【文章內(nèi)容簡介】 度。 應(yīng)用機械手有利于在自動生產(chǎn)線中實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換、以及機器的裝配等的自動化程度，從而提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。 ，避免人身事故。 ，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。 ，比一般的機械控制具有更好的穩(wěn)定性，并且控制的精確度更高。 ，而大大提高在生產(chǎn)線的工作的時間，從而能大幅提高勞動的生產(chǎn)率。 機械手的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 機械手的迅速發(fā)展是因為它的積極作用正逐漸被人們所認(rèn)可；第一，它能部分代替體力人工操作；第二，它可以按照生產(chǎn)工藝的要求，按照一定的程序，時間和位置來完成工作的傳送和裝卸；第三，它能操作必要的器具進(jìn)行焊接和裝配。從而改善人們的勞動條件，顯著的提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因此，各先進(jìn)工業(yè)國家都對此十分重視，投入大量的人力物力進(jìn)行研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉壓、噪音以及帶有放射性的污染的場合應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視 [2]。 世界機器人發(fā)展?fàn)顩r 國外機器人領(lǐng)域發(fā)展 近幾 年有如 下幾個趨勢： （ 1） . 工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降。 （ 2）．機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 （ 3）．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 （ 4）．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機 器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 （ 5）．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制。 （ 6）．當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，使智能機器人走出實驗室進(jìn)入實用化階段。 (7)．機器人化機械開始興起。從 94 年美國開發(fā)出 “虛擬軸機床 ”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域 [3]。 我國工業(yè)機器人的發(fā)展 有人認(rèn)為，應(yīng)用機器人只是為了節(jié)省勞動力，而我 國勞動力資源豐富，發(fā)展機器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會主義制度的優(yōu)越性決定了機器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。 我國的工業(yè)機器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運 等機器人；其中有 130 多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200 臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用 化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系統(tǒng)化、通用化、?；O(shè)計，積極推進(jìn)使機器人產(chǎn)業(yè)鏈化。 我國的智能機器人和特種機器人在“ 863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人， 6000 米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù) 、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中 [4]。 本課題達(dá)到的要求 本次設(shè)計的液壓傳動機械手根據(jù)規(guī)定的動作順序，綜合運用所學(xué)的基本理論、基本知識和相關(guān)的機械設(shè)計專業(yè)知識，完成對機械手的設(shè)計，并繪制必要裝配圖、液壓系統(tǒng)圖。機械手的機械結(jié)構(gòu)采用油缸、螺桿、導(dǎo)向筒等機械器件組成；在液壓傳動機構(gòu)中，機械手的手臂伸縮采用 伸縮油缸，手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸，立柱的轉(zhuǎn)動采用齒條油缸，機械手的全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 升降采用升降油缸，立柱的橫采用橫向移動油缸機械手在完成一個動作循環(huán)后停止運動。 本論文內(nèi)容包括以下幾個方面： ，并說明其原理； ； PLC 選型，給出系統(tǒng)的硬件連接圖 ； 、接線圖畫出設(shè)計流程圖 。 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 2 液壓機械手主要結(jié)構(gòu)的機械設(shè)計 臂力的確定 目前使用的機械手的臂力范圍較大，我國目前機器人 最小臂力為 ，最大為 8000N。本課題設(shè)計的液壓機械手的臂力為 N 臂 =1650（ N），安全系數(shù)在 ~3，本機械手采取安全系數(shù) 2。 定位精度為177。 1mm。 確定工作范圍 機械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運動的軌跡來確定。一個操作運動的軌跡需要幾個動作合成，在工作范圍被確定的情況下，可將軌跡分解成幾個單個的動作，由多個動作的行程來確定機械手的最大行程。確定本機械手的動作范圍如下： 手臂伸長量 150mm 手腕回轉(zhuǎn)角度177。 115176。 手臂回轉(zhuǎn)角度177。 115176。 手臂升降行程 170mm 手臂水平運動行 程 100mm 確定運動速度 機械手各動作的最大行程確定之后，可按照生產(chǎn)需要來分配每個動作的工作時間，從而確定各動作的運動速度。液壓機械手要完成整個工作過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮，平移等一系列的動作，這些動作都應(yīng)該預(yù)訂設(shè)定的時間內(nèi)完成，具體時間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)進(jìn)行計算，對分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。 