【正文】 度的條件下，盡可能在結構上、材料上設法減輕手臂的重量。工作空間的形狀和大小與機械手手臂的長度，手臂關節(jié)的轉動范圍有密切的關系。 在進行機械手手臂設計時，要遵循下述原則：，相互垂直的軸應盡可能相交于一點，這樣可以使機械手運動學正逆運算簡化，有利于機械手的控制。手臂的各種運動通常用驅動機構和各種傳動機構來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。手臂的伸縮運動由伸縮手臂完成，手臂的回轉和升降運動設置在機身處，分別由回轉臂和升降手臂完成。表31 機械手手臂的設計要求手臂是機械手的主要部分，它的作用是支承手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。=；由此 Fmg/2181。式中 181。F必須大于夾持工件的重力mg，故應滿足 2181。止動塊6限制手指張開行程，定位銷7保證直線導軌不錯位。本設計要求機械手手爪的最大持重m=2Kg，根據(jù)具體的工作要求，選擇標準平行開閉型氣爪，其結構如圖31所示。采用平行四邊形機構，因此不需要導軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運動，比帶有導軌的平行移動手爪的摩擦力要小很多。通常與彈簧聯(lián)合使用。這種手爪開合行程較大，適應抓取大小不同的物體。利用楔塊與杠桿來實現(xiàn)手爪的松開和夾緊，來實現(xiàn)抓取工件。但是，這種驅動方式不能用于有防爆要求的條件下，因為電機有可能產(chǎn)生火花和發(fā)熱。這種手爪，一般采用直流伺服電機或步進電機，并需要減速器以獲得足夠大的驅動力和力矩。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動手爪的抓取運動具有一定的柔順性，這一點是抓取動作十分需要的。機械手夾持器（手爪）的驅動方式主要有三種 這種驅動系統(tǒng)是用電磁閥來控制手爪的運動方向，用氣流調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)其運動速度。末端執(zhí)行器即機械手手爪，多為雙指手爪。用計算機控制最方便的是電氣式執(zhí)行機構。，萬能性是指一機多能，而通用性是指有限的末端執(zhí)行器，可適用于不同的機械手，這就要求末端執(zhí)行器要有標準的機械接口（如法蘭），使末端執(zhí)行器實現(xiàn)標準化和積木化。從工業(yè)實際應用出發(fā)，應著重開發(fā)各種專用的、高效率的機械手末端執(zhí)行器，加之以末端執(zhí)行器的快速更換裝置，以實現(xiàn)機械手多種作業(yè)功能，而不主張用一個萬能的末端執(zhí)行器去完成多種作業(yè)。萬能末端執(zhí)行器在結構上很復雜，甚至很難實現(xiàn)，例如，仿人的萬能機器人靈巧手，至今尚未實用化。因此，要求機械手末端執(zhí)行器體積小、重量輕、結構緊湊。因此，根據(jù)作業(yè)的需要和人們的想象力而創(chuàng)造的新的機械手末端執(zhí)行器，將不斷的擴大機械手的應用領域。在設計機械手末端執(zhí)行器時，應注意以下問題；。加工用末端執(zhí)行器是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銑刀等加工工具的機器人附加裝置，用來進行相應的加工作業(yè)。末端執(zhí)行器種類繁多，與機械手的用途密切相關，根據(jù)其用途，末端執(zhí)行器可分為搬運用、加工用和測量用等種類。設計中采用PLC控制機械手實現(xiàn)各種規(guī)定的預定動作，既可以簡化控制線路，節(jié)省成本，又可以提高勞動生產(chǎn)率。/s 氣動回路的設計機械手氣動回路的設計主要是選用合適的控制閥，通過控制和調(diào)節(jié)各個氣缸壓縮空氣的壓力、流量和方向來使氣動執(zhí)行機構獲得必要的力、動作速度和改變運動方向，并按規(guī)定的程序工作，設計的氣動回路圖如圖22所示。 機械手的技術參數(shù)列表一、用途：車間皮帶機之間的搬運二、設計技術參數(shù)：抓重：2Kg (夾持式手部)自由度數(shù)：3個自由度坐標型式：圓柱坐標最大工作半徑：335mm機身最大中心高：415mm主要運動參數(shù)：手臂伸縮行程：200mm 手臂伸縮速度：200mm/s機身升降行程：100mm 機身升降速度：100mm/s機身回轉范圍：0 190176。氣動機械手因為結構簡單、成本低廉、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、安全、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點而被廣泛應用在生產(chǎn)自動化的各個行業(yè)。 驅動機構的選擇驅動機構是工業(yè)機械手的重要組成部分, 工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅動方案及其裝置。