【正文】 在用戶現(xiàn)場氣壓不足的情況下，增加增壓泵，可以使設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)。安裝形式可以是地面固定、懸掛固定或是導(dǎo)軌移動。 配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個循環(huán)，同時會報警，提醒操作者。安裝形式可以固定地面或懸掛固定使用，不能使用導(dǎo)軌式。由于T型助力機(jī)械手沒有機(jī)械臂，因而它比硬臂式顯得小巧，更適合于操作空間狹小的場合。 配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個循環(huán)，同時會報警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。 配合各種非標(biāo)夾具，硬臂式助力機(jī)械手可以實現(xiàn)起吊各種形狀的工件。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)； 金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5％。機(jī)械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個組成部分。拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手，可用以對客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以 改善勞動條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：(1)機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。(3)可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。(5)宇宙及海洋的開發(fā)。在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下：應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。，便于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。目前國內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。既便于設(shè)計制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機(jī)械手，并考慮于計算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī) 定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。為此，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大 力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機(jī)。觸覺功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達(dá)到自動調(diào)整握力的大小。到1995年，全世界約有50%的汽車由機(jī)械手裝配。第2章 設(shè)計方案的論證 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的類型工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動是用三個相互垂直的直線運(yùn)動來實現(xiàn)的，如圖a21.。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動空間相對機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長方體。 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動是用一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動及兩個直線運(yùn)動來實現(xiàn)的。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。其工作空間是一個類球形的空間。關(guān)節(jié)型機(jī)器人動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。此種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)器人。圖21 四種機(jī)器人坐標(biāo)形式 設(shè)計具體采用方案圖22具體到本設(shè)計，因為設(shè)計要求搬運(yùn)的加工工件的質(zhì)量達(dá)30KG，且長度達(dá)500MM，同時考慮到數(shù)控機(jī)床布局的具體形式及對機(jī)械手的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。機(jī)械手工作布局圖如圖22所示。 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求 工業(yè)機(jī)器人腰座，就是圓柱坐標(biāo)機(jī)器人，球坐標(biāo)機(jī)器人及關(guān)節(jié)型機(jī)器人的回轉(zhuǎn)基座。在設(shè)計機(jī)器人腰座結(jié)構(gòu)時，要注意以下設(shè)計原則：，以保證機(jī)器人在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。，它對機(jī)器人末端的運(yùn)動精度影響最大，因此，在設(shè)計時要特別注意腰部軸系及傳動鏈的精度與剛度的保證。驅(qū)動裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動器。腰部與機(jī)器人手臂的聯(lián)結(jié)要有可靠的定位基準(zhǔn)面，以保證各關(guān)節(jié)的相互位置精度。，提高機(jī)器人的控制精度，一般腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動部分的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成，而不運(yùn)動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。因為電動方式控制的精度能夠很高，而且結(jié)構(gòu)緊湊，不用設(shè)計另外的液壓系統(tǒng)及其輔助元件。