【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的 專 用 機(jī)械 手，其 動(dòng)力是 由工作 機(jī)械傳遞 的。它 的主要 特 點(diǎn) 是運(yùn) 動(dòng)準(zhǔn)確 可靠， 用于工 作主機(jī) 的 上、下 料。動(dòng) 作 頻 率大 ，但結(jié) 構(gòu)較大 ，動(dòng)作 程序不可 變。 電 力傳動(dòng) 機(jī)械手 即 有特殊 結(jié)構(gòu)的 感應(yīng)電 動(dòng)機(jī)、直 線電機(jī) 或功率 步進(jìn)電 機(jī)直接 驅(qū)動(dòng)執(zhí) 行機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)的 械手，因 為不需 要中間 的轉(zhuǎn) 換機(jī)構(gòu) ，故機(jī) 械結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單。其 中直線 電機(jī)機(jī) 械手的 運(yùn)動(dòng) 速度快 和行程 長(zhǎng)，維 護(hù)和使用 方便。此類機(jī) 械手目 前還 不 多 ，但 有發(fā)展 前途。 (三 )按 控制 方式分 點(diǎn) 位控制 它 的 運(yùn) 動(dòng)為 空間點(diǎn) 到點(diǎn)之 間的移 動(dòng)，只能 控制運(yùn)動(dòng) 過 程 中幾 個(gè)點(diǎn)的 位置， 不能控 制其運(yùn)動(dòng) 軌跡。 若欲控 制 的 點(diǎn)數(shù) 多，則 必然增 加電氣 控制系統(tǒng) 的復(fù)雜 性。目 前 使 用的 專用和 通用工 業(yè)機(jī)械 手均屬于 此類。 連 續(xù)軌跡 控 制 它 的 運(yùn) 動(dòng)軌 跡為空 間的任 意連續(xù) 曲線，其 特點(diǎn) 15 是 設(shè)定點(diǎn) 為無限 的，整個(gè) 移動(dòng)過 程處于控 制之下，可以 實(shí)現(xiàn)平 穩(wěn)和準(zhǔn) 確的運(yùn) 動(dòng)，并且 使用范圍 廣，但電 氣控 制系統(tǒng) 復(fù)雜 。這類 工業(yè)機(jī) 械手一般 采用小 型計(jì)算 機(jī)進(jìn) 行 控 制。 16 第 二 章 機(jī) 械 手的 設(shè)計(jì)方 案 對(duì) 氣動(dòng)機(jī) 械手的 基本要 求是能 快速、準(zhǔn) 確地拾 放和搬 運(yùn) 物 件， 這就要 求它們 具有高 精度、快 速反應(yīng) 、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(dòng)定 位等特 性。設(shè) 計(jì)氣動(dòng)機(jī) 械手的 原則是 :充分 分 析 作業(yè) 對(duì)象 (工件 )的 作業(yè)技 術(shù)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(gòu) 形狀和 材料特 性，定 位精度要 求，抓 取、搬運(yùn) 時(shí) 的 受力 特性、 尺寸和 質(zhì)量參 數(shù)等，從 而進(jìn)一 步確定對(duì) 機(jī) 械 手結(jié) 構(gòu)及運(yùn) 行控制 的要求 。盡量選 用定型 的標(biāo)準(zhǔn)組 件 ， 簡(jiǎn)化 設(shè)計(jì)制 造過程 ，兼顧 通用性和 專用性 ，并能實(shí) 現(xiàn) 柔 性轉(zhuǎn) 換和編 程控制 .本次設(shè) 計(jì)的機(jī) 械手是 通用氣動(dòng) 上下料 機(jī)械手 ，是一 種適合 于成批或 中、小 批生產(chǎn) 的、可 以 改 變動(dòng) 作程序 的自動(dòng) 搬運(yùn)或 操作設(shè)備 ，勞動(dòng) 強(qiáng)度大和 操 作 單調(diào) 頻 繁 的 生產(chǎn) 場(chǎng)合。 也可用 于操作 環(huán)境惡劣 的生產(chǎn) 場(chǎng)合。 ． 機(jī)械手 的坐標(biāo) 型式與 自由度 按 機(jī) 械 手手 臂的不 同運(yùn)動(dòng) 形式及 其組合 情 況，其 坐標(biāo) 型 式 可分 為直角 坐標(biāo)式 、圓柱 坐標(biāo)式、 球坐標(biāo) 式和關(guān)節(jié) 式 。 由于 本機(jī)械 手在上 下料時(shí) 手臂具有 升降、 收縮及 17 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng)， 因此， 采用圓 柱座標(biāo) 型式。