【正文】 ，有機玻璃比鋁合金便宜很多，相同體積的鋁合金比有機玻璃貴5~10倍。具有板材薄、重量輕、有良好的抗沖擊能力，不釋放毒性物質(zhì).綜合上述兩種方案：（1）由于該機械手為機械模型，機械強度要求并不是很高，有機玻璃的機械強度足以滿足該機械手運動強度。耐介質(zhì)試驗在常溫下350h，幾乎無明顯增重、增容。以后有學(xué)者對有機玻璃進(jìn)行了改進(jìn)，在其中加入了增強纖維（短碳纖維），制成了短碳纖維增強聚甲基丙烯酸甲酯。絕熱絕緣，對X線、MRI檢查無影響等優(yōu)點，在國內(nèi)外曾一度得到廣泛應(yīng)用。有機玻璃不但能用車床進(jìn)行切削，鉆床進(jìn)行鉆孔，而且能用丙酮、氯仿等粘結(jié)成各種形狀的器具，也能用吹塑、注射、擠出等塑料成型的方法加工成大到飛機座艙蓋，小到假牙和牙托等形形色色的制品。同樣大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半，金屬鋁（屬于輕金屬）的43％。因此，拉伸處理的有機玻璃可用作防彈玻璃，也用作軍用飛機上的座艙蓋。用釘子釘進(jìn)這種有機玻璃，即使釘子穿透了，有機玻璃上也不產(chǎn)生裂紋。有機玻璃的相對分子質(zhì)量大約為200萬，是長鏈的高分子化合物，而且形成分子的鏈很柔軟，因此，有機玻璃的強度比較高，抗拉伸和抗沖擊的能力比普通玻璃高7～18倍。％的紫外線，但有機玻璃卻能透過73％。有機玻璃是目前最優(yōu)良的高分子透明材料，透光率達(dá)到92％，比玻璃的透光度高。這兩者比較，重量輕，壽命高，因此除了特別講究強度，剛度以及抗摩擦磨損性的機構(gòu)，一般更多選用不銹鋼管作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料。機械手使用的材料大部分是用于結(jié)構(gòu)，一般應(yīng)該是金屬材料，而且所承載的力度和運動后不應(yīng)該產(chǎn)生嚴(yán)重的變形和斷裂，從力學(xué)的角度看即具有足夠的強度。（4）鋁的熔點比較低，鋁和鋁合金的使用溫度不可能超過200攝氏度，因此起高溫的使用受到限制。（2）鋁在凝固時體積收縮率比較大，%。鋁的缺點：盡管鋁具有上述優(yōu)點和特點，但是鋁也有其本身的缺點和弱點，其中有一些缺點可能就是從優(yōu)點衍生的。（13）無毒性。（12）可焊接。鋁及鋁合金是非磁性的，且受沖擊時不產(chǎn)生火花。鋁及鋁合金的沖擊吸收性好，適于制作汽車的保險杠。鋁的熱中子吸收截面小，適合與熱中子可反應(yīng)堆使用。鋁的低溫拉伸強度比較高，可以用于低溫結(jié)構(gòu)材料。拋光的鋁表面對于白光的反射率達(dá)到80%以上。（7）光反射性強。（6）導(dǎo)電性好。為此，在食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)和航空工業(yè)中，鋁材是被廣泛采用的熱交換器材料。鋁的熱傳導(dǎo)性雖次于銅，其導(dǎo)熱率相當(dāng)高，約為銅的50%~60%，而單位重量的導(dǎo)熱性則優(yōu)于銅。鋁合金還可以進(jìn)行車、銑、鏜、刨等機械加工。鋁及鋁合金的壓力加工產(chǎn)品，如板、管、棒、型、線、箔和粉都可以生產(chǎn)，并且其產(chǎn)品都已近得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用。鋁合金可以通過熱處理進(jìn)一步強化，其強度甚至可以和優(yōu)質(zhì)合結(jié)鋼媲美。鋁合金可以滿足多方面新的性能要求，尤其可以滿足力學(xué)性能與腐蝕性能方面的需要。耐腐蝕性和耐磨損性，從而大大拓寬鋁及鋁合金的應(yīng)用范圍。盡管氧化膜的厚度很薄，~，但這已經(jīng)賦予鋁及鋁合金優(yōu)良的耐大氣腐蝕性。鋁及鋁合金在大氣中不會“生銹”，耐大氣腐蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于鋼鐵。此外，在土木結(jié)構(gòu)和建筑門窗等方面，鋁合金制造的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)被廣泛采用。只是鋼鐵的1/3?；谶@些特點和優(yōu)點，鋁及其鋁合金在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 材料與型材選擇機械手的制作材料多種多樣，因此有多種方案可以選擇。綜合上述考慮，由于機械爪性能要求及加工精度要求都比較高，現(xiàn)有的工具無法完成其制作要求，故決定通過購買獲得符合該要求機械爪。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。(二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角。設(shè)計時考慮的幾個問題：(一)具有足夠的握力(即夾緊力)。圖21夾持試機械爪其手指夾緊工件是由舵機中的齒輪帶動另一手爪齒輪使手指開閉。移動型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。同理，當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。夾持式是最常見的一種方式，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，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。 機械手爪部設(shè)計夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機構(gòu)所組成。 機械手?jǐn)[動的設(shè)計為實現(xiàn)機器人的末端執(zhí)行器在空間的位置而提供的3個自由度，可以有不同的運動組合，通?？梢詫⑵湓O(shè)計成如下四種形式：表21 機械手結(jié)構(gòu)選型表結(jié)構(gòu)形式方案特點優(yōu)缺點結(jié)構(gòu)簡圖1直角坐標(biāo)型作機的手臂具有三個移動關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線按直角坐標(biāo)配置結(jié)構(gòu)剛度較好，控制系統(tǒng)的設(shè)計最為簡單，但其占空間較大，且運動軌跡單一2圓柱坐標(biāo)型操作機的手臂至少有一個移動關(guān)節(jié)和一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線按圓柱坐標(biāo)系配置結(jié)構(gòu)剛度較好，運動所需功率較小，控制難度較小，但運動軌跡簡單，使用過程中效率不高3球坐標(biāo)型操作機的手臂具有兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)，其軸線按極坐標(biāo)系配置結(jié)構(gòu)緊湊，但其控制系統(tǒng)的設(shè)計有一定難度，且機械手臂的剛度不足，機械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜4關(guān)節(jié)型操作機的手臂類似人的上肢關(guān)節(jié)動作，具有三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)運動軌跡復(fù)雜，結(jié)構(gòu)最為緊湊，但控制系統(tǒng)的設(shè)計難度大，機械手臂的剛度差根據(jù)本次設(shè)計的要求，工件要垂直升降、旋轉(zhuǎn)、水平移動。