【正文】 1．畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 1）、 規(guī)格參數(shù) ： 抓重 。3公斤（吸盤吸力為 1 公斤） ； 自由度數(shù) :3 個 ； 座標(biāo)型式 :直角座標(biāo) 手臂運動參數(shù)：伸縮行程 :100 毫米 ， 升降行程 :30 毫米 ， 橫移行程 :150 毫米 ； 沖床動作頗率 :12 次 /分 ； 驅(qū)動方式 :氣動 ； 緩沖方式 。 毫米 2）、 設(shè)計要求： （ 1）、全部設(shè)計圖 紙 用 AutoCAD 繪制； （ 2）、設(shè)計說明書 1份 （ 40 頁以上） 。 本文對機械手進行總體方案設(shè)計，確定了機械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機械手的技術(shù)參數(shù)。設(shè)計了機械手的 手臂結(jié)構(gòu)。 利用繼電器程序控制器對機械手進行控制，選取了合適的電磁繼電器，根據(jù)機械手的工作流程制定了繼電器程序控制器的控制方案，畫出了機械手的工作時序圖，并繪制了繼電器程序控制器的控制程序。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備 .機械手是模仿著人手 的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。生產(chǎn)中應(yīng)用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率 :可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn) 。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用 .機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的上下料裝置， 是附屬于該機床的專用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應(yīng) 性較強，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 。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更 加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更普遍。把機床設(shè)備和機械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強。而目前我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。 本設(shè)計通過對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識進行整合，完成一個特定功能、特殊要求的 多工位沖床 上下料機械手的設(shè)計，能夠比較好地體現(xiàn)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 畢業(yè)生的理論研究水平，實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實踐的有機結(jié)合。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率 ,降低成本 ,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) ,適應(yīng)現(xiàn)代自動化大生產(chǎn) ,針對具體生產(chǎn)工藝 ,利用機器人技術(shù)，設(shè)計用一臺裝卸機械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。在機械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工 種都有應(yīng)用的實理。 在機械工業(yè)中，應(yīng)用機械手的意義可以概括如下： 一、以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應(yīng)用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。 本機械手主要與 多工位沖床 組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程（上 料、加工、下料）的自動化、無人化。本設(shè)計能夠應(yīng)用到加工工廠車間，從而減輕工人勞動強度，節(jié)約加工輔助時間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 21所示。 手部 即與物件接觸的部 件。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。傳力機構(gòu)型式較多 時 常用的有 :滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到指定的位置 .工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu) 等 )與驅(qū)動源 (如液壓、氣壓或電機等 )相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。機械手的立 I因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。 機座 機座是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機 構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。 (二 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 機械手的分類 工業(yè)機械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的 自動化生產(chǎn) 的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、下料機械手。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種 :簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制 :可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機械手屬于 數(shù)控類型。其主要特點是 :抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。其主要特點是 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單， 成本低。 機械傳動機械手 即由機械傳動機構(gòu) (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等 )驅(qū)動的機械手。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機的上、下料。 電力傳動機械手 即有特殊 結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率 步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的 械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。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。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國外機器人領(lǐng)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 97年的 65萬美元。例如關(guān)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(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機 。 (3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC機 的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 。 第一章 緒論 8 (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(yīng)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(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制 。 (5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的 感覺來操縱機器人。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。從 94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。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(yīng)用，弧焊機器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200臺，約占全球已 安裝臺數(shù)的萬分之四。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程 .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(shù)、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(yīng)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(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 期立于世界先進行列之中。 現(xiàn)在的機械手大多采用液壓傳動，液壓傳動存在以下幾個缺點 : (1)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失 (摩擦損失、泄露損失等 ):液壓傳 動易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。油溫變化時，液體粘度變化，引起運動特性變化。 (4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高 。鑒于以上這些缺陷，本機械手?jǐn)M采用氣壓傳動，氣動技術(shù)有以下優(yōu)點 : (1)介質(zhì)提取和處理方便。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。氣動系統(tǒng)一般只需要 速度。 (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，但由于氣動機器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領(lǐng)域里，對氣動機械手、氣動機器人的實用性和前景存在不少疑慮。工業(yè)需要的時候還可以用氣流負(fù)壓式吸盤來吸取板料工件。 (5)對氣壓傳動系統(tǒng)原理圖的參數(shù)化繪制進行研究，提高繪圖效率，改善繪圖質(zhì)量。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第二章 機械手的設(shè)計方案 對氣動機械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾 放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進 一步確定對機械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求 。 機械手的座標(biāo)型式與自由度 工業(yè)機械手的結(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。 圖 21 機械手的四種坐標(biāo)形式 直角坐標(biāo)機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動 來實現(xiàn)的，如圖 a21.。但是，這種直角坐標(biāo)機械手的運動空間相對機械手的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。 直角坐標(biāo)機械手的工作空間為一空間長方體。 第二章 機械手的設(shè)計方案 12 圓柱坐標(biāo)機械手的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運 動來實現(xiàn)的，如圖。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機械手結(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)型機械手動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。此種機械手在工業(yè)中 應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機械手。 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。 下圖為本次機械手的自由度以及運動示意圖。 當(dāng)活塞向前運動時，滑槽通過銷子推動手爪合并，產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運動時，手爪松開。 這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。 這種手爪通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開動作。 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 ，應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來設(shè)計。但是，自由度的增加，也必然會使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機械手的控制更困難，成本也會增加。在滿足作業(yè)要求的前提下，應(yīng)使自由度數(shù)盡可能的少。 因此，要具體問題具體分析，考慮機械手的多種布局，運動方案，選擇滿足要求的最簡單的方案。為了減輕機械手腕部的重量，腕部機構(gòu)的驅(qū)動器采用分離傳動。 ，因此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末