【正文】 反向脈沖時，步進電動機逆時針方向轉(zhuǎn)動，手臂縮回。當電位器的中位和觸頭重合時，偏差為零，則動觸頭輸出電壓為零，電氣伺服閥失去信號，閥口關閉，手臂停止移動。這時，壓縮空氣經(jīng)閥的開口進入氣缸的左腔，推動活塞桿連同機械手手臂一起向右運動。齒條固定在機械手臂上，電位器殼體固定在齒輪上，所以當手臂帶動齒輪轉(zhuǎn)動時，電位器殼體同齒輪一起轉(zhuǎn)動，形成負反饋。電位器觸頭產(chǎn)生的微弱電壓，經(jīng)放大器放大后對電氣伺服閥進行控制。當電位器的觸頭處于中位時，觸頭上沒有電壓輸出。下面以機械手伸縮運動為例闡述伺服系統(tǒng)的工作原理。不易與 CPU連接 維修使用方便 自由度多時，機構(gòu)復雜，體積也較大 適用于自由度少，速度較高的專用機械手 結(jié)構(gòu)簡單，成本低 綜合進行各方面的比較，我們選擇氣壓驅(qū)動系 統(tǒng)，應為其結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、工作穩(wěn)定、污染幾乎為零、可以在高溫環(huán)境下工作、同時還可以抵抗各種電磁干擾等優(yōu)點，在當今機械加工中應用比較廣泛。氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易與 CPU連接 維修簡單，能在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄漏無影響 體積較大 中、小型專用機械手或機械手都有應用 結(jié)構(gòu)簡單，能源方便，成本低 液壓驅(qū)動 壓力高，可獲得大的輸出力 油液不可壓縮 ,壓力、流量均容易控制，可無級調(diào)速，反應靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 維修方便，液體對溫度變化敏感，油液泄漏易著火 在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅(qū)動方式小 中小型專用機械手或機械手都有應用，中型機械手多為液壓驅(qū)動 液壓元件成本較高，油路也較復雜 電力驅(qū)動 異步電動機、直流電動機 輸出力較大 控制性能較差，慣性大，不易精確定位 維修 使用方便 要減速裝置，體積較大 適用于速度低、抓重大物體的專用機械手 成本低 步進或伺輸出力較小 容易與 CPU連接，控制性能維修使用較復雜 體積較小 可用于程序復雜、運成本較高 第二章 機械手總體設計方案 11 服電機 好，響應快，可精確定位，但控制系統(tǒng)復雜 動軌跡要求嚴格的工業(yè)機械手 機械聯(lián)動 輸出力較 大 速度較高，速度與加速度均由機構(gòu)控制。 各種驅(qū)動方式及特點如表 所示 。伺服電動機和步進電機因其輸出力 矩較小，側(cè)控制性能相對較好，可以對速度和位置的精確控制，適用于中、小規(guī)模的機器中。 電動機驅(qū)動 電動機驅(qū)動可分為普通交、直流電動機驅(qū)動，交、直流伺服電動機驅(qū)動和步進電動機驅(qū)動。 (3)與液壓控制系統(tǒng)相比，其工作壓力比較低。 氣壓驅(qū)動 淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 10 (1)機械結(jié)構(gòu)簡單，氣體選取方便，并且干凈環(huán)保。 但液壓系統(tǒng) 由于 產(chǎn)生泄露而 造成 運動精度 不高 。 (3)可以方便的實現(xiàn)變速和方向控制，自動化程度比較高。 液壓驅(qū)動 機器人的驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動，有以下幾個優(yōu)點： (1)能夠輸 出較大的力和力矩，同時能夠快速響應，定位精度比較高。