【正文】 2．計(jì)算沿運(yùn)動(dòng)方向作用在活塞上的外力 水平運(yùn)動(dòng)時(shí)： F=PSAFf =103π=138N 3. 計(jì)算殘余速度 0m a x0 . 1 0 . 1 5 /0 . 6 41rvv m samF? ? ?? 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) –29– 六 、機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一）機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng) 該機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理如 圖 ，它 的氣源是空氣壓縮機(jī)（排氣壓力大于 ）通過(guò)快換街頭進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)分水過(guò)濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，控制氣缸和手部動(dòng)作 并為 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速 。 本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。 7． 控制系統(tǒng) 開(kāi)關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個(gè)不相同的。 4． 剛度 機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時(shí)，因易產(chǎn)生振動(dòng)，定位精度一般較低。 （二）影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 機(jī)械手能否準(zhǔn)確地工作，實(shí)際上是一個(gè)三維空間的定位問(wèn)題，是若干線量和角量定位的組合。 則驅(qū)動(dòng)力： 2RPF ?? N1 2 4 6 0 3 1 26? ???? 測(cè)定手腕質(zhì)量為 50kg,設(shè)計(jì)加速度 2s/10ma? ，則慣性力 maF?1 N5001050? ?? 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) ?k , 1kFF ?摩 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) –24– N100 ? ?? 總受力 摩總 FFF ?? 1 N600 100500? ?? FF ?總 所以標(biāo)準(zhǔn) CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求要求 。 (4)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，所以 應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重 輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小 。 回轉(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。 在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。液壓緩沖器的結(jié)構(gòu)如圖 。 (4)采用橡膠減振墊 橡膠減震墊一般采用天然橡膠和氯丁橡膠，要求耐油的采用丁腈橡膠，要求耐高低溫的采用硅橡膠，要求高阻尼的采用丁基橡膠?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT的液壓或氣動(dòng)裝置，系統(tǒng) 復(fù)雜，因此造價(jià)高，設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都增加了難度，但是平衡效果好， 用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場(chǎng)合。當(dāng)氣缸活塞運(yùn)動(dòng)到定位點(diǎn)時(shí)，為保證定位精度，需要將運(yùn)動(dòng)軸鎖緊， 常用的限位機(jī)構(gòu)是由電 磁閥控制的氣缸帶動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)（插鎖，滑塊等）將機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)鎖定，再啟動(dòng)時(shí)， 先打開(kāi)鎖緊機(jī)構(gòu)。無(wú)接觸感應(yīng)式氣缸目前在氣動(dòng)系統(tǒng)中已獲得廣泛的應(yīng)用，這種氣缸在活塞上裝有永久磁鐵的磁環(huán)，通過(guò)磁感應(yīng)，使在氣缸外面安裝的非接觸磁性接近開(kāi)關(guān)多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) –14– 動(dòng)作發(fā)訊 ，進(jìn)行位置檢測(cè)。雖然用無(wú)潤(rùn) 滑氣缸可以不用油霧器，但是一般情況下，建議 在氣路上裝上油霧器，以減少氣缸 摩擦 ，增加 氣缸 使用壽命?？刂蒲b置目前多數(shù)選用可編程控制器（ PLC）。沖壓機(jī)械手多采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力 較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較 低。 動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 不需要能量轉(zhuǎn)換，使用方便，噪聲較低，控制靈活，但 大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。這三類基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下： (1)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，它具有動(dòng)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(dòng)等特點(diǎn)， 適合于在承載能力大，慣量大 的環(huán)境下工作 的機(jī)械手。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有可靠的 便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 工作空間的形狀和大小與機(jī)械手手臂的長(zhǎng)度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系。 (5)要設(shè)有可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減小空回間隙，提高傳動(dòng)精度。 機(jī)械手手腕自由度數(shù)目越多，各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度越大，則機(jī)械手腕部的靈活性越高，機(jī)械手 對(duì)作業(yè)的適應(yīng)能力也 越強(qiáng)。 (1)楔塊杠桿式手爪 利用楔塊與杠桿來(lái)實(shí)現(xiàn)手爪的松、開(kāi)，來(lái)實(shí)現(xiàn)抓取工件。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)， 其工作空間是一個(gè)類球形的空間。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)講，是比較小的，因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。 視覺(jué)功能 是 在機(jī)械手上安裝 電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀以及微型計(jì)算機(jī)。模塊化拼裝的機(jī)械手 與 組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置 相比，擁有更靈活的安裝體系， 使機(jī)械手動(dòng)作自如。第一代為簡(jiǎn)單個(gè)體 機(jī)械手 ， 屬于示教再現(xiàn)型 , 第二代為群體勞動(dòng) 機(jī)械手 ， 其 具備了感覺(jué)能力 ,第三代為類似人類的智能 機(jī)械手 ， 它不僅具有感覺(jué)能力 ， 而且 還具有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔， 手 臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、 使用液壓驅(qū) 動(dòng)， 控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。 連續(xù)軌跡控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線。 電力傳動(dòng)機(jī)械手是由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。 液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液體 的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。 2． 機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，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。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng) 應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。 手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位 。 手部，即與物件接觸的部件。 (3)減輕人力， 便于有節(jié) 奏的生產(chǎn) 。 目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS和柔性制造單元 FMC中一個(gè)重要組成部分。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手；多工位；氣動(dòng)；電氣控制 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) II Design of special Manipulator and Feeding mechanism for multi station punch Abstract With the rapid development of China39。 