三自由度搬運機械手的設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 機械手是一種機械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)品。采用機械手是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，改善勞動條件，減輕勞動強度的一種有效手段。它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術(shù)裝備。機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期、頻繁、單調(diào)的操作，采用機械手是有效的；此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示 其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 本課題的主要內(nèi)容是采用機械設(shè)計原理，進行三自由度搬運機械手的設(shè)計，熟悉三自由度機械手的運用場合和相關(guān)的設(shè)計步驟。機械手可以代替很多重復(fù)性的體力勞動，從而減輕工人的勞動強度，提高生產(chǎn)效率。結(jié)合三自由度設(shè)計的各方面的知識，在設(shè)計過程中學(xué)會怎樣發(fā)現(xiàn)問題解決問題 且在設(shè)計中融入自己的想法和構(gòu)思，提高自己的創(chuàng)新能力。盡力使機械手使用方便，結(jié)構(gòu)簡單。 關(guān)鍵詞 ： 機械手，輸送工件，搬運，三自由度買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 is a of is to of a of It is an of of to or of of in of is In it be in is of of of of of a of of so as to of of in to to in to to of 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘 要 . - 1 - . - 2 - 1 緒論 . - 5 - . - 5 - 械手的組成 . - 6 - 械手的分類 . - 7 - 第 2 章 搬運機械手機構(gòu)總體方案設(shè)計 . - 9 - 運機械手設(shè)計要求 . - 9 - 本設(shè)計思路 . - 9 - 統(tǒng)分析 . - 9 - 體設(shè)計框圖 . - 10 - 運機械手的基本參數(shù) .1 - 運機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 .1 - 運機械手坐標(biāo)形式的選擇 .1 - 械手材料的選擇 . - 12 - . - 12 - 運機械手驅(qū)動與控制系統(tǒng)分析 . - 13 - 動方式的選擇 . - 13 - 制系統(tǒng)的選擇 . - 13 - 3 搬運機械手機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 . - 14 - 運機械手手爪設(shè)計 . - 14 - 運機械手手臂設(shè)計 . - 14 - 縮機械臂的設(shè)計 . - 14 - 降機械臂的設(shè)計 . - 15 - 轉(zhuǎn)機械臂的設(shè)計 . - 17 - 部設(shè)計計算 . - 17 - 部設(shè)計計算 . - 21 - 壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 . - 22 - . - 24 - 機的選擇 . - 24 - 柱的設(shè)計與校核 . - 25 - 座的機械結(jié)構(gòu)示意圖 . - 26 - 4 搬運機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 . - 28 - . - 28 - 作原理 . - 28 - 型的選擇 . - 28 - 型的選擇 . - 28 - 選 參數(shù) . - 29 - 制面板的擬定 . - 30 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 械手工藝過程和控制方案的確定 . - 31 - 確工藝要求 . - 31 - 定工藝流程 . - 31 - 感器選擇 . - 33 - 定 I/O 點數(shù) . - 33 - 序編寫 . - 34 - 體程序設(shè)計思路 . - 34 - . - 35 - 位程序的編寫 . - 36 - 動控制程序的編寫 . - 38 - 5 結(jié)論 . - 41 - 參考文獻 . - 42 - 致 謝 . - 43 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 緒論 隨著人類科技的進步，社會經(jīng)濟的發(fā)展，機器人學(xué)成為近幾十年來 迅速發(fā)展的一門綜合學(xué)科。