【正文】 技術(shù)，并已 成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科――機(jī)械手工程。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。 德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。 1979 年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 443 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺(tái)。截止 1979 年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá) 56900 臺(tái)。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。 第三 代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 ? 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對(duì)象。 加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有 采用機(jī)械手的，如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。如 上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位機(jī)床）和天津二注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手的自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。 傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連 桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。 手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作 中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。 5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的 感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。從 94 年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái)，約占全球已 安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列。因此，在機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，然后通過(guò) ADAMS 軟件對(duì)機(jī)械手的手部進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)仿真。 4 多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。 圖 機(jī)械手基本形式示意 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) 在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有 5 個(gè)自由度既：手抓張合；手部回轉(zhuǎn)；手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)；手臂升降 5 個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分 , 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途：搬運(yùn) :用于車間搬運(yùn) 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) : 抓重 :60Kg 夾持式手部 自由度數(shù) :5 個(gè)自由度 座標(biāo)型式 :圓柱座標(biāo) 最大工作半徑 :1600mm 手臂最大中心高 :1248mm 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程： 1200mm 伸縮速度： 83mm/s 升降行程： 300mm 升降速度： 67mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 : 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 : 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 手部設(shè)計(jì)基本要求 （ 1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。 （ 4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。 機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 抓的類型及夾緊裝置 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)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)：手抓張合角 ，夾取重量為 60Kg。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng) ,這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 , 適于夾持平板方料 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差零。夾緊裝置選擇常開(kāi)式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉和 ，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手指張開(kāi)。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好 。 手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算： （ ） 式中 ――安全系數(shù)，； ――工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為 ，求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和 驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。特別是在多品種的中、 小批量生 產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。 結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。計(jì)算公式： （ ） （力學(xué)性精確能高） （ ） 結(jié)論：經(jīng)過(guò)校核，彈簧適應(yīng)。 （ 2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。回轉(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定（一般小于）。 3 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) 夾取工件重量 60Kg，回轉(zhuǎn)。 啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 ，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備 3 個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。 提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離。 二、 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小 機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。 減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。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)稱配置在伸縮崗兩側(cè)。 ――當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。對(duì)于桿長(zhǎng) L大于直徑 d 的 15 倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： 設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛，故，活塞直徑 d 20mm,L 1360mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。 機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而 使手臂左右擺動(dòng)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣就固定了花鍵軸，也就通過(guò)花鍵軸固定了活塞桿?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn) 1800。 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為，則 式中 ――回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 d 為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè) d 50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算： D 151mm 既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為 150mm,根據(jù)表 180mm 不是最終尺寸 ，再經(jīng)過(guò)配合等條件的考慮。連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。 現(xiàn)在對(duì)機(jī)械手手臂做粗略估算：總共 33Kg +++ 2 計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差 t 。作為固定支撐的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向全要固定。 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn) 1 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動(dòng)力，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場(chǎng)中的磁力大出 30 一 40 倍。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。當(dāng)液壓控制和電氣控制或氣動(dòng)控制結(jié)合在一起使用時(shí)，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的順序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用意向節(jié)流調(diào)速回路，通過(guò)定量泵供油，溢流閥定壓，經(jīng) 粗，精兩級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾，蓄能器蓄能及穩(wěn)壓，通向中間封閉式的三位四通電磁換向閥，經(jīng)單向節(jié)流閥回油節(jié)流，可調(diào)節(jié)液壓缸的速度。冷卻器可為風(fēng)冷式，也可為水冷式，根據(jù)散熱需要而定。而且 PLC 的環(huán)境適應(yīng)性也很強(qiáng)，它能在工業(yè)環(huán)境下可靠地工作。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便、靈活。 （ 4）體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、維修方便 PLC 體積小，重量輕，便于安裝。其中它有 TONR 和 TON， TOF 兩類定時(shí)器。它有 3 個(gè)數(shù)據(jù)輸入端口： S_BIT 為組成移位寄存器的最低位： N 為移位寄存器的長(zhǎng)度。它支持中文環(huán)境，具體設(shè)置方法如下：在 TOOLS中選擇 OPTIONS選項(xiàng)卡，選 GENERAL，在 LANGUAGE 選項(xiàng)中選擇 CHINERE 確認(rèn)后退出再進(jìn)即可。所設(shè)計(jì)的裝卸料機(jī)械手具有 5 個(gè)自由度（手臂的升降、伸縮、回 轉(zhuǎn)，手腕回轉(zhuǎn)，手爪夾持），采用圓柱坐標(biāo)式。 謝 辭 在本論文的工作中，自始自終得到了 xx 電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 xxx 老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。在此表示由衷的感謝！ 在進(jìn)行機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，和我一起研究探討的舍友表示感謝。Kiefner,B ,Virtual collaboration environment for aircraft design,Information Visualisation,2021. International Conference on， 1012 July 2021,Page s :502 507 附 錄 主要符號(hào)表 手指夾緊力 N D 彈簧中徑 彈簧內(nèi)徑 彈簧外徑 C 彈簧旋繞比 n 彈簧有效圈數(shù) M 轉(zhuǎn)動(dòng)缸的回轉(zhuǎn)力矩 偏重力臂 mm 偏重力矩 t 螺釘間距 mm 螺釘承受的拉力 N 工作載荷 N 預(yù)緊力 N 轉(zhuǎn)動(dòng)缸起動(dòng)角 度 轉(zhuǎn)動(dòng)缸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 xx 電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 xx 電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 xx 電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 xx 電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 xx 電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁(yè) 共 59 頁(yè) 啟動(dòng) 下限位 回原位 , 置位， 置位，燈 HL 亮