畢業(yè)論文(設(shè)計)--四自由度的工業(yè)機械手設(shè)計

1、<p><b>　　摘要 </b></p><p>　　在當今大規(guī)模的制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機械手作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)認同并采用。工業(yè)機械手的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個國家的工業(yè)自動化水平。目前，工業(yè)機器人主要承擔著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重要性并且勞動強度極大的工作，工作方式一般采取試教在

2、線的方式。</p><p>　　本文將設(shè)計一臺四自由度的工業(yè)機械手，用于給沖壓設(shè)配運送物料。首先，本文將設(shè)計工業(yè)機器人的底座、手、手腕、臂部等結(jié)構(gòu)。然后選擇合適的傳動方式，驅(qū)動方式，搭建工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)平臺。在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計該機械手的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡和伺服放大器的選擇，反饋方式和反饋元件的選擇，端子板電路的設(shè)計以及控制軟件的設(shè)計，重點加強控制軟件的可靠性和機械手運行的安全性。最終實現(xiàn)目標包括：關(guān)節(jié)的

3、伺服控制和制動問題實時的檢測機械手的各關(guān)節(jié)的運動情況，機械手的示教編程和在線修改程序，設(shè)置參考點和回參考點。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機械手；示教編程；伺服；制動</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In today's large-scale manufacturing, the enterp

4、rise to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, manipulator as an important member of automatic production line, gradually by enterprise and the

5、 use of identity. Industrial robot technology level and application degree to a certain extent reflect a nation of industrial automation level. Currently, the manipulator main bear the welding, painting, handling and sto

6、rage, and th</p><p>　　This paper will design a four degrees of freedom industrial robot, are used to transport materials with stamping set. First of all, this article will design the base of the industrial r

7、obot hand, wrist, arm, the structure, etc. And then choose the appropriate transmission mode, driving way, build the structure of manipulator platform. On this basis, this paper will design the system control system, inc

8、luding data collection card and the choice of servo amplifiers, feedback and feedback of compon</p><p>　　Keywords: Manipulator; Demonstration program; Servo; brake.</p><p><b>　　目錄</b>

9、;</p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 工業(yè)機械手的分類2</p><p>　　1.2 工業(yè)機械手的組成3</p><

10、p>　　1.3 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的作用6</p><p>　　1.4 工業(yè)機械手設(shè)計的目的8</p><p>　　1.5 工業(yè)機械手設(shè)計的內(nèi)容9</p><p>　　1.6 工業(yè)機械手的技術(shù)發(fā)展方向9</p><p>　　2 機械手總體設(shè)計方案12</p><p>　　2.1 原始數(shù)據(jù)（主要參數(shù)）

11、12</p><p>　　2.2 工作要求12</p><p>　　2.3 系統(tǒng)組成13</p><p>　　2.4 總體技術(shù)方案13</p><p>　　3 機械手的手部設(shè)計計算15</p><p>　　3.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計15</p><p>　　3.2 夾鉗式手部設(shè)計的基本要求

12、16</p><p>　　3.3 夾鉗式手部的計算與分析17</p><p>　　3.4 楔塊等尺寸的確定29</p><p>　　3.5 材料及連接件選擇33</p><p>　　4 機械手的腕部設(shè)計計算34</p><p>　　4.1 腕部設(shè)計的基本要求34</p><p>　

13、　4.2 腕部結(jié)構(gòu)的選取36</p><p>　　4.3 腕部結(jié)構(gòu)的計算37</p><p><b>　　總結(jié)50</b></p><p><b>　　參考文獻51</b></p><p><b>　　致謝53</b></p><p>　　附錄

14、 外文文獻54</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)，不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械設(shè)備。機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平

15、的重要指標。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟戰(zhàn)略重點之一。</p><p>　　工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，工業(yè)機械手的工業(yè)機器人的一個重要分支，它的特點是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，機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p&

16、gt;　　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，在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動化生產(chǎn)線中，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。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)和勞動，不知疲勞，不懼危險，抓舉重物的力量比人手大的特點，因此機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛的得到了應(yīng)用。<

17、;/p><p>　　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)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。 </p><p>　　機械手技術(shù)涉及到力學，機

18、械學，電氣液壓技術(shù)，自動控制技術(shù)，傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學領(lǐng)域，是一門跨多種學科的綜合技術(shù)。</p><p>　　機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。</p><p>　　1.1 工業(yè)機械手的分類</p><p>　　目前，我國對工業(yè)機械手尚無交統(tǒng)一的分類標準。一般可按機械手的規(guī)

19、格、功能或用途等來分類。</p><p>　　1.1.1 按規(guī)格（所搬運的工件重量）分類</p><p>　　1）微型的——搬運重量在1kg以下。</p><p>　　2）小型的——搬運重量在10kg以下。</p><p>　　3）中型的——搬運重量在50kg以下。</p><p>　　4）大型的——搬運重量在500k

20、g以下。</p><p>　　目前大多數(shù)工業(yè)機械手能搬運的重量為1-30kg。最小的為0.5kg，最大的已達800kg。</p><p>　　1.1.2 按功能分類</p><p>　　1） 簡易型工業(yè)機械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓或擋塊轉(zhuǎn)鼓控制，可變程序用插銷板或轉(zhuǎn)鼓控制來給定程序。近年來，普遍采用可編程序控制器（PC）組成控制系統(tǒng)。&l

21、t;/p><p>　　這種機械手多為氣動或液動，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，改變程序較容易。只適用于程序較簡單的點位控制，但作為一般單服務(wù)的搬運作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機械手數(shù)量最多。</p><p>　　2） 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機械手 這種工業(yè)機械手有人工通過示教裝置領(lǐng)動一遍，有記憶元件（如磁盤、磁帶或存儲器）把程序記錄下來，以后機械手就自動按記憶的程序重復(fù)進行循環(huán)動作。</p>

