【正文】 .............................................................. 13 機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................................................................... 15 機(jī)械手手部設(shè)計(jì) ........................................................................................... 16 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................................... 16 基座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................................... 20 第四章 總結(jié)與展望 ................................................................................................... 22 總結(jié) ..................................................................................................................... 22 展望 ..................................................................................................................... 22 致 謝 ........................................................................................................................... 24 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................... 25第一章 緒論 1 第一章 緒論 換刀機(jī)械手概述 換刀機(jī)械手是由集控制器、傳感器和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它模仿人的操作，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、重復(fù)編程、能夠完成各種復(fù)雜的動(dòng)作。機(jī)械手的使用情況，標(biāo)志著一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的高低。是機(jī)械人具有人的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有具有高精度、高強(qiáng)度持續(xù)工作的能力，并且能夠適應(yīng)比較差的環(huán)境，我們可以說機(jī)械手是工具進(jìn)化的產(chǎn)物。但是大多數(shù)機(jī)械手的專用型比較強(qiáng)， 每 臺(tái)機(jī)器上的機(jī)械手在不改造的情況下，很難在其他機(jī)器上使用。 選題背景 機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種新型裝置。我們可以把一些高危險(xiǎn)、機(jī)械式重復(fù)而枯燥的工作交給機(jī)械手，這樣既減輕我們的體力勞動(dòng)，又提高了生產(chǎn)效率。 為了把機(jī)械手和機(jī)床的有機(jī)結(jié)合在一起，機(jī)械手隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元中一個(gè)重要組成部分。而柔性生產(chǎn)系統(tǒng)比較適用于產(chǎn)品更新?lián)Q代比較快的品種，這樣既可以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，又能更好的適用于市場(chǎng)發(fā)展的需求。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研 究設(shè)計(jì)是非常有意義的。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)中圓棒料的搬運(yùn)擺放仍由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為了提 高生產(chǎn)率，我們特意設(shè)計(jì)了應(yīng)用性比較廣泛的自動(dòng)換刀機(jī)械手，從減輕工人的機(jī)械式體力勞動(dòng)。具體概括如下： 以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度 機(jī)械手的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)材料自動(dòng)運(yùn)輸、工件的安裝與拆卸、自動(dòng)換刀以及零件的裝配，從而節(jié)省大量不必要的時(shí)間。機(jī)器人基本 上可以代替人的大量機(jī)械式重復(fù)勞動(dòng)，這樣不僅可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以改善勞動(dòng)條件，提高工人的安全性。 可以減輕人力，讓工作更有秩序 比如，機(jī)械手可以代替我們?nèi)ネ瓿煽菰餆o味而又機(jī)械式重復(fù)的工作，這樣既可以減少人力，又可以保證一定 的工作精度。由于自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展，特別是機(jī)器人的發(fā)展，讓機(jī)器人反映更加靈敏，機(jī)械精度更高，完全可以跟上比較緩慢的流水線，這樣 是整個(gè)流水線更加有秩序。 論文的主要工作 針對(duì)本次設(shè)計(jì)的要求 ，并總結(jié)自動(dòng)換刀機(jī)械手的工作原理 ，我做了一下工作 ： 剛開始時(shí)，主要是從指導(dǎo)老師那里找一些資料，并綜合這些資料，初步設(shè)計(jì)出本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目錄 。 Abstract 3 整合所有資料，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求，做出設(shè)計(jì)的雛形論文，最后將內(nèi)容排版，初步完成設(shè)計(jì)論文 。 根據(jù)論文內(nèi)容進(jìn)行答辯。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造成 本較低，適用于動(dòng)作比較簡(jiǎn)單且工作量比較大的場(chǎng)合。 (2)通用機(jī)械手具有獨(dú)立專門的控制系統(tǒng)，并且控制程序可以根據(jù)需要進(jìn)行修改。通用機(jī)械手因其工作方式的不同，可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種。這種機(jī)械手因手指結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要更換，程序可以由用戶改換， 可用于中、小批次的生產(chǎn)。 按機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式分類 (1)直角坐標(biāo)式機(jī)械手手臂 具有 X、 Y、 Z 三個(gè)方向上的自由度，即分別可以沿 X、 Y、 Z 三個(gè)直角坐標(biāo)軸的方向上往返運(yùn)動(dòng)。 (2)圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手手臂 可以沿 X 和 Z兩個(gè)直角坐標(biāo)軸移動(dòng)，以及繞 Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，我們叫做機(jī)械手的前后伸縮、上下升降和左右擺動(dòng)。