【正文】 角速度 w? =,啟動時間設(shè)計為 = = 32. 116t = MwMJ ? ?? ?慣 又有功率的計算公式： w=9550TnP ? (511) 根據(jù)任務(wù)要求機械手轉(zhuǎn)速為 90176。 電動機的設(shè)計和計算 當機械手回轉(zhuǎn)時，其力矩主要為慣性力矩，先求出各部分的轉(zhuǎn)動慣量。 常用的交流電動機有三相異步電動機和同步電動機。直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，鋼鐵材料消耗，生產(chǎn)成本高。 升降缸行程的選擇 由《機械設(shè)計手冊》氣壓缸的行程參數(shù)系列 ,選擇升降氣壓缸的行程 S=800mm。 （ 2）摩擦力的計算： 1=2 RF F f摩 （ 54） 12 4 0 0 0 . 3 0 8= = 4 0 0 4h 0 . 0 4 1RR Gp NmF F Nm???總 1=2 f =2 40 04 6= 12 81 .2RF F N??摩 （ 3）慣性力的 計算： =GFgt???慣 （ 55） 式中 ?? ──由靜止加速到常速的變化量，由于此機械手屬于中小型裝置，取?? =4m/min， t? ── 啟動過程時間，本設(shè)計取 。 ++p G p G p GpG? 手 抓 手 抓工 件 工 件 手 臂 手 臂總 (51) P總 =308mm，所以回轉(zhuǎn)半徑為 308mm。當進氣口 1 進氣后，帶動 2活塞和 3 活塞桿做向上升的直線運動，從而帶動 4 連接板 的動作，間接使得手臂做上升的運動， 5 導(dǎo)向桿起到支撐和導(dǎo)向作用。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳動機構(gòu)都安在機身上，或者直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。 確定氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸： 氣缸的內(nèi)徑的計算，如圖 422 所示 圖 422 雙作用液壓缸示意圖 當空氣進入無桿腔時： 21== 4F F p??π D （ 46） 式中傳動效率 ? 當空氣進入有桿腔： 222 d )== 4F F p??π （ D （ 47） 故 14FD P??? （ 48） 625231 .1 3 0 .0 7 8 5 20 .9 5 0 .5 5 1 0Dm? ? ??? 根據(jù)表 41 氣缸內(nèi)徑 選用表以及機械手冊中的規(guī)定 D 取 80mm 25 表 41 氣缸內(nèi)徑選用表 氣缸內(nèi)徑（ mm） 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 （ 2） 氣缸外徑的設(shè)計： 根據(jù)裝配等因素，考慮到氣缸的臂厚在 14mm，所以該氣缸的外徑為 108mm. （ 3） 活塞桿的計算校核： 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。 公式中： 鋼對鑄鐵：取 ~ ， 鋼對青銅：取 ~ ， 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 ? = ? = 通過實際情況計算得： G 總 =420N， L==， a=54mm= 2 0 . 1 5 1 + 0 . 0 5 4= 4 2 0 0 . 3 = 2 5 0 4 . 2 50 . 0 5 4FN???摩 （ ） 設(shè)計要求 V＜ 250mm/s，本設(shè)計設(shè)手臂平動是 =5m/ iV mm ，設(shè)置氣動時間t ?? ，氣動速度 v /v m s? ? ? = gtGvF ??總慣 （ 45） 4 2 0 0 . 0 8 3= = = 1 7 . 7 7 Ng t 9 . 8 / g 0 . 2Gv NSF N K S? ???總慣 密封裝置的摩擦阻力 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用 O 型密封，由于工作壓力小于 10Mpa。上圖是機械手的手臂示意圖，本設(shè)計是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對稱配置在伸縮崗兩側(cè)。 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力， 來確定 液壓缸所需要的驅(qū)動力。 （ 4） 活 塞桿和齒輪齒條機構(gòu)。升降運動由活塞驅(qū)動，靠立柱上平鍵導(dǎo)向，缸體沿導(dǎo)向套在壓力油的作用下作升降運動。如此反復(fù)數(shù)次，繪出最終的 21 結(jié)構(gòu)。一般說來，直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高，關(guān)節(jié)式機械手的位置最難控制，故精度差；在手臂上加設(shè)定位裝置和檢測機構(gòu)，能較好地控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動，嚙合件的間隙。 手臂動作應(yīng)靈活。 （ 5）提高配合精度 水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時提高其配合精度和相對位置精度，使導(dǎo)向桿承受部分或大部分自重和抓取重量。 