【正文】 壓力油的作用下作升降運動。在這里我只選擇了一個手臂伸縮缸和一個手臂升降缸，伸縮缸采用直線缸式手臂結(jié)構(gòu)，如圖所示，這種液壓缸缸體上有進油口 a和 b，當壓力油從 a， b 油口進入和排出時，缸內(nèi)的活塞桿將做往復直線運動，這種結(jié)構(gòu)尺寸小，可用于較大重量的工件的抓取，在機械手中應用很廣泛。如此反復數(shù)次，繪出最終的 21 結(jié)構(gòu)。 手臂的典型運動的形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；復合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運 動組合，兩直線運動的組合。一般說來，直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高，關節(jié)式機械手的位置最難控制，故精度差；在手臂上加設定位裝置和檢測機構(gòu)，能較好地控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動，嚙合件的間隙。對于懸臂式的機械手，其傳動件，導向件和定位件布置應合理，使手臂運動過程盡可能平衡，以減少對升降支承軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生卡死的現(xiàn)象 。 手臂動作應靈活。 臂部運動速度要高，慣性 要小機械手手臂的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平，一般根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍和行程范圍，就確定了手臂的運行速度。 （ 5）提高配合精度 水平放置的手臂，要增加導向桿的剛度，同時提高其配合精度和相對位置精度，使導向桿承受部分或大部分自重和抓取重量。 （ 3）合理布置作用力的位置和方向 在結(jié)構(gòu)設計時還應結(jié)合具體受力情況，設法使個作用力引起的變形相互抵消。 20 （ 2）提高支承剛度和合理選擇支承間的距離 臂桿或機身的變性量不僅與本身剛度有關，而且與支承的剛度和支承間的距離有很大關系，要提高支承剛度，除從支座的結(jié)構(gòu)形狀，底板的剛度。因此，作為導桿機械手，無縫鋼管、鋼或槽鋼作為支撐板。 （ 1）根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機身通常既受彎曲，也受扭轉(zhuǎn)，應選擇橫截面形狀 的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度高的。對機器人的運動性能，定位精度和承載能力影響很大。對于機械手臂或身體的承載能力，通常取決于其僵化程度。因此，它的結(jié)構(gòu)，工作范圍，靈活性和 直接影響機械手的工作性能。 手臂運動的原則：在空間任何一點都能讓手部碰到。手臂運動應該包括 3 個運動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。 19 4 臂部的設計及有關計算 手臂部分是主要的機械手夾持組件。由于本機械手手部選用的是內(nèi)撐式垂直上下工作的，所以其手爪的夾持誤差可以粗略認為是零，但通常情 況下保持它不超過 177。 （ 3）根據(jù)《機械設計手冊》氣缸活塞桿直徑為： d ? ，所以設計活塞直徑為 d=12mm。 1 .2 5 0 .4 0 .0 42 1 0 0? ??? ? 壁厚取 12mm 符合 要求。 18 表 31 氣缸內(nèi)徑選用表 氣缸內(nèi)徑（ mm） 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 （ 1）由《機械設計手冊》氣壓缸外徑系列，根據(jù)已定內(nèi)徑 D=40mm。求夾緊力Fn，驅(qū)動力 F，驅(qū)動氣缸尺寸。 假設： a=50mm， b=150mm, ? =30176。； maxVat? 響 (36) maxv ──運載工件時向著重力方向上升最大速度，機械手直線速度常在 200～ 17 300mm/s , t 響 ──系統(tǒng)達到最高速度的時間，根據(jù)設計參數(shù)選取。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 1 2 3Fn K K K G? ? ? ? (34) 式中： K1──安全系數(shù)，通常去 ～ ， K2──工作狀況系數(shù)，主要是考慮慣性力的作用。設計時要對受力的方向、大小 以及作用點進行分析和計算。 ~40176。F 16 cosah ?? (32) 2cosbF Fna ?? (33) 式中 ： a —— 從 對稱中心到手指的回轉(zhuǎn)支點的 長度 （ mm） ， ? —— 工件被夾緊時兩回轉(zhuǎn)支點 與 手指的滑槽方 向產(chǎn)生的 夾角。FF?? 由 01( ) 0MF?? 得 139。 15 圖 31 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1—— 手指 2—— 銷軸 3—— 杠桿 在杠桿 3 的作用下，銷軸 2 向上的拉力為 F，并通過銷軸的中心點 O，兩手指 1 的銷軸收到滑槽的反作用力為 F1 和 F2，同時它力的方向垂直于滑槽的中心線 OO1 和 OO2 并指向 O點， 交 F1 和 F2 的延長線于 A 及 B。 