【正文】 制系統(tǒng)相對 獨立 。 圖 22 注塑機專用機械手 （ 2） 通用機械手 。 一般用于特定動作指令，其 動作少、工作對象單一 ，在單件大批量 生產(chǎn) 中廣泛應用 。 用途 不同 分 類 （ 1） 專用機械手 。 對 機械手 運動位置 進行檢測反饋 ， 將運動的 位置 信息 反饋 到 控制系統(tǒng)， 與控制系統(tǒng)給出的指令相對比，偏出的進行調(diào)整，保障最終位置精度要求。 （ 5）機座 機械手所有部件、驅動裝置全部安裝于機座上，起到對整個機械手結構的固定作用?；剞D運動：如水平回轉降、橫移運動。通常由運動部件與驅動源組合實現(xiàn)手臂運動，如下所示 : ?????????????????兩回轉運動的組合兩直線運動的組合組合。 （ 3）手臂模塊 手臂模塊是用來支承手腕、手部、被抓物件。具有導磁性零件，一般采用電磁式吸盤，電磁式吸盤的吸力由電磁鐵產(chǎn)生。 吸附式手部由吸盤構成，分為電磁盤式和負壓吸盤式兩類。被抓取物件表面形狀、抓取形式 (內(nèi)通孔或外輪廓 )、重量、 尺寸直接影響到手指結構設計。平移式手指結構復雜，制造困難，應用較少。平移式和回轉式兩種形式是常用的手指運動形式。根據(jù)抓取形式的不同，分為夾持式和吸附式兩種。 3. 執(zhí)行機構 執(zhí)行機構主要由手部、腕部、手臂三個模塊組成，根據(jù)需要還可增設行走機構。 驅動系統(tǒng)是驅動執(zhí)行機構運動的裝置，通常由 控制調(diào)節(jié)器、 動力源 、 輔助裝置 等 組成?？刂葡到y(tǒng)一般分為程序控制、電機控制、機械控制等幾類。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 10 第 2章 機械手的組成分類 及設計 選材原則 機械手的組成 機械手由 控制部分、驅動部分、執(zhí)行部分及位置檢測部分四部分組成，之間關系 如圖 21所示 [24]。 4． 機械手關鍵技術的研究 機械手的基座是具有一定高度的支架，基座的設計要綜合考慮機械手與機床 的位置不發(fā)生干涉以及足夠的剛度和強度，保證氣缸在運行時不發(fā)生變形。 2． 華中 CK6132 數(shù)控車床用機械手結構設計分析 通過 數(shù)控車床 具體情況，設定模塊化 機械手的 尺寸 參數(shù) ， 根據(jù) 數(shù)控 機床 工件裝卸的 特點，確定 模塊化 機械手的 設計 方案，將機械手 整體分為 三個模塊即手部模塊、腕部模塊和臂部模塊，并進行設計組裝。 按照用途、驅動方式、控制方式的不同對機械手進行了分類。 2． 根據(jù)氣動機械手在數(shù)控車床上應用的情況 ，對氣缸 安裝方式 進行了設計 ， 后經(jīng)計算，當超額定負載情況下運行時此安裝方式有可能會造成氣缸側翻，后又進行計算分析，對氣缸的安裝形式進行了改進，為氣缸的正常工作從結構上提供了安全保障，擴展了氣缸的使用范圍。 針對 數(shù)控車床 自動裝卸機械手的研究相對較少。 出現(xiàn)較早、應用較廣的一種驅動器 是氣動肌肉 ，具有 質(zhì)量輕、結構簡 、容控制 易 等優(yōu)點， 在各種機器人中應用廣泛 。其缺點是價格高、效率低，又限制其更為廣泛的應用。 目前數(shù)控車床中機械手驅動方式主要是采用伺服電機驅動，也是相對成熟的驅動技術，系統(tǒng)在直線、運動、旋轉運動時能夠保證定位精度。 其 發(fā)展趨勢 正在向微型化、 模塊化 方向發(fā)展 [21] 。氣動技術具有抗燃、無污染、原料易獲得等優(yōu)點，得到了越來越廣泛的關注和研究 [20]，由于氣動技術本身具備的特性 ， 特別是其優(yōu)點突出，使其 在各 工業(yè) 自動化 部門 應用日益廣泛 。 國外將氣動稱為“廉價技術、自動化技術”。 3． 設備運轉時 產(chǎn)生較大噪音 。 氣動技術 相對于液壓技術 缺點 如下 ： 1． 壓縮空氣 使用前 需要進行 過濾，除去其雜質(zhì)并進行干燥 。能持續(xù)進行工作，過載工作時能自動減壓（泄氣）而停止工作，充氣加壓后可繼續(xù)工作，不會對機構產(chǎn)生影響。 5． 能夠儲存能量，以便應急使用。 3． 維護修理簡單，勞動者不需通過高端培訓即可熟練掌握。 氣動技術突破原有理念，在汽車、機械、醫(yī)療等多個領域起到至關重要的作用 [19] ，已廣泛應用于國民經(jīng)濟的成套設備和自動化生產(chǎn)線上。通過氣動元件的不同組合，形成氣 動控制、傳動系統(tǒng)。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 7 氣 壓傳 動 技術 發(fā)展 現(xiàn)狀 氣 壓傳 動技術 (Pneumatics)是以壓縮空氣為介質(zhì)，對機械運動進行能量傳遞及控制的一門技術 [16]，簡稱為氣動技術。 