22、<p>　　這是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動。與前者相比較，有較多的自由度，能進行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較強。</p><p>　　3） 計算機數(shù)字控制的工業(yè)機械手 可通過更換穿孔帶或其它記憶介質(zhì)來改變工業(yè)機械手的動作程序，還可以進行多機控制（DNC）。計算機可以是可編程序控制器或微型計算機。</p><p>　　4） 智能工業(yè)機械手 有計算機通過各種傳感元件等進

23、行控制，具有視覺、熱覺、觸覺、行走機構(gòu)等。</p><p>　　1.1.3 按用途分類</p><p>　　1）專用機械手 附屬于主機的，具有固定的程序而無獨立的控制系統(tǒng)的機械裝置。這種機械手工作對象不變，動作固定，結(jié)構(gòu)簡單，實用可靠，適用于成批、大量生產(chǎn)的生產(chǎn)自動線或?qū)C作為自動上、下料用。</p><p>　　2）通用機械手 具有獨立控制系統(tǒng)、程序可變、動作

24、靈活多樣的機械手。通用機械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動化生產(chǎn)。</p><p>　　1.2 工業(yè)機械手的組成</p><p>　　工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)所組成的，各部分關(guān)系如圖（1.1）所示，機械手的組成示意圖如圖（1.2）所示。</p><p>　　圖1.1 工業(yè)機械手組成框圖</p>

25、<p>　　圖1.2 工業(yè)機械手組成示意圖</p><p>　　1—手指 2—手部 3—手腕回轉(zhuǎn)液壓缸 4—導(dǎo)向桿 5—手臂伸縮液壓缸</p><p>　　6—手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 7—手臂升降液壓缸 8—液壓系統(tǒng)控制閥</p><p>　　9—液壓泵電動機 10—液壓泵 11—油箱</p><p>　　1.2.1 執(zhí)

26、行機構(gòu)</p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)由抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機構(gòu)等運動部件組成。</p><p>　?。?）手部 詳見第三章，即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手爪多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式或內(nèi)抓式兩種；也可用負壓或真空式的空氣吸盤（它主要用于吸取冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。</p><

27、p>　　傳力機構(gòu)型式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪杠桿式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。</p><p>　?。?）腕部 詳見第四章，是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓物體的方位（即姿態(tài)）。</p><p>　?。?）臂部 手臂是支撐被抓物體、手部、腕部的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物體，并按預(yù)定要求將其搬運到給定的位置。</p>

28、<p>　　手臂有三個自由度，可采用直角坐標系（前后、上下、左右都是直線），圓柱坐標系（前后、上下直線往復(fù)運動和左右旋轉(zhuǎn)），球坐標系（前后伸縮、上下擺動和左右旋轉(zhuǎn)）和多關(guān)節(jié)（手臂能任意伸縮）四種方式。</p><p>　　直角坐標占空間大，工作范圍小，慣性小，所以一般不多用，只有在自由度數(shù)較少時用之。</p><p>　　圓柱坐標占空間較小，工作范圍較大，但慣性也大，且不能抓

29、取底面物體。</p><p>　　球坐標式和多關(guān)節(jié)式占用空間小，工作范圍較大，慣性小，所需動力小，能抓取底面物體，多關(guān)節(jié)還可以繞障礙物選擇途徑，但多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以也不多用。</p><p>　　目前常用的是球坐標式和圓柱坐標式的工業(yè)機械手。</p><p>　?。?）行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)。</p><p><b

30、>　　1.2.2驅(qū)動機構(gòu)</b></p><p>　　有氣動、液動、電動和機械式四種形式。氣動式速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。采用點位控制或機械擋塊定位控制時，有較高的重復(fù)定位精度，但臂力一般在300N以下。液動式的臂力可達1000N以上，且可用電液伺服機構(gòu)，可實現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在1mm范圍內(nèi)。目前常用的是氣動和液動驅(qū)動方式。電動式用于小型，機械式只用于動作簡

31、單的場合。</p><p><b>　　1.2.3控制系統(tǒng)</b></p><p>　　有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)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。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。</p><p>　　1.2.4基體（機身）</p>&l

32、t;p>　　基體是整個機械手的基礎(chǔ)。</p><p>　　1.3 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的作用</p><p>　　機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。</p><p>　　1.3.1建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動線</p><p>　　一般都采用機械手在機床之間傳送工件。國內(nèi)已建成的這類自動線很多，如沈陽水泵

33、廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機廠的4號和5號電動機軸加工自動線（軸類），上海拖拉機齒輪廠的齒柸加工自動線（盤類）等。</p><p>　　加工箱體類零件的組合機床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機械手的，如上海動力機廠的氣缸蓋加工自動線轉(zhuǎn)位機械手。</p><p>　　1.3.2在實現(xiàn)單機自動化方面</p><p>　　（1）各類半自動車床，

34、有自動夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機械手，可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)，一人看管多臺機床。目前，機械手在這方面應(yīng)用最多，如上海柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二機床廠的自動循環(huán)液壓仿形車床機械手，沈陽第三機床廠的Y38滾齒機械手，青海第二機床廠的滾齒花鍵機床機械手等。由于這方面使用已有成熟的經(jīng)驗，國內(nèi)一些機床廠已在這類機床產(chǎn)品出廠時就附上機械手，或為用戶自行安裝機械手提供條件。</p>