它體現(xiàn)了光機電一體化技術(shù)的最新成就，機械手作為其中的佼佼者更是發(fā)揮了不可磨滅的作用。在人類社會中，凡是有機械活動的地方，都能看到機械手的身影。機械手產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)由核工業(yè)和軍事科技等高端科學(xué)領(lǐng)域向醫(yī)療、農(nóng)業(yè)甚至是服務(wù)娛樂等民用領(lǐng)域發(fā)展了，并且各式各樣的機械手正在涌現(xiàn)出來，以驚人的速度延伸到人類活動的各個領(lǐng)域。機械手是由于人類期望生產(chǎn)水平的提高，為了提升生產(chǎn)效率而出現(xiàn)的。然而由于機械手善于完成重復(fù)的，單調(diào)的，精確度要求高的工作，能取代人在惡劣的環(huán)境中完成人類不能或者不愿完成的工作，因此 ，機械手的出現(xiàn)又大大解放了人類的生產(chǎn)力。所以說機械手的發(fā)展是社會發(fā)展的結(jié)果，也是社會發(fā)展的必然趨勢?，F(xiàn)在，很多發(fā)達國家都追逐著機械手這一發(fā)展趨勢，積極地進行著機械手的各種開發(fā)和研制的工作，并且其中一些國家已經(jīng)取代了不錯的成果，研制出了許多新型且實用的機械手或者是機器人。例如：日本的跳舞機器人、犬型機器人愛寶 (。英國研制的履帶式“手推車”及“超級手推車”排爆機器人；美國 司推出了能避開障礙，自動設(shè)計行進路線吸塵器機器人 海世博會使用過的福娃機器人等等。 由于機械手的迅猛發(fā) 展，機械手進入學(xué)校教學(xué)是必然的。三自由度機械手作為是機械手的典型產(chǎn)品，其設(shè)計及應(yīng)用對機電一體化、機械結(jié)構(gòu)工藝、機械制造、自動化、電子信息等專業(yè)的教學(xué)及研究都有著很重要的意義。 械手的歷史 機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。它是機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機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力大的特點，因此，機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。 機械手首先是從美國開始研制的。 1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。 1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為 動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標(biāo)通用機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年 ，美國機械制造公司也實驗成功一種叫 械手。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。這兩種出現(xiàn)在六十年買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 代初的機械手，是后來國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978 年美國 司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于 1 毫米。聯(lián)邦德國 司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 目前，機械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) 柔性制造單元 的重要一環(huán)節(jié)。 械手的組成 一般來說，機械手主要有以下幾部分組成： 1. 手部 (或稱抓取機構(gòu) )：包括手爪、傳力機構(gòu)等，主要起抓取和放置物件的作用。 2. 傳送機構(gòu) (或稱臂部 )：包 括手腕、手臂等，主要起改變物件方向和位置的作用。 3. 驅(qū)動部分：它是前兩部分的動力，因此也稱動力源，常用的有液壓、氣壓、電力和電機四種驅(qū)動形式。 4. 控制部分：它是機械手動作的指揮系統(tǒng)，由它來控制動作的順序 (程序 )、位置和時間 (甚至速度與加速度 )等。 5. 其它部分：如機體、行走機構(gòu)、行程檢測裝置和傳感裝置等。 行機構(gòu) 一般機械手的執(zhí)行機構(gòu)由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、緩沖與定位，還有行走機構(gòu)組成。 動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)主要有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動、電動驅(qū)動 和機械驅(qū)動等形式。