【自動(dòng)分揀機(jī)械手的設(shè)計(jì)15000字（論文）】

自動(dòng)分揀機(jī)械手的設(shè)計(jì)機(jī)械手的原理從本質(zhì)上講就是一種工業(yè)機(jī)器通過(guò)模仿人類手臂或上肢進(jìn)行移動(dòng)和抓取的工業(yè)機(jī)械，它不僅能完全按照工作要求自動(dòng)抓取和放置物資，亦能自動(dòng)握持各種工具等用來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制操作的一種自動(dòng)化工業(yè)分揀技術(shù)裝置，同時(shí)對(duì)于加快實(shí)現(xiàn)物流體系中分揀的完全自動(dòng)化，推動(dòng)促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代物流行業(yè)分揀的進(jìn)一步發(fā)展有著十分重要的意義。因而這也使得分揀類機(jī)械手在國(guó)際市場(chǎng)上逐漸具有了強(qiáng)烈的市場(chǎng)生命力,受到了從事物流分揀行業(yè)工作人員的普遍高度重視與從事機(jī)械方面工程師們的熱烈歡迎。同時(shí)，機(jī)械手在物流生產(chǎn)線及分揀系統(tǒng)中更是如此。目前我們看來(lái)，工業(yè)化的機(jī)器人分揀機(jī)械手已經(jīng)演變成可以完全取代企業(yè)人工的繁重的，重復(fù)性的機(jī)械勞動(dòng)，顯著減輕了企業(yè)中工人的勞動(dòng)強(qiáng)度（例如京東物流），提高了提高工業(yè)化的自動(dòng)化應(yīng)用程度和工業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率，充分彰顯其運(yùn)輸和分揀技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)越性，因此有著廣泛的產(chǎn)業(yè)發(fā)展市場(chǎng)空間和應(yīng)用前途。本論文主要研究目的是介紹研究和幫助設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種小型、廉價(jià)的自動(dòng)并聯(lián)分揀物件機(jī)械手，相較于傳統(tǒng)模式的并聯(lián)分揀機(jī)械手來(lái)說(shuō),該分揀機(jī)械手的最大特點(diǎn)主要是通過(guò)基于單片機(jī)的智能控制處理技術(shù)使得各個(gè)機(jī)械手部件能夠同時(shí)具有高度智能化從而輕松實(shí)現(xiàn)分揀物件的各種操作，避免了重復(fù)勞動(dòng)，冗余的工作步驟和程序流程等等，提高了機(jī)械手抓取物件的工作效率，特別是工作成本相對(duì)較低，而該機(jī)械手能夠很好的彌補(bǔ)了人力、財(cái)力的巨大投入以及整個(gè)分揀流程所耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)等諸多不利因素。因此，該分揀機(jī)械手非常適宜中小型以及民營(yíng)事業(yè)管理單元的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，并且同時(shí)具備良好的國(guó)際市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值與企業(yè)應(yīng)用發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)；自動(dòng)分揀系統(tǒng)；分揀流程；整體設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u【摘要】 2關(guān)鍵詞 2目錄 51緒論 71.1研究背景 71.2概述和現(xiàn)狀 71.3發(fā)展前景及方向 91.3.1重復(fù)高精度 91.3.2模塊化 91.3.3機(jī)電一體化 91.4國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析 101.5國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 111.6目的及意義 112總體方案設(shè)計(jì)與指標(biāo) 132.1總體設(shè)計(jì)規(guī)格與相關(guān)參數(shù) 132.2總體方案設(shè)計(jì)(執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)) 142.2.1主體功能 142.2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu) 152.2.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 152.2.4控制系統(tǒng) 163機(jī)構(gòu)分析 193.1機(jī)械手總體設(shè)計(jì) 203.1.1機(jī)械手基本形式的選擇 203.1.2機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) 203.1.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 203.1.4機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 203.2機(jī)身的總體設(shè)計(jì) 214關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與校核 234.1機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算 234.1.1選擇手抓的類型及夾緊裝置 234.1.2手抓的力學(xué)分析 244.1.3機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 265結(jié)論 276總結(jié)與展望 28參考文獻(xiàn) 29