35、<p>　?。?）注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機械手自動裝卸工件，可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)。</p><p>　?。?）沖床有自動上下料沖壓循環(huán)，裝上機械手上下料，可實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化。目前機械手在沖床上應(yīng)用有兩個方面：一是160t以上的沖床用機械手的較多。如沈陽低壓開關(guān)廠200t沖床磁力起動器殼體下料機械手和天津拖拉機廠400t沖床的下料機械手等；一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進

36、，如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機械手（生產(chǎn)線中有兩臺多工位沖床）和天津二輕局技術(shù)研究所制作的12t和40t多工位沖床機械手等。</p><p>　　1.3.3鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面</p><p>　　在模鍛方面，國內(nèi)大批量生產(chǎn)的3t、5t、10t模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機械手成一定夾角布置在爐前，實現(xiàn)進出料自動化。上海柴油機廠、北京內(nèi)燃機廠、洛陽拖拉機廠等已有較成熟的

37、經(jīng)驗。</p><p>　　總的來說，工業(yè)機械手滿足了社會生產(chǎn)的需要，其特點是：</p><p>　?。?）對環(huán)境的適應(yīng)性強，能代替人從事危險、有害的操作，在長時間工作對人體有害的場所，機械手不受影響，只要跟據(jù)工作環(huán)境進行合理設(shè)計，選擇適當?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機械手就可以在異常的高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險環(huán)境中勝任工作。</p><

38、;p>　　為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鋼造、噴漆以及有強烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中，推廣工業(yè)機械手或機器人。</p><p>　?。?）由于機械手的動作準確，因為可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時又可以避免人為的操作錯誤。</p><p>　?。?）機械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人得功能。人在連續(xù)工

39、作幾小時后，總會感到疲勞或厭倦，而機械手只要注意維護、檢修，即能勝任長時間的單調(diào)重復(fù)勞動。</p><p>　?。?）機械手特別是通用工業(yè)機械手的通用性，靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因為機械手動作程序和運動位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批量的自動化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。</p><p

40、>　　（5）采用機械手能明顯地提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。</p><p>　　1.4 工業(yè)機械手設(shè)計的目的</p><p>　　工業(yè)機械手設(shè)計是機械制造、機械設(shè)計和機械電子工程（機電一體化）等專業(yè)的一個重要的教學環(huán)節(jié)，是學完技術(shù)基礎(chǔ)課程及有關(guān)專業(yè)課以后的一次專業(yè)課程的綜合設(shè)計。通過設(shè)計提高學生的機構(gòu)分析與綜合的能力、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計能力，掌握實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的

41、設(shè)計方法。通過這一教學環(huán)節(jié)要求可以達到：</p><p>　　（1）通過設(shè)計，把有關(guān)課程（機構(gòu)分析與綜合、機械原理、機械設(shè)計、液壓與氣動技術(shù)、自動控制理論、測試技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、微型計算機原理及應(yīng)用、自動機械設(shè)計等）中所獲得的理論知識在實際中綜合地加以應(yīng)用，使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。因此，工業(yè)機械手設(shè)計是有關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課以后的綜合性的專業(yè)課程設(shè)計。</p>&l

42、t;p>　?。?）工業(yè)機械手設(shè)計是機械設(shè)計及制造專業(yè)和機械電子工程專業(yè)的學生一次比較完整的機電一體化整機設(shè)計。通過設(shè)計，培養(yǎng)學生獨立的機械整機設(shè)計的能力，樹立正確的設(shè)計思想，掌握機電一體化機械產(chǎn)品的基本方法和步驟，為自動機械設(shè)計打下良好基礎(chǔ)。</p><p>　　（3）通過設(shè)計，使學生能熟練地應(yīng)用有關(guān)資料、計算圖表、手冊、圖冊和規(guī)范；熟練有關(guān)國家標準和部頒標準，已完成一個工程技術(shù)人員在機械整機設(shè)計方面必須具

43、備的基本技術(shù)訓練。</p><p>　?。?）由于整個機械手設(shè)計工作量大為了是學生在幾個周之內(nèi)得到一個完整的訓練，因此此次設(shè)計我們小組四個人分工協(xié)作一個完整的工業(yè)機械設(shè)計。這樣既能培養(yǎng)學生獨立工作與分工協(xié)作完成大型設(shè)計的能力，又解決了工作量大、時間短的矛盾。</p><p>　　1.5 工業(yè)機械手設(shè)計的內(nèi)容</p><p>　　要求本設(shè)計能較鮮明地體現(xiàn)機電一體化的設(shè)

44、計構(gòu)思。所謂機電一體化技術(shù)，是機械工程技術(shù)吸收微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、傳感技術(shù)等而形成的一種新的綜合集成技術(shù)。盡管機電一體化的產(chǎn)品名目較多，并由于它們的功能不同而有不同的形成和復(fù)雜程度，但做功的機械本體部分（包括動力裝置）和微電子控制部分（包括信息處理）是其最基本的、必不可少的要素。我們選擇工業(yè)機械手作為畢業(yè)設(shè)計題目，無論從內(nèi)容的深度、份量以及覆蓋各科知識面的程度來衡量都是適當?shù)摹?lt;/p><p>　　此設(shè)計要

45、就我們組各成員完成以下工作：</p><p>　?。?）擬定整體設(shè)計方案，特別是傳感、控制方式與機械本體的有機結(jié)合的設(shè)計方案。</p><p>　?。?）根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇合適的手部、腕部、臂身和機身的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　（3）各部分的設(shè)計計算。</p><p>　?。?）工業(yè)機械手工作裝配圖的設(shè)計與繪制。</p&g

46、t;<p>　?。?）液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計與繪制。</p><p>　?。?）機械手的運動分析。</p><p>　?。?）編寫設(shè)計計算說明書。</p><p>　　（9）就本次設(shè)計參加答辯。</p><p>　　1.6 工業(yè)機械手的技術(shù)發(fā)展方向</p><p>　　現(xiàn)在工業(yè)機械手的應(yīng)用簡況：在現(xiàn)在工業(yè)中，生

