程控機械手設計【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 - 1 - 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 程控 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)容是采用機械設計原理，進行機械手的設計，熟悉 四 自由度機械手的運用場合和相關的設計步驟。機械手可以代替很多重復性的體力勞動，從而減輕工人的勞動強度，提高生產(chǎn)效率。結(jié)合 四 自由度設計的各方面的知識，在設計過程中學會怎樣發(fā)現(xiàn)問題解決問題 且在設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。 關鍵詞 ： 機械手， 輸送工件 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 2 - 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 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 3 - 目 錄 第 1 章 緒 論 . 4 械手的 歷史 . 4 械手的 組成 . 5 械手的 分類 . 6 第 2 章 程控 機械手機構(gòu)總體方案設計 . 8 控 機械手設計要求 . 8 本設計思路 . 1 控 機械手結(jié)構(gòu)設計 . 11 械手材料的選擇 . 11 械臂的運動方式 . 11 控 機械手驅(qū)動與控制系統(tǒng)分析 . 12 第 3 章 程控 機械手機械結(jié)構(gòu)設計與計算 . 13 控 機械手手爪設計 . 13 控 機械手手臂設計 . 13 部設計計算 . - 22 - 部設計計算 . 20 壓驅(qū)動系統(tǒng)設計 . 21 身結(jié)構(gòu)的設計 . 23 第 4 章 機械手控制系統(tǒng)的設計 . 27 介 . 27 作原理 . 27 型的選擇 . 27 制面板的擬定 . 29 械手工藝過程和控制方案的確定 . 30 序編寫 . 33 總結(jié)與展望 . 40 參考文獻 . 41 致 謝 . 42 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 4 - 1 緒論 隨著人類科技的進步，社會經(jīng)濟的發(fā)展，機器人學成為近幾十年來迅速發(fā)展的一門綜合學科。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)品的應用已經(jīng)由核工業(yè)和軍事科技等高端科學領域向醫(yī)療、農(nóng)業(yè)甚至是 服務娛樂等民用領域發(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，機械手進入學校教學是必然的。 四 自由度機械手作為是機械手的典型產(chǎn)品，其設計及應用對機電一體化、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期的作業(yè)任務，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。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎上發(fā)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 5 - 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)在六十年代初的機械手，是后來國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。 1978 年美國 司和斯坦福大 學，麻省理工學院聯(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 四 代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務。它與電子計算機和電視 設備保持聯(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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 6 - 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)運動變往復運動機構(gòu)復雜 , 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. 按運動坐標型式分類： (1) 直角坐標式機械手 臂部可以沿 直角坐標軸 X、 Y、 Z 四 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 )和上下買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 7 - 升降 (定為沿 Z 方向的移動 )； (2) 圓柱坐標式機械手 手臂可以沿直角坐標軸的 X 和 Z 方向移動，又可繞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) 球坐標式機械手 臂部可以沿直角坐標軸 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 。 我所設計的 程控 機械手，是以 程控 物料為目的的圓柱坐標式 四 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 - 8 - 第 2 章 程控 機械手機構(gòu)總體方案設計 控 機械手設計要求 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，開始重復工作。 本設計思路 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，從而判買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 9 - 斷機械手是否合適。所以要完成機械手的設計，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。 (2) 分析機械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境。 (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、 程控 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) 本設計 課題為物料 程控機械手 設計，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 程控機械手 。 (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 程控機械手 ，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 程控 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，方便設計。 