【正文】 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(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)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(yīng)用機(jī)械手 代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)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(yīng)用機(jī)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(yīng)用。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用。 目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)中圓棒料的搬運擺放 仍由人工完成，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計是非常有意義的。當(dāng)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(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS和柔性制造單元 FMC中一個重要組成部分。機(jī)械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械設(shè)計與自動化一班 2 力。 機(jī)械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。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(jī)械手”，簡稱通用機(jī)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。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。機(jī)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。它對穩(wěn)定、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。合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械設(shè)計與自動化一班 1 第一章 緒 論 工業(yè)機(jī)械手 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī) (機(jī)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)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)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(jī)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(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械裝置。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)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(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn) 。因此，在機(jī)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(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手 能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，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。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手越來 越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。而目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的 距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。 本設(shè)計通過對機(jī)械設(shè)計制造及其 自動化專業(yè)大學(xué)本科 年的所學(xué)知識進(jìn)行整合，完成一個通用形式的普通圓棒料搬運的機(jī)械手的設(shè)計，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對性和明確的實施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實踐的有機(jī)結(jié)合。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率 ,降低成本 ,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) ,適應(yīng)現(xiàn)代自動化大生產(chǎn) ,針對具體生產(chǎn)工藝 ,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計用一臺裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實理。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)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(jī)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(jī)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。 合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械設(shè)計與自動化一班 3 在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)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。因此，在自動化機(jī)床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 本機(jī)械手主要與多工位沖床組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程（上料、加工、下料）的自動化、無人化。本設(shè)計能夠應(yīng)用到加工工廠車間，從而減輕工人勞動強(qiáng) 度，節(jié)約加工輔助時間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 21所示。 手部 即與物件接觸的部件。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。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。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。傳力機(jī)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。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(jī)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(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等 )與驅(qū)動源 (如液壓、氣壓或電機(jī)等 )相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。機(jī)械手的立 I因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。 機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓 傳動、 氣壓傳動、機(jī)械傳動。目前工業(yè)機(jī)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(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。 (二 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)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(jī)械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機(jī)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(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)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(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。專用機(jī)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(jī)械手，如自動機(jī)床、自動線的上、下料機(jī)械手。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。通用機(jī)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(jī)械手屬于數(shù)控類型。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。若機(jī)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(jī)械手的通用性擴(kuò)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 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 機(jī)械傳動機(jī)械手 即由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu) (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等 )驅(qū)動的機(jī)械手。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。 電力傳動機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前 途。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。 連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢 : (1)工業(yè)機(jī)器人性 能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從 91年的 97年的 65萬美元。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī) 。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 。 合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械設(shè)計與自動化一班 8 (4)機(jī)器人中的傳感器作 用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制 。 (5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)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(jī)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(jī)器人。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人和特種機(jī)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(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)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。設(shè)計中的機(jī)械手各動作由液壓缸驅(qū)動，并有電磁閥控制，技術(shù)指標(biāo)如下：（ ）原始數(shù)據(jù)： a、 抓重： 300N b、 自由度（四個自由度） c、 動作 符號 行程范圍 速度 伸縮 X 400mm 小于 300mm/s 升降 Z 300mm 小于 70mm/s 回轉(zhuǎn) φ 0—— 210186。/s d、 手腕運動參數(shù) 回轉(zhuǎn) φ 行程范圍 0—— 180186。/s e、 手指夾持范圍：棒料，直徑 50—— 70mm，長度 450—— 1200mm f、 定位方式：電位器（或接近開關(guān)等）設(shè)定，點位控制 g、 驅(qū)動方式：液壓（中、低壓系統(tǒng)） h、 定位精度：177。 i、 控制方式： PLC 設(shè)計內(nèi)容及安排 a、 熟悉任務(wù)，查閱資料 b、 畫出機(jī)械手裝配圖 c、 畫出液壓控制原理圖 d、 根據(jù)控制要求，選擇 PLC型號及輸入輸出元件 e、 畫出 PLC控制的輸出輸入接線圖 f、 完成梯形圖和語句表的程序設(shè)計 g、 整理設(shè)計說明書，答辯 要求： a、上述工作要求扎扎實實完成，絕不能打過場 b、培養(yǎng)獨立思考的，獨立動手，獨立查閱資料，嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、一絲不茍的精神 c、培養(yǎng)獨立分析問題、解決問題的能力 d、有關(guān)問題按照課程設(shè)計大綱要求進(jìn)行 合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械設(shè)計與自動化一班 10 第二章 手部結(jié)構(gòu) 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 概述 手部是機(jī)械手直 接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機(jī)械手手臂的前端。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。