【文章內(nèi)容簡介】 作狀態(tài)。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。 主要研究內(nèi)容 本文通過介紹機械手的作用，機械手的組成和分類。主要研究了磁吸式機械手的設(shè)計理論與方法。全面詳盡的討論了磁吸式機械手的手部、腕部、手臂以及機身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 本章小結(jié) 本章較為細(xì)致的介紹了機械手的發(fā)展史和在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，然后又說明了它的組成結(jié)構(gòu)，由執(zhí)行、驅(qū)動和控制三部分組成，同時又分別對這三部分進行詳細(xì)介紹。最后講述了機械手的發(fā)展趨勢。2 磁吸式總體設(shè)計及方案本文是對磁吸式機械手的設(shè)計，主要針對的是機械手的結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算，而主要任務(wù)是對傳動系統(tǒng)的設(shè)計，本章重在確定機械手的驅(qū)動機構(gòu)部分。 主要的運動部件根據(jù)機械手的設(shè)計任務(wù)可知，若要讓機械手進行上下的垂直運動，則應(yīng)當(dāng)靈活采用相關(guān)的機械傳動。首先，手部采用帶有電磁鐵的吸盤，通過利用磁鐵的吸引力來吸取工件，然后通過腕部緊固吸盤，采用焊接的方式將腕部與機械手的臂部相連接，臂部的材料是合金，同樣也是通過齒輪齒條機構(gòu)與機身連接在一起，從而實現(xiàn)機械手上下的運動。至于在輸入裝置，應(yīng)當(dāng)用電動機通過帶傳動傳給齒輪齒條機構(gòu)。 驅(qū)動機構(gòu)的選擇驅(qū)動機構(gòu)是機械手中的重要組成部分，而驅(qū)動機構(gòu)的好壞將決定機械手的性能好壞。驅(qū)動機構(gòu)分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動。利用電動驅(qū)動，則具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動力大等優(yōu)良特性。所以，機械手的驅(qū)動選擇電動。根據(jù)查閱相關(guān)資料，可選擇額定功率為11KW，額定轉(zhuǎn)速為1460r/min的Y160M4型號的電動機。 總結(jié) 本章是關(guān)于磁吸式機械手的總體設(shè)計方案，主要是說明驅(qū)動機構(gòu)的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計，確定采用電動來驅(qū)動機械手，以下是分別對各部分(手、腕、臂、機身)進行的設(shè)計計算。3 手部的計算 工件尺寸的選擇 某鋼的尺寸為200mm150mm10mm() 手部手抓的設(shè)計 類型選擇 磁吸式的結(jié)構(gòu)是對于手部電磁鐵產(chǎn)生磁力來對工件進行抓取的，一般來說，我們所謂機械手的裝夾方式中包括夾持、吸附兩種方式。如果對于那種表面形狀較為復(fù)雜的零件或工件來說，最好采用夾持的方式。而對于那種表面平整、結(jié)構(gòu)簡單的工件，理應(yīng)采用用電磁鐵吸附的方式。只有采用了這種方式，機械手就能夠平穩(wěn)的進行工件的抓取或裝卸工作。 對于手抓的受力分析 使用直流電源可保證電壓不會發(fā)生變化，同時提供的電磁力是恒定不變的。根據(jù)工件的大小和所需要的磁吸力，對于電源應(yīng)選擇10~20v直流電源。從另一方面來說，對機械手提供的電壓越大，手抓時的機械手的反應(yīng)速度就越迅速。 繞組的選取應(yīng)根據(jù)實際的設(shè)計要求，若要求繞組具有一定的質(zhì)量，應(yīng)選擇橫截面積合適的漆包銅線（銅電阻率低）。同時應(yīng)當(dāng)知道繞組也具有電阻，具有功率損耗。