【正文】 、大臂的回轉(zhuǎn)。它的手指控制位置精度不高，需要多個關(guān)節(jié)同時轉(zhuǎn)動來提供姿態(tài)并且其輔助設(shè)施、結(jié)構(gòu)都較很復(fù)雜。根據(jù)動作要求，把紙箱從一個傳送帶上抓取下來放到更大的紙箱中進(jìn)行裝箱，在裝箱的過程中要求有X軸的伸縮來排列紙箱，要求有繞Z軸的旋轉(zhuǎn)來完成從傳送帶上去下紙箱并進(jìn)行裝箱，要求要有沿Z軸的升降來完成對紙箱進(jìn)行層層碼垛，并且結(jié)構(gòu)簡單為宜便于安裝維修，同時對于手部的設(shè)計(jì)要求可以根據(jù)紙箱的不同位置可以用不同的姿態(tài)來完成抓取，即手腕處要求有一個繞Z軸的旋轉(zhuǎn)。 機(jī)械手腰部方案確定 機(jī)械手腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求(1)要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人工作時的穩(wěn)定性(2)腰部承受機(jī)器人全部重力和工作載荷，應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。因此，腰部與手臂的連接要有可靠的定位基準(zhǔn)面，要有調(diào)整軸承間隙和傳動間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。因?yàn)殡妱訖C(jī)驅(qū)動系統(tǒng)采用低轉(zhuǎn)動慣量、大轉(zhuǎn)矩交直流伺服電動機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動器，又具有不需要能量轉(zhuǎn)換、使用方便控制靈活等特點(diǎn)。經(jīng)考慮采用大傳動比的齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行減速和扭矩的放大。腰部升降的驅(qū)動形式采用液壓升降，因?yàn)橐簤焊准仁球?qū)動元件又是執(zhí)行元件，并且液壓缸的液壓桿自帶導(dǎo)程無需額外的光杠輔助導(dǎo)程，液壓缸的強(qiáng)度也很大可以保證機(jī)械手因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩，且動力大能夠承受機(jī)械手的全部重量，技術(shù)成熟并且便于用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)直接控制。2 總體設(shè)計(jì)方案論證 圖25 機(jī)械手腰部結(jié)構(gòu) 機(jī)械手手臂方案確定 機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求(1)手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要符合動作需求。(3)要設(shè)法減小機(jī)械間隙引起的運(yùn)動誤差，提高運(yùn)動的精準(zhǔn)性和運(yùn)動剛度。 確定方案手臂的運(yùn)動是沿X軸的伸縮運(yùn)動，是直線運(yùn)動。氣壓傳動的運(yùn)動平穩(wěn)性不高，對于本次設(shè)計(jì)的精度考慮不宜采用，電機(jī)驅(qū)動精度高但是電機(jī)本身無法直接完成動作需要另外的執(zhí)行元件，因此結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且成本較高。液壓缸的驅(qū)動力較大，能夠提供很好的伸縮運(yùn)動的動力。所以手臂采用液壓缸驅(qū)動。本設(shè)計(jì)通過中心孔帶有螺紋的法蘭與手部用螺栓連接，手臂與法蘭螺紋連接并通過鎖緊螺母使手部保持豎直狀態(tài)。 圖26 手腕連接方式 機(jī)械手手部方案確定 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)要求(1)末端執(zhí)行器要能夠?qū)崿F(xiàn)動作需要的夾持力以及按要求可以達(dá)到的位置精度。提倡設(shè)計(jì)可快速更換的系列化、通用化專用末端執(zhí)行器。(4)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、重量輕、強(qiáng)度可靠、易磨損處應(yīng)便于更換?；剞D(zhuǎn)型手爪又可分為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可分為外夾式和內(nèi)撐式。 機(jī)械手夾持器的典型結(jié)構(gòu)(1)楔塊杠桿式夾持器利用楔塊與連桿的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)手爪的張、緊來完成抓取工件的動作。通常與彈簧一起使用。(4)平行杠桿式夾持器采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，不需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運(yùn)動，但是比帶有導(dǎo)軌的平行移動手爪的摩擦力要小很多。具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖27所示。因此，機(jī)器人的傳動機(jī)構(gòu)要力求結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，體積小。因此，要采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支承等。 機(jī)械手傳動機(jī)構(gòu)常見形式(1) 帶傳動帶傳動又分為平帶傳動、V帶傳動和多楔帶傳動1) 平帶傳動 應(yīng)用較多的情況為傳動中心距較大的情況。其中以橡膠布帶應(yīng)用廣泛。3) 多楔帶傳動 結(jié)構(gòu)尺寸小，傳動平穩(wěn)，常用于傳遞功率較大，有要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合。(3) 齒輪傳動齒輪傳動的特點(diǎn)：、制造時需要專用工具和設(shè)備，因此成本比較高。 