【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 格較昂貴，故設(shè)計(jì)一只針對(duì)抓鋸片的機(jī)械手是很有前景的。此機(jī)械手的設(shè)計(jì) 加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐 ，并為專用機(jī)械手一族增貼一員。 引言 機(jī)械工業(yè)作為國(guó)家的基礎(chǔ)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，具有舉足輕重的地位。不論是傳統(tǒng)工業(yè)，還是高科技產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所生產(chǎn)裝備的性能、質(zhì)量和運(yùn)用，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù) 的進(jìn)步有很大的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生， 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們教學(xué)實(shí)踐中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。它綜合運(yùn)用了大學(xué)四年內(nèi)所學(xué)的理論知識(shí)，并結(jié)合了具體的實(shí)際要求，使我能在設(shè)計(jì)過程中對(duì)四年的所學(xué)所知有了更進(jìn)一步的掌握和理解，也為以后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。 我會(huì)盡自己最大的努力做好。 1 概述 工業(yè)機(jī)械手概述 工業(yè)機(jī)械手（以下簡(jiǎn)稱機(jī)械手）是近代自動(dòng)控制 領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù) ,并且成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。機(jī)械手是一種 能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。 而可編程邏輯控制器 (PLC)由于其具有的高可靠性、編程方便、易于使用和修改、易于擴(kuò)展和維護(hù)、環(huán)境要求低、體積小巧、安裝測(cè)試方便等性能在工業(yè)控制中有著廣泛的應(yīng)用。 這種新技術(shù)發(fā)展很快逐正在輸入（網(wǎng) @laoshutou）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 如有需求請(qǐng)發(fā)站內(nèi)信（下載后雙擊刪除） 漸形成一門新興的學(xué)科 —— 機(jī)械手工程。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種 預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手實(shí)物圖如下圖所示： 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為 大家 所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。因而，受到各先進(jìn)國(guó)家的重視，投入大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。在我國(guó)，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效 果，受到機(jī)械工業(yè)部門的重視。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、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(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重 點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、正在輸入（網(wǎng) @laoshutou）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 如有需求請(qǐng)發(fā)站內(nèi)信（下載后雙擊刪除） 升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同物料的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及 具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。 此外，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)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(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。 視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（ 即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后送給計(jì)算機(jī)，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(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)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(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。 將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同物料的夾緊 機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。 本機(jī)械手是針對(duì)故抓取鋸片實(shí)現(xiàn)鋸片的上料和下料的專用機(jī)械手，是將機(jī)械手與柔性制造系統(tǒng)和柔性制作單元相結(jié)合，使機(jī)械能與鋸片磨床系統(tǒng)相結(jié)合或與加工中心系統(tǒng)相結(jié)合，此機(jī)械手為典型的抓取薄片大面積的機(jī)械手，同類機(jī)械手在國(guó)內(nèi)和國(guó)外都已有生產(chǎn)，但是多數(shù)同類機(jī)械手為通用機(jī)械手，價(jià)格較昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)制，自由 度大，但是針對(duì)中小型企業(yè)，企業(yè)人員在機(jī)械手的選型時(shí)考慮機(jī)械手要完成基本的功能的同時(shí)還極力追求在機(jī)械手價(jià)格低廉，故設(shè)計(jì)一只針對(duì)鋸片磨床機(jī)械手在鋸片生產(chǎn)行業(yè)是很有前景的。同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)械手市場(chǎng)也起到了促進(jìn)的作用。 正在輸入（網(wǎng) @laoshutou）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 如有需求請(qǐng)發(fā)站內(nèi)信（下載后雙擊刪除） 機(jī)械手的組成 以下結(jié)機(jī)械手由構(gòu)： 執(zhí)行機(jī)構(gòu) —— 驅(qū)動(dòng) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) —— 控制系統(tǒng) —— 智能系統(tǒng)四部分組成。 機(jī)械手的分類 機(jī)械手一般分為三類： 第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之 外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。 第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。 第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“ Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 在國(guó)外，目前主要是第一類通用機(jī)械手，國(guó)外稱為機(jī)器人。