【正文】 生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50%～60%的速度增長(zhǎng)。自 1969 年從美國引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司（ Unimaton） ,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20世紀(jì) 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化 ??4產(chǎn) 品 。 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接 和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。商名為 Unimate(即萬能自動(dòng) )。 1毫米。 瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 日元，比 1978 年增長(zhǎng) 50%。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。 屈良鑫 ： 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 4 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類）自 動(dòng)線 一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳遞零件。如沈陽 低壓開關(guān)廠 200t 環(huán)類沖床磁力起重器殼體下料機(jī)械手和天京拖拉機(jī)廠400t 沖床的下料機(jī)械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)輕局技術(shù)研究所制作的 120t 和 40t 多工位沖床機(jī)械手等。手腕有獨(dú)立的自由度。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)。 因此，本設(shè)計(jì)采用機(jī)電液一體化的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 。我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件， 開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人 。 屈良鑫 ： 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 8 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。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。 圖 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)械手具有手部回轉(zhuǎn) 、 手臂伸縮 、 手臂回轉(zhuǎn) 、 手臂升降 四個(gè)自由度并且與手抓張合共同構(gòu)成 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) :4個(gè)自由度 座標(biāo)型式 :圓柱座標(biāo) 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程： 25001400=1100mm 伸縮速度： 83mm/s 升降速度： 67mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 : 00~180 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 : 00~180 ， 調(diào)整角度 15176。 （ 4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。平移型手指的張開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。11FF?? 由 01M? ??F =0 得 39。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 G—— 被抓取工件所受重力（ N）。 機(jī)械手的夾持范圍為 80mm180mm。 結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧 ??，因此彈簧穩(wěn)定性合適。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí) ，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 夾取棒料直徑 100mm，長(zhǎng)度 1000mm，重量 60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn) 0180 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 230 . 0 6 0 . 2 2 7 8 0 0 9 . 8 1 9 0G K g m N K g N?? ? ? ? ? ? （ 2） 擦力矩 ?摩。 ? ?2282Qb p dD d M F Zf? ? ?摩 屈良鑫 ： 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 22 于是得 ? ?224Q bpF D dZfd?? () D—— 動(dòng)片的外徑； 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 ? ?214QFd??? ?合 () 或 ? ?14 QFd ??? () 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 ? ? ? ?62 2 2 20 . 0 6 6 8 1 0 0 . 1 1 0 . 0 4 5 2 4 6 2 74 4 0 . 1 5 0 . 0 3 2Q bpF D d NZ f d Z ??? ? ? ? ?? ? ? 螺釘材料選擇 Q235，則 ? ? 240?? ?? 200MPa?（ ? ） 螺釘?shù)闹睆? ? ?0 64 1 . 3 4 1 . 3 2 4 6 2 7 0 . 0 1 23 . 1 4 2 0 0 1 0QFdm??? ??? ? ??? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12 的開槽盤頭螺釘。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。 0AM ?? bG L aF?總 得 b GLF a? 總 0Y?? baG F F??總 得 a LaFG a???? ????總 39。 4 ?? ? ????? ? ????? ? —— 摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無潤(rùn)滑時(shí)： 鋼對(duì)青銅：取 ?? 鋼對(duì)鑄鐵：取 ? ? 計(jì)算： 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 39。S 為活塞桿的截面積 。 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。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(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)。這樣就固定了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿。 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為 ? ，則 20 c GJJg ??? () 式中 cJ —— 回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 經(jīng)過 以上的計(jì)算，需要螺釘來連接，最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖 所示，內(nèi)徑為 135mm，外徑為 190mm，輸出軸徑為 55mm 屈良鑫 ： 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 34 靜片動(dòng)片連接螺栓液壓缸蓋連接螺釘圖 回轉(zhuǎn)缸的截面圖 （ 4） 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)如圖 。 （ 1） F慣 的計(jì)算 GvF gt?? ?總慣 設(shè)定速度為 ? V=4 minm 。這種結(jié)構(gòu)可以承受雙向軸向載荷。 本次設(shè)計(jì)的是輕型平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)，相對(duì)于通用機(jī)械手，因此，動(dòng)作固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)成本低廉，專用性比較高，可實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)的一些搬運(yùn)工作。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 47 參考文獻(xiàn) [1] 蔡春源，宋純智，曹太文 .新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［ M］，遼寧 :科學(xué)技術(shù)出版社，. [2] 徐浩，邱宣懷，蔡春源，汪愷，余俊 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［ M］，北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1991. [3] 孟慶鑫，王曉東 .機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)［ M］，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，. [4] 潘沛霖，吳偉光 .機(jī)器人撓性手臂結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)［ J］，哈爾濱工 業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 1991，12 (3)： 167173. [5] 張鐵，謝存禧主編 .機(jī)器人學(xué)，華南理工大學(xué)出版社 ［ M］ ， 2021， 9. [6] 吳廣玉，姜復(fù)興主編 .機(jī)器人工程導(dǎo)論 ［ M］ ，哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1988. 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It should be said it is a mon scientific and technological development of a prehensive results, for the socioeconomic development of a significant impact on a science and technology. It attributed the development of all countries in the Second World War to strengthen the economic input on strengthening the country39。 該機(jī)械手選擇配置二指夾持手指，抓取一般棒料。 所以 可以確定 最終選用的螺栓為M=8mm。G總 近似估算為。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。（注：為 , 為 ， 為 ，計(jì)算吧） ? ?223 12zcJ m l R?? = 20 c GJJg ??? = = == 2Nms?? 密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下 = ，由于回油背差一般非常的小，故 在這里忽略不計(jì)。具體結(jié)構(gòu)見下圖。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 6 機(jī)身的設(shè)計(jì) 計(jì)算 機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。 2 2 1 .4 1 0 .1 61 0 7 0 0 .3 5 9 7 8 .60 .1 6LF G Na? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?總摩 手臂慣性力的計(jì)算 本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是 V= 5 minm ,在計(jì)算慣性力的時(shí)候 ,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間?? ，啟動(dòng)速度 ? V=V= , GvF gt?? ?總慣 () GvF gt?? ?總慣 = N= 密封裝置的摩擦阻力 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用 O 型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于 10Mpa。a b a bF F F F F??? ? ? ?摩 摩摩 39。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 1000 1500mm s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在0180s 內(nèi)，大