確定方案具體到此次設(shè)計(jì)兩個直線自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由度，末端夾持器直線運(yùn)動應(yīng)用氣動方式無需傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換，手臂直線自由度采用液壓缸驅(qū)動直接當(dāng)作執(zhí)行元件無需傳動機(jī)構(gòu)簡化結(jié)構(gòu)并且增強(qiáng)剛度，腰部的旋轉(zhuǎn)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，必須要有傳動機(jī)構(gòu)來減速并增大扭矩。 機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)方案確定 機(jī)械手各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點(diǎn)機(jī)械手關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式有液壓式、氣壓式和電動式。3）液壓傳動中比較容易控制速度和力并使之自動化。液壓系統(tǒng)的不足之處是：油液的黏度隨溫度變化而變化影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險(xiǎn)；造價(jià)較高；容易引起故障(2) 氣動驅(qū)動 與液壓驅(qū)動相比，氣壓驅(qū)動的特點(diǎn)是：1）壓縮空氣黏度小容易達(dá)到高速2）動力來源易取得，可集中控制3）空氣可應(yīng)用于高溫工作的情況4）氣壓元件工作壓力低，故制造要求比液壓元件低它的不足之處是：1）～。(3) 電動機(jī)驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動可分為普通交流電動機(jī)驅(qū)動，交、直流伺服電動機(jī)驅(qū)動和步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動。伺服電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)輸出較小的力矩，慣性小易于控制，可以實(shí)現(xiàn)速度與位置的精確控制，用于中小型機(jī)器人更合適。表21各種驅(qū)動方式在不同方面的特點(diǎn)比較驅(qū)動方式特點(diǎn)輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積使用范圍制造成本液壓驅(qū)動壓力高，可獲得大的輸出力輸出力大，穩(wěn)定，容易控制，可無級調(diào)速維修方便，液體對溫度變化敏感在輸出力相同的情況下比氣壓驅(qū)動體積小中小型及重型機(jī)器人液壓元件成本較高，油路比較復(fù)雜氣壓驅(qū)動壓力低，輸出力小可高速，沖擊大，精確定位困難，阻尼差，低速難控制維修簡單，能在高溫，粉塵等惡劣環(huán)境下使用，泄漏無污染體積較大中小型機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，能源方便，成本低電動驅(qū)動異步、直流電機(jī)輸出力較大控制性能交差，慣性大，不易精確定位維修使用方便需要減速裝置，體積較大速度低，特重大的機(jī)器人成本低步進(jìn)、伺服電機(jī)輸出力較小或較大響應(yīng)快，定位精度高，控制系統(tǒng)復(fù)雜維修使用較復(fù)雜體積較小程序復(fù)雜，運(yùn)動軌跡要求嚴(yán)格成本較高 確定方案具體到本設(shè)計(jì)，考慮到腰部的回轉(zhuǎn)關(guān)聯(lián)末端執(zhí)行器的定位精度，所以應(yīng)用定位精度高并且響應(yīng)速度快的步進(jìn)電機(jī)。手臂無法利用重力且對于驅(qū)動力要求不是非常大選用單活塞液壓缸?？紤]到夾持器的驅(qū)動氣壓元件垂直放置而且對于工作環(huán)境要求較高，由于液壓元件的漏油是無法避免的元件的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致無法經(jīng)常拆卸維護(hù)，所以選用單作用活塞桿式氣壓缸。 機(jī)械手手臂平衡機(jī)構(gòu)選擇除了關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)械手都可以通過合理布局，使手臂自身可能達(dá)到平衡。本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，由于手部結(jié)構(gòu)較多而且還有負(fù)載，考慮到機(jī)械手自身結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)際情況選擇配重塊平衡機(jī)構(gòu)。若被抓取工件的最大加速度，則: 夾持工件時所需驅(qū)動力為(2)氣缸的直徑的設(shè)計(jì)本氣缸屬于單向作用氣缸。(3)缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。(1) 液壓缸活塞的阻力的計(jì)算 F= F1177。F4+F5+F6 (310)式中，F(xiàn)1——作用在活塞桿上的工作阻力，N，無 F2——液壓缸在啟動制動換向時的慣性阻力，F(xiàn)2=Ma,N M——活塞及運(yùn)動部件總質(zhì)量，kg a ——加速度，m/s2 F3——除液壓缸外運(yùn)動元件的摩擦阻力，N，無 F4——運(yùn)動部件自重，N F5——活塞缸活塞及活塞桿處的密封摩擦力，一般由缸體的機(jī)械效率來表示，通常取ηm=，N F6——回油背壓阻力，N，1) 手臂慣性力的計(jì)算本設(shè)計(jì)手臂平動是v=,在計(jì)算慣性力的時候,設(shè)置啟動時間，啟動速度, (311) 2) 運(yùn)動部件自重 (312)3) 密封裝置的摩擦阻力 (313) 經(jīng)過以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動力（阻力）：(2) 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動力F=，查表選擇液壓缸的工作壓力P=1) 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖31所示：圖31 雙作用液壓缸示意圖緒論當(dāng)油進(jìn)入無桿腔， (314) 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中， (315) 液壓缸的有效面積：故有 （316） （有桿腔） （317）式中，P——活塞的驅(qū)動力，N P1——