（2）臂部，采用直線缸來實現(xiàn)手臂的伸縮。圖21 機械手基本形式示意圖 機械手的主要部件及運動在圓柱坐標式機械手的基本方案選定后，根據(jù)設計任務，為了滿足設計要求，本設計的機械手具有3個自由度：手臂伸縮；機身回轉；機身升降。圖中機械手的任務是將傳送帶A上的物品搬運到傳送帶B。其中圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設計采用圓柱坐標型。 (3)球坐標(極坐標)型機械手。 機械手基本形式的選擇常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài),按坐標形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標型機械手。對一般凸幾何體．如球、圓柱等，可以用緊包圍它的凸多面體來近似。目前，凸多面體間的距離范數(shù)主要有平移距離、成長距離、收縮距離、偽平移距離等。其中對凸多面體的計算最為成熟。在各種機器人路徑規(guī)劃算法中，往往需要以機器人和障礙物之間的距離及其關于機器人形位的梯度作為路徑規(guī)劃的啟發(fā)性信息，以加快規(guī)劃速度，因此在路徑規(guī)劃中不僅需要判斷有無碰撞發(fā)生，還要計算機器人與障礙物之間的距離及其關于機器人形位的梯度。因為求包圍盒的交比求物體的交簡單很多，所以可以快速排除很多不相交的物體，從而加速了算法。首先檢測兩者的包圍盒是否相交，若不相交。定性判斷方法最主要有“包圍盒層次法”，其基本思路是用一個簡單的包圍盒將復雜的幾何形體圍住。判斷兩個物體是否有碰撞發(fā)生有兩種方式，一是定性判斷。另外，遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡算法等智能算法已經(jīng)成為機器人路徑規(guī)劃的研究熱點和發(fā)展方向，這些算法在實際中都有初步的應用，取得了較好的規(guī)劃效果。2．路徑規(guī)劃 機械手路徑規(guī)劃的目標是在兩個作業(yè)點之間生成一條無碰撞路徑。目前，旅行商問題的近似最優(yōu)解求解算法已經(jīng)得到了充分的研究，提出了很多可行的算法，包括啟發(fā)式算法，模擬退火算法，遺傳算法等。即機械手從起始點開始，經(jīng)過一系列作業(yè)點，并在各作業(yè)點停留，完成所有作業(yè)后，最終回到起始點的時間最短規(guī)劃算法。至今還沒有通用的序列規(guī)劃算法。機械手運動規(guī)劃的算法建立在已有的各種方法之上，下面簡要分析已有的各種序列規(guī)劃和路徑規(guī)劃方法，以及路徑規(guī)劃過程中的碰撞檢測方法。從上面的論述可以看出，機械手運動規(guī)劃主要包括兩個方面，一是生成所有作業(yè)點最優(yōu)工作序列的序列規(guī)劃，二是在相鄰作業(yè)點之間生成無碰撞路徑的路徑規(guī)劃。機械手的一次作業(yè)任務往往有幾十個到上百個作業(yè)點，這些作業(yè)點的加工次序通常是任意的，或者僅僅存在局部的限制(即某幾個作業(yè)點之間存在著固定的前后關系)，序列規(guī)劃的目標就是通過某種算法生成一個能滿足作業(yè)限制的最優(yōu)作業(yè)序列，一般以時間作為規(guī)劃優(yōu)劣的度量標準。序列規(guī)劃為機械手的所有作業(yè)點生成一個最優(yōu)的工作序列。序列規(guī)劃是指在一個特定的工作區(qū)域中自動生成一個從起始作業(yè)點開始，經(jīng)過一系列作業(yè)點。因此，在機械手的執(zhí)行機構、驅動機構是本次設計的主要任務。本設計主要任務是完成機械手的結構方面設計，以及氣動回路的設計。電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計算出所需壓縮空氣流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應來確定的。為簡化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器。由于手臂可自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可以加快啟動速度，也可調(diào)節(jié)全程上的速度。 圖41 機械手氣壓傳動原理圖各執(zhí)行機構調(diào)速。本課題將要完成的主要任務如下:(1) 進行氣動機械手的總體研究，并進行整體運動方式設計；(2) 設計氣動機械手氣路設計，進行關鍵部件的設計計算；(3) 用PLC對機械手控制的總體設計； 2 第二章 氣動系統(tǒng)設計 4．1 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖圖41為該機械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會因溫度變化影響傳動及控制性能。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時，機器及