【正文】 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。圖12為工業(yè)機(jī)械手的典型結(jié)構(gòu)，圖13為工業(yè)機(jī)械手的組成方框圖。從功能的角度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。有時人們也把諸如電焊槍、油漆噴頭等劃作機(jī)器手的手部；腕部與手部相連，主要功能是帶動手部完成預(yù)定姿態(tài)，是操作機(jī)的中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部分；臂部用以連接腰部和腕部，通常由兩個臂桿（小臂和大臂）組成，用于帶動腕部做平面運動；腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運動加上臂部的平面運動，就能使腕部做空間運動。該部件必須有足夠的剛度和穩(wěn)定性。傳動裝置常用的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪系。控制系統(tǒng)一般有控制計算機(jī)和伺服控制器組成。一種是集中式控制，即機(jī)械手的全部控制由一臺微型計算機(jī)完成。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的不同，機(jī)械手的控制方式又可分為點位控制、連續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制。它可分為兩個部分：感知系統(tǒng)和分析決策智能系統(tǒng)。后者主要靠軟件（如專家系統(tǒng)）實現(xiàn)。(一)按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大、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化的生產(chǎn)。氣壓傳動機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)械手。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動力是由工作機(jī)械傳遞的。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。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。. 1課題的提出進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國人口老齡化的提前到來，近來在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動生產(chǎn)率，降低工人的勞動強(qiáng)度，提高我國工業(yè)自動化水平勢在必行，將機(jī)械手，應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運到另外一條生產(chǎn)線，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動，同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。(2)工作時受溫度變化影響較大。(3)因液壓脈動和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。且使用維護(hù)需要較高技術(shù)水平。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問題.（2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小(一般不卜澆塞僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。(3)動作迅速，反應(yīng)靈敏。(4)能源可儲存。(5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。(6)成本低廉。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動伺服系統(tǒng)中要實現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。雖然氣動技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領(lǐng)域里，對氣動機(jī)械手、氣動機(jī)器人的實用性和前景存在不少疑慮。它的氣源是由空氣壓縮機(jī)（）通過快換接頭進(jìn)入儲氣罐，經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動作。凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速，這種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單，效果尚好。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂上升速度。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。這樣可以省去電磁閥和切換調(diào)節(jié)閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。第三章 機(jī)械手總體設(shè)計方案和氣動回路的設(shè)計本課題是一個用于傳送帶上輕型平動搬運機(jī)械手的設(shè)計。在本章中對機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。 機(jī)械手的運動規(guī)劃機(jī)械手運動規(guī)劃包括序列規(guī)劃(又可稱為全局路徑規(guī)劃)，路徑規(guī)劃和軌跡規(guī)劃3個部分。