47、產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。</p><p>　　有資料統(tǒng)計：美國偏重于毛坯的生產(chǎn)。日本偏重于機械加工。隨著機械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對象還有所改變。</p><p>　　機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的

48、生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。</p><p>　　國內(nèi)機械手工業(yè)，鐵路工業(yè)中首先在單機、專機上采用機械手上下料。減輕工人的勞動強度。</p><p>　　國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機床組合成一個綜合的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　采用機械手進行裝配更是現(xiàn)在研究的重點，國外已研究采用攝像機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確

49、定零件的方位達到鑲裝的目的。</p><p>　　國內(nèi)外實際上使用的定位控制的機械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機械手，使它能對所抓取的工件進行分辨，選取所需要的工件，并正確地夾持工件，進而精確地在機器中定位、定向。</p><p>　　為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和法、分辨形狀不同的零件，它有視覺傳感器輸入三個視圖方向的視

50、覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工作。</p><p>　　為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物體滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當?shù)奈樟?；另一種是直接檢測指部與物體的滑動位移，來修正握力。</p><p>　　因此，這種機械手就具有以下幾個方面的性能：</p><p>　?。?）能準確地抓住方位變化的物體。

51、</p><p>　?。?）能判斷對象的重量。</p><p>　?。?）能自動避開障礙物。</p><p>　?。?）抓空或抓力不足時能檢測出來。</p><p>　　這種具有感知能力并能對感知的信息作出反應(yīng)的工業(yè)機械手稱為智能機械手，它是具有發(fā)展前途的。</p><p>　　現(xiàn)在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單的

52、操作方面節(jié)省人力，其效用是代替人從事繁重的工作和危險地工作，在惡劣的環(huán)境下尤其明顯。至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部門，機械手的應(yīng)用情況決不能說是很好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題很尖銳，但采用機械手只限于一小部分工序。其原因之一是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作的范圍很狹小。另外經(jīng)濟性問題當然也很重要，采用機械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟上看不一定總是合算的。然而，利用機械手或類似機械設(shè)備節(jié)省人力和實現(xiàn)生

53、產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題獲得解決，機械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。</p><p>　　2 機械手總體設(shè)計方案</p><p>　　2.1 原始數(shù)據(jù)（主要參數(shù)）</p><p>　　1. 抓重： 200N</p><p>　　2. 自由度： 4個</p><p>　　3

54、. 標形式： 球坐標</p><p>　　4. 手指夾持范圍：棒料，直徑Ф40~Ф60mm，長度450~1200mm</p><p>　　5. 定位方式：電位器設(shè)定，點位控制</p><p>　　6. 驅(qū)動方式：液壓（中、低壓系統(tǒng)）</p><p>　　7. 定位精度： ±3mm</p><p>　　8.

55、控制方式：可編程控制</p><p>　　9. 手臂運動參數(shù)：</p><p><b>　　10. 手腕參數(shù)：</b></p><p>　　11. 放松時的兩爪的最大距離為80~90mm，1s抓緊，夾緊速度20mm/s</p><p><b>　　2.2 工作要求</b></p>&l

56、t;p><b>　　機械手的工作流程：</b></p><p>　　機械手的原位→伸縮臂前伸→夾持器夾緊→機械手臂向左回轉(zhuǎn)90°→機械手手腕逆時針回轉(zhuǎn)90º→機械手臂向下俯仰30°→機械手松開工件→機械手臂向上俯仰30°→機械手手腕順時針回轉(zhuǎn)90º→機械手臂向右回轉(zhuǎn)90°→伸縮臂后縮→機械手復(fù)位：依次循環(huán)</p>

57、<p>　　其機械手球坐標型運動簡圖如下圖所示：</p><p>　　圖2.1 球坐標式</p><p>　　手臂運動：俯仰（或大臂上下擺動）</p><p><b>　　2.3 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　本次設(shè)計工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的，其中機體有本體部分組成；傳送機構(gòu)

58、主要有伸縮臂及抓緊機構(gòu)組成；動力源由液壓驅(qū)動和機械驅(qū)動兩種形式構(gòu)成控制裝置主要由自動控制和手動控制兩部分組成。</p><p>　　2.4 總體技術(shù)方案</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計的目的就是要把我們所學的比較分散的知識綜合起來，并進行靈活運用，現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是機電一體化，因此，我們的畢業(yè)設(shè)計是要我們將“機”“電”“液”三者合并起來。</p><p>　　2.4.1

59、 動作分析</p><p>　　工業(yè)機械手的機械機構(gòu)是指它的執(zhí)行系統(tǒng)，是機械手抓持工件、進行操作及各種運動的機械部件。機械部件主要包括手部，手臂前后伸縮部分，手臂上下升降部分，腰轉(zhuǎn)部分以及機座。</p><p><b>　　2.4.2 手部</b></p><p>　　手部：包括杠桿手指，單向作用式握緊油缸等。其工件原理：物體進入手指之后，拉桿

60、手油缸作用，通過拉桿帶動杠桿手指回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)握緊或松開動作。</p><p>　　手臂的前后伸縮部分 由直線油缸帶動實現(xiàn)，當直線油缸工作時通過活塞桿行程的變化，完成手臂的伸縮運動。</p><p>　　2.4.3 腰轉(zhuǎn)部分主要由轉(zhuǎn)盤和回轉(zhuǎn)油缸組成</p><p>　　當壓力油進入回轉(zhuǎn)油缸時，回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)銷回轉(zhuǎn)，通過活塞桿的伸縮帶動轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)機械手的左右轉(zhuǎn)動

