【正文】 點比較突出，因此在機械手中被廣泛的使用。大多數(shù)電機后面需安裝精密的傳動四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 17 機構。 由于低慣量、大轉矩的交、直流伺服電機及其配套的伺服驅動器（交流變頻器、直流脈沖寬度調制器）的廣泛 采用，這類驅動系統(tǒng)在機械手中被大量采用。適用于中、小負荷的機械手中采用。但是，液壓系統(tǒng)需要進行能量轉換（電能轉換成液壓能），速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調速，效率比電動驅動系統(tǒng)低，液壓系統(tǒng)的液體泄露會對環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪音也較高。 由于液壓技術是一種比較成熟的技術，它具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應高、易于實現(xiàn)直接驅動等特點。根據(jù)需要也可這三種基本類型組合成復合式的驅動系統(tǒng)。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。 按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有三個自 由度，即手臂的伸縮、 橫移和升降 運動。因此，在設計時另外增設了導桿機構，小臂增設了兩個導桿，與活塞桿一起構成等邊三角形的截面形式，盡量增加其剛度；大臂增設了四個導桿，成正四邊形布置，為減小質量，各個導桿均采用空心結構。因此手臂 氣壓 缸的設計原則是缸的直徑取得大一點（在整體結構允許的情況下），再進行強度的較核。綜合考慮，兩手臂的驅動均選擇 氣壓 驅動方式，通過 氣壓 缸的直接驅動， 氣壓 缸既是驅動元件，又是執(zhí)行運動件，不用再設計另外的執(zhí)行件了；而且 氣壓 缸實現(xiàn)直線運動，控制簡單，易于實現(xiàn)計算機的控制。直線運動的 實現(xiàn)一般是氣動傳動， 氣壓 傳動以及電動機驅動滾珠絲杠來實現(xiàn)。本設計按照工件的直徑為 50mm 來設計。驅動活塞往復移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。 塊，以及驅動裝置，傳動機構及其它元件的安裝。 ，這對減小電機負載和提高機械手手臂運動的響應速度是非常有利的。 ，以減小機械間隙所造成的運動誤差。目前比較有效的辦法是用有限元法進行機械手手臂結構的優(yōu)化設計。目前，在國外，也在研究用碳纖維復合材料制造機械手手臂。 ，應在保證機械手手臂有足夠強度和剛度的條件下，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。因此，手腕設計成回轉結構，實現(xiàn)手腕回轉運動的機構為回轉氣缸。機械手手腕是機械手操作機的最末端，它與機械手手臂配合運動，實現(xiàn)安裝在手腕上的末端執(zhí)行器的空間運動軌跡與運動姿態(tài)，完成所需要的作業(yè)動作。 第二章 機械手的設計方案 14 ，并設置硬限位，以防止超限造成機械損壞。 ，以保證力與運動的傳遞。腕部驅動器一般安裝在手臂上，而不采用直接驅動，并選用高強度的鋁合金制造。 ，在設計機械手手腕時，應力求減少其重量和體積，結構力求緊湊。一般的機械手手腕的自由度數(shù)為 2 至 3 個，有的需要更多的自由度，而有的機械手手腕不需要自由度，僅憑受臂和腰部的運動就能實現(xiàn)作業(yè)要求的任務。因此，手腕的自由度數(shù)，應根據(jù)實際作業(yè)要求來確定。機械手手腕自由度數(shù)目愈多，各關節(jié)的運動角度愈大，則機械手腕部的靈活性愈高，機械手對對作業(yè)的適應能力也愈強。 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。 圖 21 機械手的運動示意圖 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 13 機械手的手部結構方案設計 利用楔塊與杠桿來實現(xiàn)手爪的松、開，來實現(xiàn)抓取工件。由于本機械手在 工作 時手臂具有 伸縮、橫移和升降 運動，因此，采用 直角 座標型式。 關節(jié)型機械手結構，有水平關節(jié)型和垂直關節(jié)型兩種。相對機械手本體尺寸，其工作空間比較大。 4. 關節(jié)型機械手結構 關節(jié)型機械手的空間運動是由三個回轉運動實現(xiàn)的，如圖 。主要應用于搬運作業(yè)。 3. 球坐標機械手結構 球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現(xiàn)的，如圖 。這種機械手構造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。直角坐標機械手主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)，直角坐標機械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。因此，為了實現(xiàn)一定的運動空間，直角坐標機械手的結構尺寸要比其他類型的機械手的結構尺寸大得多。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標機械手有可能達到很高的位置精度（μ m級）。各結構形式及其相應的特點，分別介紹如下。盡量選用定型的標準組件，簡化設計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉換和編程控制 .本次設計的機械手是 多工位沖床專用 機械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的 和操作單調頻繁的生產(chǎn)場合。設計氣動機械手的原則是 :充分分析作業(yè)對象 (工件 )的作業(yè)技術要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件 。 (6)機械手 的控制系統(tǒng)的設計本機械手擬采用 繼電器 對機械手進行控制，本課題 將繪出繼電器控制電路圖 。 (4)氣壓傳動系統(tǒng)的設計 本課題將設計出機械手的氣壓傳動系統(tǒng)，包括氣動元器件的選取，氣動回路的設計，并繪出氣動原理圖。 課題的主要任務 本課題將要完成的主要任務如下 : (1)機械手為 多工位沖床專用 機械手，因此相對于 通用 機械手來說，它的適用面相對較 小 . (2)選取機械手的座標型式和自由度 (3)設計出機械手的各執(zhí)行機構，包括 :手部、手腕、手臂等部件的設計。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、輔件的材質和加第一章 緒論 10 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，機器及其工藝流程不致突然中斷。氣動系統(tǒng)也能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。 (3)動作迅速，反應靈敏。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設置回收管道和容器 :介質清潔，管道不易堵存在介質變質及補充的問題 . （ 2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小 (一般不卜澆塞僅 為油路的千分之一 )，空氣便于集中供應和遠距離輸送。且使用維護需要較高技術水平。 (3)因液壓脈動和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。 (2)工作時受 溫度變化影響較大。 