相 應(yīng)的機(jī) 械手具有 三 個(gè) 自由 度，為 了彌補(bǔ) 升降運(yùn) 動(dòng)行程較 小的缺 點(diǎn)，增加 手 臂 擺動(dòng) 機(jī)構(gòu)， 從而增 加一個(gè) 手臂上下 擺動(dòng)的 自由度 圖 21 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖 .機(jī) 械 手 的手部 結(jié)構(gòu)方 案設(shè)計(jì) 為 了 使 機(jī)械 手的通 用性更 強(qiáng)，把 機(jī)械手的 手部結(jié) 構(gòu)設(shè) 計(jì)成可 更換結(jié) 構(gòu)，當(dāng)工件 是棒料 時(shí)，使用 夾持式 手部 。當(dāng) 工 件 是板 料時(shí)， 使用氣 流負(fù)壓 式吸盤。 .機(jī) 械 手 的手腕 結(jié)構(gòu)方 案設(shè)計(jì) 考 慮到機(jī) 械手的 通 用性 ，同時(shí) 由于被抓 取工件 是水平 放 置 ，因 此手腕 必須設(shè) 有回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)才可 滿足工 作的要求 。 因 此， 手腕設(shè) 計(jì)成回 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) ，實(shí)現(xiàn)手 腕回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)的 18 機(jī) 構(gòu) 為 回轉(zhuǎn) 氣缸。 .機(jī) 械 手 的手臂 結(jié)構(gòu)方 案設(shè)計(jì) 按 照 抓 取工 件的要 求，本 機(jī)械手 的手臂有 三個(gè)自 由度 ， 即 手臂 的伸縮 、左右 回轉(zhuǎn)和 降 (或俯 仰 )運(yùn)動(dòng) 。手臂的 回 轉(zhuǎn) 和升 降運(yùn)動(dòng) 是通過 立柱來 實(shí)現(xiàn)的， 立柱的 橫向移動(dòng) 即 為 手臂 的橫移 。手臂 的各種 運(yùn)動(dòng)由氣 缸來實(shí) 現(xiàn)。 .機(jī) 械 手 的驅(qū)動(dòng) 方案設(shè) 計(jì) 由 于 氣 壓傳 動(dòng)系統(tǒng) 的動(dòng)作 迅速， 反應(yīng)靈敏 ，阻力 損失 和 泄 漏較 小，成 本低廉 因此本 機(jī)械手采 用氣壓 傳動(dòng)方式。 .機(jī) 械 手 的控制 方案設(shè) 計(jì) 考 慮 到 機(jī)械 手的通 用性， 同時(shí)使 用點(diǎn)位控 制，因 此我 們采用 可編程 序控制 器 (PLC)對(duì)機(jī)械 手進(jìn)行 控制 。當(dāng)機(jī)械 手的動(dòng) 作流程 改變時(shí)，只 需改變 PLC程 序即可 實(shí)現(xiàn)，非常 方 便 快捷 。 .機(jī) 械 手 的主要 參數(shù) 械 手的 最大抓 重是 其 規(guī)格的 主參數(shù)， 由于是 用氣動(dòng) 方 式 驅(qū)動(dòng) ，因此 考慮抓 取的物 體不應(yīng)該 太 重，查 閱 相 關(guān)機(jī) 械手的 設(shè)計(jì)參 數(shù)，結(jié) 合工業(yè)生 產(chǎn)的實(shí) 際情況 ， 本 設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)抓 取的工 件質(zhì)量 為 5公。 19 本參 數(shù)運(yùn)動(dòng) 速度是 機(jī)械手 主要的基 本參數(shù)。操 做 節(jié)拍 對(duì) 機(jī) 械手 速度提 出了要 求，設(shè) 計(jì)速度過 低限制 了它的 使 用 范圍 。而 影 響機(jī)械 手動(dòng)作 快慢的主 要要 素 是手臂 伸 縮 及回 轉(zhuǎn)的速 度。該 機(jī)械手 最大移動(dòng) 速度設(shè) 計(jì)為sm/ 。 最 大 回轉(zhuǎn) 速度設(shè) 計(jì)為 s/90? 。 平均移 動(dòng)速度為sm/ 。 平 均 回轉(zhuǎn) 速度為 s/60? 。機(jī)械 手動(dòng)作 時(shí)有啟動(dòng) 、停 止 過 程的 加、減 速度存 在，用 速度一行 程曲線 來說明 速 度 特性 較為全 面，因 為平均 速度與行 程有關(guān) ，故用 平 均 速度 表示速 度的快 慢更為 符合速度 特性。 除了運(yùn) 動(dòng) 速 度以 外，手 臂設(shè)計(jì) 的基本 參數(shù)還有 伸 縮行 程和工 作 半 徑。 