【文章內(nèi)容簡介】 、左右擺動。一般腕部設有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設腕部，而直接用臂部運動驅(qū)動手部搬運工件。 目前，應用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構(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） ,并且要求嚴格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 本次設計的搬運機器人的腕部是實現(xiàn)手部 1800的旋轉(zhuǎn)運動 。 設計的搬運機器人的腕部的運動為一個自由度的回轉(zhuǎn)運動，運動參數(shù)是實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)的角度控制在 ?180~0 范圍內(nèi)，其基本的結(jié)構(gòu)形式如圖 26 所示。 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 12 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 26 腕部回轉(zhuǎn)基本結(jié)構(gòu)示意圖 腕部的驅(qū)動方式采用直接驅(qū)動的方式，由于腕部裝在手臂的末端，所以必須設計的十分緊湊可以把驅(qū)動源裝在手腕上。 機器人手部的張合是由雙作用單柱塞液壓缸驅(qū)動的；而手腕的回轉(zhuǎn)運動則由回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)。將夾緊活塞缸的外殼與擺動油缸的動片連接在一起；當回轉(zhuǎn)液壓缸中不同的油腔中 進油時即可實現(xiàn)手腕不同方向的回轉(zhuǎn)。 （ 3）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。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，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。 手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動較為多，受力復雜 。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。 本次設計實現(xiàn)臂部的上下移動、前后伸縮、以及臂部的回轉(zhuǎn)運動 。手臂的運動參數(shù)： 伸縮行程： 1200mm； 伸縮速度： 83mm/s； 升降行程：300mm； 升降速度： 67mm/s；回轉(zhuǎn)范圍： ?180~0 。 機器人手臂的伸縮使其手臂的工作長度發(fā)生變化，在圓柱坐標式結(jié)構(gòu)中，手臂的最大工作長度決定其末端所能達到的圓柱表面直徑。伸縮式臂部機構(gòu)的驅(qū)動可采用液壓缸直接驅(qū)動。 （ 4）機座 機座 是 機身機器人的基礎部分，起支撐作用。對固定式機器人，直接聯(lián)接在地面上，對可移動式機器人，則安裝在移動結(jié)構(gòu)上。機身由臂部運動（升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰）機構(gòu)及其相關的導向裝置、支撐件等組成。并且，臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上。臂部的運動越多，機身的結(jié)構(gòu)和受力越復雜。 本次畢業(yè)設計的搬運機器人的機身選用升降回轉(zhuǎn)型機身結(jié)構(gòu)；臂部和機身的配置型式采用立柱式單臂配置，其驅(qū)動源來自回轉(zhuǎn)液壓缸。 驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)是搬運機器人的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同，工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大 致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。 液壓驅(qū)動壓力高，可獲得大的輸出力，反應靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，維修方便，但是，液壓元件成本高，油路比較復雜。氣動驅(qū)動壓力低，輸出力較小如需要輸出力大時，其結(jié)構(gòu)尺寸過大，阻尼效果差低速不易控制，但結(jié)構(gòu)簡單，能源方便，成胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 13 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 本低。電動機驅(qū)動有：異步電動機、步進電動機為動力源，電動機使用簡單，且隨著材料性能的提高，電動機性能也逐漸提高。 本次設計的搬運機器人的驅(qū)動機構(gòu)采用液壓驅(qū)動的方式 。 控制系統(tǒng)分類 在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷 板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。 搬運機器人的技術(shù)參數(shù) 一、用途：用于車間搬運 二、設計技術(shù)參數(shù) : 抓重 :20Kg(夾持式手部 )； 自由度數(shù) :5個自由度 （手爪張合；腕部回轉(zhuǎn)；臂部伸縮；臂部回轉(zhuǎn)；臂 部升降 5個運動）； 坐標型式 :圓柱坐標系； 最大工作半徑 :1600mm； 手臂最大中心高 :1248mm； 手臂運動參數(shù) :伸縮行程： 1200mm 伸縮速度： 83mm/s 升降行 程： 300mm 升降速度： 67mm/s 回轉(zhuǎn)范圍： 0～ 180176。； 手腕運動參數(shù) :回轉(zhuǎn)范圍： 0～ 180176。 本章小結(jié) 本章從搬運機器人的實用方面入手，提出了一套總體設計方案，并根據(jù)機器人自由度的要求選取圓柱坐標系為本次設計坐標系。同時，就搬運機器人的組成（執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)）以及現(xiàn)實作業(yè)，給出了具體的手部、腕部、臂部和機座的結(jié)構(gòu)形式；并選擇液壓驅(qū)動作為本次設計的驅(qū)動機構(gòu)。最后，給出了設計中所需的技術(shù)參數(shù)。 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 14 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 手部夾持器的結(jié)構(gòu)設計及計算 手部夾持器 機 器人的手部是機器人最重要 的部件之一，從其功能和形態(tài)上看，分為工業(yè)機器人的手部和類人機器人的手部。