根據(jù)以上的分析設(shè)計合適的吸盤： 選擇直徑相同的吸盤，假設(shè)d=25mm M=ρv=20015010=2355g 根據(jù)受力平衡可知，G=4F=Mg(F為電磁的吸力） F=Mg/4= 電磁鐵的選擇 簡介通電產(chǎn)生磁的一種裝置，在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導(dǎo)電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，叫做電磁鐵。我們通常把它制成條形或蹄形狀，從而鐵芯更容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，往往采用消磁較快的的軟鐵或硅鋼材料來制做。這樣的電磁鐵在通電時有磁性，斷電后磁就隨之消失。電磁鐵在我們的日常生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，由于它的發(fā)明也使發(fā)電機的功率得到了很大的提高。當(dāng)螺線管內(nèi)部插入鐵芯后，鐵芯被通電螺線管的磁場磁化。磁化后的鐵芯也變成了一個磁體，這樣由于兩個磁場互相疊加，從而使螺線管的磁性大大增強。為了使電磁鐵的磁性更強，通常將鐵芯制成蹄形。但要注意蹄形鐵芯上線圈的繞向相反，一邊順時針，另一邊必須逆時針。如果繞向相同，兩線圈對鐵芯的磁化作用將相互抵消，使鐵芯不顯磁性。另外，電磁鐵的鐵芯用軟鐵制做，而不能用鋼制做。否則鋼一旦被磁化后，將長期保持磁性而不能退磁，則其磁性的強弱就不能用電流的大小來控制，而失去電磁鐵應(yīng)有的優(yōu)點。可以通電流來產(chǎn)生磁力的器件，屬非永久磁鐵，可以很容易地將其磁性啟動或是消除。例如：大起重設(shè)備利用電磁鐵將廢棄車輛抬起。電磁鐵作為一種將電能轉(zhuǎn)化為直線運動機械能的電器元件，特點是直線運動時的結(jié)構(gòu)簡單,成本低,噪音小,壽命長,玩具,機車,工業(yè)自動化等需要把電能轉(zhuǎn)化為直線運動機械能,或者電能轉(zhuǎn)化為吸力。吸盤式的電磁鐵是根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換的原理，在通電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的電磁吸力，以控制物件的前進或停止?fàn)顟B(tài)。這種電磁鐵結(jié)構(gòu)簡單，線圈置于軟磁材料外殼之中并以環(huán)氧澆封，具有體積小，吸力大，牢固，可靠，全密封，環(huán)境適應(yīng)性強等特點，該系列電磁鐵可進行遠(yuǎn)程操作，動作簡單靈敏，功能穩(wěn)定可靠。被廣泛應(yīng)用在自動化作業(yè)線上作為材料或產(chǎn)品的輸送控制件，在機械手、食品機械、醫(yī)療機械、自動化控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。 分類 電磁鐵可以分為直流電磁鐵和交流電磁鐵兩大類型。如果按照用途來劃分電磁鐵，主要可分成以下五種：主要用來牽引機械裝置、開啟或關(guān)閉各種閥門，以執(zhí)行自動控制任務(wù)牽引電磁鐵，用作起重裝置來吊運鋼錠、鋼材、鐵砂等鐵磁性材料起重電磁鐵，主要用于對電動機進行制動以達(dá)到準(zhǔn)確停車的目的制動電磁鐵等等。自動電器的電磁系統(tǒng)，如電磁繼電器和接觸器的電磁系統(tǒng)、自動開關(guān)的電磁脫扣器及操作電磁鐵等。其他用途的電磁鐵，如磨床的電磁吸盤以及電磁振動器等。 限位開關(guān) 限位開關(guān)就是用以限定機械設(shè)備的運動位置的電氣開關(guān)，也叫做行程開關(guān)。限位開關(guān)有接觸式的和非接觸式的，接觸式的較為直觀，在機械設(shè)備的運動部件上來安裝限位開關(guān)，與其相對運動的固定點上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當(dāng)限位開關(guān)的機械觸頭碰到擋塊，切斷控制電路，機械就停止運行或改變運行。