【文章內容簡介】 度。 圓柱坐標式機械手 能滿足手臂伸縮、手臂上下、手臂回轉動等動作?？梢詫⑹直刍剞D動作改換成機械手的整體轉動就可以滿足本 設計 中 機 械手的動作要求。這樣的修改并沒有改變 機械手的總體結構，只是 進行 了局部變動， 使得整個系統(tǒng)經(jīng)濟、實惠，所以確定用圓柱坐標式機械手 [3]。 執(zhí)行機構的組成 工業(yè)機械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機械部分組成： （ 1） 手部 是機械手直接握持工件或工具的部分。 （ 2） 臂部 是機械手用來支持腕部與手部實現(xiàn)較大的運動范圍的部件。 （ 3） 立柱 支承手臂并帶動它升降、擺動和移動的機構。 （ 4） 機座 是機械手用來支撐臂部，并安裝驅動裝置及其他裝置的部分。 執(zhí)行機構各部分的分析與選擇 手部的選擇 1 手部形式的確定 手部就是用來握持工件或工具的 部分。由于被握持的工件的形狀、尺寸、重 7 量、材質及表面狀態(tài)的不同，手部機構也是多種多樣。常用的手部結構按其握持原理可以分為如下兩類 : 1）夾持式 夾持式手部的結構與人手類似，是工業(yè)機械廣泛應用的一種手部形式。它主要由手指、傳動機構、驅動機構組成。其又可分為內撐式、外夾式和內外夾持式，區(qū)別在于夾持工件的部位不同，手爪動作方向相反。 夾持式手部設計時應注意以下事項： （ 1） 手指應有一定的開閉范圍。 （ 2） 手指應具有適當?shù)膴A緊力。 （ 3） 要保證工件在手指內的定位精度。 （ 4） 結構緊湊，重量輕，效率高。 （ 5） 通用性和可換性。 2）氣吸式 氣吸式手部又稱為真空吸盤式手部，它是通過吸盤內產(chǎn)生真空或負壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架及進排氣系統(tǒng)組成，具有結構簡單、質量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點；但要求工件上與吸盤接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質致密，沒有透氣空隙。主要適應于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙張及塑料等表面光滑工件的抓取。 氣吸式又可分為： 負壓吸盤：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤。 磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。 真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附 頭的空氣而形成真空，故稱真空式。噴氣式吸附的工作原理是當壓縮空氣高速進入噴嘴時，由于管路的開始段截面積是逐漸收縮的，所以氣流速度逐漸增大，在管路的最小截面處，氣流速度達到臨界速度，此時的氣體受壓，密度加大。在排氣管路中因界面逐漸增大，氣流膨脹減壓而使密度大大下降，致使氣流速度繼續(xù)增高，在吸氣口處形成負壓。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。自擠式空氣吸盤的工作原理是將軟質吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤內的空氣、從而造成真空、吸住工件。磁吸式手是利用工件的導磁性，利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來 吸附材料工件。磁吸式手部不會破壞被吸附表面質量，但是由于被吸工件存在剩磁，吸附頭上常吸附磁性屑，影響正常工作 [5]。 通過以上對手部的分析真空式具有結構簡單、質量輕、不損傷工件、使用方便、不影響機械手的正常工作等優(yōu)點。而且滿足所設計機械手的要求，所以選用 8 真空式吸盤。 真空吸盤機構如圖 22 所示。 圖 22 吸盤機構圖 手臂結構的選擇 手臂是機械手的主要部分，是支撐手腕、手指和工件并使它們運動的機構。手臂一般有三個運動 — 伸縮、旋轉和升降。手臂的基本動作是將手部移動到所需的位置 和承受抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量 [6]。 1 手臂的組成： (1)動作元件，如油缸、汽缸、齒條、凸輪等是驅動手臂運動的部件。 (2)導向裝置，是保證手臂的正確方向及承受由工件的重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉力矩。 (3)手臂，起著連接和承受外力的作用。 2 手臂設計的要求： (1)手臂承載能力大、剛性好、自重輕。 (2)手臂的運動速度要適當，慣性要小。 (3)手臂的動作要靈活。 (4)位置精度要高。 (5)通用性要強。 3 手臂的結構 手臂的伸縮和升降運動一般采用直線油（氣）缸驅動。 手臂作直線運動的結構，基本上是由 驅動機構和導向裝置所組成。驅動機構一般用油缸、油馬達加齒輪、齒條來實現(xiàn)直線運動。