1緒論在當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展環(huán)境之下，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)得到了高效迅猛的發(fā)展，國(guó)家為物流行業(yè)及各個(gè)物流領(lǐng)域中小型企業(yè)提供了大量的支持，隨著國(guó)民生活品質(zhì)的提高，日益增加的工作效率和人們對(duì)快遞行業(yè)的需求越來(lái)越高，分揀過(guò)程中的物件大量增加，在分揀過(guò)程中對(duì)物件分揀的速度和時(shí)效的要求也隨著人們的需求日益升高，與此同時(shí)也出現(xiàn)了一些新的用于物流分揀作業(yè)上的產(chǎn)品，在這些生產(chǎn)活動(dòng)中，有些是屬于高危險(xiǎn)的，對(duì)人體傷害較大，有些分揀領(lǐng)域不適宜人類工作，機(jī)械手則正好適應(yīng)這類工作。機(jī)械手又可稱為工業(yè)機(jī)器人，是工業(yè)機(jī)器人中必不可少的一部分。在當(dāng)今超大規(guī)模的物流業(yè)和制造業(yè)中，企業(yè)為提高運(yùn)輸速度和生產(chǎn)效率效能，為重點(diǎn)保障產(chǎn)品質(zhì)量，因此普遍重視物流行業(yè)中分揀和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化運(yùn)輸線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。而機(jī)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(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，機(jī)械手主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，而搬運(yùn)機(jī)械手的角色尤為重要，它掌握著物流行業(yè)的核心命脈。1.1研究背景機(jī)械手是模仿人手部分動(dòng)作的一種擬人電子機(jī)械裝置，普遍的機(jī)械手都是通過(guò)專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制卡來(lái)控制的，而簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)控制可以通過(guò)PLC控制，根據(jù)給定的程序、軌道跟蹤和規(guī)定，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)分辨認(rèn)，自動(dòng)捕獲，運(yùn)輸或手工操作的自動(dòng)化技術(shù)的機(jī)械設(shè)備。通過(guò)在電源電路中配備有獨(dú)特功能的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的能力以及針對(duì)環(huán)境條件和性能目標(biāo)對(duì)其機(jī)械設(shè)備的性能進(jìn)行特定分析的能力。機(jī)械手還具有長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的能力，具有很高的精度，并能抵抗極端環(huán)境。在某種程度上，它是工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備演變的全過(guò)程的材料。此外，它是工業(yè)生產(chǎn)和非工業(yè)界的關(guān)鍵生產(chǎn)和服務(wù)機(jī)械設(shè)備。它是智能制造技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少的自動(dòng)性能機(jī)械設(shè)備。在生產(chǎn)中使用工業(yè)機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化技術(shù)水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。特別是在高溫，高壓，超低溫，低壓，煙霧，易燃易爆，有害氣體和放射性物質(zhì)等極端環(huán)境下，工業(yè)機(jī)械手可以在所有正常工作中代替所有人。在此階段，PLC程控機(jī)械手已廣泛用于機(jī)械加工和制造，沖壓模，鑄造，鍛造，電焊，熱處理，電鍍，噴涂，安裝，輕工業(yè)和運(yùn)輸。1.2概述和現(xiàn)狀本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的機(jī)械手本就是一種模擬人手操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。