【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，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5%。它與電子計算機和電視設備保持聯(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。自 1969 年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設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公司（ Unimaton） ,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。 工業(yè)機械手的簡史 現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于 20世紀 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化 ??4產(chǎn) 品 。 機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：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、它能操作必要的機具進行焊接 和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。 機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。 機械手的結(jié)構形式開始比較簡單，專用性較強。商名為 Unimate(即萬能自動 )。 1毫米。 瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。具有記憶功能的機械手產(chǎn)值約為 67 億大學畢業(yè)設計（論文） 3 日元，比 1978 年增長 50%。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。 屈良鑫 ： 搬運機械手設計 4 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類）自 動線 一般都采用機械手在機床之間傳遞零件。如沈陽 低壓開關廠 200t 環(huán)類沖床磁力起重器殼體下料機械手和天京拖拉機廠400t 沖床的下料機械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進輕局技術研究所制作的 120t 和 40t 多工位沖床機械手等。手腕有獨立的自由度。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。 因此，本設計采用機電液一體化的方案進行設計。 (3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化 。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件， 開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人 。 屈良鑫 ： 搬運機械手設計 8 本文主要研究內(nèi)容 本文研究了國內(nèi)外機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學習機械手的工作原理，熟悉了搬運機械手的運動機理。因此，在機械 手的執(zhí)行機構、驅(qū)動機構是本次設計的主要任務，然后通過 ADAMS軟件對機械手的手部進行簡單的運動仿真。 圖 機械手基本形式示意 在圓柱坐在圓柱坐標式機械手的基本方案選定后，根據(jù)設計任務，為了滿足設計要求，本設計關于機械手具有手部回轉(zhuǎn) 、 手臂伸縮 、 手臂回轉(zhuǎn) 、 手臂升降 四個自由度并且與手抓張合共同構成 5個主要運動。 機械手的技術參數(shù)列表 一、用途：搬運 :用于車間搬運 二、設計技術參數(shù) : 抓重 :60Kg (夾持式手部 ) 自由度數(shù) :4個自由度 座標型式 :圓柱座標 手臂運動參數(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 手腕運動參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 : 00~180 ， 調(diào)整角度 15176。 （ 4） 應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 ,這種手指結(jié)構簡單 , 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。 大學畢業(yè)設計（論文） 15 G—— 被抓取工件所受重力（ N）。 機械手的夾持范圍為 80mm180mm。 結(jié)論本設計彈簧 ??，因此彈簧穩(wěn)定性合適。因此，在腕部設計時 ，必須力求結(jié)構緊湊，重量輕。這種結(jié)構外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 夾取棒料直徑 100mm，長度 1000mm，重量 60Kg，當手部回轉(zhuǎn) 0180 時，計算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，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 ： 搬運機械手設計 22 于是得 ? ?224Q bpF D dZfd?? () D—— 動片的外徑； f—— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取 f= 螺釘?shù)膹姸葪l件為 ? ?214QFd??? ?合 () 或 ? ?14 QFd ??? () 帶入有關數(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現(xiàn)。 （ 5） 提高配合精度。 三、手臂動作應該靈活 為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。 手臂運動機構的選擇 通過以上，綜合考慮，本設計選擇雙導桿伸縮機構，使用液壓驅(qū)動 ,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)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 ?? 鋼對鑄鐵：取 ? ? 計算： 導向桿的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵 39。S 為活塞桿的截面積 。 機身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運動，是機械手的重要組成部分。手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒條齒輪機構來實現(xiàn)：齒條的往復運動帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。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)動慣量。 經(jīng)過 以上的計算，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 ： 搬運機械手設計 34 靜片動片連接螺栓液壓缸蓋連接螺釘圖 回轉(zhuǎn)缸的截面圖 （ 4） 動片和輸出軸間的連接螺釘 動片和輸出軸之間的連接結(jié)構如圖 。 （ 1） F慣 的計算 GvF gt?? ?總慣 設定速度為 ? V=4 minm 。這種結(jié)構可以承受雙向軸向載荷。 本次設計的是輕型平動搬運機械手設計，相對于通用機械手，因此，動作固定，結(jié)構簡單，同時成本低廉，專用性比較高，可實現(xiàn)車間內(nèi)的一些搬運工作。 大學畢業(yè)設計（論文） 47 參考文獻 [1] 蔡春源，宋純智，曹太文 .新編機械設計手冊［ M］，遼寧 :科學技術出版社，. [2] 徐浩，邱宣懷，蔡春源，汪愷，余俊 .機械設計手冊［ M］，北京 :機械工業(yè)出版社， 1991. [3] 孟慶鑫，王曉東 .機器人技術基礎［ M］，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，. [4] 潘沛霖，吳偉光 .機器人撓性手臂結(jié)構與設計［ J］，哈爾濱工 業(yè)大學學報， 1991，12 (3)： 167173. [5] 張鐵，謝存禧主編 .機器人學，華南理工大學出版社 ［ M］ ， 2021， 9. [6] 吳廣玉，姜復興主編 .機器人工程導論 ［ M］ ，哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學出版社，1988. [7]崔正昀主編 .機械設計基礎 ［ M］ ,天津： 天津大學出版社， 2021. [8] 談欣柏主編 .大學物理 ［ M］ ，天津：天津大學出版社， 2021. [9] 成大先主編 .機械設計手冊 ［ M］ ，北京：化學工業(yè)出版社， 2021， 76899141， 157160. [10] 加騰一郎主編 .機械手 圖冊 ［ M］ ，上海：上?？茖W技術出版社， 1979. [11] 蔡自興主編 .機器人學 ［ M］ ，北京：清華大學出版社， 2021. [12] 費仁元，張慧慧主編 .機器人機械設計和分析 ［ J］，哈爾濱工業(yè)大學學報，1991， 9 (3)： 164170. 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It attributed the development of all countries in the Second World War to strengthen the economic input on strengthening the country39。 該機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)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。（注：為 , 為 ， 為 ，計算吧） ? ?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。具體結(jié)構見下圖。本設計機身包括兩個運動，機身的回轉(zhuǎn)和升降。這種結(jié)構優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。 大學畢業(yè)設計（論文） 29 6 機身的設計 計算 機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。 2 2 1 .4 1 0 .1 61 0 7 0 0 .3 5 9 7 8 .60 .1 6LF G Na? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?總摩 手臂慣性力的計算 本設計要求手臂平動是 V= 5 minm ,在計算慣性力的時候 ,設置啟動時間?? ，啟動速度 ? 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，在手臂設計中，采用 O 型密封，當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，繪出最終的結(jié)構。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設計在 1000 1500mm s,最大回轉(zhuǎn)角速度設計在0180s 內(nèi)，大