61、。</p><p>　　3 機械手的手部設(shè)計計算</p><p>　　3.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　手部（亦稱抓取機構(gòu)）是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)持定的工件要求而設(shè)計的。歸結(jié)起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分為夾持和

62、吸附兩大類。</p><p>　　夾持類常見的主要有夾鉗式，此外還有鉤托式和彈簧式。夾持類手部按其手指夾持工件時的運動方式，可分為手指回轉(zhuǎn)型和手指平移型兩種。</p><p>　　吸附類中，有氣吸式和磁吸式。</p><p>　　夾鉗式手部是有手指、傳動機構(gòu)和驅(qū)動裝置三部分組成的，它對抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸、盤、套類零件。一般情況下，多采用兩

63、個手指，少數(shù)采用三指或多指。驅(qū)動裝置為傳動機構(gòu)提供動力，驅(qū)動源有液壓的、氣動的和電動的等幾種形式。常見的傳動機構(gòu)往往通過滑槽、斜楔、齒輪齒條、連桿機構(gòu)實現(xiàn)加緊或松開。</p><p>　　平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動，適于夾持平板、方料。在夾持直徑不同的圓棒時，不會引起中心位移的偏移。但這種手指結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、體積大，要求加工精度高。</p><p>　　回轉(zhuǎn)型手指的張開閉合靠手指根

64、部（以樞軸支點為中心）的回轉(zhuǎn)運動來完成。樞軸支點為一個的，稱單支點回轉(zhuǎn)型；為兩個的，稱為雙支點回轉(zhuǎn)型。這種手指結(jié)構(gòu)簡單，形狀小巧，但夾持不同工件會產(chǎn)生夾持定位誤差。</p><p>　　綜合考慮以上各種手部結(jié)構(gòu)和本次設(shè)計所需的工作要求，最后確定手部的基本結(jié)構(gòu)為夾鉗式雙支點回轉(zhuǎn)型手部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖3.1 回轉(zhuǎn)型和平移型手指</p><p>　　a）單

65、支點回轉(zhuǎn)型 b）雙支點回轉(zhuǎn)型 c）平移型（平直指）</p><p>　　3.2 夾鉗式手部設(shè)計的基本要求</p><p>　　1、應(yīng)具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力 手指握力（夾緊力）大小適宜，力量過大則動力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟，甚至會損壞工件；力量過小則夾持不住或產(chǎn)生松動、脫落。在確定握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件夾持安全可靠。&l

66、t;/p><p>　　而對手部的驅(qū)動裝置來說，應(yīng)有足夠的驅(qū)動力。應(yīng)指出，由于機構(gòu)傳力比不同，在一定的夾持力條件下，不同的傳動機構(gòu)所需驅(qū)動力的大小是不同的。</p><p>　　2、手指應(yīng)具有一定的開閉范圍 手指應(yīng)具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度）Δγ或開閉距離（對平移型手指從張開到合閉的直線移動距離）ΔS，以便于抓取和退出工件。</p><p>

67、;　　3、應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度 應(yīng)保證每個被夾持的工件，在手指內(nèi)部都有準確的相對位置。這對一些有方位要求的場合更為重要，如曲拐、凸輪軸一類復(fù)雜的工件，在機床上安裝的位置要求嚴格，因此機械手的手部在夾持工件后應(yīng)保持相對的位置精度。</p><p>　　4、要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高 在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。</p><p&g

68、t;　　5、應(yīng)考慮通用性和特殊要求 一般情況下，手部多是專用的，為了擴大它的使用范圍，提高它的通用化程度，以適應(yīng)夾持不同尺寸和形狀的工件要求，通常采取手指可調(diào)整的辦法。如更換手指甚至更換整個手部。此外，還要考慮能適應(yīng)工件環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕、乃承受鍛錘沖擊力等。</p><p>　　3.3 夾鉗式手部的計算與分析</p><p>　　3.3.1 夾緊力的計算</p&

69、gt;<p>　　手指加在工件上的夾緊力是設(shè)計手部的主要依據(jù)，必須對其大小、方向、作用點進行分析、計算。一般來說，夾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)。</p><p>　　手指對工件的夾緊力可按下列公式計算：</p><p>　　F ≥KKKG 式（3.1）</p><p>&l

70、t;b>　　式中：</b></p><p>　　K—安全系數(shù)，由機械手的工藝及設(shè)計要求確定，通常取1.2—2.0，取1.5</p><p>　　K—工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，計算最大加速度，得出工作情況系數(shù)K2，K2=1+ =1+=1.002 ， a為機器人搬運工件過程的加速度或減速度的絕對值（m/s）:</p><p>　　K

71、— 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定</p><p>　　手指與工件位置：手指水平放置，工件水平放置；</p><p>　　表3.1 夾緊力的方位系數(shù)</p><p>　　手指與工件形狀：V型指端夾持圓柱型工件；</p><p>　　即根據(jù)手指與工件的位置要求查表3.1得K=0.5；</p><

72、p><b>　　G—被抓工件重量；</b></p><p>　　因此，求得夾緊力F,FN=K1K2K3G=1.5×1.002×0.5×200=150.3N 取整的151N</p><p>　　3.3.2 驅(qū)動力的計算</p><p>　　根據(jù)驅(qū)動力和夾緊力之間的關(guān)系式：</p>&l

73、t;p>　　F= 式（3.2）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　c—滾子至銷軸之間的距離</p><p>　　b—抓至銷軸之間的距離 </p><p><b>　　α—楔塊的傾斜角</b></p><p>　

