【文章內(nèi)容簡介】 計，圓柱坐標式機械手就有 86種，其中 76種是具有X, Y,Z三個運動，而具有六個自由度的機械手則僅有六種。 球坐標式機械手 球坐標式機械手是一種自由度較多，用途較廣的機械手。 它是由 X ,Y ,Z三個方面的運動組成。 球坐標式機械手的工作范圍包括 : 一個旋轉(zhuǎn)運動。 二個旋轉(zhuǎn)運動。 三個旋轉(zhuǎn)運 動加一個直線運動。 球坐標式機械手可實現(xiàn)以下八個動作 : (1)、手臂上下動作，即俯仰動作。 (2)、手臂左右動作，即回轉(zhuǎn)動作。 (3)、手臂前后動作，即伸縮動作。 (4)、手腕上下彎曲。 (5)、手腕左右擺動。 (6)、手腕旋轉(zhuǎn)運動。 (7)、手爪夾緊動作。 (8)、機械手整體移動。 球坐標式機械手的特征是手臂裝在樞軸上，樞軸又裝在叉形架上，能在垂直面內(nèi)作圓弧狀卜下俯仰運動，它的臂可以伸縮，橫向水平擺動還可以上下擺動，工作范圍和人手的動作類似。它的特點是能自動選擇最合理的動作線路。所以工效高。另外由于上下擺 動，它的相對體積小，而動作范圍大。如以行程為 203毫米工作氣缸為例，其手臂的上下移動距離就能達到 2450毫米，若采用圓柱坐標式則其高度就要達到 2450毫米。球坐標式機械手作業(yè)范圍可達到 9立方米，較其它型式大三至五倍。 關節(jié)式機械手 關節(jié)式機械手是一種適用于靠近機體操作的傳動型式。它像人手一樣有肘關節(jié)，可實現(xiàn)多個自由度，動作比較靈活，適用于狹窄空間工作。關節(jié)式機械手， 8 早在二十世紀四十年代就在原子能工業(yè)中得到應用，隨后在開發(fā)海洋中應用，有一定的發(fā)展前途。 關節(jié)式機械手具有上肢結構，可實現(xiàn)近似于人手操作機能。 為具有近似人手操作的機能，需要研制最合適的結構。關 節(jié) 式 機械手采用齒輪、齒條式和擺動式，傳動機構采用哪一種型式， 毛要根據(jù)工件的輕重來決定。若按擺動式扭矩來設計，則油缸將加大，而裝載油缸的機架也將隨之加大。特別是靠近關節(jié)式前端關節(jié)部分的重量對肩部影響很大。傳動機構在承受負荷的同時必須承受自重。因此， 傳動效率很低。如需大的傳動角， 則宜采用擺動油缸。 這次設計系機械工程學院 2021 年畢業(yè)設計 , 其目的在于：培養(yǎng)學生綜合運用已學過的知識，獨立的分析和解決問題的能力；根據(jù)課題 ,充分發(fā)揮自己的想象力 ,培養(yǎng)學生 的創(chuàng)新能力；培養(yǎng)學生熟悉和運用有關手冊、規(guī)范、圖表等技術資料能力；進一步培養(yǎng)學生的機械制度、分析計算、結構設計、編寫技術文件等的基本技能；為今后的工作打下良好的基礎。 第五節(jié) 機械手的應用 及應用誤區(qū) 上部分 機械手的應用 機械手主要應用于建造旋轉(zhuǎn)體零件 ,吸軸類、實現(xiàn)單機自動，化方面、鑄 ,鍛 ,焊 ,熱處理等熱加工方面 一 、建造旋轉(zhuǎn)體零件 吸軸類、 盤類、 環(huán)類零件 自動線 ,一般都采用機械手在機床之間傳送工件。國內(nèi)已建成的這類自動線很多 ,如沈陽水泵廠的深井泵 軸承體加工自動線 環(huán)類 、大連電機廠 的 號和 號電機自動線 軸類 、上海拖拉機齒輪廠的齒坯加工 自動線 盤類 等。 加工箱體類零件的組合機床自動線 ,一般采用隨行夾具傳送工件 ,也有個別采用了機械手 ,如上海動力機廠的氣缸蓋自動線轉(zhuǎn)位機械手。 二、在實現(xiàn)單機 自動化方面 各類半自動機床 包括普通機床改造的 ,有 自行 夾緊、進刀、切削、退刀和松開機能 , 但仍需人工上下料 袋上機械手 ,’可實現(xiàn)全 自動生產(chǎn) ,一人看管多臺機床。目 9 前 ,機械手在這些方面應用最多。上海柴油機廠的曲拐自動車床和座 圈自動車床機械手 ,大連第二機床廠 的 自動循環(huán)液壓仿形車床 機械手 ,沈陽第三機床廠的 滾齒機機械手 ,青海第二機床廠 的滾銑花鍵軸機床機械手等等。由于這方面使用已有較成熟的經(jīng)驗 ,國內(nèi)一些機宋廠已準備在這類機床產(chǎn)品出廠時就附上機械手 ,或為用戶 自行安裝機械手提供條件。 