【正文】 01000mm/s；重復(fù)定位精度為+/。它既是關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，又是動力元件。如果是分離式的連接方式，要盡量縮短連接管路，這樣可以減少伺服閥到液壓機(jī)構(gòu)間的管道容積，以增大液壓固有頻率。具有點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制功能的工業(yè)機(jī)器人，需要采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)。這類機(jī)器人的液壓系統(tǒng)設(shè)計要重視以下方面：（1）液壓缸設(shè)計：在確保密封性的前提下，盡量選用橡膠與氟化塑料組合的密封件，以減小摩擦阻力，提高液壓缸的壽命。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，動態(tài)特性好，但是效率低。目前，雖然在中等負(fù)荷以下的工業(yè)機(jī)器人中大量采用電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，但是在簡易經(jīng)濟(jì)型、重型的工業(yè)機(jī)器人和噴涂機(jī)器人中采用液壓系統(tǒng)的還仍然占有很大的比例。只有采用液壓或電動伺服系統(tǒng)才能滿足要求。在注意各類驅(qū)動系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合上述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性后進(jìn)行最終的選擇。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動機(jī)構(gòu)。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用。由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，它具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動等特點(diǎn)。這里只采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于100），齒輪采用高強(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加工制造。 設(shè)計具體采用方案 具體到本設(shè)計，因為選用了液壓缸作為機(jī)械手的水平手臂和垂直手臂，由于液壓缸實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動，它既是關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，又是動力元件。在機(jī)器人中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機(jī)器人末端的重量，一般都將腕關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處。同步帶具有傳動比準(zhǔn)確、傳動效率高（可達(dá)98%）、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、不需要潤滑；傳動平穩(wěn)，能高速傳動（可達(dá)40m/s）、傳動比可達(dá)10，結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)器人中使用很多。這樣可以消除傳動間隙，提高傳動精度與剛度。通過預(yù)緊，能消除間隙、提高傳動剛度；進(jìn)給精度和重復(fù)定位精度高。螺旋傳動及絲杠螺母，它主要是用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動?？蛇x用新型的諧波齒輪傳動。（2）對于變負(fù)載的傳動齒輪系統(tǒng)的各級傳動比最好采用不可約的比數(shù)，避免同期嚙合以降低噪音和振動。則四級齒輪傳動系統(tǒng)的各級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差（、...、）換算到末級輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為 （22）由此可知總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最末級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動比的大小。齒輪的嚙合間隙會造成傳動死區(qū)（失動量），若該死區(qū)是閉環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，常使系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩，因此要盡量采用齒側(cè)間隙小，精度高的齒輪；為盡量降低制造成本，要采用調(diào)整齒側(cè)間隙的方法來消除或減小嚙合間隙，從而提高傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。機(jī)器人系統(tǒng)中齒輪傳動設(shè)計的一些問題（1）齒輪傳動形式及其傳動比的最佳匹配選擇。，如采取消除傳動間隙、減少支承變形等措施。，動摩擦力應(yīng)是盡可能小的正斜率，若為負(fù)斜率則易產(chǎn)生爬行，精度降低，壽命減小。由于傳動部件直接影響著機(jī)器人的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力，因此，應(yīng)設(shè)計和選擇滿足傳動間隙小，精度高，低摩擦、體積小、重量輕、運(yùn)動平穩(wěn)、響應(yīng)速度快、傳遞轉(zhuǎn)矩大、諧振頻率高以及與伺服電動機(jī)等其它環(huán)節(jié)的動態(tài)性能相匹配等要求的傳動部件。手爪的具體結(jié)構(gòu)形式如圖25所示：圖25機(jī)械手末端執(zhí)行手爪結(jié)構(gòu)圖機(jī)器人是由多級聯(lián)桿和關(guān)節(jié)組成的多自由度的空間運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計采用連桿杠桿式的手爪。：這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運(yùn)動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。 液壓驅(qū)動系統(tǒng)傳動剛度大，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)位置控制。 