【正文】 縮 → 機械手復位：依次循環(huán) 其機械手直角坐標型運動簡圖如下圖所示： 圖 22 直角坐標式 夾持裝置（ 手指 ） 的 設(shè)計 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，手指可天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 13 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。 “塔式”機械手和通用三爪機械手需要完成的功能動作如下： （ 1） “塔式”機械手夾持可動膜，需完成可動膜在油液中的定位、吸附、抓取、移動到裝配工位（此為設(shè)計支架同學設(shè)計范疇）、在裝 配工位裝配（為過盈配合需要機械手具備推壓功能）。本設(shè)計需完一號和二號件（如圖 11 所 示）裝配到三號件中的工序，由于兩個工件的質(zhì)地，形狀不同，裝配時對機械手的要求也各不相同，所以，針對兩種需求，設(shè)計出兩種機械手來滿足需求。然而，利用機械手或類似機械設(shè)備節(jié)省人力和實現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 10 價格方面存在的問題獲得解決，機械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。其原因之一是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作的范圍很狹小。至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部門，機械手的應(yīng)用情況決不能說是很好的。 這種具有感知能力并能對感知的信息作出反應(yīng)的工業(yè)機械手稱為智能機械手，它是具有發(fā)展前途的。 （ 3）能自動避開障礙物。 因此， 這種機械手就具有以下幾個方面的性能： （ 1）能準確地抓住方位變化的物體。 為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和法、分辨形狀不同的零件，它有視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工作。 國內(nèi)外實際上使用的定位控制的機械手，沒有“視覺 ”和“觸覺”反饋。并和機床組合成一個綜合的數(shù)控系統(tǒng)。減輕工人的勞動強度。 機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 9 條件。日本偏重于機械加工。因此，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程已基本得到解決。 （ 5）采用機械手能明顯地提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。 （ 4）機械手特別是通用工業(yè)機械手的通用性，靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。 （ 3）機械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人得功能。 為了謀求操作安全和徹底防止公 害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鋼造、噴漆以及有強烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中，推廣工業(yè)機械手或機器人。上海柴油機廠、北京內(nèi)燃機廠、洛陽拖拉機廠等已有較成熟的經(jīng)驗。如沈陽低壓開關(guān)廠 200t沖床磁力起動器殼體下料機械手和天津拖拉機廠 400t沖床的下料機械手等；一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進，如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機械手（生產(chǎn)線中有兩臺多工位沖床）和天津二輕局技術(shù)研究所制作的 12t 和40t 多工位沖床機械手等。 （ 3） 沖床有自動上下料沖壓循環(huán)，裝上機械手上下料，可實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化。由于這方面使用已有成熟的經(jīng)驗，國內(nèi)一些機床廠已在這類機床產(chǎn)品出廠時就附上機械手，或為用戶自行安裝機械手提供條件 。 在實 現(xiàn)單機自動化方面 （ 1） 各類半自動車床，有自動夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機械手，可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)，一人看管多臺機床。國內(nèi)已建成的這類自動線很多，如沈陽水泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機廠的 4 號和 5 號電動機軸加工自動線（軸類），上海拖拉機齒輪廠的齒柸加工自動線（盤類）等。 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的作用 機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。大多數(shù)用插銷板進行點位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。常用的限位機構(gòu)是由電磁閥控制的氣缸帶動鎖緊機構(gòu)（插鎖，滑塊等）將機器人運動機構(gòu)鎖定。根據(jù)要求和條件，如果選用無接觸感應(yīng)式氣缸，其限位開關(guān)是無接觸接近開關(guān)，這種開關(guān)的反映時間小于 20ms，在機器人中應(yīng)用比較理想。為增加定位點數(shù)，除采用多位置氣缸外可采用制動的方法還有：反壓制動，制動裝置制動。對于小流量的電磁氣閥，吸合關(guān)閉時間較小，停點的步長也要相應(yīng)縮短。 氣動機器人的定位問題很大程度上是如何實現(xiàn)停點的制動。無接觸感應(yīng)式氣缸目前在氣動系統(tǒng)中已獲得廣泛的應(yīng)用，這種氣缸在活塞上裝有永久磁鐵的磁環(huán)，通過磁感應(yīng)，使在氣缸外面安裝的非接觸磁性接近開關(guān)動作發(fā)訊，進行位置檢測。氣缸的內(nèi)徑，行程大小可根據(jù)對機器人的運動分析和動力分析進行計算。為實現(xiàn)端部緩沖，要選用雙向端點位置緩沖的氣缸。直線氣缸分單動式和雙動式兩類。 氣動閥的種類很多，在工業(yè)機器人的氣動驅(qū)動系統(tǒng)中，常用的閥件有電磁氣閥、節(jié)流調(diào)速閥、減壓閥等。不論是由壓縮空氣站供氣還是用單獨的氣源，氣動三聯(lián)件是必備的。如果沒有壓縮空氣站的條件，可以按機器人及配套的其他氣動設(shè)備需要配置相應(yīng)供氣量的氣源設(shè)備。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 6 由總壓縮空氣站提供。