往復直線油（氣）缸可以分為以下幾種。 雙作用單活塞桿油缸 :液壓機械手中實現(xiàn)手臂的往復運動用得最多的是雙作 9 用單活塞桿油缸?；钊谟蛪合伦麟p向運動。機構上可以是油缸體固定、活塞桿運動；也可以是活塞桿固定，而缸體運動。 雙作用雙活塞桿油缸：當需要很大的行程時，將油缸做的很長、體積很大，則加工上有困難。如做成伸縮式雙活塞桿油缸，既能滿足行程要求，油缸的體積又小。其缺點是一次行程有兩種速度。 絲桿螺母機構：該機構傳動的特點是易于自鎖，但傳 動效率低。如采用滾珠絲杠，效率可以提高，但因其較長，制造比較困難。 本機械手的手臂有往復的直線運動，不需要很大的行程，考慮到結構的簡單性和設計的經(jīng)濟性，選用缸體固定活塞桿運動的雙作用單活塞桿氣缸。 4 導向裝置 機械手手臂在進行伸縮運動時，為防止手臂沿伸縮方向向中軸線轉動、加大承載能力，以及提高運動精度，必須設有導向裝置。手臂的導向裝置系根據(jù)安裝形式、結構及負荷等條件來確定。常用的有單導向桿和雙導向桿， 本設計中，伸縮運動中選用雙導向桿。 機座結構的選擇 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動系統(tǒng)均安裝于機座上，是支撐起機械手全部重量的構件。對其結構的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。 機座結構從形式上分為落地式和懸浮式，或分為固定式、可移動式和行走式。無論哪一種形式，機械手工作時機座一定予以固定。可移動式的機座在停置時能夠剎車定位，以保證機械手工作時的位置精度。根據(jù)本機械手的設計要求選用落地固定式機座。 機座的結構與機械手的總體布置有關，對專用機械手而言，傳動和控制部分通常是單獨布置，故機座比較簡單或不設機座。對通用機械手而言 ，傳動部分布置在機架內部或后下方，控制部分則布置在機座的后上方或單獨布置一個控制箱。 物料分揀機械手手臂需要一個旋轉模塊，擺動氣缸就要固定在機座上。如果水平缸、垂直缸和手部機構直接安裝到擺動氣缸的輸出軸上，機構雖然簡單，但擺動氣缸的軸向受力增大，對氣缸的自身要求較高，并易造成擺動氣缸的損壞。同時，機械手本身重心偏離立柱軸線以及各氣缸運動產(chǎn)生的沖擊都形成作用在擺動氣缸轉動軸上的傾覆力矩，所以采用一個連接組件，將機械手立柱以上的重量和傾覆力矩由機架來承擔。連接組件主要由四部分組成：雙向推力球軸承、底座、轉臺和扣 罩。 10 執(zhí)行機構的工作原理 物料分揀機械手的結構主要由機座、立柱、水平手臂、垂直手臂、電磁閥和吸盤等組成。其中機座采用擺動氣缸進行驅動，手臂及吸盤采用單活塞桿雙作用氣缸驅動。機械手的動作基本有伸縮、升降、左右旋轉、吸物和放物等動作。其結構原理如圖 。其動作順序為：初始位置 → A右旋 → B前伸 → C氣缸下降 → D吸物料 → C上升 → B收縮 → A左旋 → C氣缸下降 → D放物料 → C上升 → 回到初始位置。機械手的動作在整個過程中都是連續(xù)可循環(huán)的 [6]。 執(zhí)行機構簡圖 根據(jù)前面機械手各部分的設 計，可做出機械手大體結構簡圖，如圖 23 所示 。 圖 23 執(zhí)行機構結構簡圖 11 第三章 驅動 部分 的分析與選擇 機械手的驅動系統(tǒng)是驅動執(zhí)行機構運動的傳動裝置。機械手的驅動系統(tǒng)根據(jù)動力源的不同，分為液壓、氣壓、電氣、機械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅動方式。 驅動系統(tǒng)的分析與選擇 液壓驅動，功率重量比大，可實現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實現(xiàn)過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成 本較高，工作噪聲較大。 電氣驅動，控制精度高，驅動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便。但是由于這種驅動方式價格昂貴，限制了在一些場合的應用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅動方式。 氣壓驅動具有價格低廉、結構簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強、在工業(yè)機械手中應用較多。另一方面，氣動技術作為“廉價的自動化技術”，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領域。在現(xiàn)代化的成套設備與自動化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動系統(tǒng)。氣動機械手技術已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實踐要求的 一種重要使用工具 [7]。 表 31 給出了各種控制方式的比較： 表 各種控制方式的比較