【文章內(nèi)容簡介】 V形面、曲面等幾種；手指分為外夾式及內(nèi)撐式；手指指數(shù)有兩指式、三指式、多指式等。 吸附式手部由吸盤構(gòu)成，分為電磁盤式和負壓吸盤式兩類。 對于重量輕、尺寸小的薄片零件、耗材，一般使用負壓式吸附盤。具有導(dǎo)磁性零件，一般采用電磁式吸盤，電磁式吸盤的吸力由電磁鐵產(chǎn)生。 （ 2）腕部模塊 手部通過腕部模塊是與手臂相連，被抓取物件通過腕部模塊來調(diào)整工件的方位和角度。 （ 3）手臂模塊 手臂模塊是用來支承手腕、手部、被抓物件。其作用是控制手部模塊抓取物料，按程序?qū)⑵溥\送到指定位置。通常由運動部件與驅(qū)動源組合實現(xiàn)手臂運動，如下所示 : ?????????????????兩回轉(zhuǎn)運動的組合兩直線運動的組合組合。直線運動與回轉(zhuǎn)運動的復(fù)合運動、上下擺動運動?；剞D(zhuǎn)運動：如水平回轉(zhuǎn)降、橫移運動。直線運動：如伸縮、升基本運動 （ 4）立柱模塊 由立柱與手臂連接件 完成手臂的轉(zhuǎn)動和升降運動 ，一般情況下立柱為固定不動的結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計需要，也可設(shè)計為在基座上進行水平移動，稱為移動式立柱。 （ 5）機座 機械手所有部件、驅(qū)動裝置全部安裝于機座上，起到對整個機械手結(jié)構(gòu)的固定作用。 （ 6）行走機構(gòu) 機械手工作環(huán)境較大，行程較遠的情況下，通過在基座上安裝滑輪，使基座能夠帶動機械手整體進行行走和移動，擴大了機械手的使用半徑。 對機械手 運動位置 進行檢測反饋 ， 將運動的 位置 信息 反饋 到 控制系統(tǒng)， 與控制系統(tǒng)給出的指令相對比，偏出的進行調(diào)整，保障最終位置精度要求。 哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 12 機械手分類 在工業(yè)自動化中廣泛應(yīng)用的機械手種類繁多 ，在此按 使用范圍 不同 、驅(qū)動方式 不同 和控制系統(tǒng) 不同 進行分類 說明 。 用途 不同 分 類 （ 1） 專用機械手 。程序 固定 ，不能進行 無獨立控制。 一般用于特定動作指令，其 動作少、工作對象單一 ，在單件大批量 生產(chǎn) 中廣泛應(yīng)用 。 如 注塑機專業(yè)機械手等 ，如圖 22 所示 。 圖 22 注塑機專用機械手 （ 2） 通用機械手 。 程序可進行 獨立控制、動作多樣。其動作程序 在規(guī)格性能范圍內(nèi) 可 隨時調(diào)整 ， 針對不同需要 應(yīng)用于 不同場合，驅(qū)動系統(tǒng) 、控制系統(tǒng)相對 獨立 。 其動作指令可設(shè) ，工作對象 復(fù)雜，在單件小批量生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用 ，如圖 23為通用圓形機械手。一般按機械手控制方式不同分為簡易式機械手和伺服式機械手，一般伺服式機械手采用數(shù)控技術(shù)控制其運動 [27] 圖 23 通用圓形機械手 驅(qū)動方式 不同 分 類 哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 13 （ 1） 液壓 驅(qū)動 機械手 。 機械手執(zhí)行機構(gòu) 是以液壓驅(qū)動運動的。其特點是 ： 抓重 較高 、 反應(yīng) 靈敏、 傳動 穩(wěn)定 。但 要求嚴格 密封裝置 的密封性 ， 液壓 油泄漏 會產(chǎn)生 對機械手 及 周圍 環(huán)境 十分巨大 的影響， 且 成本高。 （ 2） 氣壓 驅(qū)動 機械手 。 機械手執(zhí)行機構(gòu)是以壓縮空氣驅(qū)動運動的。其特點是以空氣為介質(zhì)，成本低廉、取用方便，使用安全性高，適 用于易燃易爆等場合 。 綠色環(huán)保，空氣使用后可直接排放，不會造成二次污染，配件價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，使用更換成本較低。