【文章內(nèi)容簡介】 柱坐標型機械手； （3）水平多關(guān)節(jié)型機械手； （4）垂直多關(guān)節(jié)型機械手。 本次設計采用垂直多關(guān)節(jié)型機械手，模擬了人類的手臂功能。由于垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸（相當于大臂旋轉(zhuǎn)的肩部旋轉(zhuǎn)軸），帶動小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸及小臂前端的手腕等構(gòu)成。手腕通常有23個自由度。 垂直多關(guān)節(jié)型機械手的優(yōu)點是可以自由的實現(xiàn)三維空間的各種姿態(tài)，可以生成各種姿態(tài)，可以生成各種復雜形狀的軌跡。它廣泛應用于代替人完成裝配作業(yè)、貨物搬運、電弧焊接、噴涂及點焊接等場合。如圖21所示：圖21 機械手的原理圖 機械手的主要部件及運動 在垂直多關(guān)節(jié)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(guān)于機械手具有3個自由度既：手部仰俯運動；手臂伸縮；手臂仰俯運動3個主要運動。 本次設計主要由4個大部件和兩個電動機及四個齒輪組成：（1）手部，采用電磁吸盤式，通過腕部的齒輪傳動，實現(xiàn)機構(gòu)繞y軸的仰俯運動；（2）腕部，是采用齒輪傳動，通過小臂上的電機齒輪傳動，實現(xiàn)仰俯運動；（3）臂部，采用步進電機，通過齒輪嚙合傳動實現(xiàn)仰俯運動；（4）機身，用一個圓盤底座，實現(xiàn)運動機構(gòu)固定。 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。根據(jù)動力源的不同, 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用機械驅(qū)動式機械手,結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、尺寸緊湊、驅(qū)動力大，常用于固定場所等優(yōu)點。因此，機械手的驅(qū)動方案選擇機械式驅(qū)動。 本章小結(jié) 本章對機械手的整體部分進行了總體設計，選擇了機械手的基本形式以及自由度，確定了本設計采用機械驅(qū)動，給出了設計中機械手的一些技術(shù)參數(shù)。下面的設計計算將依次進行。 第三章 機械部分零件的計算及建模 Pro/Engineer軟件建模[[] ：] Pro/Engineer操作軟件是美國參數(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)的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設計領域占據(jù)重要位置。主要特性Pro/E第一個提出了參數(shù)化設計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(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計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設計。它不但可以應用于工作站，而且也可以應用到單機上。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設計、鈑金設計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。參數(shù)化設計相對于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復雜的幾何模型，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是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計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計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。PRO/INTERFACEPro/INTERFACE是一個完整的工業(yè)標準數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，提供 Pro/Engineer與其它設計自動化系統(tǒng)之間的各種標準數(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。　　1． 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，以特征為基礎的實體模型。如果需要，可以覆蓋到非參數(shù)化的實體模型上?！　?． 任意形狀曲面：Pro/INTERFACE提供了通過 IGES4．0或 SET將一個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)造一個實體模型(見 Pro/SURFACE有關(guān)詳細描述)?！　?． 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，并且整個表面模型也可以覆蓋到一個非參數(shù)化的實體模型上。覆蓋到非參數(shù)化實體模型上的表面可以作為一個“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?！　?． 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。　　4． 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標準的2D圖形和3D模型(包括零件和部件)。　　6． 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標準的 Pro/ENGINEER模型。PRO/MOLD DESIGN　　Pro/MOL DESIGN模塊用于設計模具部件和模板組裝，它包括如下功能：　　1． 采用參照設計模型的方法，自動生成模具型腔幾何體。　　2． 對單一、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?！　?． 對復雜的多面/注模，提供 Slider/CAMMED移動功能?！　?． 用不同的縮減補償方式，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模具設計工程的信息，包括沖填器皿及型腔表面積等信息?！　?． 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，包括標準化的摸具組裝及元件。 手部零件的設計（1）應具有適當?shù)奈搅万?qū)動力。應當考慮到在一定的吸附力下，不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。（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載。 本此設計采用電磁吸盤式。如圖31所示： 圖31 電磁吸盤 手部零件設計的基本要求（1）手指式 有兩指式和多指式，適用于各種機械加工的零件及組件的搬運。盤類、環(huán)類零件及雜件的抓取及搬運。（2）吸盤式 有空氣負壓吸盤和電磁吸盤，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。 機械手手部的設計計算[[] ] 本設計是輕型搬運機械手的設計，考慮到所要達到的原始參數(shù)：吸附重量為5Kg。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。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。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。本設計機械手采用吸附式手部。 通過綜合考慮，本設計選擇電磁吸盤式手部設計，吸附鐵磁材料的板料或盤形零件。 腕部的設計計算 腕部設計的基本要求（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、動載荷均由臂部承擔。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機械手的執(zhí)