【文章內(nèi)容簡介】 式和內(nèi)撐式。機械式夾持器按驅(qū)動方式可分為電動（或電磁）、液壓和氣動三種。 機械手夾持器的典型結(jié)構(gòu)(1)楔塊杠桿式夾持器利用楔塊與連桿的相對運動來實現(xiàn)手爪的張、緊來完成抓取工件的動作。(2)連桿杠桿式夾持器這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧一起使用。(3)齒輪齒條平行連桿式夾持器這種手爪通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開動作。(4)平行杠桿式夾持器采用平行四邊形機構(gòu)，不需要導軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運動，但是比帶有導軌的平行移動手爪的摩擦力要小很多。2 總體設(shè)計方案論證 確定方案結(jié)合具體的工作情況，本次設(shè)計任務(wù)為搬運兩側(cè)為平面的紙箱，因此選擇齒輪齒條平行連桿式夾持器較為合適，通過對齒條的驅(qū)動可以使帶有齒輪的連桿繞定軸轉(zhuǎn)動，通過平面機構(gòu)帶動夾塊的移動實現(xiàn)對紙箱的夾緊，由于這種夾持方式對紙箱的夾緊力有限所以在夾持器下方選擇有帶翻邊的夾塊。具體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖27所示。 圖27 末端夾持器結(jié)構(gòu)圖 機械手機械傳動方案確定 機械手傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題(1)為了提高并控制機械手的運動速度及準確度，要求機械手各元件的質(zhì)量小。因此，機器人的傳動機構(gòu)要力求結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，體積小。(2)傳動部件應(yīng)盡量降低靜摩擦力，保證小的正斜率動摩擦否則會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，傳動精度失準。因此，要采用低摩擦阻力的傳動部件和導向支承部件，如滾珠絲杠副、滾動導向支承等。(3)采取消除傳動間隙、減少支承變形等措施縮小反向死區(qū)誤差。 機械手傳動機構(gòu)常見形式(1) 帶傳動帶傳動又分為平帶傳動、V帶傳動和多楔帶傳動1) 平帶傳動 應(yīng)用較多的情況為傳動中心距較大的情況。常用的平帶有橡膠布帶、縫合棉布帶、棉織帶和毛織帶等數(shù)種。其中以橡膠布帶應(yīng)用廣泛。2) V帶傳動 V帶傳動的結(jié)構(gòu)更緊湊，V帶已經(jīng)大量標準化生產(chǎn)且可以承受較大的傳動比等優(yōu)點，因而V帶傳動的應(yīng)用最廣泛。3) 多楔帶傳動 結(jié)構(gòu)尺寸小，傳動平穩(wěn)，常用于傳遞功率較大，有要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合。(2) 鏈傳動由于沒有彈性滑動和打滑現(xiàn)象，鏈傳動比帶傳動更能保持準確的平均傳動比；傳動效率高，能達到98%；又因鏈條與鏈輪之間不用張得很緊，所以作用于軸上的壓力較?。辉谕瑯邮褂脳l件下，鏈傳動的承載能力也比帶傳動強；適于遠距離傳動，中心距可達十幾米；鏈傳動的結(jié)構(gòu)較為緊湊，且成本低廉，可在溫度較高、濕度較大、有油污、腐蝕等惡劣條件下工作。(3) 齒輪傳動齒輪傳動的特點：、制造時需要專用工具和設(shè)備，因此成本比較高。(4) 蝸桿傳動可以達到大的傳動比，噪音小，傳動穩(wěn)定可靠，具有自鎖能力，但是安裝時對中心距的尺寸精度要求較高。 確定方案具體到此次設(shè)計兩個直線自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由度，末端夾持器直線運動應(yīng)用氣動方式無需傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)換，手臂直線自由度采用液壓缸驅(qū)動直接當作執(zhí)行元件無需傳動機構(gòu)簡化結(jié)構(gòu)并且增強剛度，腰部的旋轉(zhuǎn)用步進電機驅(qū)動，必須要有傳動機構(gòu)來減速并增大扭矩。經(jīng)分析采用圓柱齒輪，利用一級齒輪傳動來減小齒輪傳動因尺側(cè)間隙導致的傳動誤差，故齒輪需要更高的強度來完成既定的動作。 機械手驅(qū)動系統(tǒng)方案確定 機械手各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點機械手關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式有液壓式、氣壓式和電動式。(1) 液壓驅(qū)動機械手的驅(qū)動方式采用液壓驅(qū)動有以下幾個優(yōu)點：1）液壓容易達到較高的壓力，體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；2）液壓系統(tǒng)介質(zhì)可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，可以獲得較高的位置精度。3）液壓傳動中比較容易控制速度和力并使之自動化。