20 （ 2）提高支承剛度和合理選擇支承間的距離 臂桿或機身的變性量不僅與本身剛度有關(guān)，而且與支承的剛度和支承間的距離有很大關(guān)系，要提高支承剛度，除從支座的結(jié)構(gòu)形狀，底板的剛度。 （ 1）根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機身通常既受彎曲，也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選擇橫截面形狀 的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度高的。對于機械手臂或身體的承載能力，通常取決于其僵化程度。 手臂運動的原則：在空間任何一點都能讓手部碰到。 19 4 臂部的設(shè)計及有關(guān)計算 手臂部分是主要的機械手夾持組件。 （ 3）根據(jù)《機械設(shè)計手冊》氣缸活塞桿直徑為： d ? ，所以設(shè)計活塞直徑為 d=12mm。 18 表 31 氣缸內(nèi)徑選用表 氣缸內(nèi)徑（ mm） 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 （ 1）由《機械設(shè)計手冊》氣壓缸外徑系列，根據(jù)已定內(nèi)徑 D=40mm。 假設(shè)： a=50mm， b=150mm, ? =30176。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 1 2 3Fn K K K G? ? ? ? (34) 式中： K1──安全系數(shù)，通常去 ～ ， K2──工作狀況系數(shù)，主要是考慮慣性力的作用。 ~40176。FF?? 由 01( ) 0MF?? 得 139。 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。 機械手手爪的設(shè)計計算 選擇手爪的類型及夾緊裝置 本設(shè)計做的是芯模搬運機械手的設(shè)計，考慮到所要達到的原始參數(shù)：夾取重量約為 10Kg。此 外，也考慮能適應(yīng)工作環(huán)境的特殊要求，如：耐高溫，耐腐蝕，能承受錘沖擊力。在保證本身的剛度，強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，為了減少負載臂。 14 （ 2）手指應(yīng)該有一定程度的開放和收緊距離，手指有足夠的張開角度（開放的手指封閉約轉(zhuǎn)角支點），以方便握持或退出工件。力量太小，然后鉗不居住或松動，脫落。 機械手的技術(shù)參數(shù)列表 （ 1）芯模尺寸是 Φ40mm，長度是 800mm，材料為模具鋼； （ 2）升降行程 250mm，伸縮行程 80mm； （ 3）實現(xiàn)兩個方向的 90176。 本設(shè)計機械手主要由 4 個大部件 3 個氣壓缸和一個電機組成： 13 （ 1）手部，采用一個直線氣壓缸，通過機構(gòu)運動實現(xiàn)手抓的張合。 （ 5）使用安全，無爆炸的問題，可完成自動保護過載問題。 氣壓系統(tǒng)具有一些獨特的優(yōu)點： （ 1）可從空氣中獲得能源，在同一時間，所用的空氣可以直接 排入到的空氣中，使用方便，在空氣管道泄漏的情況下，除了造成部分的損失，不會造成十分嚴重的影響，不污染環(huán)境。 （ 2）氣動驅(qū)動系統(tǒng)：反應(yīng)快速快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護便捷，價錢低廉，適合小，中負載系統(tǒng)。 圖 21 圓柱坐 標式機械手結(jié)構(gòu)圖 如圖 21 所示，為圓柱坐標型機械手，機械手的組成為 4支座， 3支柱， 2手 12 臂和 1手?？勺鲙讉€方向轉(zhuǎn)動，工作范圍大，動作靈活，通用性強，但定位精度差，控制裝置復(fù)雜。它象人手一樣有肘關(guān)節(jié)，可實現(xiàn)多個自由度，動作比較靈活，適于在狹窄空間工作。這種機器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)，中心支架附近的工作范圍大，兩個轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置容易密封，覆蓋工作空間較大。直線運動部分采用氣壓驅(qū)動，可以輸出更大的功率， 可以延伸到腔型機。這種機器人在 x、 y、 z 軸上的運動是獨立的，運動方 程可獨立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計算機控制來實現(xiàn)；他可以兩端支承，對于給定的結(jié)構(gòu)長度，剛性最大；他的精度和位置分別率不隨工作場合而變化，容易達到高精度。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運機械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運機械手的運動進行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機械手機械方面的設(shè)計工作的設(shè)計工作。只裝配策略及其控制 技術(shù)。智能移動機器人導(dǎo)航和定位技術(shù)，遙控機器人，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，人機環(huán)境模擬系統(tǒng)，在電腦屏幕上的多機器人遠程控制技術(shù)。焊接機器人產(chǎn)品標準化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計 。 