即機(jī)械手臂可以 完成前后方向的伸縮、上下方向的擺動(dòng)和左右方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢杂勉q鏈將大小臂以及大臂和機(jī)體進(jìn)行連接起來。 機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式如圖 21 所示 : 按機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式分類 由于工作的需要，特將機(jī)械手按驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了如下分類： (l)以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 (2)以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 (3)直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 (4)將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過動(dòng)力傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)傳給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式叫做機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。本課題要求機(jī)械手具有較高的的定位精度、較快的反應(yīng)速度，比較大的承載能力，以及工作空間第二章 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案 5 比較寬廣和靈活的自由度，并具有自動(dòng)定位的能力。并盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣既可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，又可以在較低的制造成本上，提高產(chǎn)品的通用性。 (2) 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 (4) 因其移動(dòng)空間比較大，側(cè)該機(jī)構(gòu)占用空間大。 (6) 很難對(duì)各滑動(dòng)部件進(jìn)行密封，側(cè)容易受到污染。 (2) 若要求有較大的動(dòng)力輸出，直線部分可采用液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 (4) 機(jī)械手的氣爪部所能到達(dá)的空間受到限制，很難接觸到立柱和地面的位置。 球坐標(biāo)型 (1) 工作范圍較大的地方在中心支架附近。 (3) 需要較大的工作空間。 (5) 轉(zhuǎn)動(dòng)部分密封比較容易。 多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型 (1) 工作空間比較寬廣，并且動(dòng)作 較 靈活。 (3) 可以在水下等要求比較低的工作條件下工作。 (5) 其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比較難以控制，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較困難，不適合用液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。機(jī)械手的主運(yùn)動(dòng)包括立柱和手臂的運(yùn)動(dòng)，因主運(yùn)動(dòng)改變了工件空間的空間狀態(tài)。 為了使機(jī)械手具有升降、伸縮和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故選用圓柱 坐標(biāo)型機(jī)械手，因此機(jī)械手得到三個(gè)自由度。所以，機(jī)械手總共具有四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。 我們稱升降行程比較大部分為立柱，行程較小的升降部分為小臂。此機(jī)械手省略手腕部分。圖中換刀機(jī)械手的初始位置在與刀第二章 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案 7 架垂直 90176。即機(jī)械手均運(yùn)動(dòng)到水平和豎直方向上的極限位置。機(jī)械手要把刀具送到刀架上，需要完成以下幾個(gè)動(dòng)作： (1)水平伸出 —— 機(jī)械手水平機(jī)構(gòu)伸出 70mm，到達(dá)刀庫正上方。 (3)夾緊 —— 手臂機(jī)構(gòu)迅速夾緊刀柄。 (5)水平收縮 —— 水平機(jī)構(gòu)快速收縮 70mm，整個(gè)機(jī)構(gòu)回到初始位置。使機(jī)械手正對(duì)刀架。 (8)豎直上升 —— 小臂升降機(jī)構(gòu)上行 30mm，回到原始極限位置。回到初始位置。 圖 22 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 圖 23 換刀機(jī)械手布局示意圖 工步時(shí)間分配 經(jīng)研究決定機(jī)械手完成整個(gè)換刀過程需要 ，根據(jù)上述換刀的各個(gè)過程，對(duì)時(shí)間進(jìn)行分配，如 表 所示 ： 表 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過程與時(shí)間分配 工步號(hào) 工步名稱 行程（ mm） 預(yù)分配時(shí)間（ s） 1 水平伸出 70 2 垂直下降 30 3 夾緊 1 4 豎直上升 30 5 水平收縮 70 6 擺動(dòng)（逆時(shí)針） 90176。 總計(jì) 第二章 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案 9 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 本方案采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，機(jī)械手包括以下幾個(gè)模塊：立柱、手臂、小臂、手腕和手爪幾個(gè)模塊。為了滿足實(shí)際工作要求，本機(jī)械手只需要立柱、手臂、小臂和手爪幾個(gè)模塊。下面將三種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分析比較。 (2)可以把機(jī)械手的一部分用作液壓缸，這樣既可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，又可以使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 A手動(dòng)擺動(dòng)氣缸 B升降氣缸 C伸縮氣缸 D小臂 E氣爪 1基座 2手臂關(guān)節(jié) 3手腕關(guān)節(jié) 4導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 5定位擋塊 圖 24 氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (4)液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自我潤滑，過載保護(hù)方便，使用壽命長。 同時(shí) 系統(tǒng)發(fā)熱 量比較大 ， 很難找出小的故障 。 (2)在管路中壓縮空氣 流動(dòng)速度比較快，所以該系統(tǒng)動(dòng)作響應(yīng)比較快。與液體相比，氣體體積比較大，且氣動(dòng)宜被壓縮，所以其定位精度不高，噪聲比較大。 普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需要用減速機(jī)構(gòu)來獲得較大的輸出力矩 ,但是因?yàn)槠鋺T性力矩比較大，所以要實(shí)現(xiàn)精確控制比較困難，適用于重型機(jī)械的控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般用于開環(huán)控制系統(tǒng)，而交、直伺服電動(dòng)機(jī)主要用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，因?yàn)樗麄兊目刂凭炔皇呛芨摺? 表 各種驅(qū)動(dòng)方