它可按已經(jīng)編輯好的程序進(jìn)行物件的抓取、移送、搬運(yùn)等或直接使用一個(gè)操控器用來(lái)同時(shí)執(zhí)行一些特殊的遙控操作。就目前的研究表明，應(yīng)用式自動(dòng)工業(yè)分揀用機(jī)械手已經(jīng)完全地可以代替其他生產(chǎn)方式的各種人力所能及需要所能承擔(dān)的單調(diào)、重復(fù)或繁多的各種體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了目前我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及日常運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中最為集中的一種新型工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和生產(chǎn)自動(dòng)化，代替了其他在有毒有害或污染惡劣環(huán)境下的任何一種傳統(tǒng)式工業(yè)機(jī)械手也能進(jìn)行的分揀和生產(chǎn)工作，改善了職工勞動(dòng)條件，保障了職工人身安全，因而該一種類型的自動(dòng)化分揀機(jī)械手可以被廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)機(jī)械制造、冶金、電、輕工、原子能等部門(mén)的分揀環(huán)節(jié)中。20世紀(jì)40年代后期，最開(kāi)始美國(guó)在做模擬人手方面探究的實(shí)驗(yàn)中，造就了分揀機(jī)械手的誕生。最初的實(shí)驗(yàn)是首先嘗試使用分揀機(jī)械手來(lái)移動(dòng)和搬運(yùn)一些普通的物件代替多余的人力勞動(dòng)，讓工作的員工們可以在安全間操控機(jī)械手來(lái)進(jìn)行各類工作和各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，用于做一些簡(jiǎn)單的運(yùn)輸工作，節(jié)省人力50年代以后，分揀機(jī)械手逐漸推廣至物資物料生產(chǎn)單位，開(kāi)始用于搬運(yùn)有毒放射性的材料工件和裝卸材料工件在高溫、大氣污染較多的地區(qū)取放，這些工件是一種可以直接裝卸的工具，也被廣泛作為機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線及其他加工中心的輔助設(shè)備，完成基本材料分揀，最終按照一個(gè)固定的程序進(jìn)行更換。機(jī)械手主要由負(fù)責(zé)抓取和放置物件的手部和其他運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及底座支架組成。手部主要用來(lái)抓取物件，按照系統(tǒng)要求放置物件，而根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，①夾持型機(jī)械手、②托持型機(jī)械手和③吸附型機(jī)械手等。對(duì)于其他運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，則是支持并協(xié)助手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)人們規(guī)定的動(dòng)作需求，最終改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。而運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，則需有6個(gè)自由度來(lái)整體實(shí)現(xiàn)機(jī)械手多方位抓取的目的。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度數(shù)越大，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般的專用機(jī)械手有2，3個(gè)自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門(mén)操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。1.3發(fā)展前景及方向1.3.1重復(fù)高精度對(duì)于機(jī)械手的精度的主要定義是我們用來(lái)指定一個(gè)自動(dòng)機(jī)器人、亦或或者是一個(gè)機(jī)械手機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中到達(dá)一個(gè)具有指定位置時(shí)的運(yùn)動(dòng)精度，它與機(jī)械驅(qū)動(dòng)器的精度分辨率和精度反饋控制設(shè)備等諸多因素密切有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次，而且這種機(jī)械手臂還能夠保證達(dá)到相同操作位置時(shí)的操作準(zhǔn)確度。而重復(fù)的定位精度校正相對(duì)于單獨(dú)的定位精度而言更為重要，如果一個(gè)定位機(jī)器人的自動(dòng)定位出現(xiàn)錯(cuò)誤或者不夠準(zhǔn)確，通常就系統(tǒng)會(huì)在手機(jī)屏幕上自動(dòng)顯示一個(gè)固定的定位誤差，任何誤差都不能夠直接可以被預(yù)測(cè)計(jì)算出來(lái)的，因此完全可以直接通過(guò)軟件編程操作方式等來(lái)進(jìn)行校正。