【正文】 在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類(lèi)。在性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。其主要特點(diǎn)是 :抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。其主要特點(diǎn)是 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。此類(lèi)機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。 直角坐標(biāo)占空間大，工作范圍小，慣性小，所以一般不多用，只有在自由度數(shù)較少時(shí)用之。其功用 是利用自身的活動(dòng)度確定被末端執(zhí)行器夾持物體的空間姿態(tài)，也可以說(shuō)是確定末端行器的姿態(tài)。手指是直接與物件接觸的機(jī)構(gòu)。通過(guò)這一教學(xué)環(huán)節(jié)要求可以達(dá)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 13 到： （ 1）通過(guò)設(shè)計(jì)，把有關(guān)課程（機(jī)構(gòu)分析與綜合、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制理論、測(cè)試技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用、自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)等）中所獲得的理論知識(shí)在實(shí) 際中綜合地加以應(yīng)用，使這些知識(shí)得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識(shí)和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來(lái)。 本文研究范圍 本文 研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理 ，熟悉了單軸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 14 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。 美國(guó)還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。 毫米。 瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 1976年個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門(mén)用在機(jī)械手的研究費(fèi)用 42%。智能機(jī)械手約為17 億日元，為 1978 年的 6 倍。預(yù)計(jì)到1990 年將有 55 萬(wàn)機(jī)器人在工作。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 16 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)在工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況：在現(xiàn)在工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。 有資料統(tǒng)計(jì)：美國(guó)偏重于毛坯的生產(chǎn)。 國(guó)內(nèi)機(jī)械手工業(yè)，鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專(zhuān)機(jī)上采用機(jī)械手上下料。 采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更是現(xiàn)在 研究的重點(diǎn)，國(guó)外已研究采用攝像機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。 為防止握力過(guò)大引起物件損壞或握 力過(guò)小引起物體滑落下來(lái)，一般采用兩種方法：一是檢測(cè)把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟Γ涣硪环N是直接檢測(cè)指部與物體的滑動(dòng)位移，來(lái)修正握力。 （ 4）抓空或抓力不足時(shí)能檢測(cè)出來(lái)。雖然這些工業(yè)部門(mén)工時(shí)不足的問(wèn)題很尖銳，但采用機(jī)械手只限于一小部分工序。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 18 1 直角坐標(biāo)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 本課題 是直角坐標(biāo)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。（ 3）手掌與手指 ，采用簡(jiǎn)單的電磁鐵。 工作形式的確定 圖 直角坐標(biāo)式 2 手臂部分設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)主要零件組成 手臂部分是本設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)，由單軸驅(qū)動(dòng)器與它們之間的銜接板構(gòu)成。 其中法蘭板與電機(jī)用四個(gè) M4 長(zhǎng)20 系列 的圓頂十字頭螺釘連接，法蘭板與驅(qū)動(dòng)器的頭部用四個(gè) M4 長(zhǎng)8 系列 的圓頂十字頭螺釘連接。 其中 X 軸驅(qū)動(dòng)器用長(zhǎng)為 200 毫米 ， 導(dǎo)程為 10 毫米，絲杠螺距為 10 毫米，有效行程為 100 毫米，絲杠軸外徑為 10 毫米的滾珠絲杠。 X 與 Y 軸的驅(qū)動(dòng)器用長(zhǎng) 為 90 毫米，寬為 50 毫米的連接板來(lái)連接 。