通過綜合考慮，本設計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,不適合用于本方案。 機械手手爪的設計計算 選擇手爪的類型及夾緊裝置 本設計做的是芯模搬運機械手的設計，考慮到所要達到的原始參數(shù)：夾取重量約為 10Kg。 （ 2）平移型即兩手指相對支座作往復運動。此 外，也考慮能適應工作環(huán)境的特殊要求，如：耐高溫，耐腐蝕，能承受錘沖擊力。在一般情況下，一方面是比較特殊，為了擴大其使用范圍，提高其通用化程度，以適應不同尺寸的工件夾緊，通常使用的手指可以調(diào)整方法。在保證本身的剛度，強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，為了減少負載臂。在一定范圍內(nèi)的要求，這是更重要的，如曲軸，一類復雜的工件在機軸，凸輪，嚴格，所以在夾緊工件的機械手的安裝位置應保持相對定位精度。 14 （ 2）手指應該有一定程度的開放和收緊距離，手指有足夠的張開角度（開放的手指封閉約轉(zhuǎn)角支點），以方便握持或退出工件。對于手，應該有足夠的動力驅(qū)動裝置。力量太小，然后鉗不居住或松動，脫落。 （ 4）手臂運動參數(shù)： 伸縮速度： 250mm/s； 升降速度： 60mm/s； 回轉(zhuǎn)范圍： 0~180 度； 回轉(zhuǎn)速度： 70/s。 機械手的技術參數(shù)列表 （ 1）芯模尺寸是 Φ40mm，長度是 800mm，材料為模具鋼； （ 2）升降行程 250mm，伸縮行程 80mm； （ 3）實現(xiàn)兩個方向的 90176。 （ 3）機身，采用一個直線缸來實現(xiàn)升降。 本設計機械手主要由 4 個大部件 3 個氣壓缸和一個電機組成： 13 （ 1）手部，采用一個直線氣壓缸，通過機構(gòu)運動實現(xiàn)手抓的張合。 因為本機械 手抓取的物料重量基本在 10KG 以內(nèi)，因此抓取力并不大，所以選用氣壓驅(qū)動來完成，但在底部的回轉(zhuǎn)決定使用電機來完成。 （ 5）使用安全，無爆炸的問題，可完成自動保護過載問題。 （ 3）壓縮空氣壓力低（一般為 ? ），因此，執(zhí)行元件材料的要求低。 氣壓系統(tǒng)具有一些獨特的優(yōu)點： （ 1）可從空氣中獲得能源，在同一時間，所用的空氣可以直接 排入到的空氣中，使用方便，在空氣管道泄漏的情況下，除了造成部分的損失，不會造成十分嚴重的影響，不污染環(huán)境。在沖裁和沖壓機械手多采用。 （ 2）氣動驅(qū)動系統(tǒng)：反應快速快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護便捷，價錢低廉，適合小，中負載系統(tǒng)。 驅(qū)動機構(gòu)的選擇 工業(yè)機械手的驅(qū)動系統(tǒng)，按照動力源分為液壓驅(qū) 動、氣壓驅(qū)動和電動三大類。 圖 21 圓柱坐 標式機械手結(jié)構(gòu)圖 如圖 21 所示，為圓柱坐標型機械手，機械手的組成為 4支座， 3支柱， 2手 12 臂和 1手。為具有近似人手操作的機能，需要研制最合適的結(jié)構(gòu)。可作幾個方向轉(zhuǎn)動，工作范圍大，動作靈活，通用性強，但定位精度差，控制裝置復雜。隨后在開發(fā)海洋中應用，有一定的發(fā)展前途。它象人手一樣有肘關節(jié)，可實現(xiàn)多個自由度，動作比較靈活，適于在狹窄空間工作。球坐標 機器人工作范圍呈球缺狀。這種機器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)，中心支架附近的工作范圍大，兩個轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置容易密封，覆蓋工作空間較大。圓柱坐標機器人的工作范圍呈圓柱形狀。直線運動部分采用氣壓驅(qū)動，可以輸出更大的功率， 可以延伸到腔型機。 (2)圓柱坐標型機械手： 圓柱坐標機器人確定組件的位置是由兩個滑動關節(jié)和旋轉(zhuǎn)接頭，然后連接到一個旋轉(zhuǎn)的聯(lián)合的態(tài)度，以確定組件。這種機器人在 x、 y、 z 軸上的運動是獨立的，運動方 程可獨立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計算機控制來實現(xiàn)；他可以兩端支承，對于給定的結(jié)構(gòu)長度，剛性最大；他的精度和位置分別率不隨工作場合而變化，容易達到高精度。 自動 搬運機械手裝置是一種模擬人的手臂動作來完成的，按照事先設定的程序，軌跡，代替人完成枯燥，勞累的抓取，搬運工作的機電一體化裝置。在此基礎上，確定了搬運機械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運機械手的運動進行了簡單的力學模型分析，完成了機械手機械方面的設計工作的設計工作。機電一體化傳感器設計中的應用。只裝配策略及其控制 技術。無人駕駛機器人和自適應多機的大型物料輸送設備的遠程控制操作。智能移動機器人導航和定位技術，遙控機器人，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，人機環(huán)境模擬系統(tǒng)，在電腦屏幕上的多機器人遠程控制技術?