機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析教材

1、機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)http:/什么是機(jī)械手？機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。模仿人的手和臂及一些特定的動(dòng)作功能，按固定程序搬運(yùn)物件或操縱工具的一種裝置。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分組成。http:/常見機(jī)械手的幾種結(jié)構(gòu)類型http:/A.直角坐標(biāo)機(jī)器手結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)機(jī)器手的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。由于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器手有可能達(dá)到很高的位置精度（m級(jí)）。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)機(jī)器手的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因

2、此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器手的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器手的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。B.圓柱坐標(biāo)機(jī)器手結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器手的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，這種機(jī)器手構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。C.球坐標(biāo)機(jī)器手結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機(jī)器手的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，這種機(jī)器手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)類球形的空間。D.關(guān)節(jié)型機(jī)器手結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)器手的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的,關(guān)節(jié)型機(jī)器手動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對(duì)機(jī)器手本體尺寸，其工作空間比較大。http:/

3、針對(duì)具體零件選用的機(jī)械手結(jié)構(gòu)類型 假設(shè)要求搬運(yùn)的加工工件的質(zhì)量30KG，且長(zhǎng)度達(dá)500MM，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該機(jī)械手在工作中需要3種運(yùn)動(dòng),其中手臂的伸縮和立柱升降為兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng),另一個(gè)為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),綜合考慮，機(jī)械手自由度數(shù)目取為3，即一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度兩個(gè)移動(dòng)自由度。即圓柱坐標(biāo)形式機(jī)械手，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,手臂運(yùn)動(dòng)范圍大,且有較高的定位準(zhǔn)確度。http:/圓柱形式機(jī)械手工作布局圖http:/機(jī)械手各部分分析和設(shè)計(jì)機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)分析和具體采用方案機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)分析和具體采用方案機(jī)器手腕部結(jié)構(gòu)分析和具體采用方案4.機(jī)械手手爪的結(jié)構(gòu)分

4、析和具體采用方案http:/機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的分析機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求分析1.腰座要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器手在工作時(shí)整體安裝的穩(wěn)定性。2.腰座要承受機(jī)器手全部的重量和載荷，因此，機(jī)器手的基座和腰部軸及軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力。3.機(jī)器手的腰座是機(jī)器手的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它對(duì)機(jī)器手末端的運(yùn)動(dòng)精度影響最大。4.腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它包括驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動(dòng)器。5.腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整。6.為了減輕機(jī)器手運(yùn)動(dòng)部分的慣量，提高機(jī)器手的控制精度，一般腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成，而不運(yùn)動(dòng)的基座是用鑄

5、鐵或鑄鋼材料制成。http:/機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的具體采用方案 腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)形式要么是電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，要么是通過擺動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)，目前的趨勢(shì)是用前者。因?yàn)殡妱?dòng)方式控制的精度能夠很高，而且結(jié)構(gòu)緊湊，不用設(shè)計(jì)另外的液壓系統(tǒng)及其輔助元件?？紤]到腰座是機(jī)器手的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對(duì)機(jī)械手的最終精度影響大，故采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般電機(jī)都不能直接驅(qū)動(dòng)，考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，采用大傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行減速和扭矩的放大。http:/機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)分析1.應(yīng)盡可能使機(jī)器手手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)。2.機(jī)器手手臂的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足機(jī)器手工作空間的

6、要求。工作空間的形狀和大小與機(jī)器手手臂的長(zhǎng)度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系。3.機(jī)器手手臂末端工作空間并沒有考慮機(jī)器手手腕的空間姿態(tài)要求，如果對(duì)機(jī)器手手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。http:/機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的具體采用方案機(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(dòng)都為直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)一般是氣動(dòng)傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)。考慮到搬運(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(shí)考慮到機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能及運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，安全性，對(duì)手臂的剛度有較高的要求。綜合考慮，兩手臂的驅(qū)動(dòng)均選擇液壓驅(qū)動(dòng)方

7、式，通過液壓缸的直接驅(qū)動(dòng)，液壓缸既是驅(qū)動(dòng)元件，又是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)件，不用再設(shè)計(jì)另外的執(zhí)行件了；而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。http:/機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)分析1.機(jī)器手手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來設(shè)計(jì)。機(jī)器手手腕自由度數(shù)目愈多，各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度愈大，則機(jī)器手腕部的靈活性愈高，機(jī)器手對(duì)對(duì)作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。2.機(jī)器手手腕要與末端執(zhí)行器相聯(lián)，因此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末端執(zhí)行器。4.機(jī)器手的手腕機(jī)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證力與運(yùn)動(dòng)的傳遞。3.要設(shè)有可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減小空回間隙，提高傳動(dòng)精度。http:/機(jī)械手腕部具體采用方案 考慮數(shù)控機(jī)床加工的

8、具體形式及對(duì)機(jī)械手上下料作業(yè)時(shí)的具體要求，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，降低控制的難度，本設(shè)計(jì)手腕不增加自由度，實(shí)踐證明這是完全能滿足作業(yè)要求的，3個(gè)自由度來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的上下料完全足夠。水平液壓缸支承板手臂手爪聯(lián)結(jié)梁執(zhí)行手爪http:/機(jī)械手手爪的結(jié)構(gòu)分析1.機(jī)器手末端執(zhí)行器是根據(jù)機(jī)器手作業(yè)要求來設(shè)計(jì)的。2.機(jī)器手末端執(zhí)行器的重量、被抓取物體的重量及操作力的總和機(jī)器手容許的負(fù)荷力。因此，要求機(jī)器手末端執(zhí)行器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。3.機(jī)器手末端執(zhí)行器的萬能性與專用性是矛盾的。4.機(jī)器手末端執(zhí)行器要便于安裝和維修，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。http:/機(jī)器手手爪

9、的典型結(jié)構(gòu)1.楔塊杠桿式手爪 利用楔塊與杠桿來實(shí)現(xiàn)手爪的松、開，來實(shí)現(xiàn)抓取工件。2.滑槽式手爪 當(dāng)活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑槽通過銷子推動(dòng)手爪合并，產(chǎn)生夾緊動(dòng)作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。3.連桿杠桿式手爪 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(yùn)動(dòng)，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。通常與彈簧聯(lián)合使用。4.齒輪齒條式手爪 手爪通過活塞推動(dòng)齒條，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開動(dòng)作。5.平行杠桿式手爪 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(dòng)，比帶有導(dǎo)軌的平行移動(dòng)手爪的摩擦力要小很多。http:/機(jī)械手手爪具體采用方案 結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計(jì)采用連桿杠桿式的手爪。驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)移動(dòng)，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。手指的最小開度由加工工件的直徑來調(diào)定。本設(shè)計(jì)按照工件的直徑為50mm來設(shè)計(jì)。http:/整體結(jié)構(gòu)示意圖http:/各部件驅(qū)動(dòng)方式的分析和選擇機(jī)械手腰部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要一定的定位控制精度，故采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手手臂部分因?yàn)椴捎靡簤簣?zhí)行缸來做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液壓驅(qū)動(dòng)；同