通過市場調(diào)研， 深入研究現(xiàn)階段數(shù)控機床中配套產(chǎn)品的使用情況，發(fā)現(xiàn) 機械手主要配套于高端數(shù)控機床，由于其精度、結構、通用性方面要求較高，而國內(nèi)數(shù)控機床相應配套產(chǎn)品較少 ，導致國外機械手產(chǎn)品價格昂貴 。隨著中國加入WTO，中國市場已逐漸轉化為國際市場，國內(nèi)的機械手生產(chǎn)企業(yè)不僅要面向國內(nèi)市場，同時還要考慮到國際市場的競爭。 我國機械手的制造生產(chǎn)現(xiàn)階段還是以進口組裝為主，主要是由于兩個原因：一是我國機械制造產(chǎn)業(yè)相對落后，二是設計理念和設計能力相對落后，還沒有形成一套系統(tǒng)化的設計理念。目前國內(nèi)外研究機構正在研究通過智能控制等現(xiàn)代控制理論提高工業(yè)機器人的實用性，為工業(yè)機器人的廣泛使用搭建的更高的平臺 [14] 。這類 機器人手臂具有靈活性高、結構簡易、自由度多、柔性高、抓取力小等特點，能夠抓取型小質(zhì)輕的物品，一般 用于教學和實驗。其設計中包括一個氣動機械手，如圖 111所示， 該 機械手主要對貨物 進行 的翻轉和搬運 工作 ， 通過機械手上 各 位置自由度即 手腕臂腰四 聯(lián)動 ， 模仿 關節(jié) 轉動，完成 抓取 物品 、移動 物品 、翻轉 物品 等動作 [10， 11]。第 一套自動化制造系統(tǒng)在 南京理工大學 SMC氣動技術中心 誕生 ，該系統(tǒng) 由多個子系統(tǒng)組成，包括 加 工、裝配等。 圖 19 IRB 340 Flex picker機器人 圖 110 SIG XR22機器人 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 本世紀初期，隨著我國數(shù)控技術、自動化技術的發(fā)展，機器人技術也得到了迅速的發(fā)展，目前已經(jīng)形成了相當?shù)某晒?[9]。其代表產(chǎn)品有：瑞士 ABB 公司的 IRB 340 Flex Picker 機器人 [7] 如圖 19所示，其最大速度達到 11m/s，通過其真空系統(tǒng)，可對 以上的重物進行搬運工作。一般用于小型貨物裝卸，由于工作范圍的擴大，可以在特定工作環(huán)境下使用。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 4 圖 14 立柱 式 機器人 圖 15 門架 式 機器人 圖 16 滑塊 式 機器人 針對工作環(huán)境要求較大，工作范圍較廣的生產(chǎn)環(huán)境，德國研發(fā)的坐標型 機器人 和 Scara 型機器人，如圖 1 18所示。模塊化設計理念的引入，使工業(yè)機器人具備了結構設計方便、設備組裝便捷、機器人動作改變靈活等優(yōu)點。同期在德國，機器人的設計開發(fā)引入的模塊化的理念，通過模塊化的設計的安裝，實現(xiàn)了 可根據(jù)工作需要方便進行機械手結構改裝。該機械手 采用液壓傳動為驅動方式，設計能夠進行“轉動、升降、伸縮” 的中央立柱， 采用示教型 控制系統(tǒng)。 其 運動系統(tǒng) 可進行多自由度控制 ， 能夠完成轉動 、 升降 、伸縮等 形式的運動 ， 選用液壓裝置作為其 驅動控制系統(tǒng) 、磁鼓做為 存儲裝置。工業(yè)機械手 的誕生解放了人類的雙手 ， 極大減輕了工作量，并且 可代替人從事 劇毒、低溫高熱、高危 等諸多惡劣環(huán)境中的工作， 在 保證產(chǎn)品質(zhì)量 的前提下 ， 大大 提高 工業(yè) 生產(chǎn)率 [6]。成為世界上機器人使用量、擁有量、使用率最多的國家 [4， 5] 。 同時期 日本 通過調(diào)研將機器人技術引入國內(nèi)，滯后的若干年，日本的機器人技術得到了快速的發(fā)展，通過機器人技術促進日本工業(yè)的急速發(fā)展。由于通用 程控 機械手 工作程序 能 夠 隨時改變，適應性強，所以在加工品種多樣、批量中小的生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 2 圖 11類人機械手 圖 12工業(yè)機械手 機械手的結構形式起初比較簡單，專用性強，時僅為某臺 特定 機床 進行 上料、 下料 工作 ，是 專門 附屬于機床的 機械手。 自動化 工業(yè)生產(chǎn)中 ， 生產(chǎn)線中 通過 機械手 的使用 可以 大大提高生產(chǎn)率，具有如下特點 ： 1. 在保障生產(chǎn)安全和 產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大大 減輕 生產(chǎn)工人的 勞動強度； 2. 它 能夠 代替人 在 惡劣的環(huán)境中 （ 易燃、易爆和灰塵大 ） 工作，保障人身安全 。 