再回到起始點的最優(yōu)工作序列；路徑規(guī)劃是指在相鄰序列點之間通過一定的算法搜索一條無碰撞的機(jī)械手運動路徑；軌跡規(guī)劃是指通過插補(bǔ)函數(shù)獲得路徑上的插補(bǔ)點，再通過求解運動學(xué)逆解轉(zhuǎn)換到關(guān)節(jié)空間(若插補(bǔ)在關(guān)節(jié)空間進(jìn)行則無需轉(zhuǎn)換)，形成各關(guān)節(jié)的運動軌跡。作業(yè)點是機(jī)械手為完成工作所必須達(dá)到的位置和姿態(tài)。當(dāng)機(jī)械手在有障礙物的環(huán)境中運動時，為了從當(dāng)前作業(yè)位置到達(dá)下一個位置，需要在機(jī)械手工作空間確定一條無碰撞的運動路徑，即這條路徑應(yīng)處于機(jī)械手的自由空間中，因此，路徑規(guī)劃的過程實際上是一個帶幾何約束的問題求解過程。序列規(guī)劃和路徑規(guī)劃的總體目標(biāo)是作業(yè)時間最短，規(guī)劃的約束條件是作業(yè)順序的限制以及碰撞的避免。1．序列規(guī)劃 目前機(jī)械手序列規(guī)劃方法的研究還處于發(fā)展階段，由于各種作業(yè)任務(wù)的復(fù)雜性。在使用機(jī)械手進(jìn)行裝配，插孔，點焊的應(yīng)用中，較為普遍的方法是把序列規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為“旅行商問題”(TSP)來解決。旅行商問題的求解成為求解序列規(guī)劃問題的關(guān)鍵。其中啟發(fā)式算法可以細(xì)分為環(huán)路擴(kuò)充法和環(huán)路改進(jìn)法，或是兩種方法的綜合，一般利用鄰接矩陣按照一定的規(guī)則變換來求解，計算量和求解結(jié)果都能滿足要求。機(jī)械手路徑規(guī)劃算法主要有4類：C空間法，人工勢力場法，假設(shè)修正法，預(yù)處理規(guī)劃算法。3．碰撞檢測 路徑規(guī)劃的目標(biāo)是在起始點和目標(biāo)點之間生成一條無碰撞路徑，這使得碰撞檢測成為解決路徑規(guī)劃問題的關(guān)鍵．上面提到的4種路徑規(guī)劃算法都需要進(jìn)行碰撞檢測或需要計算機(jī)器人和障礙物之間的距離。二是定量計算。當(dāng)對兩個物體進(jìn)行碰撞檢測時。則說明兩個物體未相交，否則再進(jìn)一步對兩個物體做檢測。對于復(fù)雜物體，可以將物體及其子部分的包圍盒組成層次結(jié)構(gòu)，如二叉樹。目前，兩個剛性物體之間的距離計算有很多算法。凸多面體之間的距離有兩類：分離距離和嵌入距離。在現(xiàn)實環(huán)境中，機(jī)器人及障礙物一般是凹幾何體，可以采用分割的方法把凹幾何體分割為多個凸幾何體的組合。然后用凸多面體間的距離近似原凸幾何體之間的距離。(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。圖21 是機(jī)械手搬運物品示意圖。其工藝流程：機(jī)械手原位→機(jī)械手下降→機(jī)械手抓取并夾緊→機(jī)械手上升→機(jī)械手正轉(zhuǎn)→機(jī)械手前伸→機(jī)械手下降→機(jī)械手松開→機(jī)械手上升→機(jī)械手后退→機(jī)械手逆轉(zhuǎn)→退至原位停止。本設(shè)計的機(jī)械手主要由3個大部件和3個氣缸組成：（1）手部，采用一個氣爪，通過機(jī)構(gòu)運動實現(xiàn)手爪的張合。（3）機(jī)身，采用一個直線缸和一個回轉(zhuǎn)缸來實現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。根據(jù)動力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。因此，機(jī)械手的驅(qū)動方案選擇氣壓驅(qū)動。 機(jī)身回轉(zhuǎn)速度：60176。圖22 機(jī)械手氣動回路圖本設(shè)計的氣動機(jī)械手完成各個運動的氣缸只有完全伸出和完全縮回兩個狀態(tài)，選擇兩位五通換向閥控制各個氣缸的運動方向，氣缸的進(jìn)出口回路各設(shè)置一個單向節(jié)流閥，通過控制進(jìn)出口空氣流量的大小來控制氣缸執(zhí)行器動力的大小和運動速度。3 氣動機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計末端執(zhí)行器是裝在機(jī)械手臂的末端處，用于機(jī)械手完成作業(yè)任務(wù)而專門設(shè)計的裝置。搬運用末端執(zhí)行器是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運的物體。測量用末端執(zhí)行器是裝有測量頭或傳感器的附加裝置，用來進(jìn)行測量及檢驗作業(yè)。一個新的末端執(zhí)行器的出現(xiàn)，就可以增加一種機(jī)械手新的應(yīng)用場所。、被抓取物體的重量及操作力和機(jī)械手容許的負(fù)荷力。目前，能用于生產(chǎn)的還是那些結(jié)構(gòu)簡單、萬能性不強(qiáng)的機(jī)械手末端執(zhí)行器。因為這種萬能的執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且造價昂貴。，易于實現(xiàn)計算機(jī)控制。因此，工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主流是電氣式，其次是液壓式和氣壓式（在驅(qū)動接口中需要增加電液或電氣變換環(huán)節(jié)）。按手指的運動方式，可分為回轉(zhuǎn)型和移動型，按夾持方式來分，有外夾式和內(nèi)撐式兩種。由于氣動驅(qū)動系統(tǒng)價格較低，所以氣動夾持器在工業(yè)中應(yīng)用較為普遍。 電動驅(qū)動手爪應(yīng)用也較為廣泛。電動驅(qū)動方式可實現(xiàn)手爪的力與位置控制。 液壓驅(qū)動系統(tǒng)傳動剛度大，可實現(xiàn)連續(xù)位置控制。 當(dāng)活