【正文】 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 置，則為活塞和缸壁等處得摩擦阻力 。 F摩 —— 摩擦阻力。本設(shè)計機械手的臂部剖面圖如圖 32所示。 目前常用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等，在本機械手中采用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。其中 :大臂液壓缸活塞桿的伸縮實現(xiàn)了機械手的升降，小臂液壓缸活塞的左右往復(fù)實現(xiàn)了機械手的左右平移。本設(shè)計選擇液壓驅(qū)動方式，液壓缸既是驅(qū)動元件，又是執(zhí)行運動件，控制簡單，易于實現(xiàn)計算機的控制。 直線運動一般通過液壓傳動或電機驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)。 臂部具體設(shè)計方案及計算 （一）具體設(shè)計方案 根據(jù)機械手實際工作需要，確定機械手的臂部需要實現(xiàn)升降和左右兩個相互垂直的直線運動。在設(shè)計機械手的手臂時，應(yīng)盡可能利用在機械手上安裝的機電元器件與裝置的重量來減小機械手手臂的不平衡重量，必要時還要設(shè)計平衡機構(gòu)來平衡手臂殘余的不平衡重量。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機構(gòu)。在保證所需強度與剛度的情況下，減輕機械手手臂的重量。碳纖維復(fù)合材料抗拉強度高，抗振性好，比重小（其比重相當(dāng)于鋼的 1/4，相當(dāng)于鋁合金的 2/3），但是，其價格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故還未能在生產(chǎn)實際中推廣應(yīng)用。力求選用高強度的輕質(zhì)材料，通常選用高強度鋁合金制造機械手手臂。但機械手手臂末端工作空間并沒有考慮機械手手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機械手手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實現(xiàn)的空 間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。 。 所以： N 1 2 3F K K K G? =1 .8 2. 75 1 3 9. 8? ? ? ? 146 N? 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計 臂部設(shè) 計原則 機械手手臂的作用 ，是在一定的載荷和一定的速度下，實現(xiàn)在機械手所要求的工作空間內(nèi)的運動。 G—— 被抓取工件重力（ N）。 圖 31 夾緊手部剖面圖 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 圖 32 定位手部剖面圖 手部夾緊力的計算 手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），一般來說，手指握力需克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化時所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），使得工件保持良好的夾緊狀態(tài)。本論文所設(shè)計的機械手的手部包括： 1個定位手部和 2個夾緊手部。當(dāng)機械手向下運動時，手指內(nèi)側(cè)的斜面碰觸工件外表面而使手指張開，工件進入手指上的圓弧面處，靠彈簧的張力將工件夾緊。但采用此種結(jié)構(gòu)，驅(qū)動力需要加在手指移動方向上，會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大，顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。 夾持式機械手按運動方式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體，不適合本方案。移動型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動型手指夾第 3 章 手部、臂部和機身結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。同理，當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時， 就成為移動型。 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式 :按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲式 )和外夾式兩種 :按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型 (或稱直進型 )，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。 (四 )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，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以 使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳 [9]。 (三 )保證工件準(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。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。 手部設(shè)計的基本要求 (一 )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。由于液壓驅(qū)動的機械手具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便和驅(qū)動力大等優(yōu)點，所以本設(shè)計機械手的驅(qū)動機構(gòu)選用液壓驅(qū)動。（ 3）機身 采用直線缸來實現(xiàn)手臂的前后移動。 本設(shè)計機械手主要由 3大部件和 3個液壓缸組成：（ 1）手部 通過彈簧實現(xiàn)手抓的張合 。本設(shè)計機械手的動作主要包括：手抓張合和三個相互垂直的平移運動（升降、左右和前后），選用直角坐標(biāo)型機械手。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)遙控機械手、智能裝配機械手、機械手化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，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”后期立于世界先進行列之中。我國的智能機械手和特種機械手在“ 863”計劃的支持下，也取得了不少成果。以上原因主要是沒有形成機械手產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機械手生產(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。但總的來看，我國的工業(yè)機械手技術(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 :機械手應(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 。我國的工業(yè)機械手從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)，目前己基本掌握了機械手操作機的設(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)了部分機械手關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機械手 。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 (7)機械手化機械開始興起。 (6)當(dāng)代遙控機械手系統(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械手的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機械手走出實驗室進入實用化階段。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。器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。國外已有模塊化裝配機械手產(chǎn)品問市。 (2)機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。 (三 )按控制方式分 點位控制 它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。其中直線電機機械手的運動速度第 1 章 緒論 4 快和行程長，維護和使用方便。它常被用于工作主機的上、下料 。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。但是，由于液壓油具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 液壓傳動機械手是以壓縮液壓油的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。 (二 )按驅(qū)動方式分 液壓傳動機械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。 通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。 (一 )按用途分 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種 : 專用機械手 它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置?？刂葡到y(tǒng)主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 （三） 控制系統(tǒng) 機械手的控制分為點動控制和連續(xù)控制兩種方式。根據(jù)動力源的不同，工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可以分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。 臂部 它的作用是支撐腕部和手部（包括工具或卡具），并帶動它們做空間運動。 腕部 是連接手部和臂部的部件，可以用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍。手部多為兩指（也有多指），更具需要可分為外抓式和內(nèi)抓式兩種。 （一） 執(zhí)行機構(gòu) 機械手的執(zhí)行機構(gòu)主要包括：手部、腕部、臂部和機身。 目前隨著電子計算機和電信設(shè)備的不斷發(fā)展，工業(yè)機械手應(yīng)用也不斷擴大，正逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元第 1 章 緒論 2 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中的重要一環(huán)。使用機械手最多的行業(yè)是汽車工業(yè)，其次是電機、電器和電子行業(yè)。自 1969 年從美國引進二種典型的機械手后，便開始大力進行機械手的研究。 德國從 1970 年開始再制造行業(yè)應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 機械手首先從美國開始研制， 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的 中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。 生產(chǎn)中應(yīng)用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率 :可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn) ；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。機械手是模仿人手的部分動作，按照給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。s loop project adopt S7200， made by Siemens， to control the movement of manipulator。 關(guān)鍵字： 機械手，凸輪軸，液壓系統(tǒng) ，可編程控制器（ PLC） II Abstract With the development of industrial automation,the industrial manipulators are used widely. They are applied in kinds of industry. The main idea of this article is the design of manipulator to moving workpieces between adjacent working position,that is the design of automatic production line for camshaft pump feeding robot. Firstly,it introduced briefly the basic concept of the robot, the position and classification of robot,the development history of industrial robots and development trends of industrial ,to analyzing the process of automatic production line for camshaft pump feeding robot,I have determined the coordinates form， the number of freedom and drive mechanismthe of manipulator, identified the main technical parameters o