一般電機(jī)都不能直接驅(qū)動，考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，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。腰座具體結(jié)構(gòu)如圖23所示：圖23 腰座結(jié)構(gòu)圖 機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)械手手臂的設(shè)計要求 機(jī)器人手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實現(xiàn)在機(jī)器人所要求的工作空間內(nèi)的運(yùn)動。但機(jī)器人手臂末端工作空間并沒有考慮機(jī)器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機(jī)器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。力求選用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，通常選用高強(qiáng)度鋁合金制造機(jī)器人手臂。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高，抗振性好，比重?。ㄆ浔戎叵喈?dāng)于鋼的1/4，相當(dāng)于鋁合金的2/3），但是，其價格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故還未能在生產(chǎn)實際中推廣應(yīng)用。在保證所需強(qiáng)度與剛度的情況下，減輕機(jī)器人手臂的重量。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。在設(shè)計機(jī)器人的手臂時，應(yīng)盡可能利用在機(jī)器人上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來減小機(jī)器人手臂的不平衡重量，必要時還要設(shè)計平衡機(jī)構(gòu)來平衡手臂殘余的不平衡重量。 設(shè)計具體采用方案 機(jī)械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸縮運(yùn)動都為直線運(yùn)動?？紤]到搬運(yùn)工件的重量較大，考慮加工工件的質(zhì)量達(dá)30KG，屬中型重量，同時考慮到機(jī)械手的動態(tài)性能及運(yùn)動的穩(wěn)定性，安全性，對手臂的剛度有較高的要求。因為液壓系統(tǒng)能提供很大的驅(qū)動力，因此在驅(qū)動力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都是比較容易實現(xiàn)的，關(guān)鍵是機(jī)械手運(yùn)動的穩(wěn)定性和剛度的滿足。同時，因為控制和具體工作的要求，機(jī)械手的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大，若僅僅通過增大液壓缸的缸徑來增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的。通過增設(shè)導(dǎo)桿，能顯著提高機(jī)械手的運(yùn)動剛度和穩(wěn)定性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問題。機(jī)器人手腕是機(jī)器人操作機(jī)的最末端，它與機(jī)器人手臂配合運(yùn)動，實現(xiàn)安裝在手腕上的末端執(zhí)行器的空間運(yùn)動軌跡與運(yùn)動姿態(tài)，完成所需要的作業(yè)動作。機(jī)器人手腕自由度數(shù)目愈多，各關(guān)節(jié)的運(yùn)動角度愈大，則機(jī)器人腕部的靈活性愈高，機(jī)器人對對作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)實際作業(yè)要求來確定。一般的機(jī)器人手腕的自由度數(shù)為2至3個，有的需要更多的自由度，而有的機(jī)器人手腕不需要自由度，僅憑受臂和腰部的運(yùn)動就能實現(xiàn)作業(yè)要求的任務(wù)。，在設(shè)計機(jī)器人手腕時，應(yīng)力求減少其重量和體積，結(jié)構(gòu)力求緊湊。腕部驅(qū)動器一般安裝在手臂上，而不采用直接驅(qū)動，并選用高強(qiáng)度的鋁合金制造。，以保證力與運(yùn)動的傳遞。 ，并設(shè)置硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞。具體的手腕（手臂手爪聯(lián)結(jié)梁）結(jié)構(gòu)見圖24。機(jī)器人末端執(zhí)行器的種類很多，以適應(yīng)機(jī)器人的不同作業(yè)及操作要求。搬運(yùn)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(yùn)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)器人新的應(yīng)用場所。、被抓取物體的重量及操作力的總和機(jī)器人容許的負(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)器人末端執(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)器人執(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)）。一般工業(yè)機(jī)器人手爪，多為雙指手爪。機(jī)器人夾持器（手爪）的驅(qū)動方式主要有三種 這種驅(qū)動系統(tǒng)是用電磁閥來控制手爪的運(yùn)動方向，用氣流調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)其運(yùn)動速度。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動手爪的抓取運(yùn)動具有一定的柔順性，這一點是抓取動作十分需要的。這種手爪，一般采用直流伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，并需要減速器以獲得足夠大的驅(qū)動力和力矩。但是，這種驅(qū)動方式不能用于有防爆要求的條件下，因為電機(jī)有可能產(chǎn)生火花和發(fā)熱。 機(jī)器人夾持器的典型結(jié)構(gòu)：利用楔塊與杠桿來實現(xiàn)手爪的松、開，來實現(xiàn)抓取工件。這種手爪開合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。通常與彈簧聯(lián)合使用。：采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，因此不需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運(yùn)動，比帶有導(dǎo)軌的平行移動手爪的摩擦力要小很多。