注塑機有加料 、合模、成型、分模等 自動工作循環(huán) ,裝上機械手 自 動 取料 ,可實現(xiàn)全 自動生產(chǎn)。上海電器塑料廠十五臺 克立式注塑機已全部裝上了 簡 易 數(shù) 控機械手。上 海立新 電器廠 、上海無線電九廠等的注塑機也采用了機械手。 沖床有 自動上下沖壓循環(huán) ,裝上機械手上下料 ,可實現(xiàn)沖壓生產(chǎn) 自 動 化。目前機械手在沖床上應用有兩個方面 一是 噸 以上沖床用機械手的較多 ,如上海人民電機廠 噸龍門沖床轉(zhuǎn)子片上料機械手 尚未在生產(chǎn)中正式應用 ,沈陽低壓開關廠噸沖床磁力起動器殼體下料機械手 另配有上料機構 和天津拖拉機廠 噸沖床的下料機械手等 二是用于多工位沖床 , 用作沖壓件工位間步進 ,如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機械手 生產(chǎn)線中有兩臺多工位沖床 和天津二輕局技術研究所制作的屯和 噸多工位沖床機械手等。 三、鑄 、鍛 、焊、熱處理等熱加工方面 在模鍛方面 ,國內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3噸 、 5噸 、 10噸模鍛 錘 ,其所配的轉(zhuǎn)底爐 , 用兩只機械手成一定角度布置在爐前 ,實現(xiàn)進出料自動化 ,上海柴油機廠 ,北京內(nèi)燃機廠、洛陽拖拉機廠等己有較成熟經(jīng)驗。 機械手在熱加 工其他方面的應用有 上海躍進電機廠電機軸中頻熱套機械手 ,上海汽車配件廠散熱器浸錫機械手 ,長春第一汽車廠 噸垂直分模平鍛機上下料機械手 ,大連工礦車輛廠鑄件清砂噴丸機械手 尚在調(diào)試中 等等?？偟膩碚f ,機械手在熱加工方面的應用還比較少 ,在壓鑄、焊接 、電鍍 、噴漆等方面 ,還沒有應用 ,有待進一步發(fā)展 下部分 機械手 應用誤區(qū) 機械手應用過程中容易出現(xiàn) 以下十個誤區(qū) 一．低估有效載荷和慣量要求 10 二．賦予機械手的任務過重 三．低估了電纜管理問題 四．在選購機械手系統(tǒng)前，對所有應用因素考慮欠周 五．誤解精度與重復精度之間的關系 六．只根據(jù)控制系統(tǒng)來選購機械手系統(tǒng) 七．不能接受機械手技術 八．忽視機械手附件選項或周邊設備的必要性 九．低估或高估機械手控制系統(tǒng)的能力 十．沒有考慮使用機械手技術 11 第二章 機械手工作原理及設計思想 本文設計的平面關節(jié)型機械手，其主要包括三個旋轉(zhuǎn)關節(jié)（分別控制機械大臂和小臂旋轉(zhuǎn)以及手抓張合 ）和一個移動關節(jié)（控制手腕伸縮），各關節(jié)均采用直流電機作為驅(qū)動裝置，在機械大臂和小臂的旋轉(zhuǎn)關節(jié)上還裝配有增量式光電編碼器，提供半閉環(huán)控制所需的反饋信號。直流電機的運動控制采用自行開發(fā)的基于 LM629 和 PIC16F877 構成的多關節(jié)控制卡，并編制了能滿足運動控制要求的軟件，實現(xiàn)對機械手的速度、位置以及關節(jié)聯(lián)動控制 。 對 機械手 驅(qū)動裝置的一般要求如下 ： ，單位重量的輸出功率 (即功率 /重量比 )要高，效率也要高 ； ，即要求力 /重量比和力矩 /慣量比要大 ； ，不產(chǎn)生 沖擊 ； ，位移偏差和速度偏差要小 ； ； ； ，噪聲要小 ； ，尤其是要盡量減少面積。 組成：機械手主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。 — .執(zhí)行機構（手部） 手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有傳動軸，可把動作傳給手腕， 以傳動、伸屈手腕、開閉手指。機械 手 手 部的構造系模仿人的手指，分為無關節(jié)、固定關節(jié)和自由關節(jié)三種，手指的數(shù)量又可分為二指、三指、四指等， 其中以一指用得最多?？