【正文】 角速度 w? =,啟動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為 = = 32. 116t = MwMJ ? ?? ?慣 又有功率的計(jì)算公式： w=9550TnP ? (511) 根據(jù)任務(wù)要求機(jī)械手轉(zhuǎn)速為 90176。 電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 當(dāng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)時(shí)，其力矩主要為慣性力矩，先求出各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 常用的交流電動(dòng)機(jī)有三相異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(jì)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(jì)算： =GFgt???慣 （ 55） 式中 ?? ──由靜止加速到常速的變化量，由于此機(jī)械手屬于中小型裝置，取?? =4m/min， t? ── 啟動(dòng)過(guò)程時(shí)間，本設(shè)計(jì)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(dāng)進(jìn)氣口 1 進(jìn)氣后，帶動(dòng) 2活塞和 3 活塞桿做向上升的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng) 4 連接板 的動(dòng)作，間接使得手臂做上升的運(yùn)動(dòng)， 5 導(dǎo)向桿起到支撐和導(dǎo)向作用。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)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(jì)算，如圖 422 所示 圖 422 雙作用液壓缸示意圖 當(dāng)空氣進(jìn)入無(wú)桿腔時(shí)： 21== 4F F p??π D （ 46） 式中傳動(dòng)效率 ? 當(dāng)空氣進(jìn)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(jī)械手冊(cè)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(jì)： 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(jì)算校核： 活塞桿的尺寸要滿(mǎn)足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。 公式中： 鋼對(duì)鑄鐵：取 ~ ， 鋼對(duì)青銅：取 ~ ， 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 ? = ? = 通過(guò)實(shí)際情況計(jì)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(jì)要求 V＜ 250mm/s，本設(shè)計(jì)設(shè)手臂平動(dòng)是 =5m/ iV mm ，設(shè)置氣動(dòng)時(shí)間t ?? ，氣動(dòng)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(jì)中，采用 O 型密封，由于工作壓力小于 10Mpa。上圖是機(jī)械手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱(chēng)配置在伸縮崗兩側(cè)。 做水平伸縮直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力， 來(lái)確定 液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。 （ 4） 活 塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。升降運(yùn)動(dòng)由活塞驅(qū)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)。如此反復(fù)數(shù)次，繪出最終的 21 結(jié)構(gòu)。一般說(shuō)來(lái)，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度較高，關(guān)節(jié)式機(jī)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(cè)機(jī)構(gòu)，能較好地控制位置精度，檢測(cè)裝置最好裝在最后的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)以減少或消除傳動(dòng)，嚙合件的間隙。 手臂動(dòng)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(shí)提高其配合精度和相對(duì)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(jī)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(jī)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(duì)于機(jī)械手臂或身體的承載能力，通常取決于其僵化程度。 手臂運(yùn)動(dòng)的原則：在空間任何一點(diǎn)都能讓手部碰到。 19 4 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 手臂部分是主要的機(jī)械手夾持組件。 （ 3）根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》氣缸活塞桿直徑為： d ? ，所以設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)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(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)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(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇手爪的類(lèi)型及夾緊裝置 本設(shè)計(jì)做的是芯模搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)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(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，為了減少負(fù)載臂。 14 （ 2）手指應(yīng)該有一定程度的開(kāi)放和收緊距離，手指有足夠的張開(kāi)角度（開(kāi)放的手指封閉約轉(zhuǎn)角支點(diǎn)），以方便握持或退出工件。力量太小，然后鉗不居住或松動(dòng)，脫落。 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 （ 1）芯模尺寸是 Φ40mm，長(zhǎng)度是 800mm，材料為模具鋼； （ 2）升降行程 250mm，伸縮行程 80mm； （ 3）實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的 90176。 本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由 4 個(gè)大部件 3 個(gè)氣壓缸和一個(gè)電機(jī)組成： 13 （ 1）手部，采用一個(gè)直線(xiàn)氣壓缸，通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。 （ 5）使用安全，無(wú)爆炸的問(wèn)題，可完成自動(dòng)保護(hù)過(guò)載問(wèn)題。 氣壓系統(tǒng)具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可從空氣中獲得能源，在同一時(shí)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(huì)造成十分嚴(yán)重的影響，不污染環(huán)境。 （ 2）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：反應(yīng)快速快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)便捷，價(jià)錢(qián)低廉，適合小，中負(fù)載系統(tǒng)。 圖 21 圓柱坐 標(biāo)式機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 如圖 21 所示，為圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手，機(jī)械手的組成為 4支座， 3支柱， 2手 12 臂和 1手。