課題的提出及主要任務 課題的提出 進入 21世紀，隨著我國人口老齡化的提前到來，近來在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象， 迫切要求我們提高勞動生產(chǎn)率，降低工人的勞動強度，提高我國工業(yè)自動化水平勢在必行，本設計的目的就是設計一個氣動搬運機械手，應用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運到另外一條生產(chǎn)線，實現(xiàn)自動化 生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復性勞動，同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。其中最為突出的是水下機器人， 6000m水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調控制機器人、爬壁機 器人、管道機器人等機種 :在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，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，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。但總的來看，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，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 :機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距 。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前己基 本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人 。 (7)機器人化機械開始興起。 (6)當代遙控機器人系統(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器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構 :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器人產(chǎn)品問市。 (2)機械結構向模塊化、可重構化發(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快和行程長，維護和使用方便。動作頻率大，但結構較大，動作程序不可變。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，由于空氣具有可壓縮的特四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 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構大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 氣壓傳動機械手 是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。但對密封裝置要求嚴格，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 )按驅動方式分 液壓傳動機械手 是以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。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 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。 (四 )位置檢測裝置 第一章 緒論 6 控制機械手執(zhí)行機構的運 動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置 。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動， 并記憶人們給予機械手的指令信息 (如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時 可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。 (二 )驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置調節(jié)裝置和輔助裝置組成。驅動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置 。 行走機構 當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安滾輪式行走機構可分裝滾輪、軌道等行走機構，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。 立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降 (或俯仰 )運動均與立柱有密切的聯(lián)系。 圖 11 機械手手抓結構 手腕 是連接手部和手臂的部件， 并可用來調整被抓取物件的方位 (即姿勢 ) 手臂 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 5 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。而傳力機構則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務。常用的指形有平面的、 V形面的和曲面的 :手指有外夾式和內(nèi)撐式 。平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉型和平移型。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附 式手在本課題中我們采用夾持式手部結構。 圖 21機械手組成方框圖 第一章 緒論 4 (一 )執(zhí)行機構 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。 機械手的組成和分類 機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。目前，我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，越來越多的資金流向制造業(yè)，越來越多的廠商加入到制造業(yè)。 綜上所述，有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時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面。 二、以改善勞動條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、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，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得 以改善。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應用。 隨著科學技術的發(fā)展，機械手也越來越多的地被應用。 目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上 多工位沖床 裝卸工件仍由人工完成，勞動強度大、生產(chǎn)效率低。因此，進行機械手的研究設計是非常有意義的。當工件變更時，柔 性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質量，更好地適應市場競爭的需