維護修理簡單，勞動者不需通過高端培訓(xùn)即可熟練掌握。氣缸具有模塊性，方便對現(xiàn)有機器進行改裝。能夠儲存能量，以便應(yīng)急使用。自身具備過載保護。能持續(xù)進行工作，過載工作時能自動減壓（泄氣）而停止工作，充氣加壓后可繼續(xù)工作，不會對機構(gòu)產(chǎn)生影響。運動速度較高。 （ 3） 機械 驅(qū)動 機械手 。 機械手執(zhí)行機構(gòu) 由機械傳動機構(gòu) (如 連桿、 凸輪等 )驅(qū)動 運動 的。 其特點： 附屬于主機 之 上， 由工作機 械 進行動力 傳遞 。 運動準 、動作大 、 結(jié)構(gòu) 大 、 程序 固定 。 通常 用于 設(shè)備 工作主機的上 料 、下料 工作 。 （ 4） 電力 驅(qū)動 機械手 。 機械手執(zhí)行機構(gòu) 使用 感應(yīng)電 機、 步進電機 或 直線電機 直接驅(qū)動運動的 。其 特點 ：無需 轉(zhuǎn)換機構(gòu) 、 簡易結(jié)構(gòu)、 行程 較 長 、 維護簡單 。 控制方式 不同分類 （ 1） 點位控制 。 運動 軌跡為兩點間的 直線運 動， 通過確定幾個點位置來控制整個運動軌跡 控制點數(shù) 越 多，電氣控制系統(tǒng) 越 復(fù)雜。 但由于該方法控制簡單，目前被廣泛使用于 專用 機械手 和通用機械手 中 。 （ 2） 軌跡控制 。 運動軌跡不受點位制約，可以在空間范圍內(nèi)進行任意曲線運動，控制器控制整個運動過程，運動過程平穩(wěn)且準確， 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計繁瑣，此類機械手主要采用計算機輔助控制，應(yīng)用范圍廣泛。 機械手機構(gòu)設(shè)計及選材原則 機構(gòu) 設(shè)計原則 在機械零件設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)同時考慮到零件的設(shè)計要求和工藝要求。產(chǎn)品的質(zhì)量和成本會受到工藝要求的影響。一般應(yīng) 滿足 以下要求： （ 1） 在設(shè)計時應(yīng)完全 保證 零件尺寸標準化和互換性 。 便于后期的維修更換。 哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 14 （ 2） 零件 尺寸基準選擇 要合理規(guī)范 ， 尺寸 標注 之前 應(yīng) 首先 考慮，同時注意 設(shè)計基準 和 工藝基準 要重合 、 設(shè)計基準 同 定位基準盡量 保證 重合。 （ 3） 在滿足 零件 設(shè)計要求 的基礎(chǔ)上 ， 同時 考慮到零件 制造、加工、裝配的 整 體 工藝 路線 。 （ 4） 零件尺寸精度 按照零件功能的要求進行設(shè)定，設(shè)定過低影響產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計過高會增加成本。 部件 選材原則 機械手的設(shè)計再考慮到零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，還要考慮到其材料工藝的選擇。選材要考慮到其零件的使用性、制造過程及成本等幾個方面，應(yīng)滿足以下要求： （ 1） 使用性 在 機器零件 的設(shè)計上 ， 通過分析零件工作條件和失效形式，對力學(xué)性能進行分析，是使用性能的一個重點。 （ 2） 工藝性 通過 工藝性能 分析，對加工形式進行分析設(shè)定 。 在滿足使用性能的前提下，選擇更易加工的材料能夠大大降低加工難度。這項指標也會 對經(jīng)濟型產(chǎn)生影響。 （ 3） 經(jīng)濟性 選 材 應(yīng) 保證 其 整體 成本最低。零件壽命、重量、 研究費、 加工費、維修費都會涉及總體成本 ， 材料價格 的高低 是選材 重要 的經(jīng)濟性指標 。 確保 零件的使用 、 工藝性能 基礎(chǔ) 之 上 ， 降低 材料 價格 ， 壓縮 成本以 增加 經(jīng)濟效益 更大化 ， 提高 市場上 產(chǎn)品 競爭力， 是 工程設(shè)計 中一貫堅持的 重要原則。 