【正文】 由手指 (或手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所組成。過大的 運動行程 ，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。 第二章 機(jī)械手的設(shè)計方案 20 機(jī)械手的主要參數(shù) ，由于是采用氣動方式驅(qū)動，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)計參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，本設(shè)計設(shè)計抓取的工件質(zhì)量為 3公斤 。 機(jī)械手的 緩沖 方案設(shè)計 緩沖的字面意思是減緩沖擊力。對于小流量的電磁氣閥，吸合關(guān)閉時間較小，停點的步長也要相應(yīng)縮短。為實現(xiàn)端部緩沖，要選用雙向端點位置緩沖的氣缸。如果沒有壓縮空氣站的條件，可以按機(jī)械手及配套的其他氣動設(shè)備需要配置相應(yīng)供氣量的氣源設(shè)備。 氣動驅(qū)動系統(tǒng)在多數(shù)情況下是用于實現(xiàn)兩位式的或有限點位控制的中、小機(jī)械手中的。對沖擊負(fù)載和過負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本低。沖壓機(jī)械手多采用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。 由于低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動器（交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器）的廣泛 采用，這類驅(qū)動系統(tǒng)在機(jī)械手中被大量采用。根據(jù)需要也可這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。因此手臂 氣壓 缸的設(shè)計原則是缸的直徑取得大一點（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進(jìn)行強(qiáng)度的較核。驅(qū)動活塞往復(fù)移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。在進(jìn)行機(jī)械手手臂設(shè)計時，要遵循下述原則； ；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點，這樣可以使機(jī)械手運動學(xué)正逆運算簡化，有利于機(jī)械手的控制。 ，以保證力與運動的傳遞。因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)實際作業(yè)要求來確定。這種手爪開合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。相對機(jī)械手本體尺寸，其工作空間比較大。這種機(jī)械手構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點，分別介紹如下。 (4)氣壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計 本課題將設(shè)計出機(jī)械手的氣壓傳動系統(tǒng)，包括氣動元器件的選取，氣動回路的設(shè)計，并繪出氣動原理圖。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會因溫度變化影響傳動及控制性能。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器 :介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問題 . （ 2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小 (一般不卜澆塞僅 為油路的千分之一 )，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。 課題的提出及主要任務(wù) 課題的提出 進(jìn)入 21世紀(jì)，隨著我國人口老齡化的提前到來，近來在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象， 迫切要求我們提高勞動生產(chǎn)率，降低工人的勞動強(qiáng)度，提高我國工業(yè)自動化水平勢在必行，本設(shè)計的目的就是設(shè)計一個氣動搬運機(jī)械手，應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運到另外一條生產(chǎn)線，實現(xiàn)自動化 生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動，同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。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)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(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、點焊、裝配、搬運等機(jī)器人 。器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動力是由工作機(jī)械傳遞的。 (二 )按驅(qū)動方式分 液壓傳動機(jī)械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)械手。 (四 )位置檢測裝置 第一章 緒論 6 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運 動位置，并隨時將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置 。 (二 )驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 圖 11 機(jī)械手手抓結(jié)構(gòu) 手腕 是連接手部和手臂的部件， 并可用來調(diào)整被抓取物件的方位 (即姿勢 ) 手臂 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。目前，我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，越來越多的資金流向制造業(yè)，越來越多的廠商加入到制造業(yè)。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。當(dāng)工件變更時，柔 性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 2．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說明 （ 1） 機(jī)械零件設(shè)計手冊 （ 2） 工業(yè)機(jī)械手圖冊 （ 3） 機(jī)械設(shè)計手冊 （ 4） 其他相關(guān)參考資料 3．進(jìn)度安排 設(shè)計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱相關(guān)參考資料，完成開題報告 —— 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計 —— 3 完成 AutoCAD 零件圖、裝配圖 —— 4 編寫設(shè)計說明書 —— 5 畢業(yè)設(shè)計（論文）的修改、答辯的準(zhǔn)備 —— 注：本表在學(xué)生接受任務(wù)時下達(dá) 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘要 本文簡要介紹了工業(yè)機(jī)械手的概念，機(jī)械手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和坐標(biāo)形式，氣動技術(shù)的特點，繼電器控制的特點及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。 毫米 2）、 設(shè)計要求： （ 1）、全部設(shè)計圖 紙 用 AutoCAD 繪制； （ 2）、設(shè)計說明書 1份 （ 40 頁以上） 。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用 .機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置， 是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工 種都有應(yīng)用的實理。 本機(jī)械手主要與 多工位沖床 組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程（上 料、加工、下料）的自動化、無人化。