械擋塊，行程開(kāi)關(guān)，電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測(cè)裝置； ：氣動(dòng)， 液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式； ； ； ； ：位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度； ：長(zhǎng)寬高（毫米）； ：整機(jī)重量。 設(shè)計(jì)路線與方案 設(shè)計(jì)步驟 ； ； ； ； ，范圍，性能進(jìn)行分析，強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)學(xué)校核； ； ； 。 研究方法和措施 使用現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)方法和液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（四個(gè)自由度，可以繞橫，縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)和上下左右擺動(dòng)）。 本章小結(jié) 本章介紹了工業(yè)機(jī)械手的組成、規(guī)格參數(shù)、設(shè)計(jì)路線等內(nèi)容，這種設(shè)計(jì)的機(jī)械手組成全面，配置合理，能達(dá)到一定的使用要求。 第 3 章 機(jī)械手各部分的計(jì)算與分析 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 手部 計(jì)算與分析 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。 夾持類最常見(jiàn)的主要有夾鉗式，本設(shè)計(jì)主要考慮夾鉗式手部設(shè)計(jì)。 夾鉗式手部是由手指，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤，套類零件，一般情況下多采用兩個(gè)手指。 滑槽杠桿式手部設(shè)計(jì)的基本要求 (1)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。 (2)手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍。 (3)應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度。 (4)要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高。 (5)應(yīng)考慮通用性和特殊要求。 手部的計(jì)算和分析 （ 1）手部受力分析 圖 手部受力圖 (1) 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 (2) （ 2）手指尺寸初步設(shè)定 由拉桿的力平衡條件： ?? 112sinPP? ? 0xF?? 得 12PP? 39。11PP? 由 ( ) 0MF?? 得 39。1 ABPh NL? coshc?? **p b tg N?? 又由工件的平均半徑 5 0 2 5 3 7 .52cpR ???mm 初取 V型手指的夾角 2 120o?? 55ABL ? mm， 2 100C mm? ， 53b mm? ， 53CDL mm? ，滑桿總長(zhǎng) h=170 (3)夾緊力計(jì)算 又由于工件的直徑不影響其軸心的位置即定位誤差為零，手指水平位置夾取水平位置放置的工件。 由工業(yè)機(jī)械 手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表 2－ 1查得 N＝ = 25= 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 又因?yàn)? 22 cosbPNc?? （ ） 當(dāng) ? 取最小值時(shí)，則增力比較大，手指走到最小行程時(shí)則有 min ? 則 o min 30? ? 又因?yàn)?cos2 NcbP ?理2amin= 12kkPP?? 理實(shí) 取安全系數(shù) 1 ? ，工作情況系數(shù) 2 ? 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率 ?? 50P kg?實(shí) 1 9 . 8 8 1 . 5 1 . 5＝ () 手指夾緊時(shí)：夾緊缸活塞移動(dòng)范圍 L＝ 130mm，其動(dòng)作時(shí)間 t=（由機(jī)械手的動(dòng)作節(jié)拍時(shí)間得之），所以?shī)A緊活塞移動(dòng)得平均速度 v 為： 13 8 .6 71 .5lv cm st? ? ? 運(yùn)動(dòng)部件得總重估算 G＝ 10kg 夾緊力 N與驅(qū)動(dòng)力 P的關(guān)系： 由于結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，在驅(qū)動(dòng)力 P的作用下，每一滑槽杠桿受力相等 圖 在不計(jì)摩擦力的情況下 12 12 cosPPP ???， 1? 為夾緊狀態(tài)得傾斜角 1? ＝ 50夾緊工件半徑為 50mm為例 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 12 12 cosPPP ???＝ () 根據(jù)各力對(duì)回轉(zhuǎn)支點(diǎn) 1O 的力矩平衡條件，同樣在不計(jì)摩擦力的情況下 1 12 cosPCNb PC ???， c為杠桿動(dòng)力臂，即驅(qū)動(dòng)銷對(duì)滑槽杠桿作用力 1p 對(duì)支點(diǎn) 1O 的 垂 直距離。 又因?yàn)?a=50mm C=150 7 7 . 8 7 8c o s c o s 5 0 oa mm? ? ? ? 則 Nb=1 12cospcPc ?? 05 0 7 81 2 .5 2 co s 5 0b ??? ? 3 8 .9 7 8 2431 2 .5b m m??? 當(dāng)夾緊半徑為 25mm的工件時(shí)， 1? ＝ 70 150 1 4 6 . 2 1 4 7c o s c o s 7 0ac m m?? ? ? ? 則 Nb=1 2 12cospcpc ?? 2 12 cosNapb ?? 21 2 .5 5 05 0 2 c o s 5 0b? ?? 243b mm? (4)動(dòng)作特性和傳動(dòng)特點(diǎn) 定位到最大行程時(shí)， 50?? max maxcos aL? ? 則m a x m a x 80c o saL m m???取 max 130L mm? 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 又因?yàn)閙ax 1cos 2? ?， max 60? ? 滑槽杠桿手指最大開(kāi)閉角為 m ax m ax 120r ??? 滑槽傾斜角的變化范圍可以為 60 60?? ? ? 可見(jiàn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比將在下列范圍內(nèi)變化 22a N ab P b?? ， ?? 所以開(kāi) 始所初步取的 a， b與 ? 均符合要求。 （ 5）確定夾緊油缸外徑 D 驅(qū)動(dòng)桿行程與手指開(kāi)閉范圍關(guān)系 12.??－分別為手指夾緊工件范圍值時(shí)，滑槽相對(duì)于兩支點(diǎn)連接的傾斜角。 12 78L atg atg m m??? ? ? 機(jī)構(gòu)效率 考慮到機(jī)構(gòu)效率，傳力比 N/P的公式應(yīng)力 2 12 cosNaPb ??? ? ＝ 又 因?yàn)?G=250N,夾緊力 F=500N, 2 60?? WF 工作負(fù)載即為重物重力 WF ＝ 250N。 fF －導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，對(duì)于平導(dǎo)軌 ()f RnF f G F?? RnF －垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載， RnF ＝ 0。 f導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取靜摩擦系數(shù)為 ，動(dòng)摩擦系數(shù)為 。 250 50fsFN? ? ?， 250 25fFN? ? ? ? a GvF gt?? ?，一般取 t? ＝ ， vt??? 時(shí)間內(nèi)速