大部分 機(jī)械手 設(shè)計(jì)成 相當(dāng)于人 工坐著 或站著 且 略 有走 動(dòng)操作 的空間 。過大 的伸縮行 程和工 作半徑 ， 必 然帶 來偏重 力矩增 大而剛 性降低。 在這種 情況下 宜 采 用自 動(dòng)傳送 裝置為 好。根 據(jù)統(tǒng)計(jì)和 比較， 該機(jī)械 手 手 臂的 伸縮行 程定為 600mm,最 大工作 半徑約 為mm1400 。手臂 升降行 程定為 mm120 。定 位精度 也是基 本參數(shù) 之 一 。該 機(jī)械手 的定位 精度為 mm1? 。 . 機(jī) 械 手 的 技術(shù)參 數(shù)列表 一 、 用 途 : 用 于 自 動(dòng)輸 送 線的 上下料 。 20 二 、 設(shè) 計(jì)技 術(shù)參數(shù) : 抓 重 : kg5 自 由度數(shù) :4個(gè)自 由度 坐 標(biāo)型式 :圓柱 坐標(biāo) 最 大工作 半徑 : mm1400 手 臂最大 中心高 : mm1250 手 臂運(yùn)動(dòng) 參數(shù) : 伸 縮 行 程 mm1200 伸 縮 速 度 smm/400 升 降 行 程 mm120 升 降 速 度 smm/250 回 轉(zhuǎn) 范 圍 ?? 1800 ? 回 轉(zhuǎn) 速 度 s/90? 手 腕運(yùn)動(dòng) 參數(shù) : 回 轉(zhuǎn) 范 圍 ?? 1800 ? 回 轉(zhuǎn) 速 度 s/90? 手 指夾持 范圍 :棒料 : mmmm 15080 ?? ? 定 位方式 :行程 開關(guān)或 可調(diào)機(jī) 械擋塊等 定 位精 度 : mm1? 1 驅(qū) 動(dòng)方 式 :氣壓 傳動(dòng) 1 控 制方 式 : 21 機(jī)械手臂剖視圖圖 26 22 第 三章 手 部 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 為 了使機(jī) 械手的 通用性 更強(qiáng)，把 機(jī)械手的 手部結(jié) 構(gòu)設(shè) 計(jì)成可 更換結(jié) 構(gòu)，當(dāng) 工件是 棒料時(shí) ，使 用夾持 式手部 :如 果 有 實(shí)際 需要， 還可以 換成氣 壓吸盤式 結(jié)構(gòu)， 持式手 部結(jié)構(gòu) 夾 持 式 手部 結(jié)構(gòu)由 手指 (或 手爪 )和 傳力機(jī) 構(gòu)所組成 。其 傳力結(jié)構(gòu) 形式比 較多 ，如滑 槽杠桿 式、斜 楔杠桿式 、 齒 輪齒 條式、 彈簧杠 桿式等 。 形狀和 分類 夾 持式是 最常見 的一種 ，其 中常用的 有兩指 式、多指 式 和 雙手 雙指式 :按手指 夾持工 件的部 位又可 分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲 式 )和 外夾式 兩種 :按 模仿人 手手指 的動(dòng)作 ，手 指可分 為一支 點(diǎn)回轉(zhuǎn) 型，二支點(diǎn) 回 轉(zhuǎn)型和 移動(dòng)型(或 稱直進(jìn) 型 )，其中 以二支 點(diǎn)回轉(zhuǎn)型 為基本 型式 。當(dāng)二支 點(diǎn) 回 轉(zhuǎn)型 手指的 兩個(gè)回 轉(zhuǎn)支點(diǎn) 的距離縮 小到無 窮小時(shí) ， 就 變成 了一支 點(diǎn)回轉(zhuǎn) 型手指 。同理， 當(dāng)二支 點(diǎn)回轉(zhuǎn)型 手指的 手指長(zhǎng) 度變成 無窮長(zhǎng) 時(shí)，就 成為移 動(dòng)型 ?；剞D(zhuǎn)型 手指開 閉角較 小，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單 ，制造容 易，應(yīng) 用廣泛。移 動(dòng)型應(yīng) 用較少 ，其 結(jié)構(gòu)比 較復(fù)雜龐 大，當(dāng)移動(dòng) 型手指夾 持直徑 變化的 零件時(shí) 不影響 其軸心的 位置，能 適應(yīng)不同 直 徑 的工 件。 考慮的 幾個(gè)問 題 (一 )具 有足 夠的握 力 (即夾 緊力 ) 23 在 確定手 指的握 力時(shí) ，除考 慮工件重 量外 ，還應(yīng) 考慮 在傳送 或操作 過程中 所產(chǎn)生 的慣性力 和 振動(dòng)，以保證工 件 不 致產(chǎn) 生松動(dòng) 或脫落 。 (二 )手 指間 應(yīng)具有 一定的 開閉角 兩 手 指 張開 與閉合 的兩個(gè) 極限位 置所夾的 角度稱 為手 指 的 開閉 角。手 指的