【正文】 1 機械手基本形式示意圖 搬運機械手的主要結(jié)構(gòu)確定在搬運機械手的基本形式和驅(qū)動方式選定后，根據(jù)設(shè)計要求， 搬運機械手具有4個自由度，即手部回轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂回轉(zhuǎn)、手臂升降。3mm驅(qū)動方式液壓控制方式采用HTL集成電路可編程序控制程序步數(shù)每循環(huán)程序步數(shù)少于32步 搬運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(biāo)形式大致可以分為以下4種：（1）直角坐標(biāo)型機械手；（2）圓柱坐標(biāo)型機械手；（3）球坐標(biāo)（極坐標(biāo)）型機械手；（4）多關(guān)節(jié)型機機械手[12]。回轉(zhuǎn)速度90176。/s手腕運動參數(shù)，見表23：表23 手腕運動參數(shù)回轉(zhuǎn)范圍（ω）0176?！?10176。搬運機械手的執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計是此次設(shè)計的主要任務(wù)。第2章 搬運機械手總體設(shè)計方案本設(shè)計主要任務(wù)是完成機械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計，并進行搬運機械手的三維建模和運動仿真。 本章小結(jié)本章主要介紹機械手的研究背景，研究意義，國內(nèi)外現(xiàn)狀，主要研究內(nèi)容，及組成部分和基本形式等。(4)行走機構(gòu)當(dāng)工業(yè)機械手需要完成比較遠的距離的操作時，可以在機座上安裝滾輪、軌道等行走機構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動較為多，受力復(fù)雜。如果要改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)[6]。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運動驅(qū)動手部搬運工件。（2）腕部腕部是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強。用負(fù)壓磁盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、和吸附力的大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。詳情見圖18所示圖18 吸附式手部示意圖對于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。傳力機構(gòu)形式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式等。如圖17所示圖17 手指運動形式示意圖手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位（是外廓或是內(nèi)孔）和物件的重量及尺寸。常用的手指運動型式有回轉(zhuǎn)型和平移型。夾持式手部是由手指和傳力機構(gòu)組成。（1）手部手部具有人手某種單一的動作功能。多關(guān)節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關(guān)節(jié)數(shù)量可以從三個到十幾個甚至更多，其外形也不局限于像人的手臂，而根據(jù)不同的場合有所變化，多關(guān)節(jié)手臂的優(yōu)良性能是單關(guān)節(jié)機械手所不能比擬的。多關(guān)節(jié)機械手的優(yōu)點是：動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件，并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進行工作[3]。不足之處是運動直觀性差，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，位置誤差會隨臂的伸長而放大。如圖14 圖14 圓柱坐標(biāo)式球坐標(biāo)式機械手 球坐標(biāo)式機械手又稱為俯仰型機械手，是一種自由度較多，用途較廣的機械手。它的工作范圍可分為：一個旋轉(zhuǎn)運動，一個直線運動，加一個不在直線運動所在平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動；二個直線運動加一個旋轉(zhuǎn)運動。它具有直觀性好，結(jié)構(gòu)簡單，本體占用的空間較小而動作范圍較大等優(yōu)點。