筛鶕?jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和 尺寸的夾頭，以適應操作的需要。所謂沒有手指的手部，一般指真空吸盤或磁吸盤。 二． 執(zhí)行機構（手臂） 手臂有無關節(jié)手臂和有關節(jié)手臂之分。目前采用的手臂幾乎都是無關節(jié)手臂。多關節(jié)臂還處在研究階段。手臂的作用是引導手指準確地抓住工件，并運送到所需要的位置上。為了 12 使機械手能夠正確地工作，手臂的三個自由度都需要確地定位。 第三章 機械手設計 工業(yè)機械手是一種模仿人手部分動作，按照預先設定的程序，軌跡或其他要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置。它在二十世紀五十年代就已用于生產(chǎn)，是在自動上下料機構的基礎上 發(fā)展起來的一種機械裝置，開始主要用來實現(xiàn)自動上下料和搬運工件，完成單機自動化和生產(chǎn)線自動化，隨著應用范圍的不段擴大，現(xiàn)在用來夾持工具和完成一定的作業(yè)。實踐證明它可以代替人手的繁重勞動，減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率。 平面關節(jié)型機器人又稱 SCARA 型裝配機器人，是 Selective Compliance Assembly Robot Arm 的縮寫，意思是具有選擇柔順性的裝配機器人手臂。在水平方向有柔順性，在垂直方向有較大的剛性。它結構簡單，動作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插 接裝配，如在電子工業(yè)零件的插接、裝配中應用廣泛。 總體設計的任務：包括進行機械手的運動設計，確定主要工作參數(shù)，選擇驅(qū)動系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，整體結構設計，最后繪出方案草圖。 主要技術參數(shù)見表 31 表 31 平面關節(jié)機械手設計主要技術參數(shù) 機械手類型 平面關節(jié)型 抓取重量 自由度 3 個（ 2 個回轉(zhuǎn) 1 個移動） 大臂 長 700mm，回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn)角 240，步進電機驅(qū)動 單片機控制 小臂 長 600mm，回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn)角 240，步進電機驅(qū)動 單片機控制 移動關節(jié) 氣缸驅(qū)動 行程開關控制 手指 氣 缸驅(qū)動 行程開關控制 結構特點如下圖所示： 13 圖 1 結構特點圖 第一節(jié) 手指設計 工業(yè)機械手的手部是用來抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、準確和牢靠程度都將直接影響到工業(yè)機械手的工作性能，它是工業(yè)機械手的關鍵部件之一。 第二節(jié) 設計時要注意的問題 (1) 手指應有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工件的重力外，還應考慮工件在傳送過程中的動載荷。 (2) 手指應有一定的開閉范圍。其大小不僅與工 件的尺寸有關，而且應注意手部接近工件的運動路線及其方位的影響。 (3) 應能保證工件在指內(nèi)準確定位。 (4) 結構盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結構設計。 (5) 根據(jù)應用條件考慮通用性。 第三節(jié) 零件的設計 R 為外圓半徑 ,r 為內(nèi)圓半徑 14 )(102 8 2 6 0 07800)(2 8 2 6 0 0150)2535()(932222kgvgmgGvmmmhrRV????????????????? 其中 g 取 10 取 G=23（ N） （一） 緊力的計算： 根據(jù)公式： GfN?4 圖