4）液壓的介質(zhì)為油液，具備潤滑和防銹能力，可以增加使用年限和提高機械效率。液壓系統(tǒng)的不足之處是：油液的黏度隨溫度變化而變化影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險；造價較高；容易引起故障(2) 氣動驅(qū)動 與液壓驅(qū)動相比，氣壓驅(qū)動的特點是：1）壓縮空氣黏度小容易達到高速2）動力來源易取得，可集中控制3）空氣可應(yīng)用于高溫工作的情況4）氣壓元件工作壓力低，故制造要求比液壓元件低它的不足之處是：1）～。2）空氣壓縮性大工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達到準確的位置控制很難3）除水問題處理不當會使鋼類零件生銹，導致機械手失靈，排氣還會造成空氣污染。(3) 電動機驅(qū)動電動機驅(qū)動可分為普通交流電動機驅(qū)動，交、直流伺服電動機驅(qū)動和步進電動機驅(qū)動。普通交、直流電動機驅(qū)動如果不加減速器無法提供足夠的有效力矩，且運動不易控制，適用于中型或重型機器人。伺服電動機和步進電動機輸出較小的力矩，慣性小易于控制，可以實現(xiàn)速度與位置的精確控制，用于中小型機器人更合適。不同驅(qū)動各種特點見表21。表21各種驅(qū)動方式在不同方面的特點比較驅(qū)動方式特點輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積使用范圍制造成本液壓驅(qū)動壓力高，可獲得大的輸出力輸出力大，穩(wěn)定，容易控制，可無級調(diào)速維修方便，液體對溫度變化敏感在輸出力相同的情況下比氣壓驅(qū)動體積小中小型及重型機器人液壓元件成本較高，油路比較復(fù)雜氣壓驅(qū)動壓力低，輸出力小可高速，沖擊大，精確定位困難，阻尼差，低速難控制維修簡單，能在高溫，粉塵等惡劣環(huán)境下使用，泄漏無污染體積較大中小型機器人結(jié)構(gòu)簡單，能源方便，成本低電動驅(qū)動異步、直流電機輸出力較大控制性能交差，慣性大，不易精確定位維修使用方便需要減速裝置，體積較大速度低，特重大的機器人成本低步進、伺服電機輸出力較小或較大響應(yīng)快，定位精度高，控制系統(tǒng)復(fù)雜維修使用較復(fù)雜體積較小程序復(fù)雜，運動軌跡要求嚴格成本較高 確定方案具體到本設(shè)計，考慮到腰部的回轉(zhuǎn)關(guān)聯(lián)末端執(zhí)行器的定位精度，所以應(yīng)用定位精度高并且響應(yīng)速度快的步進電機。回轉(zhuǎn)下方的升降元件用液壓元件，考慮到承載能力以及垂直布置，可以利用重力實現(xiàn)下降，所以選用柱塞缸。手臂無法利用重力且對于驅(qū)動力要求不是非常大選用單活塞液壓缸。末端執(zhí)行器的回轉(zhuǎn)也要求高定位精度，快速的反應(yīng)能力、靈活的轉(zhuǎn)動，輸出力要求不高選用步進電機?？紤]到夾持器的驅(qū)動氣壓元件垂直放置而且對于工作環(huán)境要求較高，由于液壓元件的漏油是無法避免的元件的結(jié)構(gòu)導致無法經(jīng)常拆卸維護，所以選用單作用活塞桿式氣壓缸。氣缸通過活塞桿帶動齒條使扇形齒輪轉(zhuǎn)動來完成手爪的擴張合攏。 機械手手臂平衡機構(gòu)選擇除了關(guān)節(jié)坐標機械手都可以通過合理布局，使手臂自身可能達到平衡。關(guān)節(jié)機器人手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅(qū)動器的負荷，同時縮短啟動時間。本設(shè)計采用圓柱坐標結(jié)構(gòu)，由于手部結(jié)構(gòu)較多而且還有負載，考慮到機械手自身結(jié)構(gòu)根據(jù)實際情況選擇配重塊平衡機構(gòu)。3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計計算3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 液壓缸氣缸設(shè)計計算 手部氣缸設(shè)計計算(1)手爪氣缸驅(qū)動力的計算紙箱重量 ，摩擦系數(shù)為1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動力為: （31）得式中，F(xiàn)N——為沿水平方向X軸作用于紙箱的力，N FP——為氣缸沿Z軸的驅(qū)動力，N l ——為連桿的長度，m R——為扇形齒輪的節(jié)圓半徑，m α——為連桿與豎直方向的夾角2)實際驅(qū)動力: （32） 因為傳遞力的機構(gòu)為齒輪齒條機構(gòu)，故取機械效率，并取。若被抓取工件的最大加速度，則: 夾持工件時所需驅(qū)動力為(2)氣缸的直徑的設(shè)計本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，氣缸活塞桿的輸出力需要克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為: （33）式中，F(xiàn)1 ——活塞桿上的推力，N Ft ——彈簧反作用力，N Fz——氣缸工作時的總阻力，N P ——氣缸工作壓力，Pa彈簧反作用計算: （34） （35） (36) 緒論式中，Gf——彈簧剛度，N/m l —— 彈簧預(yù)壓縮量，m s —— 活塞行程，m