這種型式的機械手結(jié)構(gòu)簡單、運動直觀、便于實現(xiàn)高精度，缺點是占據(jù)空間大，相應(yīng)的工作范圍較小。它的手臂可作伸縮、左右和上下移動，按直角坐標(biāo)型式X、Y、Z三個方向的直線進行運動。 工業(yè)機械手的基本形式機械手型式較多，按手臂的坐標(biāo)型式分類，主要有四種基本型式分別是：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式等[6]。在規(guī)格性能范圍內(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。前者一般附屬于工作機器設(shè)備，動作程序固定，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可以獨立，亦可附屬于工作機器設(shè)備。對于分類，當(dāng)前在國內(nèi)還沒有形成統(tǒng)一確切的分類規(guī)定，在此可以通過按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。 對搬運機械手進行三維建模，并進行仿真。 根據(jù)確定的設(shè)計方案，分析計算各部分結(jié)構(gòu)的尺寸，并校核。 查閱相關(guān)資料，了解并學(xué)習(xí)有關(guān)搬運機械手的知識。工序過程共計4個自由度。工序六，手部液壓缸工作，手指張開，將工件放置指定位置。工序四，腕部旋轉(zhuǎn)液壓缸工作，使工件旋轉(zhuǎn)。工序二，手部液壓缸工作，使手指夾緊工件。按照課題要求，搬運機械手采用液壓驅(qū)動的方式，來實現(xiàn)機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作。正是考慮到這方面的缺點，國外很多的工業(yè)都在加快對這種機械手傳感反饋方面的研發(fā)，讓工作更有保證的進行，提高了工作的正確性。目前主要用于機床的上下料，還有鑄造方面的上下料，以及點焊，噴漆等作業(yè)中，它能夠很好的在比較惡劣的工作環(huán)境下進行工作，但是有些缺點就是，不能對實際情況進行反饋和傳感，只是進行機械的重復(fù)操作。國內(nèi)對發(fā)展這種機械手新技術(shù)非常重視，在這些年來，這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直保持著比較快速的發(fā)展勢頭，這種產(chǎn)品也是在不斷的完善和修改，品種和性能也是在不斷的增加，運用領(lǐng)域方面也在不斷的擴大[9]。我個人認(rèn)為重點發(fā)展在一些人工操作比較麻煩費時的環(huán)境下應(yīng)用機械手，通過改善這種工作的條件，來提高我我們上產(chǎn)的效率。對于工業(yè)性的生產(chǎn)項目沒有打達到機械化水平，這就減緩了我們工業(yè)的發(fā)展速度。再就是，采用這種機械手進行工作，使用的人工減少，讓我們多余的勞動力來干其他的事情，可以完全提高我們工廠等方面的勞動效率，也對我們?nèi)吮旧砭褪且粋€很好的保護，為我們的發(fā)展提高一個從人工到機械操作的質(zhì)的飛越。其次，改善勞動條件，避免人身安全。我們研究機械的意義有一下：首先。普通機械手如圖11，圖12圖11 工業(yè)機械手圖12 工業(yè)機械手 研究意義機械手對我們現(xiàn)實生產(chǎn)作業(yè)中起到很重要的作用，能解放我們的勞動生產(chǎn)力，提高機械化水平，讓我們的工業(yè)發(fā)展有很大的發(fā)展。工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，造就了可以通過程序進行控制的機械手，它能夠按照程序編寫要求，很好的完成顯示工作中的重復(fù)操作，而且它的使用范圍也是相當(dāng)廣泛的，我們也可以稱它普通機械手。伴隨著我國工業(yè)化的生產(chǎn)速度加快，機械的自動化要求程度款速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或者操持焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已經(jīng)引起人們的重視[1]。機械手也是有缺點的，不能像手一樣的靈活，但它能夠模仿人的動作，不間歇的進行長期工作，不用像人工一樣考慮一些問題，能夠快速工作，提高生產(chǎn)效率。在現(xiàn)代自動化、機械化生產(chǎn)過程中，機械手是廣泛運用于自動生產(chǎn)線中，機械手的研究開發(fā)和生產(chǎn)已成為創(chuàng)新科技領(lǐng)域中，快速發(fā)展并且長期發(fā)展的一個新興的創(chuàng)新技術(shù)。在這種國內(nèi)外的發(fā)展機械手的背景下，我國要加大機械手的研究和應(yīng)用。