電動驅(qū)動手爪應(yīng)用也較為廣泛。按手指的運(yùn)動方式，可分為回轉(zhuǎn)型和移動型，按夾持方式來分，有外夾式和內(nèi)撐式兩種。用計算機(jī)控制最方便的是電氣式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從工業(yè)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，應(yīng)著重開發(fā)各種專用的、高效率的機(jī)器人末端執(zhí)行器，加之以末端執(zhí)行器的快速更換裝置，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人多種作業(yè)功能，而不主張用一個萬能的末端執(zhí)行器去完成多種作業(yè)。因此，要求機(jī)器人末端執(zhí)行器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。在設(shè)計機(jī)器人末端執(zhí)行器時，應(yīng)注意以下問題；。末端執(zhí)行器可分為搬運(yùn)用、加工用和測量用等。 通過對數(shù)控機(jī)床上下料作業(yè)的具體分析，考慮數(shù)控機(jī)床加工的具體形式及對機(jī)械手上下料作業(yè)時的具體要求，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)盡量簡單，降低控制的難度，本設(shè)計手腕不增加自由度，實(shí)踐證明這是完全能滿足作業(yè)要求的，3個自由度來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的上下料完全足夠。，因此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末端執(zhí)行器。因此，要具體問題具體分析，考慮機(jī)器人的多種布局，運(yùn)動方案，選擇滿足要求的最簡單的方案。但是，自由度的增加，也必然會使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機(jī)器人的控制更困難，成本也會增加。 機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計機(jī)器人的手臂運(yùn)動（包括腰座的回轉(zhuǎn)運(yùn)動），給出了機(jī)器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運(yùn)動位置，而安裝在機(jī)器人手臂末端的手腕，則給出了機(jī)器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運(yùn)動姿態(tài)。因此手臂液壓缸的設(shè)計原則是缸的直徑取得大一點(diǎn)（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進(jìn)行強(qiáng)度的較核。直線運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)一般是氣動傳動，液壓傳動以及電動機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)。，這對減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)器人手臂運(yùn)動的響應(yīng)速度是非常有利的。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。，應(yīng)在保證機(jī)器人手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計時，要遵循下述原則；；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)器人運(yùn)動學(xué)正逆運(yùn)算簡化，有利于機(jī)器人的控制?？紤]到腰座是機(jī)器人的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對機(jī)械手的最終精度影響大，故采用電機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。要設(shè)有調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來調(diào)整腰部軸承間隙及減速器的傳動間隙。，它包括驅(qū)動器（電動、液壓及氣動）及減速器。它是機(jī)器人的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，機(jī)器人的運(yùn)動部分全部安裝在腰座上，它承受了機(jī)器人的全部重量。該機(jī)械手在工作中需要3種運(yùn)動,其中手臂的伸縮和立柱升降為兩個直線運(yùn)動,另一個為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動,綜合考慮，機(jī)械手自由度數(shù)目取為3，坐標(biāo)形式選擇圓柱坐標(biāo)形式，即一個轉(zhuǎn)動自由度兩個移動自由度，其特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)比較簡單,手臂運(yùn)動范圍大,且有較高的定位準(zhǔn)確度。相對機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。工作時，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的 作用。因此，國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手 代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。(6)軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗。(2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。目前國內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門，已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動 缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了拆修裝的效率。冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時的上下料和刀具安裝等。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī) 械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。