由于機械運動的慣性，這種限位開關(guān)有一定的“超行程”來保護開關(guān)。非接觸式的限位開關(guān)也有很多。在實際生產(chǎn)中，將限位開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊限位開關(guān)時，觸點就會動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器元件，作用原理與一般的按鈕類似。在本次設(shè)計機械手手部的設(shè)計過程中，電磁鐵使吸盤產(chǎn)生磁力，從而吸盤吸起工件。當(dāng)工件被搬運到預(yù)定位置時，撞擊限位開關(guān)，使吸盤放下工件。 選擇觸點為常閉觸點滾輪式限位開關(guān)JLXK2系列，限位開關(guān)放在機械手的手臂上，這樣可使限位開關(guān)隨機械手一起運動。 本章小結(jié)對于這一部分主要是針對的是機械手手部的相關(guān)設(shè)計，包括對限位開關(guān)的選擇，手抓的力學(xué)分析，吸盤的受力與選擇，電磁鐵的選用、分類和在機械加工中的重要應(yīng)用。4 機械手腕部的計算 設(shè)計要求（1） 結(jié)構(gòu)緊湊由于手部與腕部所受的力都是由臂部承擔(dān)。腕部的結(jié)構(gòu)和重力的大小，直接影響著臂部的承載能力。因而在腕部設(shè)計應(yīng)注意要求結(jié)構(gòu)的緊湊和重量合適。（2）合理布局 腕部是執(zhí)行機構(gòu)，又起著連接和支撐作用，因此除了要有足夠的強度、剛度，還應(yīng)重視合理布局，使腕部與臂部和手部的進行適當(dāng)結(jié)合。（3） 工作條件機械手的工作條件是在對工件進行搬運或者裝卸，因此受環(huán)境的影響比較小，一般不會處在高溫、腐蝕性的工作介質(zhì)中，因而對于腕部不作太多的要求。 結(jié)構(gòu)設(shè)計腕部一般是用四根支架組成的。下面采用兩根支架,支架上面再放兩根支架，四根支架上不采用實體式，如果吸盤的位置正好吸在工件孔的位置，這樣就會導(dǎo)致機械手不能搬動工件。采用這樣的設(shè)計，可用人工調(diào)整手部的位置來解決此問題。上面和下面的支架通過手部吸盤上的螺栓進行連接。和螺栓連接的墊片采用快換墊片的形式，能迅速地調(diào)整機械手的手部位置。 總結(jié) 本章是講述平面式的結(jié)構(gòu)可滿足腕部的設(shè)計要求，然后介紹腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題和非實體式的結(jié)構(gòu)所具有的特點。 5 機械手臂部的設(shè)計機械手的臂部是支撐手部、被抓工件和腕部的重要部件。帶動手指去抓取物件，并且按照預(yù)定要求將工件搬運到指定位置。對于臂部，如果要實現(xiàn)臂部的運動則應(yīng)當(dāng)采用合適的傳動運動，常見的傳動機構(gòu)有連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪齒條機構(gòu)等，在本文中實現(xiàn)驅(qū)動臂部運動的是采用了齒輪齒條機構(gòu)。從具體的實際來看，考慮到臂部受力和部件間的相對運動，其結(jié)構(gòu)和靈敏性將直接決定機械手的工作效率。 基本要求 首先對強度與剛度，穩(wěn)定性要好，由臂部所能承受的載荷來選擇合適的橫截面積，提高支撐剛度，合理布置載荷的分布。選擇強度和剛度都比較好的材料，同時要求載荷分布均勻，并盡量簡化結(jié)構(gòu)。2. 要注意臂部工作的靈敏性，速度應(yīng)當(dāng)根據(jù)受力適當(dāng)，要能承受一定的沖擊且誤差要盡可能的減小，使載荷的傳遞更加準(zhǔn)確高效。 臂部的結(jié)構(gòu) 臂部的典型機構(gòu)常見的有很多手臂機構(gòu)，當(dāng)行程比較小時，采用油缸直接驅(qū)動。當(dāng)行程較大時，可采用齒條機構(gòu)的倍增機構(gòu)或步進電機驅(qū)動絲杠螺