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。傳力機(jī)構(gòu)型式較多 時 常用的有 :滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 機(jī)座 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)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種 :簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制 :可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于 數(shù)控類型。 機(jī)械傳動機(jī)械手 即由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu) (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等 )驅(qū)動的機(jī)械手。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。 (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 。從 94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 期立于世界先進(jìn)行列之中。鑒于以上這些缺陷，本機(jī)械手?jǐn)M采用氣壓傳動，氣動技術(shù)有以下優(yōu)點 : (1)介質(zhì)提取和處理方便。 (5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。工業(yè)需要的時候還可以用氣流負(fù)壓式吸盤來吸取板料工件。 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度 工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。 第二章 機(jī)械手的設(shè)計方案 12 圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運 動來實現(xiàn)的，如圖。關(guān)節(jié)型機(jī)械手動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。 當(dāng)活塞向前運動時，滑槽通過銷子推動手爪合并，產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運動時，手爪松開。但是，自由度的增加，也必然會使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機(jī)械手的控制更困難，成本也會增加。 ，因此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末端執(zhí)行器。 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 機(jī)械手手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實現(xiàn)在機(jī)械手所要求的工作空間內(nèi)的運動。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高，抗振性好，比重小（其比重相當(dāng)于鋼的 1/4，相當(dāng)于鋁合金的 2/3），但是，其價格昂貴， 且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故還未能在生產(chǎn)實際中推廣應(yīng)用。 結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計采用連桿杠桿式的手爪。 因為 氣壓 系統(tǒng)能提供很大的驅(qū)動力，因此在驅(qū)動力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都是比較容易實現(xiàn)的，關(guān)鍵是機(jī)械手運動的穩(wěn)定性和剛度的滿足。 第二章 機(jī)械手的設(shè)計方案 16 圖 24 機(jī)械手手抓部分將結(jié)構(gòu)圖 機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。但是因難于實現(xiàn)伺服控制，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。一般情況下： （包括上下料）使用的有限點位控制的程序控制機(jī)械手，重負(fù)荷的選擇液壓驅(qū)動系統(tǒng)，中等負(fù)荷的可選電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，輕負(fù)荷的可選氣動驅(qū)動系統(tǒng)。 工作介質(zhì)是取之不盡的空氣、空氣本身不花錢?？蓪崿F(xiàn)緩沖。由于氣動機(jī)械手具有氣源使用方便、不污染環(huán)境、第二章 機(jī)械手的設(shè)計方案 18 動作靈活迅速、工作安全可靠、操作維修簡便以及適宜在惡劣環(huán)境下工作等特點，因此它在沖壓加工、注塑及壓鑄等有毒或高溫條件下作業(yè)，機(jī)床上、下料，儀表及輕工行業(yè)中、小型零 件的輸送和自動裝配等作業(yè)，食品包裝及運輸，電子產(chǎn)品輸送、自動插接，彈藥生產(chǎn)自動化等方面獲得大量應(yīng)用。氣源部分包括空氣壓縮機(jī)，儲氣罐，氣水分離器，調(diào)壓器，過濾器等。除個別用單動式氣缸外（如手爪機(jī)構(gòu)上用的），多數(shù)采用雙動氣缸。氣缸活塞的運動速度容許達(dá) ，如果氣缸以 1m/s的速度計算，電磁氣閥以較大關(guān)閉時間 70ms四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 計，那么氣缸活塞兩個停點的距離約為 70mm，兩個停點的 步長應(yīng)大于這個數(shù)值。再啟動時，事先打開鎖緊機(jī)構(gòu)。 借液壓阻尼作用對在作慣性滑行的車皮進(jìn)行緩沖減速至停止 。大部分機(jī)械手設(shè)計成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。 二、設(shè)計技術(shù)參數(shù) : 抓重 3 Kg 自由度數(shù) 3個自由度 座標(biāo)型式 直角 座標(biāo) 手臂最大中心高 mm1250 手臂運動參數(shù) 伸縮行程 100mm 伸縮速度 40 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 升降行程 30mm 升降速度 60mm 橫移行程 150mm 手指夾持范圍 棒料 : mmmm 15080 ?? ? 定位方式 固定擋塊 或可調(diào)機(jī)械擋塊等 定位精度 177。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 設(shè)計時考慮的幾個 問題 (一 )具有足夠的握力 (即夾緊力 ) 在確定手指的握力時， 除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。N tg? ?????? 所以 Rbp 2? N )(245 N? (3)實際驅(qū)動力 : ? 21KKpp ?實際 I,因為傳力機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取 ?? ，并取 ?K 。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因 素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。 在本設(shè)計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓 一 側(cè) 重力矩對性能的影響，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。氣液傳送 器 氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來 調(diào)整 回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。因此， 我 們在 AutoCAD菜單攔中添加“氣動符號” 菜單，以油足氣動 原理圖繪制 中對專用符號的需求。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 致 謝 歷時近三個月的畢業(yè)設(shè)計終于完成，在這這段時間里，我運用大學(xué)四年的專業(yè)知識比較成功的完成了本次畢業(yè)設(shè)計，在畢業(yè)設(shè)計中通過方案論證，理論設(shè)