【正文】 用性較強(qiáng)。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。s hand.Keywords: manipulator。同時(shí)，本文給出了這臺(tái)機(jī)械手的主要性能規(guī)格參量。文章中介紹了搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法。 motion simulation。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(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。 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。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。美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。截止1979年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。國內(nèi)這類生產(chǎn)線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線（環(huán)類），大連電機(jī)廠的4號(hào)和5號(hào)電動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)線（軸類），上海拖拉機(jī)廠的齒坯自動(dòng)線（盤類）等。 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面模鍛方面，國內(nèi)大批量生產(chǎn)的3t、5t、10t模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機(jī)械手成一定角度布置早爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。因此，一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。(4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。進(jìn)而運(yùn)用ADAMS軟件對(duì)機(jī)械手的手部及升降機(jī)構(gòu)作了運(yùn)動(dòng)仿真分析。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。 機(jī)械手基本形式示意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)。 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: 本章小結(jié)本章對(duì)機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，選擇了機(jī)械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)，給出了設(shè)計(jì)中機(jī)械手的一些技術(shù)參數(shù)。（2） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。手抓夾持范圍，手指長100mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開時(shí)，（b）所示，最大夾持半徑計(jì)算如下： 機(jī)械手的夾持半徑從（a） (b) 手抓張開示意圖 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)(1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力(2).選擇旋繞比C=8，則 （）(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=42mm，估算彈簧絲直徑 (4).試算彈簧絲直徑 （）(5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： （）選擇標(biāo)準(zhǔn)為，彈簧的總?cè)?shù)圈(6).最后確定，(7).對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算 對(duì)于壓縮彈簧如果長度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。4 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)的基本要求（1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。(2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算（1） 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩。 于是得 ()D——?jiǎng)悠耐鈴?；f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取f=螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ()或 ()帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得螺釘材料選擇Q235，則（）螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。（5） 提高配合精度。三、手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇通過以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng),液壓缸選取雙作用液壓缸。得 得 ()式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（N）； L——手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m）,參考上一節(jié)的計(jì)算。 本章小結(jié)本章設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)，對(duì)驅(qū)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并對(duì)液壓缸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種：（1） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。分析：經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。 ()回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長1800mm，直徑為60mm的圓柱體，=180，則起動(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。將數(shù)據(jù)帶入上面公式有：=（2）的計(jì)算 =（3）液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算 最后通過以上計(jì)算 當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=6756N 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=6756=6184N 軸承的選擇分析 對(duì)于升降缸的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于機(jī)身回轉(zhuǎn)用的軸承有影響，因此，這里要充分考慮這個(gè)問題。7 ADAMS 模型的建立與仿真　 （1） 虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本概念虛擬樣機(jī)技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中, 將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(指在某單一系統(tǒng)中零部件的CAD 和FEA 技術(shù)) 糅合在一起, 在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建出產(chǎn)品的整體模型, 并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析, 預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能, 進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。國外的一些著名大學(xué)也已開設(shè)了介紹 ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件，是由美國機(jī)械動(dòng)力公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的最優(yōu)秀的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件，是世界上最具權(quán)威性的，使用范圍最廣的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件。通過交互的圖形界面和豐富的仿真單元庫，用戶快速地建立系統(tǒng)的模型。ADAMS / View采用了Windows風(fēng)格的操作界面和各種操作習(xí)J慣，使得ADAMS / ?？梢赃M(jìn)行分析結(jié)果曲線圖的各種編輯。(5)有線性系統(tǒng)模態(tài)分析、力輸入運(yùn)動(dòng)以及模擬控制系統(tǒng)的能力。將機(jī)械手的手部抽象出來，對(duì)其進(jìn)行建模。對(duì)于ADAMS建模，在ADAMS/View提供有零件庫，可以創(chuàng)建各種基本的物體。 該機(jī)械手選擇配置二指夾持手指，抓取一般棒料。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)過程當(dāng)中，和我一起研究探討的舍友表示感謝。最后向其他關(guān)心我支持我的老師、朋友、同班同學(xué)一并表示感謝。 本次設(shè)計(jì)只對(duì)機(jī)械手的手部進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)模擬仿真，對(duì)虛擬樣機(jī)還只是處于了解階段，做的運(yùn)動(dòng)仿真難免有錯(cuò)誤之處。8 結(jié)論通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我了解了機(jī)械手的很多相關(guān)知識(shí)。對(duì)于手部的運(yùn)動(dòng)仿真，為避免機(jī)構(gòu)自鎖，應(yīng)考慮活塞桿的實(shí)際運(yùn)動(dòng)范圍，本設(shè)計(jì)中，活塞桿的運(yùn)動(dòng)范圍是34mm。DADS與ADAMS同屬機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件，兩者的原理和功能相似。例如可以利用ADAMS來模擬作用在輪胎上的垂直、轉(zhuǎn)向、陀螺效應(yīng)、牽引與制動(dòng)、力與力矩。完成樣機(jī)分析的準(zhǔn)備工作以后，ADAMS/View程序可以自動(dòng)地調(diào)用ADAMS / Solver模塊，求解樣機(jī)模型的靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)問題，完成仿真分析以后再自動(dòng)地返回ADAMS / View操作界面。ADAMS軟件支持并行工程環(huán)境，節(jié)省大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。由于ADAMS具有通用、精確的仿真功能，方便、友好的用戶界面和強(qiáng)大的圖形動(dòng)畫顯示能力，所以DAMS軟件的課程，而將三維CAD軟件、有限元軟件和虛擬樣機(jī)軟件作為機(jī)械專業(yè)學(xué)生必須了解的工具軟件。國外虛擬樣機(jī)相關(guān)技術(shù)軟件的商業(yè)化過程已經(jīng)完成。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。 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 手臂偏重力矩的計(jì)算圖 手臂各部件重心位置圖（1） 零件重量、等。經(jīng)過以上的計(jì)算=（2） 回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬b=60mm，選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為8Mpa。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)。如上圖所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長，花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大。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。 ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為，平均回轉(zhuǎn)角速度在。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。并進(jìn)行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算，同時(shí)也計(jì)算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆健A取棒料直徑100mm，長度1000mm，重量60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)算 力矩：（1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算G= （2） 擦力矩。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。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。 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。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，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。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。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