不過目前還是以液壓和氣動用的最多。 液壓驅(qū)動具有體積小、出力大、控制性能好、動作平穩(wěn)等特點 ，它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動具有潤滑性能好、壽命長的特點，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好。定位精度高，克實現(xiàn)任意位置開停。有很多專業(yè)機械手能直接利用主機的液壓系統(tǒng)。但缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣動驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉。氣源方便，所需的壓縮氣源一般工廠都有，并且無污染，一般采用的壓力 高可達 1點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 電動由于減速和回轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動機構(gòu)復(fù)雜 , 很少采用。 機械式用于簡單的場合。 制機構(gòu) 機械手的控制方式有點動和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)是用插銷板進行點位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 械手的分類 機械手從使用范圍、運動坐標(biāo)形式 、驅(qū)動方式以及臂力大小四個方面的分類分別為： 1. 按使用范圍分類： (1) 專用機械手 一般只有固定的程序，而無單獨的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機器或生產(chǎn)線用以自動傳送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料機械手”、“曲拐自動車床機械手”、“油泵凸輪軸自動線機械手”等等。這種機械手結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，適用于動作比較簡單的大批量生產(chǎn)的場合。 (2) 通用機械手 指具有可變程序和單獨驅(qū)動的控制系統(tǒng)，不從屬于某種機器，而且能自動完成傳送物件或操作某些工具的機械裝置。通用機械手按其定位 和控制方式的不同，可分為簡易型和伺服型兩種。簡易型只是點位控制，故屬于程序控制類型，伺服型可以是點位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù)字控制類型。 2. 按運動坐標(biāo)型式分類： (1) 直角坐標(biāo)式機械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸 X、 Y、 Z 三個方向移動，亦即臂部可以前后伸縮 (定為沿 X 方向的移動 )、左右移動 (定為沿 Y 方向的移動 )和上下升降 (定為沿 Z 方向的移動 )； (2) 圓柱坐標(biāo)式機械手 手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的 X 和 Z 方向移動，又可繞買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 Z 軸轉(zhuǎn)動 (定為繞 Z 軸轉(zhuǎn)動 )，亦即臂部可以前后伸縮、 上下升降和左右轉(zhuǎn)動； (3) 球坐標(biāo)式機械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸 X 方向移動，還可以繞 Y 軸和Z 軸轉(zhuǎn)動，亦即手臂可以前后伸縮 (沿 X 方向移動 )、上下擺動 (定為繞 Y 軸擺動 )和左右轉(zhuǎn)動 (仍定為繞 Z 軸轉(zhuǎn)動 )； (4) 多關(guān)節(jié)式機械手 這種機械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大臂的連接 (肘部 )以及大臂和機體的連接 (肩部 )均為關(guān)節(jié) (鉸鏈 )式連接，亦即小臂對大臂可繞肘部上下擺動，大臂可繞肩部擺動多角，手臂還可以左右轉(zhuǎn)動。 3. 按驅(qū)動方式分類： (1) 液壓驅(qū)動機械手 以壓力 油進行驅(qū)動； (2) 氣壓驅(qū)動機械手 以壓縮空氣進行驅(qū)動； (3) 電力驅(qū)動機械手 直接用電動機進行驅(qū)動； (4) 機械驅(qū)動機械手 是將主機的動力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機構(gòu)等傳遞給機械手的一種驅(qū)動方式。 4. 按機械手的臂力大小分類： (1) 微型機械手 臂力小于 1 ； (2) 小型機械手 臂力為 1 10 ； (3) 中型機械手 臂力為 10 30 ； (4) 大型機械手 臂力大于 30 。 我所設(shè)計的搬運機械手，是以搬運物料為目的的圓柱坐標(biāo)式三自由度機械手。