74、　可得F===146.89N，得出F為理論計算值，實際采取的液壓缸驅(qū)動力F’要大于理論計算值，考慮手爪的機械效率η，一般取0.8 ~0.9，此處取0.88，則：</p><p>　　F’===166.93N，取F’=500N</p><p>　　3.3.3 液壓缸驅(qū)動力計算</p><p>　　設(shè)計方案中壓縮彈簧使爪牙張開，故為常開式夾緊裝置，液壓缸為單作用缸，提供

75、推力：</p><p>　　F = 式（3.3）</p><p><b>　　式中：D—活塞直徑</b></p><p><b>　　d—活塞桿直徑</b></p><p><b>　　p—驅(qū)動壓力</b></p><p>

76、;　　F推=F’，已知液壓缸驅(qū)動力F’,且F’=500N﹤10KN</p><p>　　由表3.2于F’﹤10KN，故選工作壓力P=1MP</p><p>　　3.3.4 液壓缸內(nèi)經(jīng)計算</p><p>　　據(jù)公式計算可得液壓缸內(nèi)徑：</p><p>　　D=mm=25.231mm</p><p>　　表3.2 液壓

77、缸工作壓力</p><p>　　根據(jù)液壓設(shè)計手冊，見表3.2圓整后再結(jié)合液壓缸標準取D=40mm。</p><p>　　表3.3 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66）</p><p>　　注：1.括號內(nèi)尺寸盡可能不用。</p><p>　　2. *號者為（JB1086―67）標準系列。</p><p>　　3.3.5

78、 活塞桿的計算：</p><p>　　活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度的要求。</p><p>　　按強度條件校驗活塞桿直徑d 按拉、壓強度計算：</p><p>　　σ=≤[σ] 式（3.4）</p><p>　　或 d≥

79、 式（3.5）</p><p>　　〔σ〕= 式（3.6）</p><p>　　碳鋼取〔σ〕﹦100~120MP，n一般不小于1.4，計算出的直徑d再按表3-3標準值取整。</p><p>　　活塞行程，當抓取60mm工件時，即手爪從張開90mm減小到60mm，楔塊向前移動大約40mm。取液壓缸行程S=40mm

80、。</p><p>　　表3.4 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑</p><p>　　即可得： 活塞桿直徑d=0.5D=0.5×40=20mm</p><p>　　按強度條件校驗活塞桿直徑d可得：</p><p>　　d≥==2.52mm（查表3.5取標準直徑值為20mm）</p><p>　　活塞厚B=（0.

81、6 ~1.0）D，取B=0.8d=0.8×40=32mm</p><p>　　缸筒長度L≤（20 ~30）D，取L=123mm</p><p>　　活塞行程，當抓取60mm工件時，即手爪從張開90mm減小到60mm，楔塊向前移動大約30mm。去液壓缸行程S=30mm。</p><p><b>　　液壓缸流量計算：</b></p&

82、gt;<p>　　Q= 式（3.7）</p><p>　　放松時流量 </p><p>　　qV==1.1304L∕min</p><p><b>　　夾緊時流量</b></p><p>　　qV====1.5072 L∕min</p><

83、;p>　　表3.5 活塞桿的直徑系列（JB826-66）</p><p>　　注：括號內(nèi)的尺寸盡可能不用。</p><p>　　3.3.6 液壓缸壁厚計算 </p><p>　　液壓缸壁厚計算，在實際使用中有下列三種公式：</p><p>　?。?） 中等壁厚，即16﹥﹥3.2時</p><p>　　δ=+

84、C 式（3.8）</p><p>　　式中： p1—液壓缸內(nèi)工作壓力（Pa）；</p><p>　　Φ—強度系數(shù)（當無縫鋼管時Φ=1）；</p><p>　　C—計入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標準厚度值；</p><p>　　D—液壓缸內(nèi)徑（m）；</p><p>　　（2） 薄

85、壁，即≥16時</p><p>　　δ= 式（3.9）</p><p>　?。?） 厚壁，即當≤3.2時</p><p>　　δ=（） 式（3.10）</p><p><b>　　式中： [σ]=</b></p><p>　　—材料

86、抗拉強度（Pa）；</p><p>　　n—安全系數(shù)，n=3.5~5；</p><p>　　一般常用缸體材料的許用應(yīng)力[σ]；</p><p>　　鍛鋼 [σ] =110~120MPa</p><p>　　鑄鐵 [σ] =60MPa</p><p>　　無縫鋼管 [σ] =100~110MPa</p

87、><p>　　結(jié)合該液壓缸內(nèi)徑大小取中等壁厚即：</p><p><b>　　δ=+C=</b></p><p>　　考慮工程機械標準液壓缸外徑和C值取壁厚δ＝5mm</p><p>　　3.3.7 液壓缸外徑的選取 </p><p>　　具體參照表（3.6）</p><p&g

88、t;　　表3.6 標準液壓缸外徑（JB1086-67）</p><p>　　由液壓缸內(nèi)經(jīng)和液壓缸壁厚尺寸可確定液壓缸外徑尺寸為50mm。</p><p>　　3.3.8 選用夾持器液壓缸</p><p>　　經(jīng)網(wǎng)絡(luò)查詢，溫州中冶液壓氣動有限公司所生產(chǎn)的輕型拉桿液壓缸</p><p>　　型號為：MOB-B-40-FB，結(jié)構(gòu)簡圖，外形尺寸及技

89、術(shù)參數(shù)如下： </p><p><b>　　圖3.2 結(jié)構(gòu)簡圖</b></p><p>　　圖3.3 外形尺寸</p><p>　　表3.7 夾持器液壓缸技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.3.9 手爪的夾持誤差及分析</p><p>　　機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定的位置，不僅取決于