搬運機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動仿真畢業(yè)設(shè)計 課題背景當(dāng)前國內(nèi)機械的應(yīng)用主要是機床加工，鍛造，熱處理等方面，不能滿足一些產(chǎn)品發(fā)展的需要。國外機械制造過程中，工業(yè)機械手應(yīng)用很廣泛，能夠幫助人們完成很多產(chǎn)品的上下料過程。機械手是一種新型的工業(yè)自動裝置，主要是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來，并且在以后能夠有個很好的發(fā)展?fàn)顩r。機械手這個技術(shù)的發(fā)展，能夠使機械手能更好地把機械化、自動化充分的結(jié)合起來。 通過機械手能很大程度上提高勞動生產(chǎn)率，并能夠很好的降低成本。機械手從結(jié)構(gòu)還有結(jié)構(gòu)形式上看簡單，專用性和實用性強，簡單的說就是機械的上下料裝置，是通過該機床的專用機械手[2]。因為普通機械手的價格便宜，可操作性比較高，可以運用的方面比較廣。根據(jù)我國機械手應(yīng)用與當(dāng)前的外國機械手的應(yīng)用進行對比，不難得出的結(jié)論就是我們應(yīng)該大力發(fā)展機械手設(shè)計這方面的水平。刀具的更換以及機器的裝配的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)本。人手直接操作的范圍是受到各方面的制約，比方說溫度過高過低，氣壓高低，液壓高低等方面，在這種不適宜人工作的環(huán)境下用機械手就可以部分或全部代替人手的功能，從而安全的完成作業(yè)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析簡單的說，我們國家機械手的發(fā)展水平相對較低。目前國內(nèi)一些機床加工上下料，鍛造，壓力高低環(huán)境作業(yè)等方面都是用這樣的工業(yè)機械手進行操作，但是其數(shù)量，品種，性能等多方面還不能夠滿足當(dāng)前國家生產(chǎn)發(fā)展的要求，正因如此，國內(nèi)的工業(yè)要像快速發(fā)展，突破這種瓶頸，就必須加大對機械范圍的研究。我們不光要發(fā)展通用機械手，還要多研究制造一些運用于專業(yè)機械手，如果資源科技到位還可以研究制造示教式機械手，計算機控制機械手和組合式機械手等。在國外機械制造業(yè)中，與國內(nèi)有著很大的不同，像這種工業(yè)機械手運用較多，發(fā)展較快，運用的領(lǐng)域也是比較廣泛的，也是值得我們進一步學(xué)習(xí)的。如發(fā)生像某些偏離時的情況，就會引起一些工件加工的損失和自身機械手的損傷。 研究的主要內(nèi)容及方法搬運機械手的機械結(jié)構(gòu)主要包括手部、腕部、臂部及機身。搬運機械手按設(shè)計要求主要實現(xiàn)的動過過程為：工序一，臂部液壓缸工作，使手臂伸長至指定長度，準(zhǔn)備抓取工件。工序三，機身液壓缸工作，使工件升高。工序五，機身旋轉(zhuǎn)液壓缸工作，實現(xiàn)機身整體旋轉(zhuǎn)。工序七，機械手五個液壓缸同時工作，各結(jié)構(gòu)回到初始狀態(tài)。為了實現(xiàn)工序動作，須5個液壓缸，分別為：手部液壓缸實現(xiàn)夾緊動作；腕部液壓缸實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作；臂部液壓缸實現(xiàn)伸縮動作；機身旋轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)整體轉(zhuǎn)動；機身液壓缸實現(xiàn)升降動作。 根據(jù)給定的參數(shù)，確定搬運機械手的大體設(shè)計方案。 繪制搬運機械手的裝配圖和零件圖。 工業(yè)機械手的分類，基本形式及組成 工業(yè)機械手的分類通常工業(yè)機械手的樣式種類比較多。按使用范圍可以分為：專用機械手和通用機械手兩大類。而后者是獨立工作的自動化機械裝置。按驅(qū)動方式可以分為：液壓傳動機械手、氣壓傳動機械手、電動傳動機械手、機械傳動機械手。（1）直角坐標(biāo)式機械手直角坐標(biāo)式機械手又稱為直移型機械手，是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機械手。其工作范圍可以是一個直線運動、兩個直線運動或三個直線運動。如圖13 圖13 直角坐標(biāo)式（2）圓柱坐標(biāo)式機械手 圓柱坐標(biāo)式機械手又稱為回轉(zhuǎn)型機械手，是應(yīng)用最多的一種型式，它適用于搬運和測量工件。圓柱坐標(biāo)式機械手由X、Z、φ三個運動組成。圓柱坐標(biāo)式機械手的特征是在垂直導(dǎo)柱上裝有滑動套筒，手臂裝在滑動套筒上，手臂可在豎直方向上做直線運動和在水平面內(nèi)做圓弧狀的左右擺動。