體設計框圖 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 總體設計框圖 如圖 2為總設計框圖，說明如下： (1) 控制系統(tǒng)：任務是根據(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。主要設計目標為 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、坐標形式，并計算得出具體結(jié)構(gòu)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 10 - (4) 感知系統(tǒng)：即傳感器的選擇及具體作用。 控 機械手的基本參數(shù) 1. 機械手的最大 程控 物料的重量是它的主參數(shù)。本論文物 料 程控機械手 所 程控的物料質(zhì)量可設定為 60 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 程控機械手 的一個主要的基本參數(shù)。設計速度過低的話，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。 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鍵，也是機械手設計的基本參數(shù)。 抓量： 60由度數(shù) 4個，最大工作半徑 800臂伸縮行程 0臂最大中心高 1000降行程 0臂伸縮速度 s，升降速度 s。 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，該物料 程控機械手 士 1間。物料 程控機械手 的各個部分的基本參數(shù)可以由上面已經(jīng)知道的物料 程控機械手 各關節(jié)的行程和時間分配來決定。 控 機械手結(jié)構(gòu)設計 控 機械手坐標形式的選擇 根據(jù)所 設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 四 個自由度。根據(jù)上文所說的，機械手按照坐標的分類情況，選擇圓柱坐標式機械手更為妥當。 械手材料的選擇 機器人手臂的材料應根據(jù)手臂的工作狀況來進行選擇，并滿足機器人的設計和制作要求。從設計的思想出發(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，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 11 - 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)設計的基礎。常見的機器人的運動形式有五種 :直角坐標型、圓柱坐標型、極坐標型、關節(jié)型和 。同一種運動形式為適應不同生產(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 程控 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，故選用關節(jié)型機械手。這類機械手一般由 2 個肩關節(jié)和 1 個肘關節(jié)進行定位，由 2 個或 3 個腕關節(jié)進行定向。其中，一個肩關節(jié)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，另一個肩關節(jié)實現(xiàn)俯仰。 這兩個肩關節(jié)軸線正交。肘關節(jié)平行于第二個肩關節(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比較復雜，運動學的反解比較困難 ;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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 12 - 圖 3 常見的運動方式 控 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 四 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)較為復雜，不利于設計。 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)。 3 程控 機械手機械結(jié)構(gòu)設計與計算 控 機械手手爪設計 設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 爪的開閉角應保證工件能順利進入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應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. 保證工件準確定位：為使手爪和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手爪形狀?？紤]被抓取對象的要求，手爪形狀設計成 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 13 - 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，應當盡量使結(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 。 控 機械手手臂設計 機械手臂，在我的設計中，涉及到 四 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使得機械臂旋轉(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，我將機械手臂的設計分為 四 個步驟，先完成垂直臂的設計，再完成水平臂的設計 。 縮機械臂的設計 (1) 在校核尺寸時，只需校核氣壓缸內(nèi)徑 1D =50徑 R=25設計使用壓強 ,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 四 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： (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 ，則慣性買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 14 - 力： 1 (3(4) 考慮活塞等的摩擦力，設定摩擦系數(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。 降機械臂的設計 1. 尺寸設計 氣壓缸運行長度設計為 l =600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 53055321 ,則重力： 501085 (3(2) 分析計算伸縮手臂加速度： 如下圖所示， ,將其分為 四 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 100以有公式： (3買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 15 - 又有加速度公式 (3則慣性力為： (3（ 3）考慮活塞等的摩擦力，設定一摩擦系數(shù) 1.0k ，如圖所示 ： 若安裝時升降臂完全豎直，則摩擦力為零。