重復(fù)運(yùn)動(dòng)精度所需要的限定誤差值范圍就是一個(gè)隨機(jī)誤差精度范圍，它通過(guò)一定的運(yùn)動(dòng)次數(shù)重復(fù)精度產(chǎn)生一個(gè)維度。隨著我國(guó)現(xiàn)代機(jī)械微電子運(yùn)動(dòng)技術(shù)和其他現(xiàn)代遠(yuǎn)程控制技術(shù)的飛速進(jìn)步和不斷發(fā)展，機(jī)械手在實(shí)際操作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)重復(fù)性和操作精度必將變得愈加突出，其技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域范圍也必將更加廣泛，除了在物流分揀過(guò)程中保證誤差的大幅減少之外，在其他領(lǐng)域也有很大的進(jìn)展，例如在我國(guó)核工業(yè)和其他軍事武器技術(shù)中。1.3.2模塊化有的物流分揀流程將采用帶有一個(gè)較大系列的各種導(dǎo)向式機(jī)械驅(qū)動(dòng)器和各種控制驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械手，連接起來(lái)稱為簡(jiǎn)易機(jī)械傳輸技術(shù)。模塊化的分揀機(jī)械手促進(jìn)了相同類型的機(jī)械手在設(shè)計(jì)過(guò)程中，它們的特點(diǎn)是可以因?yàn)楦鞣N原理和技術(shù)的需要而產(chǎn)生不同類型的模塊，擴(kuò)大了各種機(jī)械手在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用領(lǐng)域，這也是目前機(jī)械手的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。1.3.3機(jī)電一體化現(xiàn)如今，分揀機(jī)械手已經(jīng)不單單只是一個(gè)單獨(dú)的機(jī)械裝配，而近幾年新誕生的機(jī)械手樣式也不再是結(jié)構(gòu)單一，且無(wú)法靈活移動(dòng)和夾持物件重量過(guò)低的傳統(tǒng)老式機(jī)械手了，控制機(jī)械手進(jìn)行分揀操作的則是控制系統(tǒng)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃應(yīng)用由“可編程序控制器-傳感器-液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)，該組合仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面；嘗試將傳統(tǒng)液壓控制技術(shù)從普遍的“開(kāi)關(guān)控制”逐漸發(fā)展為高壓低精度的“反饋控制”；是節(jié)省配線的復(fù)合式集成系統(tǒng)，不但大大減少了系統(tǒng)配線、供電連接管道和相關(guān)元器件，而且系統(tǒng)安裝方便拆卸簡(jiǎn)單，大大程度提升了系統(tǒng)的工作可靠性。而今，電磁閥的驅(qū)動(dòng)線圈直接輸出電壓功率已經(jīng)越來(lái)越低，而一個(gè)plc的驅(qū)動(dòng)線圈直接輸出電壓功率也在不斷增加，由一個(gè)PLC直接電壓驅(qū)動(dòng)出的線圈就會(huì)因此大大提高其可能性。隨著我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)，工業(yè)信息和電子信息技術(shù)的快速發(fā)展和持續(xù)進(jìn)步，機(jī)械手的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域正在逐步擴(kuò)大。在這一階段，機(jī)械手不僅廣泛應(yīng)用于當(dāng)今我國(guó)各種傳統(tǒng)機(jī)械加工行業(yè)，如石油勘探，冶金工業(yè)，石油，有機(jī)化學(xué)，船舶等工程設(shè)計(jì)應(yīng)用，而且已經(jīng)逐步發(fā)展并逐步擴(kuò)大它的營(yíng)銷(xiāo)面向我國(guó)的各種高科技應(yīng)用，例如核能發(fā)電，航空，導(dǎo)航，制藥，生物化學(xué)等，以及城市居民的清潔，醫(yī)療保健和其他公共服務(wù)。在服務(wù)行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域。另外例如，水下打撈工具與管理機(jī)器人，拋光打磨工具與管理機(jī)器人，打磨的毛刺管理機(jī)器人，擦一擦就刮擦的玻璃管理機(jī)器人，高壓運(yùn)輸電纜線上的特殊作業(yè)管理機(jī)器人等各種新型軍事工業(yè)機(jī)器人均特別是利用機(jī)械手在軍事工業(yè)上面的應(yīng)用最為典型。機(jī)械手被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)。而且，隨著工業(yè)現(xiàn)代化和人類社會(huì)物質(zhì)精神生活質(zhì)量水平的進(jìn)一步提高和人類社會(huì)性的經(jīng)濟(jì)性和文化財(cái)產(chǎn)生活的日益豐富多彩，未來(lái)各種類型的機(jī)械手會(huì)進(jìn)入到我們的生活中，而分揀機(jī)械手除了在控制系統(tǒng)會(huì)迭代更新，自動(dòng)化水平會(huì)更上一層樓以外，最重要的則是分揀機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)和使用材料將會(huì)越來(lái)越適應(yīng)更高的需求，分揀能力也會(huì)逐步提升，與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相結(jié)合，其專業(yè)性會(huì)不斷地貼近我們國(guó)家對(duì)物流分揀及運(yùn)輸方面的期望，其應(yīng)用市場(chǎng)將蓬勃興旺。