【正文】 投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用，并取得了一定的效果。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)該說是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。目前機(jī)器人已經(jīng)從制造業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向了非制造業(yè)和服務(wù)行業(yè)，例如：，在美國，他們研制的像大型客機(jī)這種清洗工作，如果人來做的話十分繁重，那么大一個(gè)機(jī)體來清洗的話，工作量是很大，而且也很不方便，那么他們采用這種機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)像飛機(jī)的這些清洗的工作，包括一些國家開發(fā)像高層建筑的清洗機(jī)器人，這也都是服務(wù)行業(yè)的機(jī)器人，還包括像家庭使用的，還有一些賓館和一些公共場合使用的這種清潔機(jī)器人，對(duì)地面來進(jìn)行清掃，還包括網(wǎng)球場上能夠自動(dòng)地把撒下的球，集中收集起來，這種機(jī)器人也都是存在的。目前國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)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(jià)格不斷下降。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)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。(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；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。(6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。本文研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，繪制機(jī)械手的整體裝配圖。最大速度 45176。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)2機(jī)械手總體設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序，軌跡和要求代替人手搬運(yùn)或操作工具或進(jìn)行操作自動(dòng)化裝置。為了提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度，在保證機(jī)械手有足夠強(qiáng)度與剛度的條件下，盡可能從結(jié)構(gòu)域材料上設(shè)法減輕機(jī)械手的重量，力求選高強(qiáng)度，輕質(zhì)材料，通常用高強(qiáng)度的鋁合金制造。通用機(jī)械手工作的范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。 機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式2），工業(yè)機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式有：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式及關(guān)節(jié)式。特點(diǎn)：占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡單，并能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，但因機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿Z軸方向移動(dòng)的最低位置的限制，故不能抓取地面上的物體。所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)手臂和手腕相對(duì)于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。一般用作自動(dòng)機(jī)的上料或卸料裝置。抓重能力大，結(jié)構(gòu)小巧輕便，傳動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)作靈便，可無級(jí)調(diào)速，進(jìn)行連續(xù)軌跡控制。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但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(diǎn)是介質(zhì)來源方便，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 電動(dòng)缸機(jī)械手（4）電力傳動(dòng)機(jī)械手，它是由特殊設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。目前機(jī)械手設(shè)計(jì)正朝“機(jī)電一體化”方向發(fā)展，采用電力直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械手將日益增多。因此，本設(shè)計(jì)選用氣壓傳動(dòng)機(jī)械手作為驅(qū)動(dòng)方式。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。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。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。本課題采用V形面雙指式手指和滑槽杠桿式傳力機(jī)構(gòu)。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。本課題設(shè)計(jì)在手臂上加有定位擋塊和緩沖擋塊，且定位擋塊和緩沖擋塊位置連續(xù)可調(diào)，這樣既保證了位置精度，又可滿足不同規(guī)格工作的需要。在基座上安裝齒輪齒條旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使手臂達(dá)到 0176。的旋轉(zhuǎn)。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)由可編程序控制器系統(tǒng)和行程開關(guān)電氣定位以及相關(guān)繼電器組成的控制系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。（4）應(yīng)保證手爪的夾持精度。夾取重量為5Kg。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體，不適合用于本方案。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng)，這種手指結(jié)構(gòu)簡單，適于夾持平板方料，且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置，其理論夾持誤差零。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手爪閉和，在驅(qū)動(dòng)力作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手爪張開。杠桿形手指1的一端裝有V形指，另一端開有長滑槽?；凼礁軛U式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的定心精度與滑槽的制造精度有密切關(guān)系。(a) (b)1—手指 2—銷軸 3—杠桿 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線OO1和OO2并指向O點(diǎn),交F1和F2的延長線于A及B。 —工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)?？山瓢聪率焦繩2=1+， K3 —方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇； G —被抓取工件所受重力（N）。（1）設(shè)K1= K2=1+=1+= K3= 根據(jù)公式，將已知條件帶入： FN==（2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： Fm==（3）取η= F==（4）選取氣壓缸初選氣壓缸型號(hào)為QGX，其內(nèi)徑D=12mm，～，介質(zhì)溫度5℃～60℃， MPa時(shí)，理論輸出力為50N，行程范圍6～60mm，滿足設(shè)計(jì)要求。活塞桿運(yùn)動(dòng)長度為17mm。時(shí)，（b）所示，最大夾持半徑R2計(jì)算如下：R2=50176?！?0mm機(jī)械手的夾持半徑從25～50mm。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。 手爪夾持誤差分析示意圖該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。一般夾持誤差不超過1mm，分析如下：工件的平均半徑：Rcp==65mm，手指長l=50mm，取V型夾角2=120176。cos46176。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。并且要求嚴(yán)格的密封。1—工件 2—爪部 3—手腕手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算： M驅(qū)= M +M偏+M慣+M封 式中： M驅(qū)—驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(Ncm)；M偏—參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩(Ncm)；，分析各阻力矩的計(jì)算：（1）手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M慣若手腕起動(dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為ω，起動(dòng)過程所用的時(shí)間為Δt， 則：M慣 = (J+J1）ω/Δt式中：J—參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J1—工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ω—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s)；Δt—起動(dòng)過程所需的時(shí)間(s)；若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1為：J1=式中：Jc—工件對(duì)過重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；G1—工件的重量(N)； —工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)； （2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 M偏=G1+G3e3式中：G3—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N)；e 3—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)；當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則G1 e 1=0。（4）轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。動(dòng)片封圈4把氣腔分隔成兩個(gè)。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的P應(yīng)代以工作壓力P1與背壓P2之差。177。當(dāng)工作壓力為1 MPa時(shí)輸出力矩為62 N/ s，加速度時(shí)間Δt =, 壓強(qiáng)P=，則力矩 =(Nm2)工件的質(zhì)量為5kg，質(zhì)量分布于長l=100mm的棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =(kgm2)M偏=(Nm）（3）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為M摩，對(duì)于滾動(dòng)軸承f =，對(duì)于滑動(dòng)軸承f =，d1，d2為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑，d1=30mm，d2=20mm，RA，RB為軸頸處的支承反力，粗略估計(jì)RA=300N，RB=150N, M摩=（N在此處估計(jì)M封為M摩的3倍，M封=3M摩=30. 05 = （Nm）M驅(qū)＜M∴設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。1）臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕。2）臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小。減少慣量具體有4個(gè)途徑：（1）減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料；（2）減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸；（3）減少回轉(zhuǎn)半徑ρ，再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作；（4）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。（1）伸縮范圍500mm，最大速度200mm/s；（2）升降行程40mm。氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。1導(dǎo)向裝置 2定位裝置 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核查看氣缸標(biāo)準(zhǔn)系列表，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用QGAⅡ型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為φ50，a時(shí)輸出力為78N，行程范圍0～500mm，選行程l=500mm，該氣缸各項(xiàng)參數(shù)都符合設(shè)計(jì)要求。 氣缸初選QGA型氣缸，氣缸行程為40mm，氣缸內(nèi)徑選為D=100mm，半徑R=50mm，壓強(qiáng)P=，則驅(qū)動(dòng)力 = =3140(N) 1）測