可作幾個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，工作范圍大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)，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(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，動(dòng)作比較靈活，適于在狹窄空間工作。這種機(jī)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(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封，覆蓋工作空間較大。直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)部分采用氣壓驅(qū)動(dòng)，可以輸出更大的功率， 可以延伸到腔型機(jī)。這種機(jī)器人在 x、 y、 z 軸上的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，運(yùn)動(dòng)方 程可獨(dú)立處理，且方程是線(xiàn)性的，因此，很容易通過(guò)計(jì)算機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)；他可以?xún)啥酥С校瑢?duì)于給定的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，剛性最大；他的精度和位置分別率不隨工作場(chǎng)合而變化，容易達(dá)到高精度。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作的設(shè)計(jì)工作。只裝配策略及其控制 技術(shù)。智能移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航和定位技術(shù)，遙控機(jī)器人，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，人機(jī)環(huán)境模擬系統(tǒng)，在電腦屏幕上的多機(jī)器人遠(yuǎn)程控制技術(shù)。焊接機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì) 。 雖然 中國(guó) 的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國(guó)際同行相比，差距依舊明顯。在這種情況下，于 1972 年，中國(guó)也開(kāi)始發(fā)展自 己的工業(yè)機(jī)器人。七十年代是世界科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新的里程碑 。這就是當(dāng)時(shí)比較著名的示教再現(xiàn)機(jī)器人了，現(xiàn)在很多制造出的機(jī)器人還有保留著這種控制方式。在制造業(yè)，尤其是在汽車(chē)行業(yè)，工業(yè)機(jī)器人已被廣泛使用。在 19 世紀(jì)末，隨著工 業(yè)發(fā)展的速度崛起，工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度加快，年增長(zhǎng)率平均保持在 10％。 本課題中兩工 位芯模搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)主要是 PLC 控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)方式為氣壓傳動(dòng)。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(chǎng)合中，用忍受直接操作是有危險(xiǎn)或者根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或者全部代替人安全的王城作業(yè)、是勞動(dòng)條件得以改善。第三代的機(jī)械手可以獨(dú)立完成許多繁瑣和高難度的工作。 目前，大部分的機(jī)械手還只屬于第一代的機(jī)械手，主要依賴(lài)于手動(dòng)控制，改進(jìn)的方向基本上是為了降低成本和提高精度。有部分的機(jī)械手還不能獨(dú)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(xiǎn)品的主從式機(jī)械手通常也被稱(chēng)為機(jī)械手。一般的機(jī)械手有 3~4 個(gè)自由度。機(jī)械手的手臂升降、伸縮、機(jī)身的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)作為機(jī)械手的自由度。 機(jī)械手的主要部件由手爪部分，手臂部分，機(jī)械手機(jī)身部分組成。恰佩克創(chuàng)作劇“羅森的萬(wàn)能機(jī)器人”。機(jī)器人從某種意義上說(shuō)，不僅僅是一臺(tái)機(jī)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(wú)論是在生產(chǎn)業(yè)和非成產(chǎn)業(yè)是一個(gè)重要的生產(chǎn)和服務(wù)設(shè)備，先進(jìn)的制造技術(shù)領(lǐng)域所不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。利用 PLC 對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的 PLC 的型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫(huà)出了機(jī)械手的工作時(shí)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(jì)出了機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)，繪制了機(jī)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(duì)事物的判斷能力，機(jī)器人可以連續(xù)工作時(shí)間很長(zhǎng)，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(jī)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(dòng)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，在惡劣的環(huán)境下也能很好的工作，以保護(hù)人民的安全，因此被廣泛用于機(jī)械制造，冶金，電子，輕工和原子能工業(yè)。而機(jī)械手機(jī)身部分則可以移動(dòng)升降機(jī)構(gòu)并做獨(dú)立的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(jī)械手一般不會(huì)單獨(dú)的作為工業(yè)生產(chǎn)中主要裝置，它一般都是附加在機(jī)床或者別的機(jī)器邊的輔助裝置，如在數(shù)控機(jī)床中自動(dòng)換刀，如在自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中搬運(yùn)物料等，一般不具有獨(dú)立控制裝置。但是由于機(jī)械手并不真正像人類(lèi)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(duì)外界特殊情況進(jìn)行應(yīng)變。學(xué)習(xí)上的各種傳感 7 器的安裝，檢測(cè)到的信息反饋，使得機(jī)器人具有感覺(jué)功能。 （ 2） 可以改善勞動(dòng)條 件、避免人身事故。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線(xiàn)上，目前幾乎都是機(jī)械手，以減少人力和更近準(zhǔn)的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。根據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（歐洲經(jīng)委會(huì)）和國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（ IFR）的統(tǒng)計(jì)，世界機(jī)器人市場(chǎng)前景，從二十世紀(jì)下半年，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持穩(wěn)步增長(zhǎng)勢(shì)頭。 隨著這現(xiàn)年各個(gè)國(guó)家以及企業(yè)的重視，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)不單單是在工業(yè)中起到作用，同時(shí)也在別的產(chǎn)業(yè)中扮演著重要的角色。他的專(zhuān)利的主要是借助伺服控制技術(shù)控制機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作的示教，在當(dāng)時(shí)的機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人，在 70年代初開(kāi)始，經(jīng)過(guò) 20多年的發(fā)展，經(jīng)歷了 3 個(gè)階段：萌芽期的 70 年代， 80年代和 90 年代的工業(yè)機(jī)器人開(kāi)始逐步走向?qū)嵱?。全球工業(yè)機(jī)器人的熱潮，尤其是日本，發(fā)展非常迅速，但經(jīng)濟(jì)