本章小結(jié) 本章針對現(xiàn)階段機械手 現(xiàn)階段 發(fā)展情況，從組成 、 分類 及設(shè)計與選材原則三 個方面對機械手進行了全面的介紹 ， 確定 機械手 由 執(zhí)行 部分 、驅(qū)動 部分 、控制 部分 、檢測 部分 四部分組成；按照用途、驅(qū)動方式、控制方式的不同進行了分類 ；對機械手 機構(gòu) 設(shè)計 原則、機械手部件的 選材原則進行了分析， 為機械手整體結(jié)構(gòu) 的確定 提供了參考依據(jù) 。 哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 15 第 3章 華中 CK6132 數(shù)控車床用機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計分析 華中 CK6132 數(shù)控車床用機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 機械手工作環(huán)境及 設(shè)計要求 本課題參照華中 CK6132 數(shù)控車床為載體進行機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖 31所示。表 31為 CK6132 數(shù)控車床技術(shù)參數(shù)。 圖 31 CK6132 機床（華中） 哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 16 表 31 數(shù)控車床技術(shù)參數(shù) 序號 項目 技術(shù)參數(shù) 備注 1 床身最大回轉(zhuǎn)直徑 ￠ 320mm 2 托板最大直徑 ￠ 160mm 3 最 大工件長度 750/1000mm 4 主軸轉(zhuǎn)速范圍 100300rpm 5 主軸通孔直徑 ￠ 38mm 6 主軸內(nèi)孔錐度 MT5 7 主軸外端椎體錐度 D4 8 刀架刀位數(shù) 4 9 車刀刀桿最大尺寸 18 18mm 10 電機最小設(shè)定單位 步進 /伺服 Z 向 X 向 11 刀桿快移速度 步進 /伺服 Z 向 3m/12 尾座套筒內(nèi)孔錐度 MT3 13 主電機功率 14 車床外形尺寸 1800/2050 950 1680mm 15 車床毛重 800/900kg 通過分析數(shù)控車床自身特點，結(jié)合零件抓取時對機械手的技術(shù)要求，CK6132 數(shù)控車床用機械手應(yīng)滿足表 32的設(shè)計參數(shù)，并滿足裝夾時機械手與卡盤的隊中精度要求，同時考慮到機械手的經(jīng)濟性能。 哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 17 表 32 設(shè)計參數(shù)表 設(shè)計方案 分析 根據(jù)以上要求，共設(shè)計兩種機械手安裝方案： 1． 將機械手機構(gòu)的基座安裝在數(shù)控車床身后，采用地面支撐的形式， 在 基座上安裝機械手支架，支架連接懸空機械手手臂， 如圖 32； 圖 32 方案一原理圖 哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 18 方案一 通過氣動系統(tǒng)控制機械手 運動 ，機械手爪可 進行 旋轉(zhuǎn) 運動和水平 移動 ，通過傳感器定位 ， 最大程度 保 證對中精度 。 2． 基座采用 門架支撐 結(jié)構(gòu) ， 機械手 放置在數(shù)控機床上空，如圖 33； 1工件裝卸臺 2車床床身 3車床卡盤 4手爪 5機械手直臂 6機械手橫臂 7固定支架 圖 33 方案二原理圖 方案二通過氣動系統(tǒng)控制機械手；機械手爪應(yīng)可以在 xy 平面移動，并可以實現(xiàn)夾持動作；擬采用傳感器進行 數(shù)控車床的工件 定位， 以 保證其對中精度 。 從 圖 33中可以看出， Yc 位置在機械手裝配調(diào)整后不再變動， 通過保證起、終點的定位精度和位置精度，來保證定位和重復(fù)定位精度，即為靜態(tài)定位精度。其間運動若干個點的距離和位置控制 Zs定位精度，與靜態(tài)定位精度不同，一般為動態(tài)定位精度。 