它采用液壓與機械傳動兩種驅(qū)動方式，屬于小型機械手。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 2 章 搬運機械手機構(gòu)總體方案設(shè)計 運機械手設(shè)計要求 圖 1 機械手工作示意圖 (1) 初始狀態(tài)，按啟動按鈕傳送帶 A 開始傳送物料，光電傳感器開始工作，機械手回原點。 (2) 當(dāng)光電傳感器檢測到有物料時，傳感器將信號傳給機械手，機械手開始工作。 (3) 機械手從初始位置開始運動，通過機械手臂的旋轉(zhuǎn)，機械手抓伸出，機械臂下降，機械手抓抓緊來獲得傳送帶 A 上的 物料。 (4) 獲得物料后，通過機械臂升降，機械手抓的伸縮，機械臂旋轉(zhuǎn)，機械手抓的放松，將物體運送到傳送帶 B 上。 (5) 機械手完成這一系列動作后，開始重復(fù)工作。 本設(shè)計思路 統(tǒng)分析 機械手是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、提高勞動生產(chǎn)率的一種有力工具。要在一個生產(chǎn)過程中實現(xiàn)自動化，需要對各種機械化、自動化裝置進行綜合的技術(shù)和經(jīng)濟分析，從而判斷機械手是否合適。所以要完成機械手的設(shè)計，一般要先做如下工作： (1) 根據(jù)機械手的使用場合，明確機械手的目的和任務(wù)。 (2) 分析機械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 (3) 認真分析系 統(tǒng)的工作要求，確定機械手的基本功能和方案，如機械手的自由度數(shù)目、動作速度、定位精度、抓取重量等。進一步根據(jù)抓取、搬運物體的質(zhì)量、形狀、尺寸及生產(chǎn)批量等情況，來確定機械手爪的形式及抓取工件的部位和握力大小。 對此，我進行如下分析： (1) 本設(shè)計課題為物料傳送機械手設(shè)計，是通過機械手進行兩地物料運輸?shù)臋C械手。而機械手的使用場合，非常廣泛，要涉及到物料的狀態(tài)，運作流水線的環(huán)境等等因素，相較于我所掌握的理論知識和能力，我選擇非批量生產(chǎn)的小型物體加工流水線上的物料傳送機械手。 (2) 由于我所選擇的機械手是非批量生產(chǎn)的小型物體加工 流水線上的物料傳送機械手，所以，機械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境一定是工廠，要求精度高，容錯率低，速度快。 （ 3）再者是搬運物體的考慮，由于是小型物件，所以對機械手的抓取力量并無太高要求，而物體形狀初步擬定為圓柱形，方便設(shè)計。 體設(shè)計框圖 人 機 交 互 系 統(tǒng)( 系 統(tǒng) 軟 件 、 編程 語 言 系 統(tǒng) )控 制 器 及控 制 算 法控 制 系 統(tǒng)驅(qū) 動 系統(tǒng) ( 各 驅(qū)動 器 )機 械 系 統(tǒng) ( 機身 、 臂 部 、手 腕 、 手 爪 )作 業(yè) 對 象內(nèi) 部 傳 感 器 信 息 反 饋工 作 對 象 及 環(huán) 境 信 息 反 饋感 知 系 統(tǒng)圖 2 總體設(shè)計框圖 如圖 2為總設(shè)計框圖，說明如下： (1) 控制系統(tǒng)：任務(wù)是根據(jù)機械手的作業(yè)指令程序和傳感器反饋回來的信號，控制機械手的執(zhí)行機構(gòu)，使其完成規(guī)定的運動和功能。主要設(shè)計目標(biāo)為 選擇， (2) 驅(qū)動系統(tǒng)：驅(qū)動系統(tǒng)工作的驅(qū)動裝置 。 (3) 機械系統(tǒng)：包括機身、機械臂、手腕、手爪。需要確定其自由度、坐標(biāo)形式，并計算得出具體結(jié)構(gòu)。 (4) 感知系統(tǒng)：即傳感器的選擇及具體作用。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 運機械手的基本參數(shù) 1. 機械手的最大搬運物料的重量是它的主參數(shù)。本論文物料傳送機械手所搬運的物料質(zhì)量可設(shè)定為 5 2. 運動速度直接影響機械手的動作快慢和機械手動作的穩(wěn)定性，所以運動速度也是是物料物料傳送機械手的一個主要的基本參數(shù)。設(shè)計速度過低的話，會無法滿足機械手的動作功能，限制機械手的使用范圍。設(shè)計的速度過高又會加重機械手的負載并影響機械手動作的平穩(wěn)性。該機械手的最大平移速度為 1m/s。 3. 伸縮行程和工作半徑是決定機械手工作范圍及整機尺寸的關(guān)鍵，也是機械手設(shè)計的基本參數(shù)。過大的工作半徑和伸縮行程，會增大機械手的運動負載，使得機械手剛性降低，而工作半徑過小則不能夠?qū)崿F(xiàn)機械手的功能，限制了機械手的應(yīng)用和擴展性。本論文物料傳送機械手設(shè)定水平反向伸縮行程 200轉(zhuǎn)角度范圍為 90。機械手豎直方向的升降行程為 100 械手精度太低，就完成不了功能，精度太高又意味著成本 的增加。