【正文】 原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手，機械手在操作人員的輕松操作下，可完成復雜的自動機器人的許多工作，而生產(chǎn)及使用成本卻大大低于自動機器人，同時使用范圍較之自動機器人更為廣泛，靈活性和機動性更大。機械手由以下結構：執(zhí)行機構——驅動傳動機構——控制系統(tǒng)——智能系統(tǒng)——遠程診斷監(jiān)控系統(tǒng)，五部分組成。機械手是模仿人的手部動作，按照給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作的自動裝置，它是機械化、自動化的重要手段。在機械加工中，沖壓、鑄、鍛、焊、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸、國防工業(yè)等各方面，也已愈來愈引起人們的重視。該機械手是將圓柱形零件從傳送帶上夾裝到專用機床上，待加工完畢后再夾裝回傳送帶的專用機械手(圖1)。夾持器安裝于伸縮臂上，伸縮臂安裝在升降臂上，升降臂安裝在底座上。機械手工作過程如圖所示。工作程序為：液壓缸1伸出→四邊形機構3下降→夾持器4夾緊工件5→液壓缸1縮回→四邊形機構3上升→底座1回轉→（到達位置后）液壓缸1伸出→四邊形機構3下降→夾持器4放開工件5→液壓缸1縮回→→四邊形機構3上升→底座1回轉至原位。改變夾持器形狀，可夾持不同工件或物體。實現(xiàn)物體的移動，采用液壓缸帶動。 平行四邊形機構設計：平行四邊形機構固定于升降臺上，隨升降臺做上升下降運動和旋轉運動。四邊形機構以上下轉動實現(xiàn)水平伸縮，完成物體工位的轉換。2) 單方向伸縮時間：1~3)可采用電機(伺服電機、步進電機)驅滾珠絲杠傳動或液壓驅動，共兩種方案。2) 結構方案設計參見后面章節(jié)3) 緩沖裝置與定位裝置的設計4) 液壓泵的選擇 大臂設計方案1)行程：0800㎜，任意可調；2)運動時間：單向升降運動時間：0—3s；3)采用液壓傳動齒輪倍程升降機構方案。5)升降臂與旋轉底座、伸縮臂為法蘭連接；6)結構設計時考慮伸縮臂工作時的整機平衡； 采用直線油缸1)大臂結構設計；2)大臂結構強度設計； 液壓控制系統(tǒng)設計方案 此設計的工業(yè)機械手屬于圓柱坐標式的液壓驅動機械手，具有手臂升降、轉動和回轉三個自由度。每一部分用液壓缸驅動與控制。對系統(tǒng)圖的具體要求如下： 。 。上升速度約為100毫米／秒。由于升降缸為立式，在其液壓缸下腔油路上安裝有單向順序閥，用以避免因整個手臂自重而下降，起到支撐與平衡的作用。，畫出所有元件的柜中布置圖。要求編寫分配圖、程序總框圖、各部分的梯形圖并編寫出完整的語句表。四邊形機構轉動要求平穩(wěn)靈活，定位準確，工作協(xié)調。為了控制慣性力，減少運動沖擊，動力的大小要能與負載大小相適應，如步進電機通過程序設計改變運動速度，力矩電機通過調整工作電壓，改變堵轉力矩的大小，達到工作平穩(wěn)、運動快捷、定位準確。設計中要考慮采取減磨的措施，如：選擇耐磨材料、采取合適的潤滑措施、合理設計零件的形面等。4) 可靠性的要求 可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在預定使用壽命期內能完成規(guī)定功能的概率。設計時需要進行可靠性及強度的要求進行設計。機械產(chǎn)品的制造成本構成中材料費、加工費占著很大比重，設計時必須予以充分重視。 提高產(chǎn)品設計制造經(jīng)濟的主要措施：(1)采用先進的現(xiàn)代設計方法，使設計參數(shù)最優(yōu)化以達到精確的結果，保證機器足夠的可靠性。這是設計中要得到重視的一點。作為初學者，要學習、參考已有的成功設計成果，還要進一步的進行研究創(chuàng)新。(4)合理的組織設計制造等工藝過程。在設計中要特別注意。工業(yè)機械手是提高機械工作效率的方式之一。要合理配置動力系統(tǒng)，選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，已達到減低消耗能源的目的。(4)采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象，減少消耗保護環(huán)境。本設計中要充分重視外形設計，各調整環(huán)節(jié)的設計要方便人體接近，方便工具的使用。在程序設計中要考慮因故障造成的突然中斷，如機構卡死，工件不到位，突然斷點等情況，要設置報警裝置。到80年代中期，我國已研制了100多臺工業(yè)機器人，其中有6臺為示教再現(xiàn)型，擁有了生產(chǎn)第一批工業(yè)機器人的技術能力，縮短了與國外的差距。且在1985年先后在幾個國家級學會內設立了機器人專業(yè)委員會，以組織和開展機器人學科的餓學術交流，促進機器人技術的發(fā)展。隨著工業(yè)技術和經(jīng)濟的發(fā)展，機器人的應用范圍不斷擴大，技術性能也在不斷提高。帶有“觸覺”、“視覺”等感覺的“智能機器人”尚處于開發(fā)試用階段。目前所使用的工業(yè)機器人一般沒有“視覺” 、“觸覺”“聽覺”、“邏輯判斷”等機能，所以它不能對所抓取的工作進行識別，并選取所需要的工件，不能進行適應性操作。目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統(tǒng)攻關，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。