單臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-08-24 15:17本頁(yè)面
【正文】 機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但精度不很高。其工作空間是一個(gè)類(lèi)球形的空間。關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)，是由3個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖122d。相對(duì)機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。圖 122 四種機(jī)器人坐標(biāo)形式 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)機(jī)械手主要由手部，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成的。其中夾持型比較通用，可以根據(jù)工件的外形特點(diǎn)設(shè)計(jì)與之相符合的夾具與之相匹配；吸附型又分成真空吸附和電磁吸附，它們分別試用于表面光滑工件和鐵磁性材料工件。圖 123 吸附式機(jī)械手3 / 31運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì) [7]。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮和旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 [7]。6 個(gè)自由度的機(jī)械手可以抓取空間中任意位置和姿勢(shì)的物體，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求也相對(duì)較高?？刂撇糠?[10]~[12]是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)或半自動(dòng)運(yùn)行的模塊，在沒(méi)有人直接參與的情況下，由控制器按既定程序操作機(jī)械手進(jìn)行作業(yè)。控制系統(tǒng)，是機(jī)械手系統(tǒng)的核心部分，其主要作用是使得工業(yè)機(jī)械手能夠按照預(yù)定的動(dòng)作正確地完成每一個(gè) 動(dòng)作。 機(jī)械手的發(fā)展（1）重復(fù)高精度精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度它與驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的分辨率以及反饋信息息系統(tǒng)準(zhǔn)確度有關(guān)。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確，通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差，這個(gè)誤差是可以預(yù)測(cè)的，因此可以通過(guò)編程予以校正。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手的重復(fù)精度將越來(lái)越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊, 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。模塊化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍，是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。（3）智能化機(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(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)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。而今，電磁閥的線圈功率越來(lái)越小，而 PLC的輸出功率在增大，由 PLC 直接控制線圈變得越來(lái)越可能 [13][18]。目前，機(jī)械手不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)，同時(shí)也已開(kāi)始擴(kuò)大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔、醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中。5 / 31第二章 回轉(zhuǎn)式機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2．1回轉(zhuǎn)式機(jī)械手總結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì) 本次所設(shè)計(jì)的機(jī)械手，為單臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手，對(duì)機(jī)械手的要求是搬運(yùn)一個(gè)一千克的鐵塊，從一個(gè)平臺(tái)到另一個(gè)平臺(tái)，旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度為90度。我們可以選擇圓柱坐標(biāo)型的，也可以選擇較為復(fù)雜的球坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型。