【正文】 在本機(jī)械手中，手臂回轉(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)缸體、轉(zhuǎn)軸、定片、回轉(zhuǎn)定位塊、回轉(zhuǎn)中間定位塊和回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器等組成。 在空心活塞套桿中通有三根伸縮氣管，其中兩根把壓縮空氣通往手腕回轉(zhuǎn)氣缸 ， 一 根把壓縮空氣通往手部的夾緊氣缸。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。 J1 —— 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (N178。為了使噴嘴出口處的壓力 P2低于 Pk， 必須在平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 噴嘴臨界面以后再加一段 漸擴(kuò)段 ，這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速，并在該處建立低壓區(qū)域，使 C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走，如 C 處形成密封空腔，就可使腔內(nèi)壓力下降而形成負(fù)壓。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 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) 圖 31 齒輪齒條式手部 本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示，其工件重量 G=10 公斤，“ V”形手指的角度 2? =120176。 (7)手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 0176。 /s， 平均移動(dòng)速度為 lm/s，平均回轉(zhuǎn)速度為 900176。當(dāng)工件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。 。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。 在規(guī) 格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整 可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和 控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。 (4)立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。常用的指形有平面的、 V形面的和曲面的 :手指有外夾式和內(nèi)撐式 。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。 編 制 設(shè)計(jì) B178。 機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。 手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)如下 : 直 線運(yùn)動(dòng) :如伸縮 ,升降 ,橫移運(yùn)動(dòng) 基本運(yùn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) :水平回轉(zhuǎn) 手臂運(yùn)動(dòng) 直 線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合 復(fù)合運(yùn)動(dòng) 兩直線運(yùn)動(dòng)的組合 兩回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合 手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要有導(dǎo)向裝 置，以保證手指按正確方向運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 : (1)專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。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。例如，目前在我國的許多中小型汽車生產(chǎn)以及 輕工業(yè)生 產(chǎn)中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 又影響效率。 5. 工作環(huán)境適應(yīng)性好。 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過低限制了它的使用范圍。 : (1)抓重 ： 10 公斤 (夾持式手部 ) 5公斤 ( 氣流負(fù)壓式吸盤 ) (2)自由度數(shù) ： 4個(gè)自由度 (3)座標(biāo)型式 ： 圓柱座標(biāo) (4)最大工作半徑 ： 1500mm (5)手臂最大中心高 ： 1380mm (6)手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程 600mm 伸縮速度 500mm/s 升降行程 200mm 升降速度 300mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 0176。 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。 圖 32 噴射氣流原理圖 噴射式氣流負(fù)壓吸盤的工作原理如圖 32 所示，根據(jù)流體力學(xué)，氣體在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)氣體經(jīng)過噴嘴的每一個(gè)截面的氣體質(zhì)量均相等。 下面以手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算 : M 若手腕起動(dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ? ，起動(dòng)過程 所用的 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 時(shí)間為△ t，則 : M= 若手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ? ，起動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度為△ ? ，則 : M= () 式中 : J—— 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (N178。 RA 、 RB —— 軸頸處的 支承反力 (N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，根據(jù) ? ?? ? 0FmA 得 : RB l+G3 l3 =G2 l2 + G1 l1 ? ? tJJ ?? ?1? ? ???? 2 21JJ2111 egGJJ g ??? ?122 dRdRf BA ?平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 同理，根據(jù) ? ?? ? 0FmB 得 : RA = 式中 : G2 —— 手部的重量 (N) 11 、 l2 、 l3 —— 如圖 41 所示的長度尺寸 (cm). 、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M4，與選用 的密襯裝置 的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。在本機(jī)械手中 ， 采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。最大可調(diào)行程為 170mm,緩沖行程根據(jù)抓重和手臂移動(dòng)速度的要求亦可調(diào)整，其范圍為 1530mm, 故上升行程最大值為 200mm。 手臂回轉(zhuǎn)氣缸采用矩形密封圈來密封，密封性能較好，對(duì)氣缸孔的機(jī)械加工 精度也易于保證。在雙作用式氣缸的兩個(gè)接氣管口 c, e 出分別 串聯(lián)了快速排氣閥 .手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的行程大小，通過調(diào)整兩塊可調(diào)定位塊的位置而達(dá)到。 R 缸 體 內(nèi)壁 半徑 (cm)。 若工件中心 與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1 ,為 : Jg —— 工件對(duì)過重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (N178。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。N tg? ?????? 所以 Rbp 2? N )(245 N? (3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 : 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 ? 21KKpp ?實(shí)際 因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒 輪齒條傳動(dòng)，故取 ?? ，并取 ?K 。 /s (8)手指夾持范圍 棒料 : 80～ 150mm 片料 : 面 積不大于 Z (9)定位方式 行程 開 關(guān) 或可調(diào)機(jī)械擋塊等 (10)定位精度 士 (11)緩沖方式 液壓緩沖器 (12)驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳 動(dòng) (13)控制方式 點(diǎn)位程序控制 (采用 PLC) 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 第 3 章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 夾持式手部結(jié)構(gòu) 為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)， 當(dāng)工 件是棒料時(shí)，使用夾持式手部 :當(dāng)工件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤。 除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。 ，液壓元件的制造工藝水平要 求較高，故價(jià)格較高 。 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 。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 (1) 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。滾滾輪輪式式布行走機(jī)構(gòu)可分為有軌 的和無軌的兩種。傳力機(jī)構(gòu)型式較多，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。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(yùn)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(tái)機(jī) 床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。 答 辯 委 員會(huì) 人，出席 人 答 辯 委 員會(huì) 主任（ 簽 字）： 答 辯 委 員會(huì) 副主任（ 簽 字）： 答 辯 委 員會(huì) 委 員 ： ， ， ， ， ， ， 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文） 評(píng)語 第 頁 共 頁 學(xué) 生姓名： 陳誠 專業(yè) 機(jī)電一體化 年 級(jí) 09級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文） 題 目： 氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì) 評(píng) 閱 人：