目前前者應用較多，也較成熟，后者正在發(fā)展中。 工業(yè)機器人的手部夾持器（亦稱抓取機構(gòu)）是用來握持工件或工具的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸、重量、材料及表面狀態(tài)的不同。其手部結(jié)構(gòu)也是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)特定的工件要求而專門設計的，按握持原理的不同，常用的手部夾持器分為如下兩類： 1． 夾持式：包括內(nèi)撐式與外夾式，常用的還有勾托式和彈簧式等。 2． 吸附式：包括氣吸式與磁吸式等。 在設計機器人末端執(zhí)行器時，應注意以下問題： 1． 機器人末端執(zhí)行器是根據(jù)機器人作業(yè)要求來設計的。一個新的末端執(zhí)行器的出現(xiàn)，就可以增加一種機器人新的應用場所。因此，根據(jù)作業(yè)的需要和人們的想象力而創(chuàng)造的新的機器人末端執(zhí)行器，將不斷的擴大機器人的應用領域。 2． 機器人末端執(zhí)行器的重量、被抓取物體的重量及操作力的總和機器人容許的負荷力。因此，要求機器人末端執(zhí)行器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。 3． 機器人末端執(zhí)行器的萬能性與專用性是矛盾的。萬能末端執(zhí)行器在結(jié)構(gòu)上很復雜，甚至很難實現(xiàn)，例如，仿人的萬能機器人靈巧手，至今尚未實用化。目前，能用于生產(chǎn)的還是那些結(jié)構(gòu)簡單、萬能 性不強的機器人末端執(zhí)行器。從工業(yè)實際應用出發(fā)，應著重開發(fā)各種專用的、高效率的機器人末端執(zhí)行器，加之以末端執(zhí)行器的快速更換裝置，以實現(xiàn)機器人多種作業(yè)功能，而不主張用一個萬能的末端執(zhí)行器去完成多種作業(yè)。因為這種萬能的執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)復雜且造價昂貴。 4． 通用性和萬能性是兩個概念，萬能性是指一機多能，而通用性是指有限的末端執(zhí)行器，可適用于不同的機器人，這就要求末端執(zhí)行器要有標準的機械接口（如法蘭），使末端執(zhí)行器實現(xiàn)標準化和積木化。 5． 機器人末端執(zhí)行器要便于安裝和維修，易于實現(xiàn)計算機控制。用計算機控制最方便的是電氣式 執(zhí)行機構(gòu)。因此，工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)的主流是電氣式，其次是液壓式和氣壓式（在驅(qū)動接口中需要增加電 液或電 氣變換環(huán)節(jié)）。 手部設計基本要求 手部的設計應滿足以下基本要求： （ 1）應具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力應當考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 15 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。 （ 2）手指應具有一定的張開范圍手指應該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度 ） θ，以便抓取工件。 （ 3）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。 （ 4）應保證手抓的夾持精度應保證每個被夾持的工件，在手指內(nèi)都有準確的相對位置。這對一些有方位要求的場合更為重要，如曲拐、凸輪軸一類復雜的工件，在機床上安裝的位置要求嚴格，因此機械手的手部在夾持工件后應保持相對的位置精度。 （ 5）應考慮通用性和特殊要求，一般情況下，手部多是專用的，為了擴大它的使用范圍，提高它的通用化程度，以適應夾持不同尺寸和形狀的工件需要，通常采取手指可調(diào)整的方法。如更換手指甚至更換整個手部。此外，還要考慮能適應工作環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕、能承受鍛錘沖擊力等。 根據(jù)任務要求并考慮到 實際操作中手部的工作方式本次設計選擇的手部夾持器為： 雙支點連桿杠桿式手部結(jié)構(gòu) （見圖 23）。 選擇手抓的類型及夾緊裝置 本次搬運機械手的設計，考慮到所要達到的原始參數(shù)：手爪夾取重量為 20Kg。常用的工業(yè)機械手手部，按握持工件的原理，分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體，不適合用于本方案。本設計機械手采用夾持式手指，夾持式機械手按運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。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(gòu)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。 若 采用典型的平移型手指，驅(qū)動力需加在手指移動方向上，這樣會使結(jié)構(gòu)變得復雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。 通過綜合考慮，本設計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常形式夾緊裝置，它靠液壓缸的伸縮作用下實現(xiàn)手爪的張開和閉合。 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 16 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 手爪的結(jié)構(gòu)設計 手爪的力學分析 圖 31滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、 受力分析示意圖 1—— 手指 2—— 銷軸 3—— 杠桿 在杠桿 3 的作用下，銷軸 2 向上的拉力為 F，并通過銷軸中心 O 點，手指 1 的滑槽對銷軸 的反作用力為 F1 和 F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線 OO1 和 OO2 并指向O 點，交 F1 和 F2 的延長線于 A 及 B。 由 =0 得 : 由 =0 得 : 1 2cosFF ?? 39。11FF?? 由 得 : 39。1 NFF?h cosah ?? F= 2cosNb Fa ? （ ） 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 17 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