球坐標(biāo)式機械手的工作范圍包括：一個旋轉(zhuǎn)運動、兩個旋轉(zhuǎn)運動以及兩個旋轉(zhuǎn)運動加一個直線運動，與回轉(zhuǎn)型機械手相比，在占有同樣空間位置的情況下，其工作范圍更大，還能將臂伸向地面，完成從地面提取工件的任務(wù)。如圖15圖15 球坐標(biāo)式 基本組成主要由手部、手腕、手臂和機身的行走機構(gòu)等運動部件組成[4]。隨著生產(chǎn)的需要，對多關(guān)節(jié)手臂的靈活性、定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。其機械手運動示意如圖16 圖16機械手的運動示意圖執(zhí)行機構(gòu)主要由手部、手腕、手臂和行走機構(gòu)等運動部件組成[4]。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等型式。手指是直接與物件接觸的構(gòu)件?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛；平移型手指應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是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、V形面和曲面；手指有外夾式和內(nèi)撐式；指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁吸盤兩類。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓和真空泵壓。電磁吸盤的吸力有直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式（如澆注機械手的澆包部分）、托式（如冷擠齒輪機床上下料機械手的手部）等型式。手腕有獨立的自由度，能做回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。如圖見19所示 圖19 手腕運動和結(jié)構(gòu)示意圖目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮冢⑶乙髧?yán)格密封，否則就很難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。（3）臂部手臂部件是機械手的重要握持部件。臂部運動的目的是把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。因此，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。我國的行走機構(gòu)正處于仿真階段。我通過這樣的了解，能夠初步的對機械手的設(shè)計有個大致的了解，也是對我后面的設(shè)計提供了準(zhǔn)備工作。在本章中對機械手的坐標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動機構(gòu)等進行了確定。 搬運機械手設(shè)計參數(shù)基本參數(shù)要求，見表21：表21 基本設(shè)計參數(shù)及要求抓重30公斤自由度數(shù)4個坐標(biāo)型式圓柱坐標(biāo)最大工作半徑1600mm手臂最大中心高900mm 手臂運動參數(shù)，見表22：表22 手臂參數(shù)伸縮行程（X）800mm伸縮速度 250mm/s升降行程（Z）330mm升降速度 60mm/s回轉(zhuǎn)范圍（Φ）0176。回轉(zhuǎn)速度 70176?！?80176。/s手指夾持范圍φ65~φ85mm手指握力（即夾緊力）400公斤力緩沖方式用節(jié)流閥減速緩沖位置檢測用電位器反饋式定位方式由電氣定位系統(tǒng)控制電磁滑閥為“O”型機能使油缸慣性定位重復(fù)定位精度177。其中圓柱坐標(biāo)型機械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊，定位精度較高，占地面積小，因此本設(shè)計采用圓柱坐標(biāo)型，基本形式如圖21所示。因此，確定搬運機械手主要由4個大部件和5個液壓缸組成：（1）手部，采用1個雙作用式液壓缸和一個單作用液壓缸，通過機構(gòu)運動實現(xiàn)手抓的張合。圖22 典型手部結(jié)構(gòu)展示（2）腕部，采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)，如圖23所示圖23 典型旋轉(zhuǎn)液壓缸結(jié)構(gòu)展示（3）臂部，采用直線缸來實現(xiàn)手臂平動。 本章小結(jié)本章主要確定了搬運機械手的整體設(shè)計方案。第3