【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(fù)壓吸盤式兩類。 對(duì)于重量輕、尺寸小的薄片零件、耗材，一般使用負(fù)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\(yùn)送到指定位置。通常由運(yùn)動(dòng)部件與驅(qū)動(dòng)源組合實(shí)現(xiàn)手臂運(yùn)動(dòng)，如下所示 : ?????????????????兩回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合兩直線運(yùn)動(dòng)的組合組合。直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：如水平回轉(zhuǎn)降、橫移運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)：如伸縮、升基本運(yùn)動(dòng) （ 4）立柱模塊 由立柱與手臂連接件 完成手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng) ，一般情況下立柱為固定不動(dòng)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，也可設(shè)計(jì)為在基座上進(jìn)行水平移動(dòng)，稱為移動(dòng)式立柱。 （ 5）機(jī)座 機(jī)械手所有部件、驅(qū)動(dòng)裝置全部安裝于機(jī)座上，起到對(duì)整個(gè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)的固定作用。 （ 6）行走機(jī)構(gòu) 機(jī)械手工作環(huán)境較大，行程較遠(yuǎn)的情況下，通過在基座上安裝滑輪，使基座能夠帶動(dòng)機(jī)械手整體進(jìn)行行走和移動(dòng)，擴(kuò)大了機(jī)械手的使用半徑。 對(duì)機(jī)械手 運(yùn)動(dòng)位置 進(jìn)行檢測(cè)反饋 ， 將運(yùn)動(dòng)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(duì)比，偏出的進(jìn)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(jī)械手分類 在工業(yè)自動(dòng)化中廣泛應(yīng)用的機(jī)械手種類繁多 ，在此按 使用范圍 不同 、驅(qū)動(dòng)方式 不同 和控制系統(tǒng) 不同 進(jìn)行分類 說明 。 用途 不同 分 類 （ 1） 專用機(jī)械手 。程序 固定 ，不能進(jìn)行 無獨(dú)立控制。 一般用于特定動(dòng)作指令，其 動(dòng)作少、工作對(duì)象單一 ，在單件大批量 生產(chǎn) 中廣泛應(yīng)用 。 如 注塑機(jī)專業(yè)機(jī)械手等 ，如圖 22 所示 。 圖 22 注塑機(jī)專用機(jī)械手 （ 2） 通用機(jī)械手 。 程序可進(jìn)行 獨(dú)立控制、動(dòng)作多樣。其動(dòng)作程序 在規(guī)格性能范圍內(nèi) 可 隨時(shí)調(diào)整 ， 針對(duì)不同需要 應(yīng)用于 不同場(chǎng)合，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 、控制系統(tǒng)相對(duì) 獨(dú)立 。 其動(dòng)作指令可設(shè) ，工作對(duì)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(jī)械手。一般按機(jī)械手控制方式不同分為簡(jiǎn)易式機(jī)械手和伺服式機(jī)械手，一般伺服式機(jī)械手采用數(shù)控技術(shù)控制其運(yùn)動(dòng) [27] 圖 23 通用圓形機(jī)械手 驅(qū)動(dòng)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(dòng) 機(jī)械手 。 機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu) 是以液壓驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的。其特點(diǎn)是 ： 抓重 較高 、 反應(yīng) 靈敏、 傳動(dòng) 穩(wěn)定 。但 要求嚴(yán)格 密封裝置 的密封性 ， 液壓 油泄漏 會(huì)產(chǎn)生 對(duì)機(jī)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(dòng) 機(jī)械手 。 機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的。其特點(diǎn)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(chǎng)合 。 綠色環(huán)保，空氣使用后可直接排放，不會(huì)造成二次污染，配件價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用更換成本較低。維護(hù)修理簡(jiǎn)單，勞動(dòng)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(duì)現(xiàn)有機(jī)器進(jìn)行改裝。能夠儲(chǔ)存能量，以便應(yīng)急使用。自身具備過載保護(hù)。能持續(xù)進(jìn)行工作，過載工作時(shí)能自動(dòng)減壓（泄氣）而停止工作，充氣加壓后可繼續(xù)工作，不會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生影響。運(yùn)動(dòng)速度較高。 （ 3） 機(jī)械 驅(qū)動(dòng) 機(jī)械手 。 機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu) 由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu) (如 連桿、 凸輪等 )驅(qū)動(dòng) 運(yùn)動(dòng) 的。 其特點(diǎn)： 附屬于主機(jī) 之 上， 由工作機(jī) 械 進(jìn)行動(dòng)力 傳遞 。 運(yùn)動(dòng)準(zhǔn) 、動(dòng)作大 、 結(jié)構(gòu) 大 、 程序 固定 。 通常 用于 設(shè)備 工作主機(jī)的上 料 、下料 工作 。 （ 4） 電力 驅(qū)動(dòng) 機(jī)械手 。 機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu) 使用 感應(yīng)電 機(jī)、 步進(jìn)電機(jī) 或 直線電機(jī) 直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的 。