【正文】 國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種UnimateVicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于177。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國(guó)產(chǎn)，一半是進(jìn)口。第二代機(jī)械手正在加緊研制。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對(duì)象還會(huì)有所改變。國(guó)內(nèi)機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。并和機(jī)床共同組成一個(gè)綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。此外，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來(lái)控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。其組成及相互關(guān)系如下圖：()（1）手部手部安裝在手臂的前端。本課所指的機(jī)械手僅需開閉手指。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。本課所做的機(jī)械手采用二指形狀。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確的定位?？偫C(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此，它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線油缸、擺動(dòng)油缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服油馬達(dá)、直流伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無(wú)級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤(rùn)滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多。通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間和加速度等。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。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(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)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：應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)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(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。在一些簡(jiǎn)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(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)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)。7第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)抓重：60kg；自由度數(shù)：4個(gè)；坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)；最大工作半徑：1700毫米；手臂最大中心高：2300毫米；手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)；手臂伸縮范圍：0~500毫米手臂伸縮速度：伸出176毫米每秒；縮回233毫米每秒；手臂升降范圍：0~600毫米；手臂升降速度：上升102毫米每秒；下降152毫米每秒；手臂回轉(zhuǎn)范圍：00 ~2000 (實(shí)際使用為950)；手臂回轉(zhuǎn)速度：630每秒；手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：手腕回轉(zhuǎn)范圍:00~1800；手腕回轉(zhuǎn)速度：2010每秒；手指夾持范圍： Φ30Φ120毫米；緩沖方式及定位方式：手臂伸縮：伸出時(shí)由行程開關(guān)適時(shí)切斷油路，手臂緩沖，縮回時(shí)由行程開關(guān)控制返回終了位置。手臂回轉(zhuǎn)：采用行程節(jié)流閥（雙向使用）減速緩沖，用定位油缸驅(qū)動(dòng)定位銷而定位。驅(qū)動(dòng)方式：液壓控制方式：點(diǎn)位程序控制 機(jī)械手的工藝流程機(jī)械手原位→機(jī)械手前伸→機(jī)械手上升→機(jī)械手抓取并夾緊→機(jī)械手后退機(jī)械手左轉(zhuǎn)→機(jī)械手前伸→機(jī)械手松開→機(jī)械手下降→機(jī)械手右轉(zhuǎn)→退至原位 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)本機(jī)械手系統(tǒng)由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 機(jī)械手的工作過程立式精鍛機(jī)和自動(dòng)上料機(jī)械手等的配置如圖241所示。成水平位置，由丙烷切割裝置6將兩端切齊，切割完畢，轉(zhuǎn)換機(jī)械手5的手臂再水平回轉(zhuǎn)87176。自動(dòng)上料機(jī)械手3在此精鍛生產(chǎn)線上可以完成取料、喂料和變換工位等動(dòng)作。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)由于液壓壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用液壓壓傳動(dòng)方式。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來(lái)說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。圖32油缸示意圖右腔推力為FP=（π／4）D178。2510179。N′ （） 其中 N′=498N=392N，：F1=（2b／a）（cosα′）178。）178。 =經(jīng)圓整取l=25mm確定“V”型鉗爪的L、β。則偏轉(zhuǎn)角β按最佳偏轉(zhuǎn)角來(lái)確定，查表得：β=22186。/sWmin=30186。=6025178。/s手部工作壓強(qiáng)P= F1/S=3500/= （） 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。要求：回轉(zhuǎn)177。角速度W=45186。設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩M1為：M1=FS （）=10=（NM） F摩=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）M摩= F摩S=6（NM） （）（）T=Pb（ΦA(chǔ)1178。）106/8 （）其中： b—葉片密度，這里取b=3cm；ΦA(chǔ)1———擺動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里取ΦA(chǔ)1=10cm；Φmm———轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取Φmm=3cm。Φmm 178。178。Φmm 178。Φmm178。178。/s =27ml/s手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。臂