1.4國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析分揀機(jī)械手的這些主要優(yōu)點(diǎn)和基本特性都是非常顯而易見(jiàn)的，相對(duì)于其他機(jī)器人，它們往往不僅能夠更精確而且完全無(wú)需不知疲倦地持續(xù)進(jìn)行機(jī)械工作，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，機(jī)械手幾乎可以用在一切需要大量重復(fù)勞動(dòng)的場(chǎng)合。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，機(jī)械手已經(jīng)成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動(dòng)化工廠(FA)、甚至成為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)化工具。在發(fā)達(dá)國(guó)家中，自動(dòng)化模式下的機(jī)械手已成為自動(dòng)化裝備的主流及未來(lái)的發(fā)展方向。除物流分揀外，國(guó)外汽車(chē)行業(yè)、目前在電子電器制造行業(yè)、工程機(jī)械等領(lǐng)域，我們已經(jīng)大量采用了機(jī)械手，以此來(lái)保障其產(chǎn)品質(zhì)量，提高其生產(chǎn)效率，同時(shí)也避免了一些工傷事故。目前全球諸多地區(qū)和國(guó)家對(duì)于自動(dòng)化機(jī)械手的應(yīng)用與實(shí)踐都表明，機(jī)械手的廣泛使用與發(fā)展表明，機(jī)械手在我國(guó)的廣泛應(yīng)用是一種可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理效率，推動(dòng)整個(gè)企業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)能力的發(fā)展。雖然中國(guó)的自動(dòng)化模式機(jī)械手生產(chǎn)及使用也在不斷的進(jìn)步中，但和國(guó)際同行相比，差距依舊明顯。從市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō)，更無(wú)法相提并論。機(jī)械手很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國(guó)機(jī)械手和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。自動(dòng)分揀系統(tǒng)目前在國(guó)外同時(shí)期行業(yè)的技術(shù)相當(dāng)成熟，但是由于其建設(shè)費(fèi)用和維修成本相對(duì)較高，所以維修困難。而國(guó)內(nèi)同時(shí)期行業(yè)針對(duì)物流配送中心的規(guī)劃建設(shè)在探討的過(guò)程中，都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠成熟；國(guó)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用水平，只有當(dāng)時(shí)的郵政物流服務(wù)系統(tǒng)中得到了較好的運(yùn)用，而其它行業(yè)卻不太合適。所以對(duì)于其他物流體系的科學(xué)研究以及它們的設(shè)備研究，都可以說(shuō)具有很重要的意義。這樣不僅有效地節(jié)約了公司的人力資源，而且被廣泛運(yùn)用于鐵路客運(yùn)列車(chē)行包辦公、食品工業(yè)、造紙產(chǎn)品、化學(xué)制品、機(jī)械制造、超市配送中心、配送、出版社等各種行業(yè)中。在一些物流量高度發(fā)達(dá)的國(guó)家，物流數(shù)量非常多，其中大量物品都是需要進(jìn)行分揀之后才可以被分配給客戶去實(shí)施，所以歐美各國(guó)和日本都采用了許多種類的分揀系統(tǒng)，從而完成了分揀這一繁瑣而又枯燥的任務(wù)。而在我國(guó)物流工具制造行業(yè)迅猛發(fā)展的今天，自動(dòng)化分揀裝置就占據(jù)了十分重要的位置。長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)的分揀工藝和技術(shù)較為落后，一定的程度上嚴(yán)重影響了我國(guó)現(xiàn)代化物流行業(yè)的生存和發(fā)展，亟待大量引入一種高速而有效的分揀裝置，自動(dòng)化分揀的機(jī)械手也正是符合這一要求。1.5國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀對(duì)于國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，目前市場(chǎng)上的主要自動(dòng)分揀設(shè)備在操作過(guò)程中，某些環(huán)節(jié)還需要有人工的參與，但作業(yè)強(qiáng)度已越來(lái)越小，完全由機(jī)械完成分揀作業(yè)。