其 特點(diǎn) ：無需 轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 、 簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)、 行程 較 長(zhǎng) 、 維護(hù)簡(jiǎn)單 。 控制方式 不同分類 （ 1） 點(diǎn)位控制 。 運(yùn)動(dòng) 軌跡為兩點(diǎn)間的 直線運(yùn) 動(dòng)， 通過確定幾個(gè)點(diǎn)位置來控制整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡 控制點(diǎn)數(shù) 越 多，電氣控制系統(tǒng) 越 復(fù)雜。 但由于該方法控制簡(jiǎn)單，目前被廣泛使用于 專用 機(jī)械手 和通用機(jī)械手 中 。 （ 2） 軌跡控制 。 運(yùn)動(dòng)軌跡不受點(diǎn)位制約，可以在空間范圍內(nèi)進(jìn)行任意曲線運(yùn)動(dòng)，控制器控制整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，運(yùn)動(dòng)過程平穩(wěn)且準(zhǔn)確， 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)繁瑣，此類機(jī)械手主要采用計(jì)算機(jī)輔助控制，應(yīng)用范圍廣泛。 機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及選材原則 機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)原則 在機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)同時(shí)考慮到零件的設(shè)計(jì)要求和工藝要求。產(chǎn)品的質(zhì)量和成本會(huì)受到工藝要求的影響。一般應(yīng) 滿足 以下要求： （ 1） 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)完全 保證 零件尺寸標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)選擇 要合理規(guī)范 ， 尺寸 標(biāo)注 之前 應(yīng) 首先 考慮，同時(shí)注意 設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 和 工藝基準(zhǔn) 要重合 、 設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 同 定位基準(zhǔn)盡量 保證 重合。 （ 3） 在滿足 零件 設(shè)計(jì)要求 的基礎(chǔ)上 ， 同時(shí) 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(jìn)行設(shè)定，設(shè)定過低影響產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計(jì)過高會(huì)增加成本。 部件 選材原則 機(jī)械手的設(shè)計(jì)再考慮到零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)方面，應(yīng)滿足以下要求： （ 1） 使用性 在 機(jī)器零件 的設(shè)計(jì)上 ， 通過分析零件工作條件和失效形式，對(duì)力學(xué)性能進(jìn)行分析，是使用性能的一個(gè)重點(diǎn)。 （ 2） 工藝性 通過 工藝性能 分析，對(duì)加工形式進(jìn)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(xiàng)指標(biāo)也會(huì) 對(duì)經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)生影響。 （ 3） 經(jīng)濟(jì)性 選 材 應(yīng) 保證 其 整體 成本最低。零件壽命、重量、 研究費(fèi)、 加工費(fèi)、維修費(fèi)都會(huì)涉及總體成本 ， 材料價(jià)格 的高低 是選材 重要 的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 。 確保 零件的使用 、 工藝性能 基礎(chǔ) 之 上 ， 降低 材料 價(jià)格 ， 壓縮 成本以 增加 經(jīng)濟(jì)效益 更大化 ， 提高 市場(chǎng)上 產(chǎn)品 競(jìng)爭(zhēng)力， 是 工程設(shè)計(jì) 中一貫堅(jiān)持的 重要原則。 本章小結(jié) 本章針對(duì)現(xiàn)階段機(jī)械手 現(xiàn)階段 發(fā)展情況，從組成 、 分類 及設(shè)計(jì)與選材原則三 個(gè)方面對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了全面的介紹 ， 確定 機(jī)械手 由 執(zhí)行 部分 、驅(qū)動(dòng) 部分 、控制 部分 、檢測(cè) 部分 四部分組成；按照用途、驅(qū)動(dòng)方式、控制方式的不同進(jìn)行了分類 ；對(duì)機(jī)械手 機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 原則、機(jī)械手部件的 選材原則進(jìn)行了分析， 為機(jī)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(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 華中 CK6132 數(shù)控車床用機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手工作環(huán)境及 設(shè)計(jì)要求 本課題參照華中 CK6132 數(shù)控車床為載體進(jìn)行機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖 31所示。表 31為 CK6132 數(shù)控車床技術(shù)參數(shù)。 圖 31 CK6132 機(jī)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(hào) 項(xiàng)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(zhǎng)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(jī)最小設(shè)定單位 步進(jìn) /伺服 Z 向 X 向 11 刀桿快移速度 步進(jìn) /伺服 Z 向 3m/12 尾座套筒內(nèi)孔錐度 MT3 13 主電機(jī)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(diǎn)，結(jié)合零件抓取時(shí)對(duì)機(jī)械手的技術(shù)要求，CK6132 數(shù)控車床用機(jī)械手應(yīng)滿足表 32的設(shè)計(jì)參數(shù)，并滿足裝夾時(shí)機(jī)械手與卡盤的隊(duì)中精度要求，同時(shí)考慮到機(jī)械手的經(jīng)濟(jì)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(jì)參數(shù)表 設(shè)計(jì)方案 分析 根據(jù)以上要求，共設(shè)計(jì)兩種機(jī)械手安裝方案： 1． 