；『笝C器人離線編程示范和工作站系統(tǒng)動態(tài)仿真，電子行業(yè)用裝配機器人產(chǎn)品標準化、推廣、模塊化、系列化設計。焊接機器人產(chǎn)品標準化、通用化、模塊化、系列化設計 。工 業(yè)機器人很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。 雖然 中國 的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。在“七五”期間，國家開始投入資金，對于工業(yè)機器人以及機器人身上的零部件進行了研制，終于開發(fā)出了一個完整的示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人的技術，同時開發(fā)出了電焊、噴涂和搬運機器人。在這種情況下，于 1972 年，中國也開始發(fā)展自 己的工業(yè)機器人。中國也在同一時刻發(fā)射了人造衛(wèi)星。七十年代是世界科學和技術發(fā)展的一個新的里程碑 。隨著計算機技術和人工智能技術的發(fā)展 ，使得機器人在功能和技術層次上有了很大的高，移動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術就是比較典型的代表了。這就是當時比較著名的示教再現(xiàn)機器人了，現(xiàn)在很多制造出的機器人還有保留著這種控制方式。 在 1954 年，美國戴沃爾是最早的提出了工業(yè)機器人的概念，并且在當時申請了專利。在制造業(yè)，尤其是在汽車行業(yè)，工業(yè)機器人已被廣泛使用。其中，最突出的是亞洲機器人，增長幅度高達 43％。在 19 世紀末，隨著工 業(yè)發(fā)展的速度崛起，工業(yè)機器人的產(chǎn)品開發(fā)速度加快，年增長率平均保持在 10％。據(jù)外國專家預測，工業(yè)機器人是在輛車，計算機后出現(xiàn)的一個新的高度 高新技術產(chǎn)業(yè)。 本課題中兩工 位芯模搬運機械手的控制系統(tǒng)主要是 PLC 控制系統(tǒng)，驅(qū)動方式為氣壓傳動。應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同事由于應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、早生、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用忍受直接操作是有危險或者根本不可能的，而應用機械手即可部分或者全部代替人安全的王城作業(yè)、是勞動條件得以改善。 機械手的應用意義在于： （ 1） 可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度 ,應用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、弓箭的裝卸、道具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。第三代的機械手可以獨立完成許多繁瑣和高難度的工作。它提供了 一個微型電子計算機控制系統(tǒng)，視覺，觸覺，甚至聽一樣的能力。 目前，大部分的機械手還只屬于第一代的機械手，主要依賴于手動控制，改進的方向基本上是為了降低成本和提高精度。目前主要用于機床，模鍛壓機的上下料，以及電焊，噴漆等作業(yè)中，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量所以受到了許多部門的重視，并且在現(xiàn)在和將來都得到極大的重視。有部分的機械手還不能獨立操作，也需要有人直接或間接的操作，如原子能部，管理危險品的主從式機械手通常也被稱為機械手。 圖 11 工業(yè)機械手簡圖 機械手的類型，按照驅(qū)動方式，可以分為液壓驅(qū)動式，氣壓驅(qū)動式，電機驅(qū) 動式；機械手按適用范圍可劃分成特殊機械手和普通機械手兩種類型；按照運動軌跡控制方式可以劃分為點位控制式和連續(xù)軌跡控制式等。一般的機械手有 3~4 個自由度。自由度機械手設計的程度是關鍵參數(shù)。機械手的手臂升降、伸縮、機身的移動和旋轉(zhuǎn)等獨立的運動，稱作為機械手的自由度。而對于手臂部分，主要是為了使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動），移動或復雜的運動，以達到所需的動作，改變被抓物體的位置和姿勢。 機械手的主要部件由手爪部分，手臂部分，機械手機身部分組成。 機器人可以完成一些類似于人類的手和手臂的動作，按照固定程序抓取，移動一定重量的物體或操作一些自動化操作工具設備。恰佩克創(chuàng)作劇“羅森的萬能機器人”。它對于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提高起到很大作用，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著非常重要的作用，隨著工業(yè)機器人的越來越普及，越來越多的高校也逐步開始研究起工業(yè)機器人。機器人從某種意義上說，不僅僅是一臺機器，更是一種在不斷完善自己，不斷提升自我能力的產(chǎn)品，無論是在生產(chǎn)業(yè)和非成產(chǎn)業(yè)是一個重要的生產(chǎn)和服務設備，先進的制造技術領域所