作者簽名： ___________ 日期： __ __ 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) I 摘 要 隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化程度迅速提高， 工業(yè)機(jī)械手 在近幾十年里飛速發(fā)展 。工業(yè)機(jī)械手是 工業(yè)機(jī)器人 的 分支 ， 其特點(diǎn)是可 通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器 的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和 機(jī)器的 適應(yīng)性。s industrial production, the degree of automation is increasing rapidly, the industrial robot, the rapid development in recent decades. Industrial robot is a branch of the industrial robot can be programmed to plete a variety of expected operating tasks, both man and machine on the structure and performance of their respective advantages, especially human intelligence and adaptability. First ,this article of all introduce the industrial mechanical hand of the concept as well as domestic and international development status, then describe the manipulator constitute and classification of manipulator degrees of freedom and coordinates the form of a hand structure design and checking, the last described the robot39。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適用于中、小批量生產(chǎn)，可 以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，使加工系統(tǒng)或制造單元結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)性更 強(qiáng)。 機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可直接減少人力 ，同時(shí)由于機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這 也是減少人力的 一種體現(xiàn)。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式，在本次設(shè)計(jì)中我采用了夾持式手部結(jié)構(gòu)。 手臂是支撐被抓物件、手部、手腕的重要部件。 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。 (1)按用途分 ， 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 。 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， 缺點(diǎn)是對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，否則油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程均處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 2． 工業(yè) 機(jī)械手 的發(fā)展 方向 目前，國(guó)內(nèi)的機(jī)械手發(fā)展迅速，歸結(jié)起來(lái)，大都朝著高精度、模塊化、節(jié)能化和機(jī)電一體化這四個(gè)方向發(fā)展。模塊化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍，是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。工作 時(shí) 電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳輸 給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 直角坐標(biāo)機(jī)械手的工作空間為一空間長(zhǎng)方體。 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) –8– 4． 關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖 。 (2)滑槽式手爪 當(dāng)活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑槽通過(guò)銷子推動(dòng)手爪合并，產(chǎn)生夾緊動(dòng)作 和夾緊力，當(dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，手爪松開(kāi)。但是，自由度的增加，也必然會(huì)導(dǎo)致其 腕部結(jié)構(gòu)更 加復(fù)雜， 使 機(jī)械手的控制 變得更困 難，成本也會(huì)增加， 因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際 作業(yè)要求來(lái)確定。 (6)手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)要有限位開(kāi)關(guān)，并設(shè)置硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞。但機(jī)械手手臂末端工作 空間并沒(méi)有考慮機(jī)械手手腕的空間姿態(tài)要求， 如果對(duì)機(jī)械手手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小于上述沒(méi)有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。 (5)機(jī)械手的手臂相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上 平衡，這對(duì)減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度是非常有利的。 相比于液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)同樣很多： 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常 有較多的能量損失 (摩擦損失、泄露損失等 )， 液壓傳動(dòng)易泄漏，不僅污染工作場(chǎng)地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性。 直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的工作環(huán)境中，成本上也較其他兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要 度。 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的缺點(diǎn)在于 實(shí)現(xiàn)伺服控制 較困難 ， 所以 多用于程序控制的機(jī)械手中，如在上、下料和沖壓機(jī)械手中應(yīng)用較多。 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) –13– 用于點(diǎn)焊和弧焊及噴涂作業(yè)的機(jī)械手，要求具有點(diǎn)位和軌跡控制功能，需采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在易燃、易爆的場(chǎng)合下可采用氣動(dòng)邏輯元件組成控制裝置。 (3)氣動(dòng)閥 氣動(dòng)閥的種類很多，在工業(yè)機(jī)械手的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，常用的閥件有電磁氣閥、節(jié)流調(diào)速閥、減壓閥等。除了直線氣缸外，機(jī)械手中用得比較多還有有限角擺動(dòng)氣缸，這種擺動(dòng)缸多用于手腕機(jī)構(gòu)上。 6． 機(jī)械手導(dǎo)向裝置的選擇 氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，保證手指的正確方向， 活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性， 所以 在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。 在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手爪 一側(cè)重力矩對(duì)性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接 近平衡。 橡膠減震墊通常做成支承或連接件，大多為橡膠與金屬?gòu)?fù)合制品，有雙板式、圓柱式、片式等多種形式 ， 廣泛用于各種車輛、船舶、機(jī)械、儀器儀表、橋梁、建筑中，用 以消除或減緩震動(dòng)的不良后果。 圖 機(jī)械手液壓緩沖器結(jié)構(gòu) 9．機(jī)械手的主要參數(shù) 機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū) 動(dòng)，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)抓取的工件質(zhì)量為 5㎏。 根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的參數(shù)： 伸縮行程定為 100mm,橫移行程為 150mm，升降行程定為 30mm，伸縮速度為 40mm/s， 升降速度為 60mm/s，最大中心高度為 1250mm。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大， 其優(yōu)點(diǎn)是 當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