綜合考慮，士 1間。物料傳送機械手的各個部分的基本參數(shù)可以由上面已經(jīng)知道的物料傳送機械手各關(guān)節(jié)的行程和時間分配來決定。 表 1 物料傳送機械手基本參數(shù)（自定） 水平機構(gòu) 伸出范圍： 0500直機構(gòu) 升降范圍： 100出速度： 334mm/s 上升速度： 200mm/s 收縮速度： 334mm/s 下降速度： 200mm/s 定位精度： 士 1位精度： 士 1轉(zhuǎn)機構(gòu) 回轉(zhuǎn)角度： 180 手爪 搬運范 圍 500轉(zhuǎn)速度： 90 /s 定位精度： 士 5 運機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 運機械手坐標(biāo)形式的選擇 根據(jù)所設(shè)計的機械手的運動方式：機械臂的轉(zhuǎn)動，機械臂的升降，機械臂的伸縮，得到了機械臂的三個自由度。根據(jù)上文所說的，機械手按照坐標(biāo)的分類情況，選擇圓柱坐標(biāo)式機械手更為妥當(dāng)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 械手材料的選擇 機器人手臂的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作狀況來進行選擇，并滿足機器人的設(shè)計和制作要求。從設(shè)計的思想出發(fā)，機器人手臂要完成各種運動。因此，對材料的一個要求是作為運動的部件，它應(yīng)是輕型材料。另一方面，手臂在運動過程中往往會產(chǎn)生振動，這必然大大降低它的運動精度。所以在選擇材料時，需要對質(zhì)量、剛度、阻尼進行綜合考慮，以便有效地提高手臂的動態(tài)性能。此外，機器人手臂選用的材料與一般的結(jié)構(gòu)材料不同。機器人手臂是一種伺服機構(gòu)，要受到控制，必須考慮它的可控性。在選擇手臂材料時，可控性還要和材料的可加工性、結(jié)構(gòu)性、質(zhì)量等性質(zhì)一起考慮。 總之，選擇機器人手臂的材料時，要綜合考慮強度、剛度、重量、彈性、抗震性、外觀及價格等多方面因素。下面介紹幾種機器人手臂常用的材料： (l)碳素結(jié)構(gòu) 鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等高強度鋼 :這類材料強度好，尤其是合金結(jié)構(gòu)鋼強度增加了 45 倍、彈性模量 E 大、抗變形能力強，是應(yīng)用最廣泛的材料 ; (2)鋁、鋁合金及其它輕合金材料 :其共同特點是重量輕、彈性模量 E 不大，但是材料密度小，則 E/p 之比仍可與鋼材相比 ; (3) 陶瓷 :陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大，可加工型不好，與金屬等零件連接的接合部需要特殊設(shè)計。然而，日本己試制了在小型高速機器人上使用的陶瓷機器人手臂的樣品 ; 從本文設(shè)計的機械手的角度來看，在選用材料時不需要很大的負載能力，也不需要很高的彈性模量和抗變形能力， 此外還要考慮材料的成本，可加工性等因素。在衡量了各種因素和結(jié)合工作狀況的條件下，初步選用鋁合金作為機械臂的構(gòu)件 械臂的運動方式 根據(jù)主要的運動參數(shù)選擇運動形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。常見的機器人的運動形式有五種 :直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型和 。同一種運動形式為適應(yīng)不同生產(chǎn)工藝的需要，可采用不同的結(jié)構(gòu)。具體選用哪種形式，必須根據(jù)作業(yè)要求、工作現(xiàn)場、位置以及搬運前后工件中心線方向的變化等情況，分析比較并擇優(yōu)選取。 考慮到機械手的作業(yè)特點，即要求其動作靈活、有較大的工作空間、且要求結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小等特點，故選用關(guān)節(jié)型機械手。這類機械手一般由 2 個肩關(guān)節(jié)和 1 個肘關(guān)節(jié)進行定位，由 2 個或 3 個腕關(guān)節(jié)進行定向。其中，一個肩關(guān)節(jié)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，另一個肩關(guān)節(jié)實現(xiàn)俯仰。這兩個肩關(guān)節(jié)軸線正交。肘關(guān)節(jié)平行于第二個肩關(guān)節(jié)軸線，如圖所示。這種構(gòu)形動作靈活、工作空間大、在作業(yè)時空間內(nèi)手臂的干涉最小、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、關(guān)節(jié)上相對運動部位容易密封防塵。