[1]機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。而現(xiàn)在的自動(dòng)分揀設(shè)備類型多樣，分揀效率更是達(dá)到了高效、快速、穩(wěn)定、高質(zhì)量的水準(zhǔn)，這也是科技促進(jìn)設(shè)備發(fā)展的結(jié)果。[2][3]現(xiàn)階段就國(guó)內(nèi)市場(chǎng)而言，主流自動(dòng)分揀設(shè)備在操作過(guò)程中，某些環(huán)節(jié)還需要有人工的參與，但作業(yè)強(qiáng)度已越來(lái)越小，完全由機(jī)械完成分揀作業(yè)。機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。[4]而現(xiàn)在的自動(dòng)分揀設(shè)備類型多樣，分揀效率更是達(dá)到了高效、快速、穩(wěn)定、高質(zhì)量的水準(zhǔn)，這也是科技促進(jìn)設(shè)備發(fā)展的結(jié)果。[5][6]快遞自動(dòng)分揀設(shè)備引領(lǐng)傳統(tǒng)物流行業(yè)進(jìn)入智能化發(fā)展階段，[7][8][9]高性能的分揀機(jī)器人可以適用于不同場(chǎng)景的分揀任務(wù)，備受快遞企業(yè)的青睞，成為物流科技發(fā)展的新亮點(diǎn)。[10][11]伴隨著物流服務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)，自動(dòng)分揀的效率會(huì)越來(lái)越好，分揀技術(shù)也會(huì)更智能、更人性化。[12]1.6目的及意義現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)和信息技術(shù)的確是一場(chǎng)新型產(chǎn)業(yè)革命，將整個(gè)西方世界的知識(shí)經(jīng)濟(jì)由傳統(tǒng)資本主義經(jīng)濟(jì)模式引入并帶到了現(xiàn)代知識(shí)經(jīng)濟(jì)的新發(fā)展時(shí)代。在現(xiàn)代電子信息世界的各個(gè)領(lǐng)域，從20世紀(jì)時(shí)代中的一個(gè)新型無(wú)線電通信時(shí)代也已經(jīng)開(kāi)始直到進(jìn)入21世紀(jì)以家用計(jì)算機(jī)和其他信息電子技術(shù)應(yīng)用為設(shè)計(jì)核心的一個(gè)現(xiàn)代化和智能化新型家用電子系統(tǒng)時(shí)代。而傳統(tǒng)的機(jī)械手控制系統(tǒng)則逐漸發(fā)展成熟到與電腦進(jìn)行互聯(lián)，使得機(jī)械手控制的系統(tǒng)變得更加的智能化，操作也變得更加簡(jiǎn)易方便。隨著工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展，機(jī)械手(或稱工業(yè)機(jī)器人)的應(yīng)用將更加普遍，尤其隨著我國(guó)的物流行業(yè)和倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，西歐、日本、蘇聯(lián)和中國(guó)等偏遠(yuǎn)地區(qū)的機(jī)械手也已經(jīng)開(kāi)始了百花爭(zhēng)放，未來(lái)整個(gè)人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)將不斷更新各種各樣的新型分揀機(jī)械手。本項(xiàng)目中所設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀機(jī)械手隸屬于搬運(yùn)機(jī)械手。所謂的搬運(yùn)式機(jī)械手，就是把一個(gè)機(jī)械手直接安裝到一個(gè)移動(dòng)式的平臺(tái)之上。這種架構(gòu)使得機(jī)械手具備了很大的可以移動(dòng)操縱空間及較高的運(yùn)動(dòng)冗余性，并且同時(shí)還具備了移動(dòng)和可以操縱的功能，這樣會(huì)使它比其他傳統(tǒng)機(jī)械手更加優(yōu)于現(xiàn)代化的機(jī)械手，因此在危險(xiǎn)工程作業(yè)、制造商、服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)耦合、非線性、不完全等諸多技術(shù)問(wèn)題的出現(xiàn)，都已經(jīng)使得我們對(duì)于搬運(yùn)式機(jī)械手進(jìn)行研究更加具備了相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。機(jī)械手設(shè)備就是一種通過(guò)模仿人手活動(dòng)的某些操作行為，按照它們給定的操作程序、軌道和時(shí)間要求運(yùn)動(dòng)來(lái)操作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的捕捉、搬移或者手動(dòng)操作的一種小型自動(dòng)化工業(yè)機(jī)械設(shè)備。