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 24 所示： 機械手的驅(qū)動方案 機器人關節(jié)的驅(qū)動方式有液壓式、氣動式、和電動式。為了滿足 4 個自由度的要求，本機械手采用圓柱坐標形式。 7 豎直下降 30 松開 8 豎直上升 30 9 擺動（順時針） 90176。 當機械手完成換刀動作后，刀架上的推爪把刀具從 刀架的一端推向另一端，到此，就將機械手的整個換刀動作完成。 (9)擺動 —— 機械手順時針擺動 90176。 (7)豎直下降、松開 —— 小臂升降機構(gòu)下行 30mm，將刀具放在刀架上，同時手部機構(gòu)松開工件。 (6)擺動 —— 機械手逆時針擺動 90176。 (4)豎直上升 —— 待刀柄被夾緊后，小臂升降 機構(gòu)上行 30mm，將刀具提出刀庫。 (2)豎直下降 —— 小臂升降機構(gòu)下行 30mm，使手部夾持機構(gòu)到達與刀柄水平的位置。為了機械手和刀具恰好對齊，本控制系統(tǒng)采用刀座編碼法對各種刀具進行編碼，并根據(jù)需要使刀庫旋轉(zhuǎn)適適當?shù)慕嵌?。且氣爪正對刀庫換刀位置。 機械手工作過程及工步時間分配 確定完成動作及順序 換刀機械手的布局 示意圖如圖 23 所示。有時為了增加機械手的通用性，我們可以增加手腕部，使其具有回轉(zhuǎn)運動。圖 22 為機械手的運動示意圖。為了彌補立柱升降過程中造成的較大的震動和手臂的伸縮造成的機械剛度不足，我們增加了一個具有短行程升降的小臂結(jié)構(gòu)，從而使機械手將刀具從刀庫中拔出，即在豎直方向上增加了一個自由度。輔助運動包括手指和手腕的運動，因為他們分別改變工件的姿態(tài)，以及工件的位置和方位。 可以將機械手的運動分為主運動和輔助運動。 (4) 電動機比較容易實現(xiàn)動力的提供。 (2) 關節(jié)的密封性比較好。 (6) 由于坐標系很復雜，設計 較困難。 (4) 也有工作死區(qū)部分。 (2) 直線驅(qū)動部分存在密封性差的情況。 (5) 直線驅(qū)動模的密封性、防塵及防御腐蝕性較差 (6) 手臂收縮時，手臂后端只能在一定的工作范圍內(nèi)運動。 (3) 可以將機械手部分伸入到機器的型腔內(nèi)部。 圓柱坐標型 淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 6 (1) 同樣結(jié)構(gòu)簡單易于設計。 (5) 必須在較大的空間進行安裝。 (3) 對一定的結(jié)構(gòu)長度，宜采用兩端支持，剛性比較好。 圖 21 機械手手臂的運動坐標型式 機械手的坐標形式與自由度 根據(jù)機械手手臂運動形式和自由度的不同，通常將其劃分為直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型和多關節(jié)坐標型，它們的特點如下 ： 直角坐標型 (1) 有三個方向上的直線自由度，簡單易懂。擬定機氣動機械手設計的原則是根據(jù)工作對象的工作條件、運動要求和定位精度，從分利用現(xiàn)有的機械設計條件和設計能力，在滿足機械手各方面上的使用要求的前提下，選擇最經(jīng)濟的設計方案。 綜合各種技術要求，我們選用圓柱坐標型氣壓驅(qū)動機械手。即小臂可繞大臂上下擺動，同時大臂也可繞機體多角度擺動。 (4)多關節(jié)式機械手臂 此機械手的臂部可化分成大臂和小臂兩個部分。 (3)球坐標式機械手臂 沿 X 軸方向上的移動，以及繞 Y 軸和 Z 軸的轉(zhuǎn)動。我叫做機械手的前后伸縮、上下升降和左右移動。但因其運動和結(jié)構(gòu)復雜性，所以需要較高的設計要求，造成成本過高。簡易型只是分散的點動控制，故屬于程序控制類型，而伺服型是集點位控制和連續(xù)軌跡控制于一體的控制方式，通常認為屬于數(shù)字控制模型。可以安裝在各種機器上，能獨立完成工件的夾持與搬運以及刀具的安裝與拆卸。它通常安裝到某種機器或生產(chǎn)線上，用來自動傳送物件或夾持某種工件或刀具等操作功能。 淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 4 第 二 章 機械手總體設計方案 機械手類型 根據(jù)機械手的應用范圍分類 (1)專用機械手一般沒有單獨的控制系統(tǒng)，而且只有固定的控制程序。 將做好論文交給指導老師查看，指導老師對我所做的論文內(nèi)容及格式中出現(xiàn)的不足 做出 指導，然后我根據(jù)老師的要求再次對論文 做出 修改，如此反復，最后將論文定稿。 為了使內(nèi)容更貼近設計的要求，我在校圖 書館查閱了很多關于機械手方面的資料，并綜合這些資 料，然后記錄重要成分 ，最后把這些資料應用到所做的設計當中 。 綜上所述，機械手使以后的工作更加有效率，是未來機械工業(yè)發(fā)展的趨勢。還有一些流水線上的工作，本來就需要大量的人力資源 ，而且又需要比較高的工作效率和工作精度，但是有些工人卻不能跟上流水線的速度，這就很容易造成流水線上工作秩序 的混亂，嚴重的影響生產(chǎn)效率的提高。 有一些簡單的工作總是機械式的重復操作，時間長了很容易造成工人的極度疲勞或疏忽，很容易造成一些不必要的人身事故。 以改善工作條件，提高人身安全 比如，一些高溫、高壓、噪聲比較大、高污染的工作環(huán)境、以及對人體有大量傷害的有毒氣體和放射線，一般這樣的環(huán)境不適合工人長時間在里面工作，所以機器人的使用無疑是比較好的選擇。 在現(xiàn)在的機械加工中，機械手手的普遍應用具有十分重要的意義。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率 ,降低成本 ,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) ,適應現(xiàn)代自動化大生產(chǎn) ,針對具體生產(chǎn)工藝 ,利用機器人技術。 設計 意義 本設計通過對大學三年所學的知識進行整合，完成一個通用形式的普通圓棒料搬運的 自動換刀 機械手的設計，能夠比較好地體現(xiàn)機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實踐的有機結(jié)合。而目前我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟上、技術上考慮都是十分必要的。它主要應用在中小批量的生產(chǎn)，它可以省去工件運輸工具。機械手在以下行業(yè)得到廣泛的應用，比如，零件的裝配、工件的搬運與拆卸、以及在數(shù)控 機床上的自動換刀系統(tǒng)。機械手之所以更好的結(jié)合機械和自動化技術，得力于電子計算機的快速發(fā)展，使得機械手的生產(chǎn)與設計已經(jīng)成為一門新興技術產(chǎn)業(yè)。由于機械手能 很大程度上提高生產(chǎn)效率，簡化機械加工的程序，所以它在機械加工中得到廣泛的應用。隨著自動化技術的發(fā)展，機械手已經(jīng)廣泛的應用在機械加工、自動換刀、流水線上生產(chǎn)及裝配、上下料等。機械手并不是簡單的代替人的體力的勞動，而是將人的智慧體現(xiàn)在機器上。它能在提高生產(chǎn)效率的同時，提高 產(chǎn)品質(zhì)量，對改善勞動條件，促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著促進作用。 manipulator。 經(jīng)過對機械手在結(jié)構(gòu)和運動方面上的分析后，采用電氣 — 氣壓伺服控制技術對機械手進行控制和驅(qū)動，氣動執(zhí)行元件根據(jù)電氣控制信號的要求，驅(qū)動負載元件執(zhí)行相應的動作。為了滿足不同的使用特性和功能，我們可以通過選擇不同的模塊進行組合。 為了提高機械手的應用范圍，讓每一個機械手擁有不同的使用特性，所以對機械手的結(jié)構(gòu)進