2) 開發(fā)新型結構，如微動機構保證動作精度；開發(fā)多關節(jié)、多自由度的手臂和靈巧手；研制新型的行走機構，以適應各種作業(yè)的機器人。這種具有感知、判斷能力的機器人是大有發(fā)展前途的?！∧壳皣H機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。2) 機器人控制技術：重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。4) 機器人的結構靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。6) 虛擬機器人技術：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術，實現(xiàn)機器人的虛擬遙操作和人機交互。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。過去的研究在該領域幾乎是空白，因此該領域研究的進展將會引起機器人技術的一場革命，并且對社會進步和人類活動的各個方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機器人技術的研究主要集中在系統(tǒng)結構、運動方式、控制方法、傳感技術、通信技術以及行走技術等方面。傳統(tǒng)機器人設計未考慮與人緊密共處，因此其結構材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術要求其結構、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的。國外機器人領域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：1) 工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10．3萬美元降至97年的6．5萬美元。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。4) 機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、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。6) 當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。第二章 夾持器的設計 夾持器的總體機構設計本設計方案為液壓缸驅動連桿杠桿式回轉型夾持器。夾緊和松開動作：當驅動器驅動桿1移動時，由桿連桿杠桿3和夾持爪4組成四桿機構，使手指完成夾緊和松開動作。 夾持器的結構計算及其說明 設計要求1）所設計的夾持器要有足夠的夾持力和所需的夾持精度；2）夾持器靠法蘭聯(lián)接在四桿機構上，應盡可能使結構簡單、緊湊、質量輕，以減輕手臂負荷；3）夾持器由液壓缸提供動力；4）采用雙指手爪式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊、放松；5）所要夾緊的工件直徑為80mm，高為150mm；，長約為250mm，放松時兩爪間最大距離為110——120mm；6）工件重約6kg，材質為45鋼。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。K2=1+a/g＝1+247。G—被抓取工件的重量因為前者的情況，工件重力和慣性力直接作用在手指上，所需夾緊力最小；后者的情況，工件重力和慣性力要由加緊力所產(chǎn)生的摩擦力來克服，所以，所需夾緊力要大若干倍?？傻茫簩︱寗恿θ≌海?62N對于實際驅動力的計算可遵循 進行計算，其中：—手部機構機械效率N=–；可得：N在實際工作中，驅動力應足夠大，故在實際中應取只偏大，確定驅動力為FP=500N。形狀尺寸如裝配圖(b）垂直方向彎曲強度校核杠桿的受力情況如下受到的夾緊力為362N工件重量約為G=60N 自身重量約為夾持器手指重量G2大至估算為3N，則臂的彎曲應力鑄鋼的彎曲應力。(d）夾持器臂上加工兩銷孔，一個孔用于與支撐板連接，端部孔用于與V形爪連接，連接均用銷軸和螺母配套使用，且螺母應用鎖緊螺母。螺母規(guī)格：內徑為d=8mm，用于兩螺母均可采用薄螺母。V形爪張開角度為90度，如裝配圖所示V形爪兩側的內側加工出用來安裝橡膠塊的凹槽，橡膠塊用來增加工件與爪子之間的摩擦力，使夾持工件更穩(wěn)定牢固，這樣又能起到保護工件表面的作用。 液壓缸的設計計算1）根據(jù)夾持器驅動力由液壓缸提供的原則，所選液壓缸要滿足工作的要求。該液壓缸符合本方案“結構緊湊、質量輕”的設計要求。 圖22 液壓缸示意圖其中液壓缸活塞桿的終端與外部連桿用螺紋連接，其結構簡圖23如下：圖23 活塞桿2）液壓缸的設計計算已知液壓缸驅動力FP，為液壓缸的工作負荷。據(jù)公式計算可得液壓缸內徑根據(jù)液壓設計手冊，圓整后取D=32mm.活塞桿直徑 d==32mm=16mm活塞厚 B=(～)D 取B==32mm=缸筒長度 L≤(20～30)D 取L為80mm導向筒長度C≈(～)D==32mm=活塞行程：A 當抓取80mm工件時，即手爪從張開120mm減小到80mm，活塞桿向前移動大約30mm。B 液壓缸流量計算放松時流量夾緊時流量夾持器液壓缸的選用型號：W70L12La40B70N22BD。其中平行四邊形機構安裝在升降臂上，升降臂安裝在底座上。各個連接部分采用螺栓連接。