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅作為機(jī)床的上下料裝置，是附屬于機(jī)床的專用機(jī)械手，只是單純且簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置，無(wú)法通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制，所用材料均不是最佳選擇，手爪的抓力是最核心因素，在受力過(guò)程中穩(wěn)定性不夠，因此抓取物件在搬運(yùn)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣非常多的安全隱患即無(wú)法投入到物流體系中來(lái)緩解人工勞動(dòng)壓力。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱普通機(jī)或通用工業(yè)機(jī)器人。在廣大的物流體系中，分揀作為重中之重，既要確保每一件物品能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的按照要求分揀到指定位置又要確保機(jī)械手在夾取物品時(shí)產(chǎn)生的抓力不能損壞物件，同時(shí)機(jī)械手在重復(fù)勞動(dòng)的過(guò)程中也要確保自身保養(yǎng)情況，不因?yàn)樵O(shè)計(jì)問(wèn)題出現(xiàn)偏差導(dǎo)致整個(gè)分揀流程都會(huì)受到影響?，F(xiàn)如今由于一般的小型通用式自動(dòng)機(jī)械手都已經(jīng)可以迅速地根據(jù)控制系統(tǒng)需求自動(dòng)改變其分揀工作流程，適應(yīng)能力比較強(qiáng)，所以它被廣泛認(rèn)為已經(jīng)是在不斷地通過(guò)變換各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)品的種類和各個(gè)大型號(hào)的小批量自動(dòng)化的機(jī)械生產(chǎn)工藝過(guò)程中已經(jīng)獲得了廣泛的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用。2總體方案設(shè)計(jì)與指標(biāo)2.1總體設(shè)計(jì)規(guī)格與相關(guān)參數(shù)對(duì)于使用自動(dòng)化分揀生產(chǎn)線過(guò)程中的分揀機(jī)械手和物料分揀管理單位的基本技術(shù)需求就是將兩個(gè)分揀單位有效地相互配合聯(lián)系起并連接在一起，通過(guò)各種溫度傳感的元器件和中央空調(diào)的排氣缸等，能夠迅速、準(zhǔn)確地自動(dòng)執(zhí)行物品搬運(yùn)和物料分揀。設(shè)計(jì)管理自動(dòng)化分揀生產(chǎn)線的員工機(jī)械手和其他分揀作業(yè)單位的員工設(shè)計(jì)管理原則上要擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件；明確工藝流程中的各種模塊數(shù)量和分布，使得在充分考慮到滿足需要的條件基礎(chǔ)上，讓各種元器件在每一個(gè)模塊，各種元器件在每一個(gè)單元中都能夠具有最合理的位置，從而進(jìn)一步地確定了對(duì)于自動(dòng)化分揀線的結(jié)構(gòu)要求和運(yùn)行管理控制的技術(shù)要求；在設(shè)計(jì)過(guò)程中，計(jì)劃選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀機(jī)械手及分揀單元是為了實(shí)現(xiàn)通過(guò)模塊的組合促進(jìn)流水線的順利運(yùn)行，幫助整個(gè)物流體系的高效運(yùn)行。參數(shù)說(shuō)明：抓重：0.3千克；工件尺寸：Φ40mm，厚40mm?定位精度：±1mm；控制方式：①首選點(diǎn)位程序控制（簡(jiǎn)易且方便，相較于控制卡控制更具有其獨(dú)有的創(chuàng)新意義）?機(jī)械手橫移最大距離為800mm。2.2總體方案設(shè)計(jì)(執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu))2.2.1主體功能設(shè)計(jì)出如圖2-1所示的簡(jiǎn)易工作臺(tái)圖2-1機(jī)械手系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)易圖本圖為最初設(shè)計(jì)出的簡(jiǎn)易模式分揀機(jī)械手，由此可見(jiàn)，分揀機(jī)械手部分作為兩條傳送帶之間的橋梁進(jìn)行多向運(yùn)作。底座為圓柱型，依靠曲柄連桿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，向外抓取物件，再通過(guò)已經(jīng)準(zhǔn)備好的自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的抓取，減少誤差。手臂部分可延伸，由手爪進(jìn)行物件的準(zhǔn)確抓取。在該機(jī)械手運(yùn)作的基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)：在工作啟動(dòng)時(shí)按住運(yùn)行按鈕，傳送帶A和B將開(kāi)始工作。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到工件時(shí)，傳送帶A電機(jī)停止運(yùn)行。繼電器工作時(shí)，手臂會(huì)下降，而下降并到達(dá)下降限位開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)，手臂停止下降。