機械手的總工作哦時間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個動作同時進(jìn)行，要按時間長的計算，分配各動作時間應(yīng)考慮以下要求： ① 給定的運動時間應(yīng)大于 液壓元件的執(zhí)行時間； ② 在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較底的運動速度。機械手的運動速度與臂力、行程、驅(qū)動方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。 ③ 在工作拍節(jié)短、動作多的情況下，常使幾個動作同時進(jìn)行。采取相應(yīng)的措施來驅(qū)動系統(tǒng)，來保證運轉(zhuǎn)動作的同步。 液壓抓取機械手的各運動速度如下： 手腕回轉(zhuǎn)速度 /s40 ??腕回V 手臂伸縮速度 50mm/s?臂伸v 手臂回轉(zhuǎn)速度 /s40??臂回v 手臂升降速度 50mm/sv ?臂伸 立柱水平運動速度 50mm/sv ?住移 手指夾緊油缸的運動速度 50mm/s?夾v 手臂的配置形式 機械手的手臂配置形式 決定了 它的總體布局。運動要求、操作環(huán)境、工作對象的不同 ，手臂的配置形式也不盡相同。本機械手采用 固定底座式 。工業(yè)機器人 大多 采用 基座式機械手 ，機座上可以裝上獨立的控制裝置，便于搬運與安放，機座底部也可以安裝行走機構(gòu)，全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 已擴大其活動范圍，它分為手臂配置在機座頂部與手臂配置在機座立柱上兩種形式，本機械手采用手臂配置在機座立柱上的形式。手臂配置在機座立柱上的機械手多為圓柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運動，工作范圍較大 [5]。 位置檢測裝置的選擇 機械手常用的位置檢測方式有三種：行程開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。本機械手采用行程開關(guān)式。利用行程開關(guān)檢測位置，精度低， ；所以 一般與機械擋塊聯(lián)合應(yīng)用。在機械手中，用行程開關(guān)與機械擋塊檢測定位既精度高又簡單實用可靠，故應(yīng)用也是最多的 。 驅(qū)動與控制方式的選擇 機械手的驅(qū)動與控制方式是根據(jù)它們的特點結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求來選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式。 控制系統(tǒng)也有不同的類型。除一些專用機械手外，大多數(shù)機械手均需進(jìn)行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計。 驅(qū)動方式一般有四種：氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動 [6]。 參考《工業(yè)機器人》表 96 和表 97，按照設(shè)計要求，本機械手采用的驅(qū)動方式為液壓驅(qū)動，控制方式為 固定程序的 PLC 控制。 總裝配圖如下： 圖 總裝圖 本章小結(jié) 本章主要確定了機械手的臂力范圍，工作范圍，運動速度和手臂的配置形式。確定本機械手的檢測裝置和驅(qū)動控制方式，是系統(tǒng)可以正常運行。 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 3 手部結(jié)構(gòu) 概述 手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手臂的前端。機械手結(jié)構(gòu)型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量， 材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機構(gòu)組成。其傳力機構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式 …… 等，這里采用滑槽杠桿式。 設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題 ① 應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的握力時，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，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 ② 手指間應(yīng)有一定的開 閉角 兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。 ③ 應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶 ?V?形面的手指，以便自動定心。 ④ 應(yīng)具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強度和 剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。 ⑤ 應(yīng)考慮被抓取對象的要求 應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設(shè)計和確定手指的形狀。 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 驅(qū)動力的計算 圖 杠桿式手部受力分析 如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿 3 作用下銷軸 2 向上的拉力為 P，并通過銷軸中心 O 點，兩手指 1 的滑槽對銷軸的反作用力為 P P2，其力的方向垂直于滑槽中心線 OO1和 OO2 并指向 O 點， P1 和 P2 的延長線交 O1O2 于 A 及 B，由于 △ O1OA 和 △ O2OA 均為直角三角形，故 ∠ AOC=∠ BOC=α。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 0??Fx , 21 pp ? 。? ?0Fy 12pp? ?cos ?cos2/1 pp ? （ ） 銷軸對手指的作用力為 p1′。手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方向相反，以 N 表示。由手指的力矩平衡條件，即 0)(01 ?? Fm 得 Nbhp ?39。1 因 為 ?cos/ah? 所以 aNbp /)( c o s2 2?? （ ） 式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心線的距離（毫米）。 α——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點連線間的夾角。 由上式可知，當(dāng)驅(qū)動力 P 一定時， α角增大則握力 N 也隨之增加，但 α角過大會導(dǎo)致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 α=30176。~40176。這里取角 α=30度。 這種 手部結(jié)構(gòu)簡單，具有動作靈活，手指開閉角大等特點。查《工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ)》[7