本課題所做的機(jī)械手是屬于 第三類機(jī)械手。 機(jī)械手的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)例。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)物料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 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(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或正在輸入（網(wǎng) @laoshutou）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 如有需求請(qǐng)發(fā)站內(nèi)信（下載后雙擊刪除） 全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上 ，機(jī)械手以減少人力和更 準(zhǔn) 確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 由上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。 2 機(jī)械手總體設(shè)計(jì) 機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析 鋸片磨床機(jī)械手所要達(dá)到的功能：所設(shè)計(jì)的機(jī)械手是鋸片在鋸片磨床上或加工中心上加工時(shí)，完成鋸片的上料和下料。 ：鋸片的尺寸（直徑 250mm500mm），厚 4mm 材料：合金鋼 10 kg / m? ?? 鋸片示意圖： 本機(jī)械手設(shè) 計(jì)以加工中心工作臺(tái)尺寸為設(shè)計(jì)依據(jù)，該機(jī)械手設(shè)計(jì)成可拆卸式，即可安裝在加工中心上，也可安裝在鋸片磨床等其他類似尺寸的機(jī)床實(shí)現(xiàn)鋸片的上下料加工中心工作臺(tái)示意圖如下圖所示： 正在輸入（網(wǎng) @laoshutou）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 如有需求請(qǐng)發(fā)站內(nèi)信（下載后雙擊刪除） 實(shí)地調(diào)查加工中心工作臺(tái)，其四個(gè)角落都可安裝機(jī)械手，機(jī)械手總體高度在 850mm，砂輪離鋸片夾具的空間在 50mm 左右，即設(shè)計(jì)機(jī)械手時(shí)上下移動(dòng)量要控制在 30mm 左右。鋸片夾具體離可安裝機(jī)械手的位置范圍在 800mm 左右。 總體方案擬定 （ 1）方案一：考慮用一只機(jī)械手安裝在加工中心工作臺(tái)，靠前門位置的左或右角落。以靠門右角落為例，機(jī)械手要 完成取料 ? 搬運(yùn) ? 下料 ? 返回（等待加工完成） ? 空運(yùn)轉(zhuǎn) ? 取料 ?搬運(yùn) ?下料 ?返回。等待時(shí)間及空運(yùn)轉(zhuǎn)降低 了工作效率，將鋸片分成三個(gè)區(qū)：未加工的鋸片放入毛坯區(qū)，正在加工的鋸片的工作區(qū)稱為工作區(qū)，已加工的鋸片放入已加工區(qū)。若將三個(gè)區(qū)從左往右安排如圖所示，此設(shè)置直觀，不妨礙人員觀察檢驗(yàn)工作情況，但一只機(jī)械手的行程就加長(zhǎng)，整個(gè)送料過程穩(wěn)定性要求高，所驅(qū)動(dòng)的手臂也過長(zhǎng)，手臂要走很長(zhǎng)的直線路程，即要設(shè)計(jì)成直角坐標(biāo)型如圖，驅(qū)動(dòng)所需的力及驅(qū)動(dòng)方式都將變得困難。 正在輸入（網(wǎng) @laoshutou）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 如有需求請(qǐng)發(fā)站內(nèi)信（下載后雙擊刪除） （ 2）方案二：考慮到上述方案中，機(jī)械手手臂過長(zhǎng)的問題，將機(jī)械手設(shè)計(jì)成圓柱坐標(biāo)型。其手臂長(zhǎng)度不變。鋸片的三個(gè)區(qū)分布在以機(jī)械手安裝的位置為中心，手臂為半徑的弧線上 如圖所示： 注：工作臺(tái)可以左右前后移動(dòng)。 正在輸入（網(wǎng) @laoshutou）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 如有需求請(qǐng)發(fā)站內(nèi)信（下載后雙擊刪除） 這種設(shè)計(jì)雖然解決了機(jī)械手的行程過長(zhǎng)的問題，整只機(jī)械手占據(jù)空間范圍小，但是鋸片的已加工區(qū)分布在靠門位置，不利于人員觀察，一只機(jī)械手即要完成（毛坯區(qū)）上料 ? （工作區(qū)）下料 ?（空運(yùn)轉(zhuǎn)至毛坯區(qū)）等待 ? （空運(yùn)轉(zhuǎn)至工作區(qū)）上料 ? （已加工區(qū)）下料，機(jī)械手 路程來回復(fù)雜，機(jī)械手位置精度要求變高所驅(qū)動(dòng)各種運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件變多，控制方式也將變的復(fù)雜。 （ 3）方案三：考慮到上述兩個(gè)方案的利弊，我們考慮用兩只機(jī)械手分布在加工中心兩個(gè)角落，一只機(jī)械手負(fù)責(zé)上料，另一只機(jī)械手負(fù)責(zé)下料，機(jī)械手分工明確。兩只機(jī)械手都分別安裝在工作臺(tái)后部的左角落和右角落。鋸片的三個(gè)區(qū)分部在工件臺(tái)中心如圖所示，上料機(jī)械手要完成（毛坯區(qū)）上料 ? （運(yùn)載鋸片）回轉(zhuǎn) ? （工作區(qū)）下料 ? 空載返回。 下料機(jī)械手要完成空載回轉(zhuǎn)（工作區(qū)） 取料 ?（運(yùn)載鋸片）回轉(zhuǎn) ?（已加工區(qū)）下料為使機(jī)械手提高效率，上料機(jī)械手收到下料手取物料時(shí)的信號(hào)就啟動(dòng)，兩只機(jī)械手時(shí)間相互嵌套，降低總運(yùn)行時(shí)間。 第三個(gè)方案兩只機(jī)械手分工明確，每只機(jī)械手都有上料與下料的過程，兩只機(jī)械手可以做成相同的機(jī)械本體，只要對(duì)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)過程的控制進(jìn)行變化，就會(huì)產(chǎn)生不同的效果。本機(jī)械手采用 PCL對(duì)機(jī)械手的控 制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，編寫相應(yīng)的控制程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手相應(yīng)的功能。對(duì)比各個(gè)方案，采用方案三。 最終確定鋸片磨床機(jī)械手的總體方案：采用 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)。這種構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度一般，適于搬運(yùn)作業(yè)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。采用兩個(gè)自由度（ Z軸上下，θ回轉(zhuǎn)）即能達(dá)到要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，易驅(qū)動(dòng)控制。 正在輸入（網(wǎng) @laoshutou）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 如有需求請(qǐng)發(fā)站內(nèi)信（下載后雙擊刪除） 機(jī)械手主要技術(shù)性能參數(shù) 機(jī)械手所要到達(dá)的性能參數(shù)：最大質(zhì)量 最小質(zhì)量為 最大負(fù)荷重量 60N 回轉(zhuǎn)速度 ω=30176。 /s θ軸最大運(yùn)動(dòng)范圍 60176。 Z軸最大運(yùn)動(dòng)范圍 30mm 自由度： 2 個(gè)自由度 3 鋸片磨床機(jī)械手機(jī)械本體設(shè)計(jì) 末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手末端的執(zhí)行器是根據(jù)機(jī)械手作業(yè)要求來設(shè)計(jì)的。本機(jī)械手要抓取直徑為250mm500mm，厚度 4mm，重為 60N 的鋸片盤。 為抓