【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 機械手的精度設計要求工件定位準確 ,抓取精度高 ,重復定位精度和運動穩(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 滑槽杠桿式手部結構、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運動。 （ 2） 手指應具有一定的張開范圍，手指應該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉過的角度），以便于抓取工件。采用液壓機構驅動機械手 ,結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅動力大等優(yōu)點。（ 2） 腕部，采用一個回轉液壓缸實現手部回轉（ 3）臂部，采用直線缸來實現手臂平動 。圖 是機械手搬運物品示意圖。 2 圓柱坐標型機械手 。本設計主要任務是完成機械手的結構方面設計，以及 ADAMS 軟件進行簡單的運動 仿真。因此迫切需要解決產業(yè)化前期的關鍵技術，對產品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產業(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 條自動噴漆生產線 站 上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人己應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，且采用模塊化結構 :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 2 機械結構向模塊化、可重構化發(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 有的工業(yè)機械手帶有行走機構，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。因此在要求較大回轉角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結構。手腕有獨立的自由度。 執(zhí)行機構 （ 1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平動型（多為回轉型，因其結構簡單）。如沈陽低壓開關廠 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。 建造旋轉零件（轉軸、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)機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。 在現代工業(yè)中，生產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值約為 67 億日元，比 1978 年增長 50%。據報道， 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、麻省理工學院聯合研制一種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） ,專門生產工業(yè)機械手。 1962 年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數控示教再現型機械手。 工業(yè)機械手的簡史 現代工業(yè)機械手起源于 20世紀 50年代初，是基于示教再現和主從控制方式、能適應產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產品。 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率，加快實現工業(yè)生產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設備。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構設計。設計過程中，對機械手和液壓缸部分做了詳細的設計計算。文章主要敘述了機械手的設計計算過程 。 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構來實現，通過更換手部，可使機械手抓取外圓零件和內圓零件，從而實現了系統(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)生產中應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用。 機械手的結構形式開始比較簡單，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。預計到 1990 年將有 55 萬機器人在工作。目前國外已經出現了觸覺和視覺機械手。 隨著工業(yè)機器手（機械人）研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有機械手，以提高生產效率，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。國內這類生產線很多，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驗，國內一些機床廠已在這類產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，國內大批量生產的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉底爐，用兩只機械手成一定角度布置早爐前，實現進出料自動化。手部多為兩指（也有多指）；根據需要分為外抓式和內抓式兩種；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、升降（或俯仰）運動。 驅動機構 驅動機構是工業(yè)機械手的重要組成部分。大多數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 :由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機 。 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來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術在產品化系統(tǒng)中已有成熟應用。 7 機器人化機械開始興起。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國外產品 :機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距 。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先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調控制機器人、爬壁機 器人、管道機器人等機種 :在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎。在本章中對機械手的座標形式、自由度、驅動機構等進行了確定。 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 轉缸來實現手臂升降和回轉。因此，機械手的驅動方案選擇液壓驅動。 （ 3） 要 求結構緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。 （ 3）平面平移型。本設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型和平移 型。 通過綜合考慮，本設計選擇二指回轉型手抓，采用滑槽杠桿這種結構方式。 由 0 得 0 得 由 0 得 h F （ ） 式中 a――手指的回轉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支點的夾角。一般來說，需要克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產生的載荷，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 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。 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 偏轉角按最佳偏轉角確定： 計算 當 S 時帶入有： 夾持誤差滿足設計要求。為了避免這種現象壓縮彈簧的長細比，本設計彈簧是 2 端自由，根據下列選?。? 當兩端固定時， ,當一端固定；一端自由時，；當兩端自由轉動時。 現在由于本設計是在恒定 載荷情況下，所以只進行靜應力強度驗算。因此，在腕部設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。 它具有結構緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回轉，總力矩 M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用。這種結構外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 腕部結構和驅動機構的選擇 本設計要求手腕回轉，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結構選擇具有一個自由 度的回轉驅動腕部結構，采用液壓驅動。 夾取棒料直徑 100mm，長度 1000mm，重量 60Kg，當手部回轉時，計算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅動液壓缸及回轉液壓缸轉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，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。 臂部設計的基本要求 一、 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕 根據受力情況，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，如直線運動和回轉運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結構。 手臂直線運動的驅動力計算 先進行粗略的估算，