圖12 機械手控制系統(tǒng)2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計機械結(jié)構(gòu)是機械手的骨架，機械結(jié)構(gòu)的好壞直接影響著機械手的功能。圖11機械手系統(tǒng)組成要實現(xiàn)機械手所期望實現(xiàn)的功能，機械手的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。（4）控制系統(tǒng)的設(shè)計，人工手動操作上位機輸出控制信號通過RS232串口通信發(fā)送給ATmega64單片機，單片機接收到信號后使用內(nèi)部定時器模擬輸出伺服電機的控制脈沖，從而實現(xiàn)自動控制和遠(yuǎn)程控制機械手的目的。（2）機械手?jǐn)[動的設(shè)計機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài)，采用多關(guān)節(jié)型機械手結(jié)構(gòu)緊湊，定位精度較高，控制靈活范圍廣，占地面積小，因此本設(shè)計采用多關(guān)節(jié)型機械手。第三，控制系統(tǒng)的設(shè)計。 總體設(shè)計方案確定機械手的任務(wù)要求，根據(jù)任務(wù)要求初步擬定機械手的技術(shù)參數(shù)、運動形式、驅(qū)動方案、控制系統(tǒng)方案等。要求：在資料調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行的分析和設(shè)計；要求完成如下主要功能：（1）機械手的控制可以用單片機或PLC；（2）通過按鍵，實現(xiàn)機械手的上升、下降、左移、右移、手爪張開、閉合；（3）可采用上位機，遠(yuǎn)程控制機械手的上升、下降、左移、右移、手爪張開、閉合。1 任務(wù)要求與總體設(shè)計方案 設(shè)計任務(wù)與要求許多娛樂場合設(shè)有投幣手動抓物機械手。（三）可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。（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(yīng)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。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁，單調(diào)的操作，如果沒有機械手那么工人的勞動強度是很高的，有時候還要用行車員工件，生產(chǎn)速度大大延緩，這種情況采用機械手是很有效的。因而具有強大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。但是這類設(shè)備引進(jìn)費用也是相當(dāng)?shù)陌嘿F，所以國內(nèi)很多企業(yè)的技術(shù)人員在原先的舊機床上進(jìn)行改進(jìn)，來達(dá)到提高生產(chǎn)率和降低工人的勞動強度，實現(xiàn)工業(yè)自動化，這類改進(jìn)同樣也大受歡迎。引言在中國工業(yè)韌帶發(fā)展中，很多高生產(chǎn)率高精度的機械加工設(shè)備從國外引進(jìn)，比如數(shù)控車床和銑床等，還有把幾種機床的功能集中在一起的加工中心等?？傊@類 CNC機床大大的提高了工作速度，產(chǎn)品的加工精度，降低了工作的勞動強度，所以大受歡迎。機械手是一種模仿人體上肢運動的機器，它能按照預(yù)定要求輸送工種或握持工具進(jìn)行操作的自動化技術(shù)設(shè)備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進(jìn)行操作。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。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)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。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。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用在機械工業(yè)中，應(yīng)用機械手的意義可以概括如下：（一）以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度應(yīng)用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。綜上所述，有效的應(yīng)用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。仿照娛樂場合中的手動抓物機械手，設(shè)計機械手的控制系統(tǒng)，能夠配合機械手的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)手動抓物。（4）采用電機驅(qū)動控制方式。本課題主要涉及到一下三部分內(nèi)容：第一，機械手的機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計；第二，使機械手?jǐn)[動的設(shè)計及驅(qū)動手臂運動的選擇。實施方案：（1）機械手的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計按照模塊化的設(shè)計方法，將機械手分為底座、大臂、中臂、前臂和手爪四個部分，共四個自由度（不包括爪開關(guān)自由度）。（3）驅(qū)動手臂運動的選擇 機械手采用電動機構(gòu)驅(qū)動機械手結(jié)構(gòu)簡單、控制方便，驅(qū)動力較大大等特點。機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動－傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 11 所示。它們之間的相互關(guān)系如圖12 所示。對于機械手的主體骨架的設(shè)計，機械部分底座、大臂、中臂、前臂和手爪?？紤]其復(fù)雜程度選擇關(guān)節(jié)型。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。如圖21所示為夾持式手部結(jié)構(gòu)。手部結(jié)構(gòu)中的齒輪齒條屬于傳力機構(gòu)。在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。(三)具有足夠的強度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。方案一：使用及鋁合金材料相對于通常使用的鋼鐵材料，鋁有以下的重要特點和優(yōu)點。（1）