采用伺服電機雖然在精度上能滿足要求，但往往導(dǎo)致 提高經(jīng)濟 成本。 方案一與方案二相比較 具有以下特點 ： 1． 方案一 占據(jù)空間小 ，方案二占據(jù)空間較大 ； 哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 19 2． 方案一、方案二 經(jīng)濟成本基本相同 ； 3． 方案二精度可靠，實用性較高 。 綜合三方面 實際 情況 綜合考慮 ， 最終確定 方案二為設(shè)計方案。 基于這樣的分析和實際要求，再考慮氣動執(zhí)行元件的特點和當前的技術(shù)性能，可以 獲得這樣的認識： 氣缸對于運行過程中的起點位置和終點位置能夠進行有效控制，保證定位精度。可以通過氣動技術(shù)作為控制方式，相比較伺服電機控制將有效降低成本。 再深 一步 分析，幾個問題 仍然存在： 1． 定位精度要求能夠通過 機械式氣缸實現(xiàn)，但 在 距離 較長 、跨度 較大的情況 下 使用 尚無先例， 尚需研究和驗證 Z 方向的 精度 及其 機械結(jié)構(gòu)。 2． 定位精度 原理上 已經(jīng)得以滿足， 實際 使用過程中 ， Yf 調(diào)整應(yīng)該在 裝配初期就已完成 ，對中精度 的保證 ， 通過 調(diào)整 Yc即機 械手的行程距離來 完成 ，調(diào)整 行程的精確是 相對困難的 ；機械手支架具有一定高度，在安裝后 需 要 重新精確調(diào)整 行程十分困難 。 以上兩個問題是阻礙 氣動技術(shù)在 自動裝卸機械手中運用 的 主要 技術(shù)難題，如果 能夠 得到圓滿的 解決，就可以 考慮在機械手上 采用氣動控制方式 ，完成 對工件進行自動 裝卸。 按照上面的分析， 解決該技術(shù)難題 考慮用以下 3 個技術(shù)方案 ： 1． 保證卡盤 的 對中距離 Yc精度 通過微調(diào)裝置進行精度調(diào)整。在手爪部位安裝精密微調(diào)裝置，操作者可自地面進行對微調(diào)裝置的調(diào)整。此方案重點在于微調(diào)裝置設(shè)計簡單、安裝方便、使用便捷，還要控制成本。 2． 保證 裝夾深度 Zs 的技術(shù)方案 本方案中機械手需要保證多點重復(fù)定位，通過 機械式無桿氣 缸與控制器結(jié)合使用， 以保證水平裝夾定位精度。 3．保證水平移動距離水平 Zt 的技術(shù)方案 為了防止由于氣缸變形而導(dǎo)致對精度的影響，采用在機床上空設(shè)置門架的方式來固定安裝水平氣缸，保證其工作范圍。如 圖 34 所示， 為氣動裝卸機械手整體結(jié)構(gòu)示意圖。 哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 20 圖 34 氣動裝卸機械手總體結(jié)構(gòu)示意圖 機械手模塊化設(shè)計及功能分析 機械手模塊化設(shè)計 理念 隨著現(xiàn)今快節(jié)奏、多樣化的新要求，傳統(tǒng)的制造方式和設(shè)計思想已 難以適應(yīng)。 模塊化設(shè)計理念隨之誕生 。 模塊化理念是通過 設(shè)計使機構(gòu)中相獨立的部分成為獨立功能單元。針對不同的需求，通過不同單元的組合，來形成最終的整體方案。 體現(xiàn)了發(fā)展模塊化氣動機械手和實用性 [28]。 一個優(yōu)秀的機構(gòu)設(shè)計應(yīng)該能夠保持機構(gòu)中每項功能 及部件 的獨立性。 在設(shè)計 中 盡可能使機構(gòu)中 形成每個基本功能 及部件 互相獨立。在的模塊化設(shè)計 的早期理念 中 ， 主要是根據(jù) 兩個特哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 21 征來定義模塊化產(chǎn)品設(shè)計 的，一是保證功能結(jié)構(gòu)具有一定相似性和物理結(jié)構(gòu)具有一定相似性；二是保證部件間具有相互協(xié)調(diào)、相互銜接的遞進關(guān)系。 1． 模塊劃分 的一般 原則 對機構(gòu)進行模塊化的獨立設(shè)計，一般從以下五個方面進行劃分 [29]： （ 1） 增多組合方案，提高適用范