【正文】 的結構手腕是操作機的小臂(上臂)和末端執(zhí)行器(手爪)之間的連接部件。其功用 是利用自身的活動度確定被末端執(zhí)行器夾持物體的空間姿態(tài)，也可以說是確定末端行器的姿態(tài)。故手腕也稱作機器人的姿態(tài)機構。對一般商用機器人，末桿(即與末端執(zhí)行器相聯(lián)結的桿)都有獨立的自轉功能，若該桿再能在空間取任意方位，那么與之相聯(lián)的末端執(zhí)行器就可在空間去任意姿態(tài)，即達到完全靈活的境地。 手腕基本執(zhí)行方式工業(yè)機器人的腕部是連接手部與臂部的部件，起支撐手部的作用。機器人一般具有6個自由度才能使手部達到目標位置和期望姿態(tài)。為使手部能處于空間任何方向，要求手腕能實現(xiàn)對空間3個坐標軸X,Y,Z的轉動，既具有回轉、仰俯、偏轉。4 手指的設計本設計的手指部分用電磁鐵。通電產(chǎn)生電磁的一種裝置。在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，它也叫做電磁鐵(electromagnet)。我們通常把它制成條形或蹄形狀，以使鐵芯更加容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，我們往往采用消磁較快的的軟鐵或硅鋼材料來制做。這樣的電磁鐵在通電時有磁性，斷電后磁就隨之消失。電磁鐵在我們的日常生活中有著極其廣泛的應用，由于它的發(fā)明也使發(fā)電機的功率得到了很大的提高。 電磁鐵的工作原理 當在通電螺線管內部插入鐵芯后，鐵芯被通電螺線管的磁場磁化。磁化后的鐵芯也變成了一個磁體，這樣由電磁鐵于兩個磁場互相疊加，從而使螺線管的磁性大大增強。為了使電磁鐵的磁性更強，通常將鐵芯制成蹄形。但要注意蹄形鐵芯上線圈的繞向相反，一邊順時針，另一邊必須逆時針。如果繞向相同，兩線圈對鐵芯的磁化作用將相互抵消，使鐵芯不顯磁性。另外，電磁鐵的鐵芯用軟鐵制做，而不能用鋼制做。否則鋼一旦被磁化后，將長期保持磁性而不能退磁，則其磁性的強弱就不能用電流的大小來控制，而失去電磁鐵應有的優(yōu)點。 　　電磁鐵是可以通電流來產(chǎn)生磁力的器件，屬非永久磁鐵，可以很容易地將其磁性啟動或是消除。例如：大型起重機利用電磁鐵將廢棄車輛抬起。 　　當電流通過導線時，會在導線的周圍產(chǎn)生磁場。應用這性質，將電流通過螺線管時，則會在螺線管之內制成均勻磁場。假設在螺線管的中心置入鐵磁性物質，則此鐵磁性物質會被磁化，而且會大大增強磁場。 一般而言，電磁鐵所產(chǎn)生的磁場與電流大小、線圈圈數(shù)及中心的鐵磁體有關。在設計電磁鐵時，會注重線圈的分布和鐵磁體的選擇，并利用電流大小來控制磁場。由于線圈的材料具有電阻，這限制了電磁鐵所能產(chǎn)生的磁場大小，但隨著超導體的發(fā)現(xiàn)與應用，將有機會超越現(xiàn)有的限制。 電磁鐵的工作原理圖 電磁鐵的優(yōu)點電磁鐵有許多優(yōu)點：電磁鐵磁性的有無可以用通、斷電流控制；磁性的大小可以用電流的強弱或線圈的匝數(shù)來控制；也可改變電阻控制電流大小來控制磁性大??；它的磁極可以由改變電流的方向來控制，等等。即：磁性的強弱可以改變、磁性的有無可以控制、磁極的方向可以改變，磁性可因電流的消失而消失。 本設計的機械手電磁鐵吸力方塊尺寸為 805030=120（cm179。）方塊質量=M=ρv= g/(cm179。) 120（cm179。）=936g方塊重量=Mg==本設計用直流電磁鐵，直流電磁鐵的銜鐵和鐵心均由軟鋼和工程純鐵制成。當電磁線圈接上電源時，線圈中就有了激磁電流，使電磁鐵回路中產(chǎn)生密集的磁通。該磁通作用于銜鐵，使銜鐵受到電磁吸力的作用產(chǎn)生運動。