90、機械手定位精度（右臂部和腕部等運動部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，避免產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，必須注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，見下圖，</p><p>　　圖3.4 夾持不同直徑工件時的夾持誤差</p><p>　　(R和R—不同工件 CC＝Δ)</p><p>　　從而使夾持誤差控

91、制在較小范圍內(nèi)。在機械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過±1mm就可以了。這就可以在滿足定位精度的條件下，采用簡單的回轉(zhuǎn)型手爪。而避免單純追求自動定心，而使設(shè)計出的結(jié)構(gòu)過分復(fù)雜。</p><p>　　本次設(shè)計為楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，選用兩支點回轉(zhuǎn)型手爪。如圖所示：</p><p>　　圖3.5 兩支點回轉(zhuǎn)型手爪</p><p>　　其中：l為手指長

92、度 選取為60mm；</p><p>　　2θ為V型槽的夾角 選取為120º；</p><p><b>　　β為偏轉(zhuǎn)角； </b></p><p>　　2a為兩回轉(zhuǎn)支點距離 選取為50mm；</p><p>　　若把工件軸心位置C到手爪兩支點連線的垂直距離CD以X表示，根據(jù)幾何關(guān)系有：</p

93、><p>　　X= 式（3.11）</p><p>　　為討論方便起見上式改寫為：</p><p>　　X= 式（3.12）</p><p><b>　　或</b></p><p>　　該方程同樣為雙曲線方程。如圖3.6所示：</p><p>　　圖3.6

94、工件半徑與夾持誤差Δ關(guān)系曲線</p><p>　　由上圖3.6得，當工件半徑為R時，X取最小值X，又從上式可以求出：</p><p>　　，通常取2θ=120 º</p><p><b>　　X=lsinβ</b></p><p>　　若工件的半徑R變化到R時，X值的最大變化量，即為夾持誤差，用Δ表示。<

95、/p><p>　　在設(shè)計中，希望按給定的R和R來確定手爪各部分尺寸，為減少夾持誤差，一方面可加長手指長度，但手指過長，使其結(jié)構(gòu)增大；另一方面可選取合適的偏轉(zhuǎn)角β，是夾持誤差最小，這時的偏轉(zhuǎn)角稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。只有當工件的平均半徑R取為R時，夾持誤差最小。此時必須說明，對于雙支點回轉(zhuǎn)型手爪（尤其當a值較大時），偏轉(zhuǎn)角β的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現(xiàn)在抓取半徑較小時，兩手爪的BE和B’E’邊平行，

96、抓不著工件。為避免上述情況，通常按手爪抓取工件的平均半徑R，以∠BCD=90 º為條件確定兩支點回轉(zhuǎn)型手爪的偏轉(zhuǎn)角，即β為： β= 式（3.13）</p><p>　　表3.8 最佳偏轉(zhuǎn)角β(2θ＝120)<

97、;/p><p>　　其中2a=50mm，l=60mm，V型鉗的夾角2θ=120º 即</p><p>　　β==56.932º</p><p>　　由 R= lsinθcosβ=60×sin60 º×cos56.932 º=28.35mm</p><p>　　如下表3.9則R＜R＜R

98、，此時定位誤差為Δ和Δ中的最大值。</p><p><b>　　Δ=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=43.667-43.626mm</p><p><b>　　=0.041mm</b></p><p><b&

99、gt;　　Δ=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=43.679-43.625mm</p><p><b>　　=0.054mm</b></p><p>　　所以，由Δ＜Δ=0.054mm＜1mm，即手指夾持誤差滿足設(shè)計要求。</p>&l

100、t;p><b>　　由以上各值可得：</b></p><p>　　X==56.63mm</p><p><b>　　取值為X=57mm</b></p><p>　　3.4 楔塊等尺寸的確定</p><p>　　楔塊進入杠桿手指時的力分析如下：</p><p><b

101、>　　圖 3.7</b></p><p><b>　　上圖3.7中</b></p><p>　　θ—斜楔角，θ＜30時有增力作用；</p><p>　　φ—滾子與斜楔面間當量摩擦角，tanφ＝（d∕D）tanφ，φ為滾子與轉(zhuǎn)軸間的摩擦角，d為轉(zhuǎn)軸直徑，D為滾子外徑，tanφ=f，f為滾子與轉(zhuǎn)軸間摩擦系數(shù)；</p>

102、<p>　　γ—支點O至斜面垂線與杠桿的夾角；</p><p>　　表3.9 回轉(zhuǎn)型手爪的定位誤差計算</p><p>　　l—杠桿驅(qū)動端桿長；</p><p>　　l´—杠桿夾緊端桿長；</p><p>　　η—杠桿傳動機械效率</p><p>　　3.4.1 斜塊的傳動效率</p>

103、;<p>　　斜塊的傳動效率η可由下式表示：</p><p><b>　　式（3.14）</b></p><p>　　杠桿傳動機械效率η取0.834，tanφ取0.1，d∕D取0.5.則可得θ＝26.036 º，＜γ＜90 º，取整得θ＝26 º。</p><p>　　3.4.2 動作范圍分析<

104、/p><p>　　陰影部分杠桿手指的動作范圍，即＜γ＜90 º，見下圖</p><p><b>　　圖 3.8</b></p><p>　　如果，則楔面對杠桿作用力沿桿身方向，夾緊力為零，且為不穩(wěn)定狀態(tài)，所以γ必須大于。此外，當γ=90º時杠桿與斜面平行，呈直線接觸，且與回轉(zhuǎn)支點在結(jié)構(gòu)上干涉，即為手指動作的理論極限位置。<