所以我們可以簡(jiǎn)化這次的機(jī)械手結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)相對(duì)而言結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，定位精度較高，占地面積小，能夠較容易地實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和抓取的運(yùn)動(dòng)要求。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)是以一個(gè)回轉(zhuǎn)和兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而對(duì)于這三個(gè)部分，我們可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。這樣思路也比較清晰，而且對(duì)于部件的選取也更加具有可行性和可操作性。而在小臂上面，我們則安置了一個(gè)液壓缸，這樣是方便抓取機(jī)構(gòu)能夠簡(jiǎn)易的抓取物體。底座放在地面上，通過(guò)螺栓與豎直液壓缸連接，再通過(guò)鍵連接把水平的大臂與豎直的液壓缸伸出的活塞桿垂直連接，然后通過(guò)支架與大臂的另一端鏈接，小臂上的豎直液壓缸與支架鏈接，最后整個(gè)電磁鐵吸附機(jī)構(gòu)用螺栓連接在小臂上的液壓缸的活塞桿頂端。212 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu) 正視圖213 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu) 左視圖 2．2 回轉(zhuǎn)式機(jī)械手回轉(zhuǎn)部分的機(jī)械設(shè)計(jì) 本次所設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)缸，我所選擇的是 AYR系列的中實(shí)旋轉(zhuǎn)氣壓缸，其數(shù)據(jù)如表221所示：品牌 中實(shí)型氣缸 型號(hào) AYR （韓國(guó)三千里）適用范圍 5~30 種類(lèi) 柱塞式氣缸缸徑 5~30（mm） 理論作用力 130（N） 最大負(fù)荷 3443（N） 最大力距 333（Nm） 重量 （kg） 氣缸數(shù) 3表 221 回轉(zhuǎn)缸的相關(guān)數(shù)據(jù)這與這次所設(shè)計(jì)的立柱的直徑相符，而且其重量為 ，能夠使得回轉(zhuǎn)機(jī)械手在工作中的重心在工件內(nèi)部，使得工作平臺(tái)不會(huì)出現(xiàn)傾覆的情況。在這里，我們對(duì)回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力矩 M 進(jìn)行了校核：M（～）(M 摩+M 偏+M 慣)（Nm)；M偏——工件重心偏置的偏置力矩(N9 / 31（1） 摩擦阻力矩的計(jì)算。m)式中，N1，N2—軸承處支反力（N）；D1，D2—軸承直徑（m）；F—軸承的摩擦系數(shù)。（2） 偏置力矩 M 偏的計(jì)算。m） =10*200mm/1000=2(NM 慣=*（J 腕+J 手+J 工）*w/t(NM 慣=*（+）*3/=(Nm）333N圖 221 為氣壓缸的實(shí)物圖：圖 221 回轉(zhuǎn)氣壓缸 2．3 回轉(zhuǎn)式機(jī)械手大臂的機(jī)械設(shè)計(jì)關(guān)于大臂的設(shè)計(jì)，大臂通常一般要應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕。而且大臂連接著液壓缸與氣壓缸，在這里，則選取用了鋁合金的作為材料，在尺寸方面，于整體做配合，大臂與小臂和立柱之間，都采用了鍵連接，所以大臂的尺寸如圖231所示：圖 231 大臂尺寸圖（1）關(guān)于大臂與立柱連接的鍵的計(jì)算校核：由于是平鍵連接，且軸的直徑為 15mm，所以我們選擇為鍵寬 b 為 5，鍵高 h 為 5 的鍵，鍵長(zhǎng) L 為 16。（2）大臂與支架之間的連接鍵的計(jì)算與校核由于是平鍵連接，且軸的直徑為 15mm，所以我們選擇為鍵寬 b 為 5，鍵高 h 為 5 的鍵，鍵長(zhǎng) L 為 16。首先是對(duì)于液壓缸的選型。拉力：此處拉力與阻力相當(dāng)，取 20N；行程：按系統(tǒng)要求，行程 S=100mm；安裝角度：該液壓缸豎直安裝，所以： ??90?從而確定 D=25mm，d=18mm。圖 242 安全系數(shù)用 proe 軟件建模畫(huà)出伸縮液壓缸三維圖，如圖 243：243 伸縮缸結(jié)構(gòu)在液壓伸縮缸選好型后，則要設(shè)計(jì)出連接的支架部分。常用的工業(yè)機(jī)械手手部，按握持工件的原理，分為夾持和吸附兩大類(lèi)。通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇吸盤(pán)作為磁吸式機(jī)械手的手抓。如圖251：圖251由于該電磁鐵在通電狀態(tài)下可產(chǎn)生強(qiáng)勁吸附力，把它安裝在自動(dòng)化設(shè)備中可對(duì)被吸附物體起到停止或移動(dòng)作用。所以在本次設(shè)計(jì)中，選用了這一型號(hào)的電磁鐵。 其與小臂為螺紋連接，型號(hào)為M3。該電磁鐵可以抓取的工件為25N。所以可以放心的選取這個(gè)型號(hào)作為電磁鐵來(lái)使用。（1）最大系統(tǒng)壓力升降液壓缸所需驅(qū)動(dòng)的力包括夾持器、工件、伸縮液壓缸的重力以及系統(tǒng)阻力，總作用力較小，所以選擇系統(tǒng)壓力 P==8bar，則系統(tǒng)最大壓 Pmax==8=12bar,（2）結(jié)構(gòu)選擇根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選擇 CD 型單桿液壓缸，選擇 ME6 型缸底矩形法蘭（3）參數(shù)計(jì)算行程：按系統(tǒng)要求，行程 S=
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