【文章內(nèi)容簡介】 目前工業(yè)機械手主要用于機械加工、鑄造、熱處理、等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研究示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構(gòu)建，如伸縮、擺動、升降、橫移、仰臥等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的夾緊裝置，設計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的夾緊裝置，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，又便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺和視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機械制造業(yè)中工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，他可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的作業(yè)。此外，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制某種智能機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，既能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能，目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行操作。觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。隨著工業(yè)機械化和自動化的發(fā)展以及氣動技術自身的一些優(yōu)點，氣動機械手已經(jīng)廣泛應用在生產(chǎn)自動化的各個行業(yè)。 近20年來，氣動技術的應用領域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術與氣動技術相結(jié)合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術提出了更多更高的要求；微電子技術的引入，促進了電氣比例伺服技術的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動技術從開關控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調(diào)制技術具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看，近30多年來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。20世紀70年代，液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為9:1，而30多年后的今天，在工業(yè)技術發(fā)達的歐美、日本等國家，該比例已達到6:4，甚至接近5:5。我國的氣動行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從20世紀80年代中期開始，氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達20%以上，高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術、PLC技術、計算機技術、傳感技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā)展與應用，氣動技術已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵技術之一。本畢業(yè)設計中，設計的主要內(nèi)容是多自由度鋁合金機械手，能夠?qū)崿F(xiàn)三個關節(jié)的運動，采用電機與氣缸相結(jié)合的控制方法。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。而在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。第二章 工業(yè)機器人的總體設計本課題是輕型平動搬運機械手的設計。本設計主要任務是完成機械手的結(jié)構(gòu)方面設計，因此對機械手的坐標形式、自由度、驅(qū)動機構(gòu)等進行了確定。常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài)，按坐標形式大致可以分為以下幾種：（1）直角坐標型機械手；（2）圓柱坐標型機械手；（3）球坐標型機械手；（4）多關節(jié)型機械手。其中圓柱坐標型機械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊，定位精度較高，占地面積小，因此本設計采用圓柱坐標型。 在圓柱坐標型機械手的基本方案選定后，根據(jù)設計任務，為了滿足設計要求，本設計關于機械手具有3個自由度：手抓張合、手臂伸縮和機身回轉(zhuǎn)。本設計機械手主要由3大部件和2個氣缸組成：（1）手部：采用一個直線氣缸，通過機構(gòu)運動實現(xiàn)手抓的張合。（2）臂部：采用一個直線氣缸來實現(xiàn)手臂的升降。（3）機身：采用一個電機帶動止推軸承來實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分，工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置。驅(qū)動件主要有四種：氣動驅(qū)動、電氣驅(qū)動、機械驅(qū)動和液壓驅(qū)動。其中以液壓、氣動用的最多，占90%以上；電動、機械驅(qū)動用的較少。氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用46個大氣壓，個別的達到810個大氣壓。它的優(yōu)點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機時產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機構(gòu)或緩沖機構(gòu)。通用機械手則考慮采用同一種形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢。機械驅(qū)動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調(diào)整。液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復雜成本較高。采用氣壓機構(gòu)驅(qū)動機械手，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)點，因此本設計中機械手的驅(qū)動采用氣壓和電動。圖21為機械手的運動控制路線圖。圖21 機械手的運動控制流程圖由于氣缸只能承受軸向力，而不能承受徑向力，所以氣缸在運動過程中需要有固定元件進行固定，以消去徑向力的影響。在本設計中，采用了一個軸，軸的一端鉆一個螺紋孔，把氣缸的活塞桿與軸的內(nèi)螺紋孔連接緊后，用活塞桿的力推動機械手運動。氣缸選定之后采用腳座固定，固定于底盤上，圖22為底盤的形狀。圖22 底盤一、用途：用于車間搬運二、設計技術參數(shù)：抓重：20㎏（夾持式手部）自由度數(shù)：3個自由度坐標型式：圓柱坐標最大工件半徑：90㎜手臂最大中心高：30 ㎜手臂運動參數(shù)伸縮速度：旋轉(zhuǎn)速度： r/min第三章 機械手的機械系統(tǒng)設計：應具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。應當考慮在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。手指應具有一定的張開范圍，手指應該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度）△γ，以便于抓取工件。要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高。在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能是結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載?；剞D(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種移動型 移動型即兩手指相對支座作往復運動平面平移型本設計是設計平動搬運型機械手，考慮到所要達到的原始參數(shù)：手抓張開角△γ=，夾取重量為20㎏。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