將機(jī)械手機(jī)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(jī)械手支架，支架連接懸空機(jī)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(dòng)系統(tǒng)控制機(jī)械手 運(yùn)動(dòng) ，機(jī)械手爪可 進(jìn)行 旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)和水平 移動(dòng) ，通過傳感器定位 ， 最大程度 保 證對(duì)中精度 。 2． 基座采用 門架支撐 結(jié)構(gòu) ， 機(jī)械手 放置在數(shù)控機(jī)床上空，如圖 33； 1工件裝卸臺(tái) 2車床床身 3車床卡盤 4手爪 5機(jī)械手直臂 6機(jī)械手橫臂 7固定支架 圖 33 方案二原理圖 方案二通過氣動(dòng)系統(tǒng)控制機(jī)械手；機(jī)械手爪應(yīng)可以在 xy 平面移動(dòng)，并可以實(shí)現(xiàn)夾持動(dòng)作；擬采用傳感器進(jìn)行 數(shù)控車床的工件 定位， 以 保證其對(duì)中精度 。 從 圖 33中可以看出， Yc 位置在機(jī)械手裝配調(diào)整后不再變動(dòng)， 通過保證起、終點(diǎn)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(yùn)動(dòng)若干個(gè)點(diǎn)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(dòng)態(tài)定位精度。 采用伺服電機(jī)雖然在精度上能滿足要求，但往往導(dǎo)致 提高經(jīng)濟(jì) 成本。 方案一與方案二相比較 具有以下特點(diǎn) ： 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(jì)成本基本相同 ； 3． 方案二精度可靠，實(shí)用性較高 。 綜合三方面 實(shí)際 情況 綜合考慮 ， 最終確定 方案二為設(shè)計(jì)方案。 基于這樣的分析和實(shí)際要求，再考慮氣動(dòng)執(zhí)行元件的特點(diǎn)和當(dāng)前的技術(shù)性能，可以 獲得這樣的認(rèn)識(shí)： 氣缸對(duì)于運(yùn)行過程中的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置能夠進(jìn)行有效控制，保證定位精度?？梢酝ㄟ^氣動(dòng)技術(shù)作為控制方式，相比較伺服電機(jī)控制將有效降低成本。 再深 一步 分析，幾個(gè)問題 仍然存在： 1． 定位精度要求能夠通過 機(jī)械式氣缸實(shí)現(xiàn)，但 在 距離 較長(zhǎng) 、跨度 較大的情況 下 使用 尚無先例， 尚需研究和驗(yàn)證 Z 方向的 精度 及其 機(jī)械結(jié)構(gòu)。 2． 定位精度 原理上 已經(jīng)得以滿足， 實(shí)際 使用過程中 ， Yf 調(diào)整應(yīng)該在 裝配初期就已完成 ，對(duì)中精度 的保證 ， 通過 調(diào)整 Yc即機(jī) 械手的行程距離來 完成 ，調(diào)整 行程的精確是 相對(duì)困難的 ；機(jī)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(gè)問題是阻礙 氣動(dòng)技術(shù)在 自動(dòng)裝卸機(jī)械手中運(yùn)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(jī)械手上 采用氣動(dòng)控制方式 ，完成 對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng) 裝卸。 按照上面的分析， 解決該技術(shù)難題 考慮用以下 3 個(gè)技術(shù)方案 ： 1． 保證卡盤 的 對(duì)中距離 Yc精度 通過微調(diào)裝置進(jìn)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(jìn)行對(duì)微調(diào)裝置的調(diào)整。此方案重點(diǎn)在于微調(diào)裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(jī)械手需要保證多點(diǎn)重復(fù)定位，通過 機(jī)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(dòng)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(duì)精度的影響，采用在機(jī)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(dòng)裝卸機(jī)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(dòng)裝卸機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)示意圖 機(jī)械手模塊化設(shè)計(jì)及功能分析 機(jī)械手模塊化設(shè)計(jì) 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(jì)思想已 難以適應(yīng)。 模塊化設(shè)計(jì)理念隨之誕生 。 模塊化理念是通過 設(shè)計(jì)使機(jī)構(gòu)中相獨(dú)立的部分成為獨(dú)立功能單元。針對(duì)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(dòng)機(jī)械手和實(shí)用性 [28]。 一個(gè)優(yōu)秀的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該能夠保持機(jī)構(gòu)中每項(xiàng)功能 及部件 的獨(dú)立性。 在設(shè)計(jì) 中 盡可能使機(jī)構(gòu)中 形成每個(gè)基本功能 及部件 互相獨(dú)立。在的模塊化設(shè)計(jì) 的早期理念 中 ， 主要是根據(jù) 兩個(gè)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(jì) 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(jìn)關(guān)系。 1． 模塊劃分 的一般 原則 對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塊化的獨(dú)立設(shè)計(jì)，一般從以下五個(gè)方面進(jìn)行劃分 [29]： （ 1） 增多組合方案，提高適用范