雖然 中國 的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。在這種情況下，于 1972 年，中國也開始發(fā)展自 己的工業(yè)機器人。七十年代是世界科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的一個新的里程碑 。這就是當時比較著名的示教再現(xiàn)機器人了，現(xiàn)在很多制造出的機器人還有保留著這種控制方式。在制造業(yè)，尤其是在汽車行業(yè)，工業(yè)機器人已被廣泛使用。在 19 世紀末，隨著工 業(yè)發(fā)展的速度崛起，工業(yè)機器人的產(chǎn)品開發(fā)速度加快，年增長率平均保持在 10％。 本課題中兩工 位芯模搬運機械手的控制系統(tǒng)主要是 PLC 控制系統(tǒng)，驅(qū)動方式為氣壓傳動。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、早生、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，用忍受直接操作是有危險或者根本不可能的，而應(yīng)用機械手即可部分或者全部代替人安全的王城作業(yè)、是勞動條件得以改善。第三代的機械手可以獨立完成許多繁瑣和高難度的工作。 目前，大部分的機械手還只屬于第一代的機械手，主要依賴于手動控制，改進的方向基本上是為了降低成本和提高精度。有部分的機械手還不能獨立操作，也需要有人直接或間接的操作，如原子能部，管理危險品的主從式機械手通常也被稱為機械手。一般的機械手有 3~4 個自由度。機械手的手臂升降、伸縮、機身的移動和旋轉(zhuǎn)等獨立的運動，稱作為機械手的自由度。 機械手的主要部件由手爪部分，手臂部分，機械手機身部分組成。恰佩克創(chuàng)作劇“羅森的萬能機器人”。機器人從某種意義上說，不僅僅是一臺機器，更是一種在不斷完善自己，不斷提升自我能力的產(chǎn)品，無論是在生產(chǎn)業(yè)和非成產(chǎn)業(yè)是一個重要的生產(chǎn)和服務(wù)設(shè)備，先進的制造技術(shù)領(lǐng)域所不可缺少的自動化設(shè)備。利用 PLC 對機械手進行控制，選取了合適的 PLC 的型號，根據(jù)機械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了機械手的工作時序圖和梯形圖，并編制了可編程序控制器的控制程序。設(shè)計出了機械手的氣動系統(tǒng)，繪制了機械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖。這意味著它擁有快速反應(yīng)的環(huán)境模擬和分析能力和對事物的判斷能力，機器人可以連續(xù)工作時間很長，并且加工零件精度高，還具有抵抗惡劣環(huán)境的能力。 選題背景及其意義 單詞“機器人”首次出現(xiàn)在 1920 年捷克作家卡雷爾它可以代替人的艱苦勞動，以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，在惡劣的環(huán)境下也能很好的工作，以保護人民的安全，因此被廣泛用于機械制造，冶金，電子，輕工和原子能工業(yè)。而機械手機身部分則可以移動升降機構(gòu)并做獨立的回轉(zhuǎn)運動。自由操縱，靈活性大，通用性更廣，它的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。 機械手一般不會單獨的作為工業(yè)生產(chǎn)中主要裝置，它一般都是附加在機床或者別的機器邊的輔助裝置，如在數(shù)控機床中自動換刀，如在自動生產(chǎn)線中搬運物料等，一般不具有獨立控制裝置。但是由于機械手并不真正像人類的手那樣靈活并且不能具備傳感反應(yīng)任何反饋的能力，不能對外界特殊情況進行應(yīng)變。學(xué)習(xí)上的各種傳感 7 器的安裝，檢測到的信息反饋，使得機器人具有感覺功能。 （ 2） 可以改善勞動條 件、避免人身事故。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都是機械手，以減少人力和更近準的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。根據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（歐洲經(jīng)委會）和國際機器人聯(lián)合會（ IFR）的統(tǒng)計，世界機器人市場前景，從二十世紀下半年，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持穩(wěn)步增長勢頭。 隨著這現(xiàn)年各個國家以及企業(yè)的重視，工業(yè)機器人已經(jīng)不單單是在工業(yè)中起到作用，同時也在別的產(chǎn)業(yè)中扮演著重要的角色。他的專利的主要是借助伺服控制技術(shù)控制機器人的各個關(guān)節(jié)，利用人手對機器人進行動作的示教，在當時的機器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。 我國工業(yè)機器人，在 70年代初開始，經(jīng)過 20多年的發(fā)展，經(jīng)歷了 3 個階段：萌芽期的 70 年代， 80年代和 90 年代的工業(yè)機器人開始逐步走向?qū)嵱谩Ｈ蚬I(yè)機器人的熱潮，尤其是日本，發(fā)展非常迅速，但經(jīng)濟