【正文】 ............................. 13 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè) 計(jì) ............................................ 14 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) ................................................ 16 機(jī)械手氣壓驅(qū)動(dòng) ..................................................... 17 .................................................. 17 機(jī)械手的緩沖方案設(shè)計(jì) ................................................ 19 機(jī)械手的主要參數(shù) ................................................... 20 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 ................................................ 20 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................... 22 ..................................................... 22 .................................................... 22 ................................................ 23 目錄 .................................................. 23 第四章 手臂伸縮，升降，橫移的尺寸設(shè)計(jì)與校核 ......................... 28 ......................................... 28 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì) .............................................. 28 尺寸校核 ........................................................... 28 ........................................................... 29 平衡裝置 ........................................................... 29 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 ......................................... 30 尺寸設(shè)計(jì) ........................................................... 30 尺寸校核 ........................................................... 30 ......................................... 31 尺寸設(shè)計(jì) ........................................................... 31 尺寸校核 ........................................................... 31 第五章 機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................... 33 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 ............................................. 33 .................................... 34 第六章 結(jié)論 ....................................................... 36 致 謝 ............................................................. 37 參考文獻(xiàn) .......................................................... 38 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒 論 工業(yè)機(jī)械手 工業(yè)機(jī)械手概述 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī) (機(jī)械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。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。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附 式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置 。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。但是，由于空氣具有可壓縮的特四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 (三 )按控制方式分 點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 (7)機(jī)器人化機(jī)械開始興起。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000m水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī) 器人、管道機(jī)器人等機(jī)種 :在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。且使用維護(hù)需要較高技術(shù)水平。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。 課題的主要任務(wù) 本課題將要完成的主要任務(wù)如下 : (1)機(jī)械手為 多工位沖床專用 機(jī)械手，因此相對(duì)于 通用 機(jī)械手來說，它的適用面相對(duì)較 小 . (2)選取機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度 (3)設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括 :手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì)。盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制 .本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是 多工位沖床專用 機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的 和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。直角坐標(biāo)機(jī)械手主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。 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 。 圖 21 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 利用楔塊與杠桿來實(shí)現(xiàn)手爪的松、開，來實(shí)現(xiàn)抓取工件。機(jī)械手手腕自由度數(shù)目愈多，各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度愈大，則機(jī)械手腕部的靈活性愈高，機(jī)械手對(duì)對(duì)作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。腕部驅(qū)動(dòng)器一般安裝在手臂上，而不采用直接驅(qū)動(dòng)，并選用高強(qiáng)度的鋁合金制造。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。目前，在國外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)械手手臂。 塊，以及驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。綜合考慮，兩手臂的驅(qū)動(dòng)均選擇 氣壓 驅(qū)動(dòng)方式，通過 氣壓 缸的直接驅(qū)動(dòng)， 氣壓 缸既是驅(qū)動(dòng)元件，又是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)件，不用再設(shè)計(jì)另外的執(zhí)行件了；而且 氣壓 缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來實(shí)現(xiàn)。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)械手中采用。在注意各類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合上述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性及可 靠性后進(jìn)行最終的選擇。壓力等 級(jí)低、故使用安全?？啥虝r(shí)間釋放能量，以獲得間歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)。 氣動(dòng)機(jī)械手采用壓縮空氣為動(dòng)力源，一般從工廠的壓縮空氣站引到機(jī)械手作業(yè)位置，也可以單獨(dú)建立小型氣源系統(tǒng)。 由總壓縮 空氣站提供。直線氣缸分單動(dòng)式和雙動(dòng)式兩類。 氣動(dòng)機(jī)械手的定位問題很大程度上是如何實(shí)現(xiàn)停點(diǎn)的制動(dòng)。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。 液壓緩沖器就是一種從外部控制的能量吸收裝骶 。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程 、橫移行程 和 升降 。 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途 : 用于自動(dòng) 加工 的上下料。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 (五 )考慮被抓取對(duì)象的要求 根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn) 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成 V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖 32所示， 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 圖 31 沖床專用機(jī)械手手部手部機(jī)構(gòu) 其工件重量 G=5公斤， V形手指的角度 ?1202 ?? ， mmRmmb 24120 ??? ,摩擦系數(shù)為 ?f (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為 : Rbp 2? N (2)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計(jì)算公式 : )( ?? ?? tgN )(25 )42560(39。 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)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場(chǎng)合。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向 節(jié) 流 閥 以 調(diào)節(jié)手臂的上升速度 ， 由于手臂靠自重 下降 .其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁潤 排氣口安裝 節(jié)流 阻尼螺釘 來完成。若每次 繪圖 時(shí) 都重復(fù)繪制 ，非常麻煩， 效率四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 很低 ，即使采用塊 插入 ，也難以做到統(tǒng)一、規(guī)范。 機(jī)械手采用 繼電器程序 控制，具有可靠性高、改變 較方便 等優(yōu)點(diǎn)，無論是進(jìn)行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過 它 來實(shí)現(xiàn)。 第六章 結(jié)論 36 第 六 章 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng) 專用 機(jī)械手，相對(duì)于 通用 機(jī)械手， 專用 機(jī)械手的自由度 不 可變，控制程序 不 可調(diào)，因此 只能在專屬的設(shè)備上使用 。 為 簡(jiǎn)化 氣路，減少電磁閱的 數(shù)量 ， 各工作氣缸的 緩沖 均采用 液壓緩 沖器，這樣可以省去電磁閥和切換竹流悶 或 行程節(jié)流 閥 的氣路阻尼元件。 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì) 氣缸 運(yùn)行 長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 l =30mm,氣缸內(nèi)徑為 1D =110mm,半徑 R=55mm,氣缸運(yùn)行 速度 ，加速度時(shí)間 t? =,壓強(qiáng) p=,則驅(qū)動(dòng)力 ``20 . RpG ?? 26 ???? )(3799 N? 尺寸校核 1． 測(cè)定手腕質(zhì)量為 80kg,則重力 mgG? )(8001080 N? ?? 2， 設(shè)計(jì)加速度 )/(5 sma? ，則慣性力 maG?1 )(400580 N? ?? 3. 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù) ?k ， 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 ? )(40 N? ?? ? 總受力 mq GGGG ??? 1 )(1240 40400800 N? ??? 0GGq ? 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求 。 導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。若被抓取工件的最大加四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 速度取 ga 3? 時(shí)，則 : 412 ??? gaK 所以 )(1563 Np ????實(shí)際 所以夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為 N1563 。 (二 )手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。 驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳動(dòng) 控制方式 繼電器程 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 夾持式手部結(jié)構(gòu)