機械手是模仿人手的動作過程，按編制程序、軌跡及參數(shù)要求實現(xiàn)自動抓取等操作的自動機械裝置，如圖 11所示 ， 此類機械手 稱為類人機械手 。 工業(yè)機器人的廣泛使用，不僅能夠替代繁重的手工勞動，而且綜合了人工勞動和機器工作兩個方面的特長。通過機械手工業(yè)生產(chǎn)線的引入，能夠大大提高企業(yè)生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動者工作條件。在工業(yè)生產(chǎn)中也稱為“工業(yè)機器人”。 關鍵 詞 數(shù)控車床 ； 機械手 ； 氣動 ； 模塊化 目 錄 摘 要 .......................................................... III 第 1 章 緒論 ....................................................... 1 概述 ........................................................ 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................. 2 國外研究現(xiàn)狀 ............................................ 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ............................................ 5 存在的問題 .............................................. 6 氣壓傳動技術發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................ 7 本文研究的主要目的和意義 .................................... 8 本文的主要內(nèi)容 .............................................. 9 第 2 章 機械手的組成分類及設計選材原則 ............................ 10 機械手的組成 ............................................... 10 機械手分類 ................................................. 12 機械手機構設計及選材原則 ................................... 13 本章小結 ................................................... 14 第 3 章 華中 CK6132 數(shù)控車床用機械手結構設計分析 ................... 15 華中 CK6132 數(shù)控車床用機械手結構設計 ........................ 15 機械手工作環(huán)境 及設計要求 ............................... 15 設計方案分析 ........................................... 17 機械手模塊化設計及功能分析 ................................. 20 機械手模塊化設計理念 ................................... 20 模塊化機械手結構及設計流程 ............................. 21 機械手模塊組成及功能分析 ............................... 23 機械手在數(shù)控車床中的工作過 程 ............................... 27 本章小結 ................................................... 28 第 4 章 機械手驅動系統(tǒng)的設計 ...................................... 29 機械手的驅動系統(tǒng)設計 ....................................... 29 氣動輔助元件的選取 ......................................... 30 方向控制閥 .............................................. 31 流量控制閥 .............................................. 31 壓力控制閥 .............................................. 32 氣動元件的選擇 ................