【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動(dòng)上下料機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。機(jī)械手是一個(gè)水平、垂直運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，用來將工件由左工作臺(tái)搬到右工作臺(tái)。有上升、下降運(yùn)動(dòng)，左移、右移運(yùn)動(dòng)和夾緊、放松動(dòng)作和位置控制。簡(jiǎn)易機(jī)械手在各類全自動(dòng)和半自動(dòng)生產(chǎn)線上應(yīng)用得十分廣泛，主要用于零部件或成品在固定位置之間的移動(dòng)，替代人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手采用上下升降加平面轉(zhuǎn)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，機(jī)械手的動(dòng)作由氣動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)缸由相應(yīng)的電磁閥來控制，電磁閥由PLC控制。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件完成，能十分方便的嵌入到各類工業(yè)生產(chǎn)線中。,其中 1豎直氣缸，2執(zhí)行氣爪，3工件，4水平氣缸，5旋轉(zhuǎn)軸，6支架，7底座125673左右4圖21 機(jī)械手簡(jiǎn)圖圖21中工件所處位置為原點(diǎn)位置，根據(jù)課題設(shè)計(jì)的要求：機(jī)械手初始位置在原點(diǎn)位置，每次循環(huán)動(dòng)作都從原點(diǎn)位置開始，完成上升、下降運(yùn)動(dòng)，左移、右移運(yùn)動(dòng)和夾緊、放松動(dòng)作和位置控制，并能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作和自動(dòng)操作方式。當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)位置下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)，左傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到物品后，左傳送帶停止運(yùn)行根據(jù)分析可得出機(jī)械手的工作流程圖，如圖22所示?？梢姡瑢?shí)現(xiàn)要求功能需要如下條件：(1)底座與橫梁之間需要旋轉(zhuǎn)盤，旋轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)由電機(jī)來完成，普通電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，需要考慮安裝減速機(jī)，在這種頻繁啟動(dòng)制動(dòng)的場(chǎng)合下，選用直流步進(jìn)電機(jī)會(huì)更方便。上限延時(shí)工件下限原位下降夾緊上升右移停止左移上升松開下降下限延時(shí)上限左限啟動(dòng)右限圖22 機(jī)械手工作流程圖(2)橫梁在普通情況下，長(zhǎng)度是固定的，如果工作臺(tái)不進(jìn)行調(diào)整，橫梁長(zhǎng)度可永遠(yuǎn)不變。(3)豎直方向上是頻繁上下工作的機(jī)構(gòu)，可選用電機(jī)傳動(dòng)的齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)，也可選用執(zhí)行氣缸，后者是新技術(shù)更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、噪音低，也更符合課題要求。(4)抓緊機(jī)構(gòu)也可選用氣動(dòng)執(zhí)行爪和執(zhí)行氣缸并用組成氣動(dòng)執(zhí)行模塊根據(jù)以上分析，機(jī)械構(gòu)造方案基本固定。整個(gè)機(jī)械手一共用到三個(gè)氣缸，橫梁長(zhǎng)氣缸進(jìn)行橫向移動(dòng)，執(zhí)行氣爪進(jìn)行夾持與放松、豎導(dǎo)桿氣缸執(zhí)行升降運(yùn)動(dòng)。主參數(shù)機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，目前機(jī)械手最大抓重以10公斤左右的為數(shù)最多。故該機(jī)械手主參數(shù)定為3公斤，高速動(dòng)作時(shí)抓重減半?；緟?shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。，最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為90176。/s，平均移動(dòng)速度為50mm/s，平均回轉(zhuǎn)速度為45176。/s。機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過程的加、減速度存在，用速度—行程曲線來說明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為1500mm，手臂安裝前后可調(diào)200mm。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為2400(應(yīng)大于180否則需安裝多只手臂)。手臂升降行程定為150mm。定位精度也是基本參數(shù)之一?！?77。lmm。第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手部設(shè)計(jì)基本要求1. 手部應(yīng)有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工件的重力外，還應(yīng)考慮工件在傳送過程中的動(dòng)載荷。2. 手部應(yīng)有一定的開閉范圍。其大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且應(yīng)注意手部接近工件的運(yùn)動(dòng)路線及其方位的影響。3. 應(yīng)能保證工件在手部準(zhǔn)確定位。4. 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。5. 根據(jù)應(yīng)用條件考慮通用性。 典型的手部結(jié)構(gòu)1. 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。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)。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角=，夾取重量為3Kg。常用的工業(yè)機(jī)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(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。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)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(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉合，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手指張開。下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖31（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。圖31 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 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(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)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001和002并指向0點(diǎn)，交F1和F2的延長(zhǎng)線于A及B。由∑Fx =0 得 F1=F2 ∑Fy=0 得 由=0 得h F= 式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（mm）. ——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。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)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好= ~ 。 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算： 式中 K1——安全系數(shù)， ； K2——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估其中a為重力方向的最大上升加速度；即： ——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度 ——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間， 2sK3—方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定，手指與工件位置：手指水平放置 工件垂直放置；手指與工件形狀：型指端夾持圓柱型工件，為摩擦系數(shù)，為型手指半角，此處粗略計(jì)算.表31 液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa小于5000 50000以上表31計(jì)算：設(shè)a=100mm,b=500mm,。機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為2s，求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和 驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。設(shè)K1= == K3=4 根據(jù)公式，將已知條件帶入： == 取整為：177N （2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：根據(jù)驅(qū)動(dòng)力和夾緊力之間的關(guān)系式：式中：c—滾子至銷軸之間的距離；b—爪至銷軸之間的距離；—楔塊的傾斜角可得，得出為理論計(jì)算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力要大于理論計(jì)算值，考慮手爪的機(jī)械效率，～，則： ，取 （3）取 F實(shí)際= F計(jì)算/η= （4）確定液壓缸的直徑D 選取活塞桿直徑d=,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=, 2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250液壓缸的內(nèi)徑系列（JB82666）（mm）根據(jù)表（JB82666），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm則活塞桿內(nèi)徑為:D==，選取d=32mm 手抓夾持范圍的計(jì)算為了保證手抓張開角為，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為34mm。手抓夾持范圍，手指長(zhǎng)100mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖33（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑mm，當(dāng)張開時(shí)，如圖33（b）所示，最大夾持半徑計(jì)算如下： mm機(jī)械手的夾持半徑從4090mm圖33手抓張開示意圖 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。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小