驅(qū)動活塞往復(fù)移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。本設(shè)計按照工件的直徑為50mm來設(shè)計。除直接驅(qū)動型機(jī)器人以外，機(jī)器人各聯(lián)桿及各關(guān)節(jié)的運(yùn)動都是由驅(qū)動器經(jīng)過各種機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動的。常用的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)主要有螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動、高速帶傳動等。在設(shè)計機(jī)器人的傳動機(jī)構(gòu)時要注意以下問題：，要求機(jī)器人各運(yùn)動部件的重量要輕，慣量要小。，以減小反向空回所造成的運(yùn)動誤差。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。，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，盡可能提高加速能力。，機(jī)械零件產(chǎn)生共振時，系統(tǒng)的阻尼越大，最大振幅就越小，且衰減越快；但大阻尼也會使系統(tǒng)的失動量和反轉(zhuǎn)誤差增大，穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。 在機(jī)器人中常用的齒輪傳動機(jī)構(gòu)有圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及蝸輪蝸桿傳動等。齒輪傳動部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器用于伺服系統(tǒng)的齒輪減速器是一個力矩變換器。故齒輪傳動系統(tǒng)要有足夠的剛度，還要求其轉(zhuǎn)動慣量盡量小，以便在獲得同一加速度時所需的轉(zhuǎn)矩小，即在同一驅(qū)動功率時，其加速度響應(yīng)最大。（2）各級傳動比的最佳分配原則。設(shè)齒輪傳動中各級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到末級輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為，則 （21）式中：第個齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差；第個齒輪的轉(zhuǎn)軸至n級輸出軸的傳動比。因此，在設(shè)計中最末兩級的傳動比應(yīng)取大一些，并盡量提高其加工精度。 具體而言有幾點：（1）對要求運(yùn)動平穩(wěn)，起停頻繁和動態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)，按最小等效轉(zhuǎn)動慣量和總轉(zhuǎn)角誤差最小的原則來處理。（3）對于提高傳動精度和減小回程誤差為主的傳動齒輪系統(tǒng)，按總轉(zhuǎn)角誤差最小原則；對于增速傳動，由于增速時容易破壞傳動齒輪系工作的平穩(wěn)性，應(yīng)在開始幾級就增速，并且要求每級增速比最好大于1:3，以有利于增加輪系的剛度，減小傳動誤差。對于相當(dāng)大大傳動比、并且要求傳動精度與傳動效率高，傳動平穩(wěn)以及體積小重量輕時。諧波齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小重量輕，傳動比大（幾十到幾百），傳動精度高、回程誤差小、噪音低、傳動平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)、效率高等一系列優(yōu)點。諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似，它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對錯齒來傳遞動力與運(yùn)動的，故諧波齒輪傳動與一般的齒輪傳動具有本質(zhì)上的差別。螺旋傳動有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)?；有以傳遞運(yùn)動為主的，如機(jī)床工作臺的進(jìn)給絲杠。后者雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但是其最大的優(yōu)點是摩擦阻力矩小、傳動效率高（92%~98%），其運(yùn)動平穩(wěn)性好，靈活度高。使用壽命長；而且同步性好，使用可靠、潤滑簡單，因此滾珠絲杠在機(jī)器人中應(yīng)用很多。在選用滾珠絲杠要考慮以下幾項指標(biāo)：（1）滾珠絲杠的精度等級；（2）滾珠絲杠的傳動間隙允許值和預(yù)加載荷的期望值；（3）載荷條件（靜、動載荷）以及載荷允許值；（4）滾珠絲杠的工作壽命；（5）滾珠絲杠的臨界轉(zhuǎn)速；（6）滾珠絲杠的剛度； 減小滾珠絲杠空回行程的方法，多是采用雙螺母結(jié)構(gòu)，使螺母與絲杠之間有一定的預(yù)加載荷。但是預(yù)加載荷會使?jié)L珠絲杠壽命下降，所以，預(yù)加載荷不應(yīng)超過工作載荷的1/3。為保證帶和帶輪作無滑動的同步傳動，齒形帶采用了承載后無彈性變形的高強(qiáng)力材料，無彈性滑動，以保證節(jié)距不變。其主要缺點是安裝精度要求高、中心距要求嚴(yán)格，同時具有一定的蠕變性。鋼帶傳動的特點是鋼帶與帶輪間接觸面積大，是無間隙傳動、摩擦阻力大，無滑動，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運(yùn)行可靠、噪聲低，驅(qū)動力矩大、壽命長，鋼帶無蠕變、傳動效率高。由于電機(jī)距離被傳動的腕關(guān)節(jié)較遠(yuǎn)，故采用精密套筒滾子鏈來傳動。其缺點是帶輪較大、安裝面積大、加速度不宜太高。故不需要中間傳動機(jī)構(gòu)，這既簡化了結(jié)構(gòu)，同時又提高了精度。經(jīng)分析比較，選擇圓柱齒輪傳動，為了保證比較高的精度，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差；同時大大增大扭矩，同時較大的降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，以使機(jī)械手的運(yùn)動平穩(wěn)，動態(tài)性能好。工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。這三類基本驅(qū)動系統(tǒng)的主要特點如下。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機(jī)器人。具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價格低等特點。但