通過理論分析可知，電磁吸力Ｆx與Ｉ和δ之間的關系可用下式來表達： Ｆx＝I178。（dL/dδ）……………………………………()δ—氣隙長度，即磁極間的距離（cm） L—線圈的電感線圈電感L=W^2Gδ(式中Gδ—氣隙的磁導)。所以Fx=I178。d Gδ/dδ……………………………………()d Gδ/dδ=－μ0（S/δ178。）………………………………()μ0—空氣的磁導率， 10^8(h/cm)； S－決定磁導和電磁吸力的銜鐵面面積（cm178。）； δ—氣隙長度，即磁極間的距離（cm）； K—考慮到磁通能從磁極邊緣擴張通過氣隙的一個系數(shù)，它大于1，而且δ值越大，K值也就越大。本設計的吸力=（178。）10^8(h/cm)5（cm178。）（10^5）178。=15N5 機架與機座的設計機架零件一般是指機器的底座、機架、箱體、基礎版等零件。機器的全部重量將通過機架傳至基礎上。機架零件還負有承受機器工作時作用力和使機器穩(wěn)定在基礎上的作用。 機架的設計要求機架零件往往是機器中最大的零件，在機器總重量中，一般情況下，機器零件占70%—90%。因此，設法減輕這類零件的重量具有一定的經(jīng)濟意義。機架零件按構造形式不同大體上可歸納成四類：機座類；板類；框架類。此外也有其他分類方法，如整體機架和部分機架、鑄造機架和焊接機架、固定機架和移動機架等。對于機架零件一般可提出下列基本要求：足夠的強度和剛度；形狀簡單，便于制造；便于在機架上安裝附件等。對于帶有缸體、導軌等的機架零件，還應有良好的耐磨性，以保證機器有足夠的使用壽命。高速機器的機架零件還應滿足振動穩(wěn)定性的要求。強度和剛度是評價機架零件工作能力的基本增長準則。像鍛壓機床、沖剪機床等類機器，其機架零件的截面尺寸往往由強度條件決定。機架零件大多數(shù)形狀比較復雜。故采用鑄件。鑄鐵的鑄造性能好、價廉、吸振能力較強，所以在機架零件中應用最廣。受載情況嚴重的機架常用鑄鋼、如軋鋼機機架。要求質量輕時可以采用輕合金，如飛機發(fā)動機的缸體多用鋁合金鑄成。 本設計的機架本設計的機架選用3060型的鋁合金型材，基本參數(shù)如下 本設計使用的鋁合金型材型號 重量 斷面積 慣性矩Ix 慣性矩Iy 壁厚 （Kg） mm^2 mm^4 mm^4 mm3060 720 710^4 10^4 本設計使用的鋁合金型材鋁合金是純鋁加入一些合金元素制成的，如鋁—錳合金、鋁—銅合金、鋁—銅—鎂系硬鋁合金、鋁—鋅—鎂—銅系超硬鋁合金。鋁合金比純鋁具有更好的物理力學性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類，各種類均有各自的使用范圍，并有各自的代號，以供使用者選用。 鋁合金仍然保持了質輕的特點，但機械性能明顯提高。鋁合金材料的應用有以下三個方面：一是作為受力構件；二是作為門、窗、管、蓋、殼等材料；三是作為裝飾和絕熱材料。利用鋁合金陽極氧化處理后可以進行著色的特點，制成各種裝飾品。鋁合金板材、型材表面可以進行防腐、軋花、涂裝、印刷等二次加工，制成各種裝飾板材、型材，作為裝飾材料。成本低，而且使用一種加工工藝可以大量生產(chǎn)同樣的零部件，這也是他的特點之一。 它的材料特性是輕、容易加工、以及在可耐強度方面不象碳素纖維有一個最大受力范圍。這是什么意思呢？也就是說，碳素纖維因為有纖維的特性所以在一定的纖維方向上受力能力很強，但是在在別的方向上的受力就會很差。在制造一個比較大的零部件時可能會使用好幾層碳素纖維，在超過受力能力時該零部件就會象酥餅一樣變得一層一層的。而鋁合金在承受了一定的力量后，會慢慢變形再損壞。 還有就是鋁合金容易加工和具有高度的散熱性。特別是車輛引擎部分特別適合使用鋁合金材料。這里幾乎完全是鋁合金的一家天下。 此外，鋁合金的加工工藝多種多樣。