【正文】 一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。39。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象） 。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備 3 個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。.1Mm摩（3） 啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度 =，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。一般夾持誤差不超過 1mm,分析如下：27 / 72工件的平均半徑： 9042cpR??65m手指長 ,取 V 型夾角10lm?01?偏轉(zhuǎn)角 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：?1106coscos4in0inCPRl???????計(jì)算 0sin0Rl??當(dāng) S 時(shí)帶入有：MAXIN?2 22 2max mincos sinMAXMAXRRllll????????????????????????:夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。?由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力 一定時(shí)， 角增大，則握力 也隨之增大，但 角過大會(huì)導(dǎo)致F?NF?拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好 = ～ 。（2） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。(5)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)，以克服長驅(qū)動(dòng)軸效率低的缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，在本章中對(duì)機(jī)械手的座標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。如在工作過程中出現(xiàn)事故、障礙和情況變化等，機(jī)械手不能自動(dòng)分辨糾正，而只能停機(jī)，待人們排除意外事故后才能繼續(xù)工作。機(jī)械手座標(biāo)型式的正確選擇，要通過座標(biāo)型式方案的比較來確定。2 座標(biāo)型式16 / 72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)型式可以分為下列幾種：（1）直角坐標(biāo)式：其手臂的運(yùn)動(dòng)系由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)所組成，即沿直角座標(biāo)系的X軸的伸縮、沿Z軸的升降、沿Y軸的橫移。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)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(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。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。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?2700）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)加緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，單仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)床。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。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。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。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。~220186。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。1毫米。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比 1978年增長 50%。??5廣 泛在現(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。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。 吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁吸盤兩類。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)。而后者是獨(dú)立工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。(7)機(jī)器人化機(jī)械開始興起。分析機(jī)械手的手臂、手腕、手指等部件的本身和它們之間的關(guān)系，不外乎是由一組相互聯(lián)系著的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副所組成，這些運(yùn)動(dòng)副又可以分為只有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副或有三個(gè)自由度的球面副。這種座標(biāo)型式的機(jī)械手稱為圓柱座標(biāo)式機(jī)械手。同時(shí)，在其它行業(yè)和工業(yè)部門，也將隨著工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，而逐步擴(kuò)大機(jī)械手的使用。而識(shí)別功能是通過“視覺” 、 “觸覺”和“聽覺”等感覺“器官”認(rèn)識(shí)對(duì)象的。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。(3)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速?！?20186。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指 ,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型?？山瓢聪率焦?其中2k 21ba??a，重力方向的最大上升加速度； maxvt?響 ——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度maxv ——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取 ～ ——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。?????(5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： 38MAXGnFC??（） ???選擇標(biāo)準(zhǔn)為 ，彈簧的總?cè)?shù) 圈2??(6).最后確定 ， ， ，40Dm4d?4036Ddm??2d?(7).對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算 對(duì)于壓縮彈簧如果長度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。027(2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。（3） 合理布置作用力的位置和方向。（3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。39。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。?封經(jīng)過以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力： =6210NFF??摩 慣 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 F=6210N，根據(jù)表 選擇液壓缸的工作壓力 P=2MPa40 / 72（1） 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖 所示圖 雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無桿腔， 214DFp???當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中， ??224dp?液壓缸的有效面積： 1FSp?故有 （無桿腔） ()11??? （有桿腔） ()21Fd?F=6210N， = ，選擇機(jī)械效率1p620a???將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 611. ????根據(jù)表 41（JB82666） ，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇 D=65mm.（2） 液壓缸外徑的設(shè)計(jì)根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在 7mm，所以該液壓缸的外徑為 79mm.41 / 72（3） 活塞桿的計(jì)算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。減少慣量具體有 3 個(gè)途徑：（1） 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具） ，并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn) ，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)018自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。計(jì)算公式： maxcaS???（）選取 ～（力學(xué)性精確能高） sS max38KDFd???（） max38KDFd??????結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。?26 / 72 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能力。23 / 72 手抓的力學(xué)分析下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：斜楔杠桿 圖 （a）為常見的斜楔杠桿式手部結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。(7)液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。 （2） 腕部，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)（3）臂部， 。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）的設(shè)計(jì)工作。因此，對(duì)一些特殊用途的場(chǎng)合，就需要專門設(shè)計(jì)、專門加工，這樣就提高了產(chǎn)品成本。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，此外，手臂擺角的誤差通過手臂會(huì)引起手部中心處的誤差放大。但實(shí)際上由于有些工件或工具具有對(duì)稱性或放置狀態(tài)一定，往往并不需要工業(yè)機(jī)械手都具有六個(gè)自由度。以上原因主要15 / 72是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)(1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。 此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式（如澆注機(jī)械手的澆包部分） 、托式（如冷擠齒輪機(jī)床上下料機(jī)械手的手部）等型式。（1）手部 它具有人手某種單一動(dòng)作的功能。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對(duì)象。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。德國機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。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。1 / 72 蘭州工業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）任 務(wù) 書 機(jī)電工程 學(xué)院 機(jī)電一體化技術(shù) 專業(yè)設(shè) 計(jì) 題 目 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)及 PLC 控制 學(xué) 生 姓 名 班 級(jí) 起 止 日 期 指 導(dǎo) 教 師 李寶棟 年 月 日2 / 72：[1] 論文所用相關(guān)資料從校圖書館書籍或網(wǎng)上下載獲得；[2] 數(shù)據(jù)資料由教師根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐提供。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。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。 毫米。預(yù)計(jì)到 1990 年將有 55 萬機(jī)器人在工作。11 / 72目前在我國機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。12 / 72 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 主要由手部、手腕、受臂和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。 用負(fù)壓磁盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、和吸附力的大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。我國的正處于仿真階段。但是對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，并且不宜在高溫、低溫下工作。后者它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的，整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但是電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。一般為了確定被抓取對(duì)象在空間的位置和方位？（即姿勢(shì)） ，需要有六個(gè)自由度。這種型式的機(jī)械手手臂具有動(dòng)作靈活，占地面積小而工作范圍大等特點(diǎn)，它使用于沿軸伸縮方向外作業(yè)的傳動(dòng)形式。可變程序的機(jī)械手更適應(yīng)產(chǎn)品改型、設(shè)備更新、多品種小批量的要求，但是它的成本高，專用機(jī)械手價(jià)廉，但適用范圍又受到限制。18 / 72 本文主要研究內(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。本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由4個(gè)大部件和5個(gè)液壓缸組成：（1）手部，采用一個(gè)雙作用式液壓缸，通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。(6)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化——借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時(shí)，能很容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。22 / 723 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 手部設(shè)計(jì)基本要求（1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手指張開。06手抓夾持范圍，手指長 100mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖 （a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑 ，當(dāng)張開 時(shí)，如圖 （b）所示，最1R4?0