【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)式機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、尺寸緊湊、驅(qū)動(dòng)力大，常用于固定場(chǎng)所等優(yōu)點(diǎn)。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇機(jī)械式驅(qū)動(dòng)。 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，選擇了機(jī)械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計(jì)采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)，給出了設(shè)計(jì)中機(jī)械手的一些技術(shù)參數(shù)。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將依次進(jìn)行。 第三章 機(jī)械部分零件的計(jì)算及建模 Pro/Engineer軟件建模[[] ：] Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。主要特性Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。參數(shù)化設(shè)計(jì)相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無(wú)論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念?；谔卣鹘ro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡(jiǎn)易和靈活。PRO/INTERFACEPro/INTERFACE是一個(gè)完整的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，提供 Pro/Engineer與其它設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)之間的各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式．它可用于 Pro/ENGINEER幾何的輸入和輸出。剖面可以參數(shù)化并被構(gòu)造 Pro/ENGINEER內(nèi)的任意特征種類?！　?． 二維和三維圖形：Pro/INTERFACE提供了將2D和3D圖形通過 IGES4．0或 SET輸入到 Pro/ENGINEER的繪圖模式里的能力，輸入后，正常制圖功能都是有效的?！　?． 三維線框圖形：Pro/INTERFACE提供了將3D線框幾何體通過 IGES4．0或 SET 輸入到 Pro/ENGINEER內(nèi)的能力，該線框體能被用于生成全參數(shù)化，以特征為基礎(chǔ)的實(shí)體模型。如果需要，可以覆蓋到非參數(shù)化的實(shí)體模型上?！　?． 任意形狀曲面：Pro/INTERFACE提供了通過 IGES4．0或 SET將一個(gè)或更多的任意形狀曲面輸入到 Pro/ENGINEER內(nèi)的能力。一旦輸入后，這些面可以被偏置和縫合在一起，及被其它曲面剪裁，它們也可以被用于構(gòu)造一個(gè)實(shí)體模型(見 Pro/SURFACE有關(guān)詳細(xì)描述)?！　?． 三維表面模型：Pro/INTERFACE提供了通過 IGES4．0或 SET將部分表面或整個(gè)表面線框模型輸入到 Pro/ENGINEER內(nèi)的能力。在 Pro/ENGINEER內(nèi)．如果有遺漏表面可以加上，并且整個(gè)表面模型也可以覆蓋到一個(gè)非參數(shù)化的實(shí)體模型上。覆蓋到非參數(shù)化實(shí)體模型上的表面可以作為一個(gè)“單一特征”。這樣用戶就可以將所有參數(shù)化特征附加到這“單一特征”上，當(dāng)然該特征也能象其它任何 Pro/ENGINEER修改。數(shù)據(jù)交換功能包括：　　1． SLA：用于將3D模型信息輸出到生產(chǎn)工作臺(tái)?！　?． RENDER：用于將3D模型信息輸出到著色程序?！　?． DXF：用于輸入和輸出那些支持 DXF格式文件系統(tǒng)的2D信息?！　?． NEUTRAL：用于輸出符合 Pro/ENGINEER中間文件格式的特征、零件、部公差信息?！　?． IGES：用于輸出符合 IGES4．0標(biāo)準(zhǔn)的2D圖形和3D模型(包括零件和部件)?！　?． PATRAN Geom；用于輸出符合 PATRAN中間文件格式的零件幾何體數(shù)據(jù)?！　?． IGES128：用于輸出零件幾何體(注：除非特殊需求規(guī)定，將無(wú)效)?！　?． SUPERTA BGeom：輸出符合用于輸入列 SUPERTAB的 UNIVERSAL文件格式的幾何體?！　?． SET：用于輸入符合 VDA標(biāo)準(zhǔn)的 Pro/ENGINEER模型。PRO/MOLD DESIGN　　Pro/MOL DESIGN模塊用于設(shè)計(jì)模具部件和模板組裝，它包括如下功能：　　1． 采用參照設(shè)計(jì)模型的方法，自動(dòng)生成模具型腔幾何體?！　?． 對(duì)單一、多面類似或者多面不同的型腔，采用 Pro/ENGINEER的組裝命令及花樣組來定出型腔?！　?． 對(duì)復(fù)雜的多面/注模，提供 Slider/CAMMED移動(dòng)功能?！　?． 用不同的縮減補(bǔ)償方式，修改造型幾何體?！　?． 在模擬過程，采用干擾核查的方法支定度及模似模具開口及 Molding Ejection Sequence.　　6． 備有 AC Technology的 C—Flow/EZ分析軟件，提供空腔沖填及 AIR TRAPPING模擬、 Front、ram速度、weld線及流體速度(Flow Velocity)?！　?． 直接取得 Pertinent模具設(shè)計(jì)工程的信息，包括沖填器皿及型腔表面積等信息。　　8． 可生成摸具的特定功能，包括澆口(Sprue)、澆道(Runner)、澆槽(Gates)、冷凝線(cooling line)及分離線?！　?． Pro/LIBARARY亦有提供與 Pro/MOLDESIGN使用的功能，包括標(biāo)準(zhǔn)化的摸具組裝及元件。 手部零件的設(shè)計(jì)（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)奈搅万?qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的吸附力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。（2）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。 本此設(shè)計(jì)采用電磁吸盤式。如圖31所示： 圖31 電磁吸盤 手部零件設(shè)計(jì)的基本要求（1）手指式 有兩指式和多指式，適用于各種機(jī)械加工的零件及組件的搬運(yùn)。盤類、環(huán)類零件及雜件的抓取及搬運(yùn)。（2）吸盤式 有空氣負(fù)壓吸盤和電磁吸盤，用于表面光滑的板材或具有曲線形狀的殼體零件。（3）托持式 用于特殊形狀或有特殊要求的零件。 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算[[] ] 本設(shè)計(jì)是輕型搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：吸附重量為5Kg。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。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。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用吸附式手部。 通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇電磁吸盤式手部設(shè)計(jì)，吸附鐵磁材料的板料或盤形零件。 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)的基本要求（1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3）必須考慮工作條件 對(duì)于本次設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的輕型板料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 [[] ](1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)。腕部回轉(zhuǎn)，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動(dòng)慣性所用。回轉(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于）。(2) 直齒輪驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用直齒輪驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。 (4) 機(jī)液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的仰俯運(yùn)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，采用齒輪傳動(dòng)。 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) 夾取工件重量5Kg，回轉(zhuǎn)。 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 （1）腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩。 （2）腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩。吸附板料2525mm,重量5Kg，當(dāng)手部擺動(dòng)時(shí)，計(jì)算 力矩： （1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)及回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)件（電磁吸盤）等效為一個(gè)圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算G= （2）摩擦力矩。（3）啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度=，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。 （）查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有：代入： 機(jī)械手腕部三維軟件圖如圖32所示：