在易燃、易爆的場合下可采用氣動邏輯元件組成控制裝置。 5mm。 氣動驅(qū)動系統(tǒng)在多數(shù)情況下是用于實現(xiàn)兩位式的或有限點位控制的中、小機器人中的?，F(xiàn)代氣動的發(fā)展趨勢是微型化、集成化、模塊化、智能 氣動機器人采用壓縮空氣為動力源，一般 從工廠的壓縮空氣站引到機器人作業(yè)位置，也可以單獨建立小型氣源系統(tǒng)。氣動伺服定位技術(shù)可使氣缸在氣動機械手位置伺服控制系統(tǒng)的研究高速運動 3mm/s 情況下實現(xiàn)任意點自動定位。 90 年代末本世紀初，氣動技術(shù)突 破了傳統(tǒng)的死區(qū)，經(jīng)歷著飛躍性的發(fā)展，重復精度達 ， 5mm/s 低速平穩(wěn)運行及 5~10m/s 高速運動的不同氣缸相繼問世。在 70 年代，由于與電子技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，在自動化領(lǐng)域得到廣泛的推廣。至 50 年代初，大多數(shù)元件從液壓元件改造或演變過來，體積很大。在國外，氣動被稱為“廉價的自動化技術(shù)”?，F(xiàn)在，氣動技術(shù)和電子電器、液壓技術(shù)一樣，都成為自動化生產(chǎn)過程的有效技術(shù)之一，在國民經(jīng)濟中起著越來越大的作用。 盡管氣動技術(shù)上有一些缺點，但它的優(yōu)點還是主要的，所以氣動技術(shù)能在各個工業(yè)部門中得到日益廣泛的應(yīng)用。 (3)系統(tǒng)運行時排放空氣的噪聲較大。 當然，氣動技術(shù)也有其缺點 : (1)壓縮空氣需要進行除塵、除水處理。 (8)氣動元件運動速度高，普通氣缸的運動速度一般為 ~，有的高達1~3m/s，高速氣缸可達 15m/s。 (7)氣壓傳動本身有過載保護性能。 (5)適應(yīng)性強，現(xiàn)有的機器可方便的改為氣 動傳動，氣缸可以直接安裝在要求出力的地方。 (3)氣動系統(tǒng)清潔，即使有泄漏，也不會像液壓系統(tǒng)那樣污染產(chǎn)品和環(huán)境，不受電磁干擾，電子系統(tǒng)則有之。因此，它始于有易燃或爆炸潛在危險的工礦。作為工作介質(zhì)的壓縮空氣的物理性質(zhì)，是氣動技術(shù)在廣泛的各種應(yīng)用具有安全、方便和費用低的優(yōu)點。 目前，氣動和液壓是兩種較為普遍應(yīng)用的傳動和控制方式，兩者有許多相同點，也有許多不同點，氣動技術(shù)真正成為全世界各個工業(yè)部門所接受并廣泛應(yīng)用，是由于日益迫切的生產(chǎn)自動化和操作程序合理化的需要，也由于氣動技術(shù)具有以下許多優(yōu)點 : (1)氣動技術(shù)以空氣為工作介質(zhì)，空氣隨處可取，且粘性小，在管內(nèi)流動阻力小 ，便于集中供氣和遠距離輸送。 人類對空氣進行利用，以其為傳遞能量的介質(zhì)可追溯到幾千年以前。氣動技術(shù)是以壓縮氣體 (例如壓縮空氣或惰性氣體和熱氣體 )為工作介質(zhì)進行能量和信號的傳遞，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的一門技術(shù)，它包含氣壓傳動和氣動控制兩方面的內(nèi)容 [18,19]。電動式用于小型，機械式只用于動作簡單的場合。液動式的臂力可達 1000N 以上，且可用電液伺服機構(gòu)，可實現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在 1mm 范圍內(nèi)。氣動式速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 （ 4）行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)。 球坐標式和多關(guān)節(jié)式占用空間小，工作范圍 較大，慣性小，所需動力小，能抓取底面物體，多關(guān)節(jié)還可以繞障礙物選擇途徑，但多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)較復雜，所以也不多用。 直角坐標占空間大，工作范圍小，慣性小，所以一般不多用，只有在自由度數(shù)較少時用之。手臂的作用是帶動手指去抓取物體，并按預定要求將其搬運到給定的位置。 （ 2）腕部 是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓物體的方位（即 姿態(tài)）。手爪多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式或內(nèi)抓式兩種；也可用負壓或真空式的空氣吸盤（它主要用于吸取冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 控制系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu)位置檢測裝置工件 圖 11 工業(yè)機 械手組成框圖 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 3 執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)由抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機構(gòu)等運動部件組成。 非標自動化市場將快速增長 ,自動化產(chǎn)品運用深度持續(xù)增加 .在這個領(lǐng)域 ,與發(fā)達國家相比國內(nèi) 整體水平上有 10— 20年的差距 .新型非標自動化設(shè)備往往是機電一體化的設(shè)備 ,充分利用信息技術(shù)的最新成果 .中國一些企業(yè)的設(shè)計人員卻對電子產(chǎn)品不熟悉 ,不敢或不會選用 ,大大限制了水平的提高 .但最近 10年 ,非標自動化在江浙滬、珠三角、京津地區(qū)獲得了很大的應(yīng)用 ,國內(nèi)企業(yè)正在迎頭趕上 。 2）通用機械手 ： 具有獨立控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣的機械手。 1）專用機械手 ： 附屬于主機的，具有固定的程序而無獨立的控制系統(tǒng)的機械裝置。 4） 智能工業(yè)機械手 ： 有計算機 通過各種傳感元件等進行控制，具有視覺、熱覺、觸覺、行走機構(gòu)等。 3） 計算機數(shù)字控制的工業(yè)機械手 ： 可通過更換穿孔帶或其它記憶介質(zhì)來改變工業(yè)機械手的動作程序，還可以進行多機控制（ DNC）。這是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動。所以，目前這種工業(yè)機械手數(shù)量最多。這種機械手多為氣動或液動，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，改變程序較容易。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓或擋塊轉(zhuǎn)鼓控制，可變程序用插銷板或轉(zhuǎn)鼓控制來給定程