【文章內(nèi)容簡介】 計(jì)，圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手就有 86種，其中 76種是具有X, Y,Z三個(gè)運(yùn)動(dòng)，而具有六個(gè)自由度的機(jī)械手則僅有六種。 球坐標(biāo)式機(jī)械手 球坐標(biāo)式機(jī)械手是一種自由度較多，用途較廣的機(jī)械手。 它是由 X ,Y ,Z三個(gè)方面的運(yùn)動(dòng)組成。 球坐標(biāo)式機(jī)械手的工作范圍包括 : 一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 二個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)加一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。 球坐標(biāo)式機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)以下八個(gè)動(dòng)作 : (1)、手臂上下動(dòng)作，即俯仰動(dòng)作。 (2)、手臂左右動(dòng)作，即回轉(zhuǎn)動(dòng)作。 (3)、手臂前后動(dòng)作，即伸縮動(dòng)作。 (4)、手腕上下彎曲。 (5)、手腕左右擺動(dòng)。 (6)、手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 (7)、手爪夾緊動(dòng)作。 (8)、機(jī)械手整體移動(dòng)。 球坐標(biāo)式機(jī)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(yùn)動(dòng)，它的臂可以伸縮，橫向水平擺動(dòng)還可以上下擺動(dòng)，工作范圍和人手的動(dòng)作類似。它的特點(diǎn)是能自動(dòng)選擇最合理的動(dòng)作線路。所以工效高。另外由于上下擺 動(dòng)，它的相對(duì)體積小，而動(dòng)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(dòng)距離就能達(dá)到 2450毫米，若采用圓柱坐標(biāo)式則其高度就要達(dá)到 2450毫米。球坐標(biāo)式機(jī)械手作業(yè)范圍可達(dá)到 9立方米，較其它型式大三至五倍。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手 關(guān)節(jié)式機(jī)械手是一種適用于靠近機(jī)體操作的傳動(dòng)型式。它像人手一樣有肘關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，動(dòng)作比較靈活，適用于狹窄空間工作。關(guān)節(jié)式機(jī)械手， 8 早在二十世紀(jì)四十年代就在原子能工業(yè)中得到應(yīng)用，隨后在開發(fā)海洋中應(yīng)用，有一定的發(fā)展前途。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手具有上肢結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)近似于人手操作機(jī)能。 為具有近似人手操作的機(jī)能，需要研制最合適的結(jié)構(gòu)。關(guān) 節(jié) 式 機(jī)械手采用齒輪、齒條式和擺動(dòng)式，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用哪一種型式， 毛要根據(jù)工件的輕重來決定。若按擺動(dòng)式扭矩來設(shè)計(jì)，則油缸將加大，而裝載油缸的機(jī)架也將隨之加大。特別是靠近關(guān)節(jié)式前端關(guān)節(jié)部分的重量對(duì)肩部影響很大。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在承受負(fù)荷的同時(shí)必須承受自重。因此， 傳動(dòng)效率很低。如需大的傳動(dòng)角， 則宜采用擺動(dòng)油缸。 這次設(shè)計(jì)系機(jī)械工程學(xué)院 2021 年畢業(yè)設(shè)計(jì) , 其目的在于：培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用已學(xué)過的知識(shí)，獨(dú)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(xué)生 的創(chuàng)新能力；培養(yǎng)學(xué)生熟悉和運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、規(guī)范、圖表等技術(shù)資料能力；進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械制度、分析計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、編寫技術(shù)文件等的基本技能；為今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。 第五節(jié) 機(jī)械手的應(yīng)用 及應(yīng)用誤區(qū) 上部分 機(jī)械手的應(yīng)用 機(jī)械手主要應(yīng)用于建造旋轉(zhuǎn)體零件 ,吸軸類、實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)，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(dòng)線 ,一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。國內(nèi)已建成的這類自動(dòng)線很多 ,如沈陽水泵廠的深井泵 軸承體加工自動(dòng)線 環(huán)類 、大連電機(jī)廠 的 號(hào)和 號(hào)電機(jī)自動(dòng)線 軸類 、上海拖拉機(jī)齒輪廠的齒坯加工 自動(dòng)線 盤類 等。 加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線 ,一般采用隨行夾具傳送工件 ,也有個(gè)別采用了機(jī)械手 ,如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣缸蓋自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。 