前側(cè)長(zhǎng) 20 毫米，寬 50 毫米，高120 毫米。 每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的尾部用用一塊厚為 11 毫米，截面長(zhǎng) 60，寬 30 的底板組成，用來(lái)限制滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)。 命名方式是 TYPE 導(dǎo)程 精密級(jí) 潤(rùn)滑方式 如 LX2602PG 單軸驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)成零件 底座（滑軌） 滑塊 馬達(dá)支架 支撐側(cè)軸上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 22 承座 擋塊 精密滾珠絲杠（磨削 ） (均有材質(zhì) 表面處理 硬度的要求 規(guī)格表主要描述滑塊數(shù) 馬達(dá)附件 有效行程 安裝孔尺寸 有效行程對(duì)相同底座總長(zhǎng)的不同潤(rùn)滑方式的單軸驅(qū)動(dòng)器是不同的。 其目的是使執(zhí)行元件與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。動(dòng)力的變換主要是其大小和方向。滾動(dòng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動(dòng)效率高（ 92%~40%），因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用 。 本設(shè)計(jì)三軸均用導(dǎo)程是 10mm,絲杠螺距是 10mm的滾珠絲杠。 表 本設(shè)計(jì)絲杠螺母基本參數(shù) 螺帽 滾珠 滾珠中 絲杠 循環(huán) 基本額定 基本額定 軸向 種類(lèi) 直徑 心直徑 底徑 數(shù) 載荷（動(dòng)） 載荷（靜） 間隙 標(biāo)準(zhǔn)型 圈 以下 螺帽 1列 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 25 滾珠絲杠的工作原理 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動(dòng)原件 —— 滾珠，它由絲杠，螺母，滾珠，反向器組成 。 圖 滾珠絲杠副的工作原理 導(dǎo)軌的選用 本設(shè)計(jì)的選用 本設(shè)計(jì) 使用滑動(dòng)導(dǎo)軌副，用在三個(gè)單軸驅(qū)動(dòng)器的工作臺(tái)，還有鋁合金型材與手臂部分的螺釘連接處。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；不運(yùn)動(dòng)的一方叫支撐導(dǎo)軌。 （ 2）耐磨性能好 主要是指使用過(guò)程中能否保持一定的導(dǎo)向精度，應(yīng)該力求減少磨損量 ，并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。 （ 5）結(jié)構(gòu)工藝性好 要加工和裝配方便，使用時(shí)便于調(diào)整和維修，成本低。 但缺點(diǎn)時(shí)垂直誤差相互影響，給制造，檢驗(yàn)和修理帶來(lái)困難。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進(jìn)電機(jī)的 特點(diǎn) 主要特點(diǎn) 是能實(shí)現(xiàn)精確定位、精確位移，且無(wú)積累誤差。 廣泛 應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。一般地說(shuō)最大靜力矩 Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。除了每轉(zhuǎn) 200分割（ ?/step）的標(biāo)準(zhǔn)型外，另外還備有每轉(zhuǎn) 400分割 的高分辨率型以及高轉(zhuǎn)矩、高分辨率的減速機(jī)型產(chǎn)品。 本設(shè)計(jì)用 T3060型式的高轉(zhuǎn)矩型 60mm的步進(jìn)電機(jī)。由于勵(lì)磁磁上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 32 通力圖沿磁阻最小的路徑通過(guò)，因此對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁吸力，迫使轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動(dòng)。 規(guī)定為 度， m 為 2 相， C 為 1， Z 為 100 齒 。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 33 圖 小步距角步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng) U 相 的定子齒和轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)， V 相的定子齒應(yīng)相對(duì)于 轉(zhuǎn)子齒順時(shí)針?lè)较蝈e(cuò)開(kāi) 1/3 齒距，而 W 相的定子齒應(yīng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子齒順時(shí)針?lè)较蝈e(cuò)開(kāi) 2/3 齒距。因凸牙可在凹槽中滑動(dòng)，故可補(bǔ)償安裝及上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 34 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸間的相對(duì)位移。但在兩軸間有相對(duì)位移的情況下工作時(shí)，中間盤(pán)就會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，從而增大 動(dòng)載荷 及磨損。 （ 2） 主體中間用十字滑塊聯(lián)接，安裝方便，免維護(hù) 。 （ 6） 容許大的徑向和軸向 ，角向 偏差 。 本設(shè)計(jì)使用的聯(lián)軸器 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 35 本設(shè)計(jì)使用米思米系列的 SCPW 雙膜片型聯(lián)軸器，具體尺寸參數(shù)如表 表 本設(shè)計(jì)使用的聯(lián)軸器的基本參數(shù) 型號(hào) d1 d2 D d3 L l F A 加緊 緊固 螺栓 扭矩 28 6 6 28 12 9 4 M3 基本尺寸如圖 所示 圖 SCPW 米思米系列聯(lián)軸器 本設(shè)計(jì)聯(lián)軸器基本力學(xué)參數(shù) 表 聯(lián)軸器的力學(xué)參數(shù) Type 容許扭 容許 容許 靜態(tài) 最高 慣性 重量 矩（ N m） 偏角 偏心 扭轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)速 力矩 （ g） (mm) 剛度 （ r/min） （ kg m） （ N m/rad） SCPW 3000 10000 42 10^6 法蘭板 和馬達(dá)附件 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 36 圖 T3060 米思米系列法蘭板 法蘭板是打有標(biāo)準(zhǔn)螺釘孔的板，而馬達(dá)附件主要用來(lái)使電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器在安裝過(guò)程中保持一定的對(duì)中性與裝配精度，以確保電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)。接近覺(jué)傳感器結(jié)構(gòu)上分為接觸型和非接觸型兩種，其中非接觸型接近覺(jué)傳感器應(yīng)用較廣。這種感應(yīng)電流稱(chēng)為電渦流，這一現(xiàn)象稱(chēng)為電渦流現(xiàn)象，利用這一原理可以制作電渦流傳感器。對(duì)于鋼或鋁等材料的目標(biāo)物，線(xiàn)性度誤差為 +%。b f/360 60?????????????? () 216。=2 a 20mm a=(s178。)]/32= (cm178。） 工作臺(tái)的質(zhì)量 M=ρ v=(cm179。 = g (cm178。) 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 42 各 軸電機(jī)的慣量 Jm= g (cm178。) 轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 X 軸摩擦力轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 Tux為 Tux=Fx V/n=180 M g u δ/(π 216。 cm X 軸 電機(jī)啟動(dòng)加速力矩 Max=Jx ?????????????????????? () Max= (cm178。) rad/(s178。 cm Z 軸上的轉(zhuǎn)矩 Tz=Tuz+May=+= N對(duì)一般商用機(jī)器人，末桿 (即與末端執(zhí)行器相聯(lián)結(jié)的桿 )都有獨(dú)立的自轉(zhuǎn)功能，若該桿再能在空間取任意方位，那么與之相聯(lián)的末端執(zhí)行器就可在空間去任意姿態(tài)，即達(dá)到完全靈活的境地。 4 手指的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的手指部分用 電磁鐵 。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，我們往往采用消磁較快的的軟鐵或硅鋼材料來(lái)制做。 磁化 后的鐵芯也變成了一個(gè)磁體，這樣由電磁鐵 于兩個(gè) 磁場(chǎng) 互相疊加，從而使 螺線(xiàn)管 的 磁性 大大增強(qiáng)。另 外，電磁鐵的鐵芯用軟鐵制做，而不能用 鋼 制做。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 45 當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)線(xiàn)的周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)。在設(shè)計(jì)電磁鐵時(shí)，會(huì)注重線(xiàn)圈的分布和鐵磁體的選擇，并利用電流大小來(lái)控制磁場(chǎng)。 本設(shè)計(jì)的機(jī)械手電磁鐵吸力 方塊尺寸為 80 50 30=120（ cm179。當(dāng)電磁線(xiàn)圈接上電源時(shí)，線(xiàn)圈中就有了激磁電流，使電磁鐵回路中產(chǎn)生密集的磁通。 所以 Fx= I178。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 47 本設(shè)計(jì)的吸力 = （ 178。機(jī)器的全部重量將通過(guò)機(jī)架傳至基礎(chǔ)上。機(jī)架零件按構(gòu)造形式不同大體上可歸納成四類(lèi)： 機(jī)座類(lèi)； 板類(lèi)； 框架類(lèi)。高速機(jī)器的機(jī)架零件還應(yīng)滿(mǎn)足振動(dòng)穩(wěn)定性的要求。故采用鑄件。 本設(shè)計(jì)的機(jī)架 本設(shè)計(jì)的機(jī)架選用 3060 型的 鋁合金型材，基本參數(shù)如下 表 本設(shè)計(jì)使用的鋁合金型材 型號(hào) 重量 斷面積 慣性矩 Ix 慣性矩 Iy 壁厚 （ Kg） mm^2 mm^4 mm^4 mm 3060 720 7 10^4 10^4 圖 本設(shè)計(jì)使用的鋁合金型材 鋁合金是純鋁加入一些合金元素制成的，如鋁 — 錳合金、鋁 — 銅合金、鋁 — 銅 — 鎂系硬鋁合金、鋁 — 鋅 — 鎂 — 銅系超硬鋁合金。鋁合金材料的應(yīng)用有以下三個(gè)方面：一是作為受力構(gòu)件；二是作為門(mén)、窗、管、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 49 蓋、殼等材料；三是作為裝飾和絕熱