【文章內(nèi)容簡介】 實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設計的機械手是通用氣動上下料機械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設備，動強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。機械手是一個水平、垂直運動的機械設備，用來將工件由左工作臺搬到右工作臺。有上升、下降運動，左移、右移運動和夾緊、放松動作和位置控制。簡易機械手在各類全自動和半自動生產(chǎn)線上應用得十分廣泛，主要用于零部件或成品在固定位置之間的移動，替代人工作業(yè)，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。本設計中的機械手采用上下升降加平面轉(zhuǎn)動式結(jié)構(gòu)，機械手的動作由氣動缸驅(qū)動，氣動缸由相應的電磁閥來控制，電磁閥由PLC控制。驅(qū)動執(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 機械手簡圖圖21中工件所處位置為原點位置，根據(jù)課題設計的要求：機械手初始位置在原點位置，每次循環(huán)動作都從原點位置開始，完成上升、下降運動，左移、右移運動和夾緊、放松動作和位置控制，并能實現(xiàn)手動操作和自動操作方式。當機械手在原點位置下啟動按鈕，系統(tǒng)啟動，左傳送帶運轉(zhuǎn)。當光電開關(guān)檢測到物品后，左傳送帶停止運行根據(jù)分析可得出機械手的工作流程圖，如圖22所示。可見，實現(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)動由電機來完成，普通電機轉(zhuǎn)速較高，需要考慮安裝減速機，在這種頻繁啟動制動的場合下，選用直流步進電機會更方便。上限延時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上限左限啟動右限圖22 機械手工作流程圖(2)橫梁在普通情況下，長度是固定的，如果工作臺不進行調(diào)整，橫梁長度可永遠不變。(3)豎直方向上是頻繁上下工作的機構(gòu)，可選用電機傳動的齒輪齒條嚙合機構(gòu)，也可選用執(zhí)行氣缸，后者是新技術(shù)更經(jīng)濟、環(huán)保、噪音低，也更符合課題要求。(4)抓緊機構(gòu)也可選用氣動執(zhí)行爪和執(zhí)行氣缸并用組成氣動執(zhí)行模塊根據(jù)以上分析，機械構(gòu)造方案基本固定。整個機械手一共用到三個氣缸，橫梁長氣缸進行橫向移動，執(zhí)行氣爪進行夾持與放松、豎導桿氣缸執(zhí)行升降運動。主參數(shù)機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，目前機械手最大抓重以10公斤左右的為數(shù)最多。故該機械手主參數(shù)定為3公斤，高速動作時抓重減半?；緟?shù)運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求，設計速度過低限制了它的使用范圍。而影響機械手動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)速度設計為90176。/s，平均移動速度為50mm/s，平均回轉(zhuǎn)速度為45176。/s。機械手動作時有啟動、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，因為平均速度與行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運動速度以外，手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。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傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機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)設計 手部設計基本要求1. 手部應有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工件的重力外，還應考慮工件在傳送過程中的動載荷。2. 手部應有一定的開閉范圍。其大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且應注意手部接近工件的運動路線及其方位的影響。3. 應能保證工件在手部準確定位。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)設計。5. 根據(jù)應用條件考慮通用性。 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. 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復運動。本設計是設計平動搬運機械手的設計，考慮到所要達到的原始參數(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。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機械手手抓閉合，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機械手手指張開。下面對其基本結(jié)構(gòu)進行力學分析：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，兩手指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001和002并指向0點，交F1和F2的延長線于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)支點到對稱中心的距離（mm）. ——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角。由分析可知，當驅(qū)動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好= ~ 。 夾緊力及驅(qū)動力的計算手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。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動狀態(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)。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 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： ——運載時工件最大上升速度 ——系統(tǒng)達到最高速度的時間， 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計算：設a=100mm,b=500mm,。機械手達到最高響應時間為2s，求夾緊力和驅(qū)動力和 驅(qū)動液壓缸的尺寸。設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)動力公式得：根據(jù)驅(qū)動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，得出為理論計算值，實際采取的液壓缸驅(qū)動力要大于理論計算值，考慮手爪的機械效率，～，則： ，取 （3）取 F實際= F計算/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 手抓夾持范圍的計算為了保證手抓張開角為，活塞桿運動長度為34mm。手抓夾持范圍，手指長100mm,當手抓沒有張開角的時候，如圖33（a）所示，根據(jù)機構(gòu)設計，它的最小夾持半徑mm，當張開時，如圖33（b）所示，最大夾持半徑計算如下： mm機械手的夾持半徑從4090mm圖33手抓張開示意圖 機械手手抓夾持精度的分析計算機械手的精度設計要求工件定位準確,抓取精度高,重復定位精度和運動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能力。機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小