二、在實(shí)現(xiàn)單機(jī) 自動(dòng)化方面 各類半自動(dòng)機(jī)床 包括普通機(jī)床改造的 ,有 自行 夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開機(jī)能 , 但仍需人工上下料 袋上機(jī)械手 ,’可實(shí)現(xiàn)全 自動(dòng)生產(chǎn) ,一人看管多臺(tái)機(jī)床。目 9 前 ,機(jī)械手在這些方面應(yīng)用最多。上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座 圈自動(dòng)車床機(jī)械手 ,大連第二機(jī)床廠 的 自動(dòng)循環(huán)液壓仿形車床 機(jī)械手 ,沈陽第三機(jī)床廠的 滾齒機(jī)機(jī)械手 ,青海第二機(jī)床廠 的滾銑花鍵軸機(jī)床機(jī)械手等等。由于這方面使用已有較成熟的經(jīng)驗(yàn) ,國內(nèi)一些機(jī)宋廠已準(zhǔn)備在這類機(jī)床產(chǎn)品出廠時(shí)就附上機(jī)械手 ,或?yàn)橛脩? 自行安裝機(jī)械手提供條件。 注塑機(jī)有加料 、合模、成型、分模等 自動(dòng)工作循環(huán) ,裝上機(jī)械手 自 動(dòng) 取料 ,可實(shí)現(xiàn)全 自動(dòng)生產(chǎn)。上海電器塑料廠十五臺(tái) 克立式注塑機(jī)已全部裝上了 簡 易 數(shù) 控機(jī)械手。上 海立新 電器廠 、上海無線電九廠等的注塑機(jī)也采用了機(jī)械手。 沖床有 自動(dòng)上下沖壓循環(huán) ,裝上機(jī)械手上下料 ,可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn) 自 動(dòng) 化。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面 一是 噸 以上沖床用機(jī)械手的較多 ,如上海人民電機(jī)廠 噸龍門沖床轉(zhuǎn)子片上料機(jī)械手 尚未在生產(chǎn)中正式應(yīng)用 ,沈陽低壓開關(guān)廠噸沖床磁力起動(dòng)器殼體下料機(jī)械手 另配有上料機(jī)構(gòu) 和天津拖拉機(jī)廠 噸沖床的下料機(jī)械手等 二是用于多工位沖床 , 用作沖壓件工位間步進(jìn) ,如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手 生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位沖床 和天津二輕局技術(shù)研究所制作的屯和 噸多工位沖床機(jī)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(jī)械手成一定角度布置在爐前 ,實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化 ,上海柴油機(jī)廠 ,北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽拖拉機(jī)廠等己有較成熟經(jīng)驗(yàn)。 機(jī)械手在熱加 工其他方面的應(yīng)用有 上海躍進(jìn)電機(jī)廠電機(jī)軸中頻熱套機(jī)械手 ,上海汽車配件廠散熱器浸錫機(jī)械手 ,長春第一汽車廠 噸垂直分模平鍛機(jī)上下料機(jī)械手 ,大連工礦車輛廠鑄件清砂噴丸機(jī)械手 尚在調(diào)試中 等等。總的來說 ,機(jī)械手在熱加工方面的應(yīng)用還比較少 ,在壓鑄、焊接 、電鍍 、噴漆等方面 ,還沒有應(yīng)用 ,有待進(jìn)一步發(fā)展 下部分 機(jī)械手 應(yīng)用誤區(qū) 機(jī)械手應(yīng)用過程中容易出現(xiàn) 以下十個(gè)誤區(qū) 一．低估有效載荷和慣量要求 10 二．賦予機(jī)械手的任務(wù)過重 三．低估了電纜管理問題 四．在選購機(jī)械手系統(tǒng)前，對(duì)所有應(yīng)用因素考慮欠周 五．誤解精度與重復(fù)精度之間的關(guān)系 六．只根據(jù)控制系統(tǒng)來選購機(jī)械手系統(tǒng) 七．不能接受機(jī)械手技術(shù) 八．忽視機(jī)械手附件選項(xiàng)或周邊設(shè)備的必要性 九．低估或高估機(jī)械手控制系統(tǒng)的能力 十．沒有考慮使用機(jī)械手技術(shù) 11 第二章 機(jī)械手工作原理及設(shè)計(jì)思想 本文設(shè)計(jì)的平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手，其主要包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（分別控制機(jī)械大臂和小臂旋轉(zhuǎn)以及手抓張合 ）和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（控制手腕伸縮），各關(guān)節(jié)均采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，在機(jī)械大臂和小臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)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(hào)。直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制采用自行開發(fā)的基于 LM629 和 PIC16F877 構(gòu)成的多關(guān)節(jié)控制卡，并編制了能滿足運(yùn)動(dòng)控制要求的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的速度、位置以及關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)控制 。 對(duì) 機(jī)械手 驅(qū)動(dòng)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(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。 — .執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手部） 手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有傳動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕， 以傳動(dòng)、伸屈手腕、開閉手指。機(jī)械 手 手 部的構(gòu)造系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)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。可根據(jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和 尺寸的夾頭，以適應(yīng)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(jī)構(gòu)（手臂） 手臂有無關(guān)節(jié)手臂和有關(guān)節(jié)手臂之分。目前采用的手臂幾乎都是無關(guān)節(jié)手臂。多關(guān)節(jié)臂還處在研究階段。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了 12 使機(jī)械手能夠正確地工作，手臂的三個(gè)自由度都需要確地定位。 第三章 機(jī)械手設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手部分動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)定的程序，軌跡或其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操作工具的自動(dòng)化裝置。它在二十世紀(jì)五十年代就已用于生產(chǎn)，是在自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上 發(fā)展起來的一種機(jī)械裝置，開始主要用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料和搬運(yùn)工件，完成單機(jī)自動(dòng)化和生產(chǎn)線自動(dòng)化，隨著應(yīng)用范圍的不段擴(kuò)大，現(xiàn)在用來夾持工具和完成一定的作業(yè)。實(shí)踐證明它可以代替人手的繁重勞動(dòng)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人又稱 SCARA 型裝配機(jī)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(jī)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(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)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(yīng)用廣泛。 總體設(shè)計(jì)的任務(wù)：包括進(jìn)行機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，確定主要工作參數(shù)，選擇驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后繪出方案草圖。 主要技術(shù)參數(shù)見表 31 表 31 平面關(guān)節(jié)機(jī)械手設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù) 機(jī)械手類型 平面關(guān)節(jié)型 抓取重量 自由度 3 個(gè)（ 2 個(gè)回轉(zhuǎn) 1 個(gè)移動(dòng)） 大臂 長 700mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角 240，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)控制 小臂 長 600mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角 240，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)控制 移動(dòng)關(guān)節(jié) 氣缸驅(qū)動(dòng) 行程開關(guān)控制 手指 氣 缸驅(qū)動(dòng) 行程開關(guān)控制 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下圖所示： 13 圖 1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖 第一節(jié) 手指設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)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(zhǔn)確和牢靠程度都將直接影響到工業(yè)機(jī)械手的工作性能，它是工業(yè)機(jī)械手的關(guān)鍵部件之一。 第二節(jié) 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問題 (1) 手指應(yīng)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(yīng)考慮工件在傳送過程中的動(dòng)載荷。 (2) 手指應(yīng)有一定的開閉范圍。其大小不僅與工 件的尺寸有關(guān)，而且應(yīng)注意手部接近工件的運(yùn)動(dòng)路線及其方位的影響。 (3) 應(yīng)能保證工件在指內(nèi)準(zhǔn)確定位。 (4) 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 (5) 根據(jù)應(yīng)用條件考慮通用性。 第三節(jié) 零件的設(shè)計(jì) 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(jì)算： 根據(jù)公式： GfN?4 圖