但在實際操作中，不能達到此效果，所以設定偏斜角度為 1 3。所以重 力 G 在機械臂面上有一個分力產(chǎn)生了摩擦力有公式： m (3 (3總受力 (30所以設計尺寸符 合實際使用要求。 轉(zhuǎn)機械臂的設計 如圖所示，旋轉(zhuǎn)機械臂固定在底座上。對于其傳動方式，我選擇了傳動。通過電動機帶動齒輪 由齒形帶傳動，達到讓齒輪 動的效果。同時，旋轉(zhuǎn)臂與齒輪過鍵連接達到旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動效果。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 16 - 圖 4 齒輪 傳動原理圖 齒輪帶的傳動比計算公式為 2112 (3 部設計計算 (1)對手部設計的要求 (a)有適當?shù)膴A緊力 手部在工作時，應具有適當?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應考慮采用自鎖安全裝置。 (b)有足夠的開閉范圍 根據(jù)工件外圓大小 ,夾持的大小直徑必須大于 120 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大 變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖 5所示。 圖 5 機 械手機構(gòu)開閉示例簡圖 (c) 力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 17 - 機械手機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。 (d) 手指應有一定的強度和剛度 (e)其它要求： 因此送料，夾緊機械手機構(gòu)，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。 (2)拉緊裝置 如圖 6所示：油缸右腔停止進油時，彈簧力夾緊工件，油缸右 腔進油時松開工件。 圖 6 油缸示意圖 （ a）右腔推力 為 設定活塞的直徑 D=50統(tǒng)壓力 P=25 4/（ 3 = 32 =b)根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當量夾緊力計算公式為： 21 （ 3 其中 N =498N=392N，帶入公式 21 /=(2 150/50) （ 392 =1764N P 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 18 - 則實際加緊力為 際 = （ 3 =1764424N 經(jīng)圓整 500N 由公式 2/得： a=50.5 mm b=72 c)計算手部活塞桿行程長 L,即 （ 3 =25 圓整取 l=25d)確定“ V”型鉗爪的 L、 。 取 L/ （ 3 式中： （ 3 由公式得 ： L=3 50 取“ V”型鉗口的夾角 2=120，則偏轉(zhuǎn)角 按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定， 查表得： =2239 (5)機械運動范圍 （速度） (a)伸縮運動 00mm/s 0mm/s (b)上升運動 00mm/s 0mm/s (c)下降 00mm/s 0mm/s (d)回轉(zhuǎn)0/s 0/s 所以取手部驅(qū)動活塞速度 V=s (6)手部右腔流量 3 =602r買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 19 - =60 25 =s (7)手部工作壓強 1（ 3 =3500/部設計計算 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 要求：回轉(zhuǎn) 90 角速度=45/s 以最大負荷計算： 當工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 60度 l =650圖 7所示。 (1)計算扭矩1設重力集中于離手指中心 200，即扭矩1為： 1（ 3 =10 NM） F S F 圖 7 腕部受力簡圖 工件 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 20 - (2)油缸（伸 縮）及其配件的估算扭矩2F =60S =10入公式 2=60 60（ NM） (3)擺動缸的摩擦力矩摩摩F=300（ N）（估算值） S=20 （估算值） 摩=摩 S =6（ NM） (4)擺動缸的總摩擦力矩 =1+2+摩（ 3 =NM） (5)由公式 8/10621 （ 3 其中： b 葉片密度，這里取 b=3 1A 擺動缸內(nèi)徑 , 這里取1A=10 轉(zhuǎn)軸直徑 , 這里取 所以代入公式 621 108 =8 106 =因為 所以 8/21 =（ /4）（ =10s =27ml/s 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 21 - 壓驅(qū)動系統(tǒng)設計 液壓控制機械手機構(gòu)的一種主要的控制形式。機械手機構(gòu)的運動 速度和操作室根據(jù)油的流量與壓力來確定，因而只要控制油的流量和壓力，就可以控制機械手機構(gòu)的運動速度和操作力，油壓壓力一般在 5 140公斤 /厘米范圍內(nèi)，最大臂力可達 160 公斤以上。 主要優(yōu)點： (1)液壓執(zhí)行元件 (馬達和油缸 )結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率小。 (2)可通過液壓油帶走大量熱能，保證機械的正常運行，并由于液壓油的潤滑作用，可延長元件的使用壽命。 (3)液壓元件有直線位移式和旋轉(zhuǎn)式二種，適用范圍較廣，其控制速度的區(qū)間也比較寬。只要通過閥和泵的調(diào)節(jié)就能實現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)的控制系統(tǒng)。 (4)響應速度比較快，能高速啟 動，制動和反向，無后滯現(xiàn)象。其力矩一慣量比也較大，因而其加速度能力較強。 (5)液壓元件于其他驅(qū)動元件相比，剛度較大，位置誤差小，定位精度高，而且耐振動等。 缺點 : (1)液壓控制需要一套液壓系統(tǒng)，不像電力容易獲得，而且價格較貴。 (2)油溫有上限，并難以保持不漏，比較臟，易于使閥和執(zhí)行元件堵塞。 (3)控制系統(tǒng)比較復雜，處理功率訊號的數(shù)學運算誤差，檢測，放大，測試和補償功能不如電子，機電裝置靈活簡便?？傮w系統(tǒng)圖 圖 8 總體系統(tǒng)圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 22 - (1)總體系統(tǒng)圖如圖 8 所示 , (2)工作過程 : 小臂伸長手部抓 緊腕部回轉(zhuǎn)小臂回轉(zhuǎn)小臂收縮手部放松 (3)電磁鐵動作順序表 : 表 2 總體系統(tǒng)圖 元件 動作 1臂伸長 手部抓緊 腕部回轉(zhuǎn) 小臂收縮 手部放松 卸荷 - - - - - + + + + - - + - - - + - - + - - - - - - - (4)確電機規(guī)格： 液壓泵選取 液壓泵，額定壓力 P =10作流量在 32