105、/p><p>　　3.4.3 斜楔驅(qū)動行程與手指開閉范圍</p><p>　　當斜楔從松開位置向下移動至夾緊位置時,沿兩斜面對稱中心線方向的驅(qū)動行程為L，此時對應(yīng)的杠桿手指由位置轉(zhuǎn)到位置，其驅(qū)動行程可用下式表示：</p><p><b>　　式（3.15）</b></p><p>　　杠桿手指夾緊端沿夾緊力方向的位移為：&l

106、t;/p><p><b>　　式（3.16）</b></p><p>　　通常狀態(tài)下，在90º－θ左右范圍內(nèi)，則由手指需要的開閉范圍來確定。由給定條件可知最大Δs為15－25mm，最小設(shè)定為15mm。即15＜（15－25）。已知θ＝26º，可得γ=90º－θ＝64º。</p><p>　　3.4.4 l與l&

107、#180;的確定</p><p>　　斜楔傳動比i可由下式表示：</p><p><b>　　式（3.17）</b></p><p>　　可知θ一定時，∕l愈大，i愈大，且杠桿手指的轉(zhuǎn)角γ在γ＜90º范圍內(nèi)增大時，傳動比減小，即斜楔等速前進，杠桿手指轉(zhuǎn)速逐漸減小，則由l+=120分配距離為：l=31mm，=17mm。</p>

108、;<p><b>　　3.4.5γ確定</b></p><p><b>　　由前式得：</b></p><p>　　Δs=（25-15）=10</p><p>　　Δs=10=60 [cos（＋26 º）-cos（76 º＋26 º）]，=50.623º，取=50

109、86;。</p><p>　　3.4.6 L的確定</p><p>　　L為沿斜面對稱中心線方向的驅(qū)動行程，由下圖中關(guān)系</p><p><b>　　圖 3.9</b></p><p>　　L==30.56mm，取L=31mm，則楔塊上邊長為8mm。</p><p>　　3.5 材料及連接件選擇&

110、lt;/p><p>　　V型指與夾持器連接選用圓柱銷GB∕T119.1，d=6mm，需使用2個</p><p>　　杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷GB∕T119.1，d=8mm，需使用2個</p><p>　　滾子與手指連接選用圓柱銷GB∕T119.1，d=4mm，需使用2個</p><p>　　以上材料均為鋼，無淬火和表面處理</p&g

111、t;<p>　　楔塊與活塞桿采用螺紋連接，基本尺寸為公稱直徑8mm，螺距p=1，旋合長度為10mm。</p><p>　　4 機械手的腕部設(shè)計計算</p><p>　　4.1 腕部設(shè)計的基本要求</p><p>　　手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎(chǔ)上進一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更

112、靈巧，適應(yīng)性更強。一般機械手手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)運動或再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，一些動作較簡單的專用機械手，為簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)置腕部搬運工件。此外，機械手腕部具有獨立的自由度，如下圖所示，手腕運動有：繞X軸轉(zhuǎn)動稱為回轉(zhuǎn)運動；繞Y軸轉(zhuǎn)動稱為上下擺動（或俯仰）；繞Z軸轉(zhuǎn)動稱為左右擺動；有的甚至是沿Y軸（或Z軸）的橫向移動。</p><p>　　圖4.1 腕部的自由度</p><p>　　

113、1—臂部 2—腕部 3—手部</p><p>　　圖4.2 運動簡圖符號</p><p>　　a）表示手指 b）表示垂直、升降 c）表示水平伸縮運動</p><p>　　d）表示回轉(zhuǎn)運動 e）表示俯仰運動 f）表示輪軌（行走機構(gòu)）</p><p>　　此設(shè)計中要求有繞中軸的回轉(zhuǎn)運動。應(yīng)滿足的基本要求有：</p>&

114、lt;p>　?。?）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕</p><p>　　腕部處于臂部的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部結(jié)構(gòu)、重量和運作性能。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。</p><p>　?。?）綜合考慮，合理布局</p><p>　　腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔連接和支承作用，除保證力和

115、運動的要求以及具有足夠的強度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局。如應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接，腕部各個自由度的位置檢測，管線布置，以及潤滑、維修、調(diào)整等問題。</p><p>　?。?）必須考慮工作條件</p><p>　　對于高溫作業(yè)和腐蝕性介質(zhì)中工作的機械手，其腕部在設(shè)計時應(yīng)充分估計環(huán)境對腕部的不良影響（如熱膨脹、壓力油的粘度和燃點，有關(guān)材料及電控元件的耐熱性等）。對于本設(shè)計，機械手

116、的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。</p><p>　　4.2 腕部結(jié)構(gòu)的選取</p><p>　　典型的腕部結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：</p><p>　?。?）具有一個自由度的回轉(zhuǎn)缸的腕部結(jié)構(gòu)；</p><p>　?。?）用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)；&

117、lt;/p><p>　　（3）具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)；</p><p>　?。?）機-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　綜合考慮此次設(shè)計的各參數(shù)情況和機械手工作的環(huán)境條件，本次設(shè)計我選用第一種具有一個自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的典型腕部結(jié)構(gòu)。如下圖所示，采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸，實現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)運動。從A-A剖視圖上可以看到，回轉(zhuǎn)葉片（簡稱動片）用螺釘，銷釘和轉(zhuǎn)軸1

118、0連續(xù)在一起，定片8則和缸體9連接。壓力油分別由油孔5.7進出油腔，實現(xiàn)手部12的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角的極限值由動，靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于270 º），圖中缸可回轉(zhuǎn)±90 º。腕部旋轉(zhuǎn)位置控制問題，可采用機械擋塊定位。當要求任意點定位時，可采用位置檢測元件對所需位置進行檢測并加以反饋控制。</p><p>　　圖4.3 用一個回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)腕部旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)</p>