【文章內(nèi)容簡介】 慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，當應盡量使結(jié)構簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 考慮被抓取對象的要求根據(jù)機械手的工作需要，通過比較，我們采用的機械手的手部結(jié)構是一支點兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設計成V型。 氣動機械手的設計要求 (1)機械手為通用氣動機械手，因此相對于專用機械手來說，它的適用面相對較廣。(2)選取機械手的坐標型式和自由度。(3)設計出機械手的各執(zhí)行機構，包括:手部、手腕、手臂等部件的設計。并進行計算、校核和畫CAD圖 機械手的系統(tǒng)工作原理及組成 機械手的系統(tǒng)工作原理框圖 被抓取物品 位置檢測裝置手部驅(qū)動系統(tǒng)（氣壓傳動）控制系統(tǒng)（PLC）手臂執(zhí)行機構立柱圖11 機械手的系統(tǒng)工作原理框圖 機械手的工作原理：機械手主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用氣壓傳動方式，來實現(xiàn)執(zhí)行機構的相應部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置。 執(zhí)行機構包括手部、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本設計中我們采用夾持式手部結(jié)構。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結(jié)構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機構則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多時常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置。工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。機座機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。 驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的。它由動力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動。 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成。該機械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng)，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 位置檢測裝置控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置.第二章 機械手的整體設計方案對氣動機械手的基本要求是能快速、準確地拾放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。設計氣動機械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件。明確工件的結(jié)構形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結(jié)構及運行控制的要求。盡量選用定型的標準組件，簡化設計制造過程，兼顧通用性和專用性，（如圖21所示），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，動作強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。它可用于操作環(huán)境惡劣的場合。圖21 機械手的整體機械結(jié)構 機械手的坐標型式與自由度按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其坐標型式可分為直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關節(jié)式。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱坐標型式。相應的機械手具有三個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機構，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。（如圖22所示） 圖22 機械手的運動示意圖 機械手的手部結(jié)構方案設計為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心 機械手的手腕結(jié)構方案設計考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉(zhuǎn)結(jié)構，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構為回轉(zhuǎn)氣缸。 機械手的手臂結(jié)構方案設計按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。第三章 手部結(jié)構設計以及氣缸設計、校核 手部夾緊氣缸的設計夾緊氣缸的夾緊、驅(qū)動力的確定（圖31），工件重5kg。(g=)圖31 手部結(jié)構1 夾緊力： F夾= （其中 θ=45176。，G=49N，f =）F夾==174（N） 2 驅(qū)動力F驅(qū) = （其中 b=50，c=30 ，α=23176。） 故F驅(qū)==250（N）F實際≥其中 K1：安全系數(shù)，～2 取K1=K2：工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可近似按下式估計，K2=1+式中a為被抓取工件運動時的最大加速度， a=v：，t：g為重力加速度 g=。那么：K2=1+=η：手部機械效率，～ 取η=（滾動摩擦）F實際==531（N） 確定氣缸直徑取空氣壓力為P空氣 = MPa = 5105Pa，D= ==(m)=(mm)圓整氣缸直徑D=40mm 氣缸作用力的計算及校核F氣缸===628(N)因為 F氣缸＞F實際 ， 所以 滿足設計要求。由d/D=～， 可得活塞桿直徑:d=(～)D