【正文】 如圖 （ b）所示，最 大夾持半徑計算如下： 機械手的夾持半徑從 （ a） b 圖 手抓張開示意圖 機械手手抓夾持精度的分析計算 機械手的精度設(shè)計要求工件定位準確 ,抓取精度高 ,重復(fù)定位精度和運動穩(wěn)定性好 ,并有足夠的抓取能。 G――被抓取工件所受重力（ N）。 必須對大小、方向和作用點進行分析計算。 a b 圖 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1――手指 2――銷軸 3――杠桿 在杠桿 3 的作用下，銷軸 2 向上的拉力為 F，并通過銷軸中心 O 點，兩手指1 的滑槽對銷軸的反作用力為 F1 和 F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點，交和的延長線于 A 及 B。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。吸附式常用于抓取 工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,不適合用于本方案。 （ 2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運動。 （ 2） 手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動力大等優(yōu)點。（ 2） 腕部，采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)（ 3）臂部，采用直線缸來實現(xiàn)手臂平動 。圖 是機械手搬運物品示意圖。 2 圓柱坐標型機械手 。本設(shè)計主要任務(wù)是完成機械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計，以及 ADAMS 軟件進行簡單的運動 仿真。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程 .我國的智能機器人和特種機器人在“ 863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中有 130 多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線 站 上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 2 機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 控制系統(tǒng)分類 在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。 （ 4） 行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)，我國的正處于仿真階段。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。手腕有獨立的自由度。 執(zhí)行機構(gòu) （ 1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。如沈陽低壓開關(guān)廠 200t 環(huán)類沖床磁力起重器殼體下料機械手和天京拖拉機廠 400t 沖床的下料機械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進輕局技術(shù)研究所制作的 120t 和 40t 多工位沖床機械手等。目前，機械手在這方面應(yīng)用很多，如上海柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二車床廠的自動循環(huán)液壓仿行車床機械手，沈陽第三機床廠的 Y38 滾齒機械手，青海第二機床廠的滾銑花鍵機床機械手等。 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類）自動線 一般都采用機械手在機床之間傳遞零件。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS Flexible Manufacturing system 和柔性制造單元 Flexible Manufacturing Cell 中重要一環(huán)。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。使用機械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。 具有記憶功能的機械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比 1978 年增長 50%。據(jù)報道， 1979 年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達 50 多個。 瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。 1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種UnimateVicarm 型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于177。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（ Unimaton） ,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。 1962 年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。 工業(yè)機械手的簡史 現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于 20世紀 50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產(chǎn)品。 機械手是一種能自動控制并可 從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機械手的發(fā)展是 由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。s hand, the wrist, the arm ， the fuselage and so on ,which the major structural design putation. Finally uses the software to carry out the PLC control simulation for manipulator39。全面詳盡的討論了搬運機械手的手部、腕部、手臂以及機身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計過程中，對機械手和液壓缸部分做了詳細的設(shè)計計算。文章主要敘述了機械手的設(shè)計計算過程 。 首先，本文介紹機械手的作用，機械手的組成和分類，說 明了自由度和機械手整體座標的形式。同時，對機械手的通用性主要是采用可更換式手部結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，通過更換手部，可使機械手抓取外圓零件和內(nèi)圓零件，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的多功能化。 最后使用軟件對機械手 PLC 控制仿真。s hand. Keywords: manipulator。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。 機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。 機械 手首先是從美國開始研制的。商名為 Unimate 即萬能自動 。 1962 年美國機械鑄造公司 也試驗成功一種叫 Versatran 機械手，原意是靈活搬運。 1 毫米。 瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 1976 年個大學(xué)和國家研究部門用在機械手的研究費用 42%。智能機械手約為 17億日元，為 1978 年的 6 倍。預(yù)計到 1990 年將有 55 萬機器人在工作。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。 隨著工業(yè)機器手（機械人）研究制造和應(yīng)用的擴大，國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動開展很多。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。目前在我國機械手常用于完 成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。國內(nèi)這類生產(chǎn)線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機廠的 4 號和 5 號電動機加工自動線（軸類），上海拖拉機廠的齒坯自動線（盤類）等。由于這方面的使用已有成功的經(jīng)驗，國內(nèi)一些機床廠已在這類產(chǎn)品出廠是就附上機械手，或為用戶安裝機械手提供條件。 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 模鍛方面，國內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機械手成一定角度布置早爐前，實現(xiàn)進出料自動化。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。 （ 3）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。 驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分。大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采 用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機 。 4 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 7 機器人化機械開始興起。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 :機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距 。其中最為突出的是水下機器人， 6000m 水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機 器人、管道機器人等機種 :在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。在本章中對機械手的座標形式、自由度、驅(qū)動機構(gòu)等進行了確定。 3 球坐標 極坐標 型機械手 。圖中機械手的任務(wù)是將傳送帶 A 上的物品搬運到傳送帶 B。（ 4）機身，采用一個直線缸和一個回 轉(zhuǎn)缸來實現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。因此，機械手的驅(qū)動方案選擇液壓驅(qū)動。 （ 3） 要 求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。 （ 3）平面平移型。本設(shè)計機械手采用夾持式手指 ,夾持式機械手按運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移 型。 通過綜合考慮，本設(shè)計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。 由 0 得 0 得 由 0 得 h F （ ） 式中 a――手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離（ mm） . ――工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 表 31 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 小于 5000 50000 以上 計算：設(shè) a 100mm,b 50mm, 。 機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關(guān)。 一般夾持誤差不超過 1mm,分析如下： 工件的平均半徑： 手指長 ,取 V 型夾角 偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計算 當(dāng) S 時帶入有： 夾持誤差滿足設(shè)計要求。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細比，本設(shè)計彈簧是 2 端自由，根據(jù)下列選取： 當(dāng)兩端固定時， ,當(dāng)一端固定；一端自由時，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動時。 現(xiàn)在由于本設(shè)計是在恒定 載荷情況下，所以只進行靜應(yīng)力強度驗算。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩 M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇 本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由 度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。 夾取棒料直徑 100mm，長度 1000mm，重量 60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)時，計算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，高為220mm，直徑 120mm，其重力估算 G 擦力矩。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空 間運動。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。 臂部設(shè)計的基本要求 一、 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。 提高配合精度。減少慣量具體有 3 個途徑： 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。 三、手臂動作應(yīng)該靈活 為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。 手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。 手臂直線運動的驅(qū)動力計算 先進行粗略的估算，