【正文】 (4)電力傳動機械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進(jìn)電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機的上、下料。 (3)機械傳動機械手即由機械傳動機構(gòu) (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等 )驅(qū)動的機械手。其主要特點是 :氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。其主要特點是 :抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。 通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種 :簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制 :可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制；伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。 性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、下料機械手。 控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置 。目前工 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。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、機械傳動。 （ 6） 機座 機座是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到指定的位置 .工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件 (如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等 )與驅(qū)動源 (如液壓、氣壓或電機等 )相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。傳力機構(gòu)型式較多時常用的有 :滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (外廓或 內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式 。 圖 11 機械手組成方框圖 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。 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(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。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(jìn)行正常的工作，意義更為重大。 應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。它對 提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 機械手 的 概述 和應(yīng)用 概述 機械手由操作機 (機械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的 自動化設(shè)備。 機械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 成人高等教育 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 題 目： 氣動機械手設(shè)計 完 成 人： 專 業(yè)： 機械設(shè)計與制造 年級層次： 指導(dǎo)教師： 完成時間： 氣動機械手設(shè)計 摘要： 機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手運用于自動生產(chǎn)線中 它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)， 機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能 不間斷重復(fù)同一種工作 ，不知疲勞，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此 氣動 機械手 的應(yīng)用 已受到許多部門的重視，并越廣泛 的運用到生產(chǎn)中 。 關(guān)鍵詞： 機械手 ；編程； 自動生產(chǎn) ； 綜合技術(shù) 。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。 機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機器人并不是在簡單意義上代替人 工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備 .機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。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) 。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用 .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。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。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 11 所示。 （ 1） 手部 即與物件接觸的部件。在本課題 中采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)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。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 。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。 （ 2） 手腕 是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位 (即姿勢 ) （ 3） 手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。 （ 4） 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(zhuǎn)運動 和升降 (或俯仰 )運動均與立柱有密切的聯(lián)系。 （ 5） 行走機構(gòu) 當(dāng)機械手需要完成較遠(yuǎn)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(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置。 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置 、 調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成 。 控制系統(tǒng)是支配著 機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)?？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(gòu)發(fā)出指令，必要時可對 機械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 機械手的分類 可分為專用機械手和通用機械手兩種 : （ 1） 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。 （ 2）通用機械手它是一種具有獨立控制系統(tǒng)、程序可 變 、動作靈活多樣的機械手。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)。 （ 1） 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。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。 (2)氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，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(jìn)行工作。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。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。 （ 1） 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。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進(jìn)行控制。 (2) 機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。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。 (5) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。從 94 年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。其中有 130 多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線 (站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200 臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 .我國的智能機器人和特種機器人在“ 863”計劃的支持下，也取得了不少成果。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)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)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(jìn)行列之中。 目前使用 的機械手大多采用液壓傳動，液壓傳動存在以下幾個缺點 : (摩擦損失、泄露損失等 ):液壓傳動易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。油溫變化時，液體粘度變化，引起運動特性變化。 ，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高 。 鑒于以上這些缺陷，本機械手?jǐn)M采用氣壓傳動，氣動技術(shù)有以下優(yōu)點 : 。 ，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。 ，反應(yīng)靈敏。氣動系統(tǒng)也能實現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動控制。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。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。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。 ，進(jìn)行關(guān)鍵部件的設(shè)計計算 。 對氣動機械手的基本 要求是能快速、準(zhǔn)確地拾 放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對機械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求 。 機械手的坐標(biāo)型式與自由度 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。相應(yīng)的機械手具有四個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機構(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度 。 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有四個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運動。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。 機械手的控制方案設(shè)計 考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機械手進(jìn)行控制。 機械手的主要參數(shù) ，由于是采用氣動方式驅(qū)動，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機械手的設(shè)計參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，本設(shè)計設(shè)計抓取的工件質(zhì)量為 1 公斤。操作節(jié)拍 對機械手速度提出了要求，設(shè)計速度過低限制了它 的使用范圍， 而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為 90176。平均移動速度為 。 /S。 設(shè)計技術(shù)參數(shù) : ： 1千克 。 ： 圓柱坐標(biāo) 。 ： 回轉(zhuǎn)范圍 0176。 ； 回轉(zhuǎn)速度 90176。 ： 棒料 : 248。40 。 1mm 。 : 點位程序控制 (采用 PLC). 前法蘭式氣缸的簡介 氣缸是使機械裝置進(jìn)行直線往復(fù)運動的氣動執(zhí)行元件。前法蘭式氣缸的特點：它是用螺釘緊固，易于安裝，它的缺點是螺釘所承受的軸向力較大 。 驅(qū)動力的計算 ，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R= 的氣缸的尺寸滿足使用要求即可 ,設(shè)計使用壓強 MPaP ? ， 則驅(qū)動力： 2RPF ???