通用性較強。 機座的設計要求機座是指設備的底架或部件，以便設備的使用或安裝附件。用鋼材焊接成機架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機座約輕20%~50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設備簡單；焊接機架的缺點是鋼的抗振性能較差，在結構上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時成本較高。 機座材料的選擇 本設計機座使用鋼，用鋼材焊接成機架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機座約輕20%~50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設備簡單；焊接機架的缺點是鋼的抗振性能較差，在結構上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時成本較高。本設計的機座的結構設計采用方形截面機座優(yōu)點在于：結構簡單，制造方便，箱體內有較大的空間來安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷較小的場合。所以機座應選擇合適的壁厚、筋板和形狀，以保證在重力、慣性力和外力的作用下，有足夠的剛度。 機座的鏈接剛度為提高結合表面的連接剛度，可采取如下措施： （1）根據(jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆?、?shù)量及其位置。必要時，可使螺釘產(chǎn)生預緊力，來提高連接剛度。 （2）提高結合表面的光潔度和形狀精度，使結合表面上的接觸點增多，從而提高結合面的接觸剛度。 （3）增加局部剛度來提高連接剛度，在安裝螺釘處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強筋等辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度。 機座的結構工藝性機座屬于箱體類零件，體積大，結構復雜，成本較高。設計時，應使其具有良好的結構工藝性，以便于制造和降低成本。 結論本設計技術總結：一是因為這是直角坐標，所以要保證驅動器與連接板之間的重合度；還要保證驅動器與驅動器之間的垂直度，而且在運動過程中兩個驅動器的極限位置是不能發(fā)生干涉的，另外它們和橫梁，機架，機座之間也不能發(fā)生運動干涉。二是在控制方面，傳感裝置要有快速的檢測功能與急停功能，一個狀態(tài)到另外一個狀態(tài)的速度要快。三是連接部分的強度要高，不易松懈，還要承受的起它下部的所有重量。四是各個驅動器內部的各個零部件之間的傳動效率，安裝精度和配合誤差，旋轉精度都要適合于所有的靜連接（適當?shù)拈g隙或過度配合）與動連接（適當?shù)倪^盈配合）；而且像工作臺的運動極限位置應該不能與靜連接之間發(fā)生干涉；還有連接板與驅動器的接觸面要有符合條件的表面粗糙度。五是橫梁要有足夠的剛度；機架要有足夠的抗彎強度與垂直度；機座要有適當?shù)拇笮∫垣@得適當?shù)闹匦?，不僅能滿足靜止時的平穩(wěn)更能滿足運動時的平穩(wěn)。參考文獻[1][M].北京: 機械工業(yè)出版社, 1996.[2][M].北京: 北京理工大學出版社, 1988.[3]施海鋒, 吳江柳. 機械自動化系統(tǒng)設計指導書[M].北京：清華大學出版社，2008. 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