并設(shè)有安全系統(tǒng)，在搬運(yùn)過程中或是工件沒有被放置在安全表面時，操作者不能釋放工件。（4）T型助力機(jī)械手區(qū)別于硬臂式助力機(jī)械手的是T型助力機(jī)械手沒有雙關(guān)節(jié)機(jī)械臂，它的前后左右位移靠導(dǎo)軌來實(shí)現(xiàn)。（3）軟索式機(jī)械手軟索式機(jī)械手的功能與氣動平衡吊類似，具有全行程的“漂浮”功能，但是提升位移比氣動平衡吊要小，最大只有3000mm，而且最大負(fù)載只有450Kg。并設(shè)有安全系統(tǒng)，在搬運(yùn)過程中或是工件沒有被放置在安全表面時，操作者不能釋放工件。比如在工件重心遠(yuǎn)離臂懸掛點(diǎn)，或是工件需要翻轉(zhuǎn)或傾斜情況下，必須選用硬臂式助力機(jī)械手，還有在廠房高度有限情況下，可以選 用硬臂式助力機(jī)械手。最大伸縮距離≥2800mm，上手有9個運(yùn)動關(guān)節(jié)，手臂做伸縮運(yùn)動時，手部保持水平平動。操作機(jī)械手設(shè)計有兩個，一個坐落在一層臺井口旁邊2米左右處， 簡稱為下手；一個坐落在二層臺上的中心臺上，簡稱為上手。繪制控制系統(tǒng)布局圖。進(jìn)行電機(jī)選型相關(guān)計算。（4）由于機(jī)械手設(shè)計工作量比較大，為使學(xué)生在短時間內(nèi)得到完整訓(xùn)練，同學(xué)以小組為單位，分工合作共同完成此次機(jī)械手設(shè)計任務(wù)，這樣既節(jié)省了時間，有解決了量大，時間緊的矛盾，同時最大限度的培養(yǎng)了學(xué)生分工協(xié)作完成大型設(shè)計的能力。因此，工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計是有關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課以后的綜合性的專業(yè)課程設(shè)計。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。智能機(jī)器人涉及的知識內(nèi) 容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項 綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。機(jī)械手通常常機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。一般專用機(jī)械手有2～3個自由度。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的 升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。（5）機(jī)械本體設(shè)計：進(jìn)行機(jī)械本體零部件設(shè)計，繪制總體和零件圖。繪制驅(qū)動系統(tǒng)布局圖。機(jī)械手課程設(shè)計作者：日期： 《機(jī)電系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書課程設(shè)計任務(wù)書姓名 班級 學(xué)號 設(shè)計題目 簡易型機(jī)械手的設(shè)計 設(shè)計任務(wù)：（1）方案論證；在其基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)械手的總體設(shè)計，并繪制總體布局圖。進(jìn)行驅(qū)動系統(tǒng)零部件的選型和設(shè)計。（4）傳感與測試系統(tǒng)設(shè)計：進(jìn)行控制與驅(qū)動系統(tǒng)的傳感與測試系統(tǒng)的設(shè)計。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。8090年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時期，尤其是日本。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。通過這一環(huán)節(jié)要求達(dá)到：（1）通過設(shè)計，把握有關(guān)課程（機(jī)構(gòu)分析與綜合、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、液壓與氣壓傳動技術(shù)、自動控制理論、測試技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、微型計算機(jī)原理及應(yīng)用、自動化機(jī)械設(shè)計等）中所獲得的理論知識在實(shí)際中綜合地加以運(yùn)用，是這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。（3）通過設(shè)計，使學(xué)生能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖冊及規(guī)范，熟悉有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和部分標(biāo)準(zhǔn)，以完成一個工業(yè)技術(shù)人員在機(jī)械整機(jī)設(shè)計方面所必須具備的基本技能訓(xùn)練。根據(jù)機(jī)械手的特點(diǎn)，選用舍黨的驅(qū)動方式，根據(jù)總體設(shè)計要求進(jìn)行電機(jī)選型。確定機(jī)械手的控制方式并進(jìn)行控制系統(tǒng)的控制與編程。（1）油田鉆柱操作機(jī)械手本產(chǎn)品由山東科技大學(xué)研發(fā)而成，主要用于鉆井時的鉆桿、鉆鋌等的裝、卸工作。 上手的腰部回轉(zhuǎn)角度為310 176。（2）硬臂式助力機(jī)械手硬臂式助力機(jī)械手與氣動平衡吊和軟索式助力機(jī)械手一樣都具有全行程“漂浮”功能，區(qū)別是在有扭矩產(chǎn)生的情況下無法使用氣動平衡吊或是軟索式助力機(jī)械手， 而必須選用硬臂式助力機(jī)械手。 配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個循環(huán)，同時會報警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。安裝形式可以是地面固定、懸掛固定或是導(dǎo)軌移動。安裝形式可以固定地面或懸掛固定使用，不能使用導(dǎo)軌式。 配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個循環(huán)，同時會報警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)； 金屬加工生產(chǎn)批量中有四