但是這類機械手運動學(xué)比較復(fù)雜，運動買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 學(xué)的反解比較困難 ;確定末端桿件的姿態(tài)不夠直觀，且在進行控制時，計算量比較大。 圖 3 常見的運動方式 運機械手驅(qū)動與 控制系統(tǒng)分析 動方式的選擇 機械手常用的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機驅(qū)動三種基本形式。 液壓驅(qū)動的特點是功率大、結(jié)構(gòu)簡單，可省去減速裝置，響應(yīng)快，精度較高。但是需要有液壓源，而且容易發(fā)生液體泄漏。 氣壓驅(qū)動的能源、結(jié)構(gòu)都比較簡單，但與液壓驅(qū)動相比，功率較小，速度不易控制，精度不高。 電機傳動能源簡單，機構(gòu)速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高，使用方便，噪聲低，控制靈活。 起初，我先選擇電動機的傳動結(jié)構(gòu)，但是考慮到機械手的升降運動運用純機械結(jié)構(gòu)并不能達到理想傳動效果。而機械手臂 旋轉(zhuǎn)如若使用氣壓或者液壓傳動，就必須帶有旋轉(zhuǎn)氣壓或者旋轉(zhuǎn)液壓缸，相對來說結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不利于設(shè)計。 故改良方案，將驅(qū)動方式分成兩個部分。其中，機械臂的回轉(zhuǎn)采用電機傳動的驅(qū)動方式，通過電機帶動齒輪鏈進行旋轉(zhuǎn)傳動；而機械臂的伸縮、升降和機械手抓的抓取，都采用氣壓驅(qū)動方式。 制系統(tǒng)的選擇 這里選擇用 制的控制系統(tǒng)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 搬運機械手機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 運機械手手爪設(shè)計 設(shè)計時考慮的幾個問題： 1. 具有足夠的夾緊力：在確定手爪的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在 傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 2. 手爪間應(yīng)具有一定的開閉角：兩手爪張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手爪的開閉角。手爪的開閉角應(yīng)保證工件能順利進入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手爪只有開閉幅度的要求。 3. 保證工件準(zhǔn)確定位：為使手爪和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手爪形狀。考慮被抓取對象的要求，手爪形狀設(shè)計成 4. 具有足夠的強度和剛度：手爪除受到被夾持工件的反作用力外，還受到 機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，應(yīng)當(dāng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小 。 運機械手手臂設(shè)計 機械手臂，在我的設(shè)計中，涉及到三個自由度：升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)。水平手臂作伸縮用，而垂直手臂則有兩部分組成。與底座連接部分為機械臂旋轉(zhuǎn)部分，通過電機帶動齒輪鏈?zhǔn)沟脵C械臂旋轉(zhuǎn)；上面部分為機械臂升降部分，通過氣壓驅(qū)動控制機械臂的升降。所以，我將機械手臂的設(shè)計分為三個步驟，先完成垂直臂的設(shè)計，再完成水平臂的設(shè)計 。 縮機械臂的設(shè)計 (1) 在校核尺寸時，只需校核氣壓缸內(nèi)徑 1D =50徑 R=25設(shè)計使用壓強 ,則驅(qū)動力： 2 6 (3（ 2）分析計算伸縮手臂加速度： 如下圖所示， ,將其分為三段，分別為加速狀態(tài) 1t ，勻速狀態(tài) 2t 和減速狀態(tài)3t。切運動距離 L 為 500以有公式： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 (3又有加速度公式 .0 (3(3) 測定手臂質(zhì)量為 555021 ,加速度 2/33.0 ，則慣性力： 1 (3(4) 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) 2.0k , )(3總受力 10 (30 所以氣壓缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求。 降機械臂的設(shè)計 1. 尺寸設(shè)計 氣壓缸運行長度設(shè)計為 l =80壓缸內(nèi)徑為 1D =80徑 R=40強p=驅(qū)動力： 20 . 9 6 (32. 尺寸校核 （ 1）測定手臂質(zhì)量為 53