夾緊正在工作的繼電器，并夾緊工件。大約2秒鐘后，機(jī)械手臂會(huì)上升。當(dāng)高繼電器工作時(shí)，機(jī)械手上升并到達(dá)上限開(kāi)關(guān)并接近該開(kāi)關(guān)。繼電器工作時(shí)，電機(jī)向左轉(zhuǎn)。機(jī)械手將電動(dòng)機(jī)向左旋轉(zhuǎn)，然后將工件傳送到傳送帶B上方，機(jī)械手向左旋轉(zhuǎn)，并向左按下行程開(kāi)關(guān)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)以終止操作。另外，機(jī)械手下降并到達(dá)限位開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)。機(jī)械手停止下降并釋放工件以釋放工件。大約2秒鐘后，機(jī)械手上升并到達(dá)限位開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)。傳送帶B的馬達(dá)工作，傳送帶B推動(dòng)工件運(yùn)行，機(jī)械手將馬達(dá)向右旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手向右旋轉(zhuǎn)以按下向右行駛開(kāi)關(guān)，傳送帶B馬達(dá)停止運(yùn)行，并且傳送帶電動(dòng)機(jī)再次開(kāi)始工作，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械手便可以循環(huán)工作。2.2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)即直接抓取工件的部分，因?yàn)榕c物件接觸的方法會(huì)有所不同，因此它可分為兩種類型，即夾持式手和吸附式手。在該設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，采用了夾持式手部機(jī)械結(jié)構(gòu)。夾持式手部由機(jī)械手爪和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指制造容易，成本較低，故應(yīng)用較廣泛，本設(shè)計(jì)決定采用回轉(zhuǎn)型。手部多為兩指（也有多指，本設(shè)計(jì)采用兩指）；機(jī)械手指指形也有不同設(shè)計(jì)，常用的指形有平面、V形面和曲面，本設(shè)計(jì)采用平面方式；另外，根據(jù)需要分為外向握法和內(nèi)向抓法兩種，本設(shè)計(jì)采用外向握法。如上圖所示。2.2.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是該分揀機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源和具體方面應(yīng)用的不同，分揀機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。而由于機(jī)械手本來(lái)就是機(jī)器人領(lǐng)域中的一個(gè)重要亮點(diǎn)，而與其它驅(qū)動(dòng)方式相比較，液壓機(jī)械手具有傳遞動(dòng)力大、傳動(dòng)平穩(wěn)性高等優(yōu)點(diǎn)。本驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)計(jì)劃采用液壓驅(qū)動(dòng)，所有動(dòng)作都可以通過(guò)液壓實(shí)現(xiàn)。如實(shí)物圖2-2，圖2-3所示：圖2-2液壓驅(qū)動(dòng)夾持型機(jī)械手圖2-3液壓驅(qū)動(dòng)夾持型機(jī)械手2.2.4控制系統(tǒng)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)由于采用的是可以進(jìn)行自動(dòng)化過(guò)程分揀運(yùn)輸工件的自動(dòng)分揀機(jī)械手，所以必須肯定做到最終設(shè)計(jì)出的機(jī)械手實(shí)行的是自動(dòng)化過(guò)程控制。經(jīng)查閱文獻(xiàn)，親身到達(dá)京東集團(tuán)物流分揀中心觀察和仿真模擬實(shí)驗(yàn)表明，PLC技術(shù)可以充分運(yùn)用于該機(jī)械手的設(shè)計(jì)中，使該機(jī)械手能夠順利投入市場(chǎng)進(jìn)行運(yùn)作，使其擁有自動(dòng)化水平。特點(diǎn)是以可編微處理器為系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)核心，主要具有系統(tǒng)整體上設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易進(jìn)行編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和安全使用方便等一系列基本特征。PLC技術(shù)已被廣泛地成功應(yīng)用于高壓電磁閥流量控制等諸多方面。所以，對(duì)于這個(gè)需要分揀的工業(yè)機(jī)械手來(lái)說(shuō)首先能想到的方法就是plc技術(shù)。采用這種自控技術(shù)不僅能夠靈活地讓操作人員按照程序設(shè)定機(jī)械手工作和使用機(jī)械手對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)操作，而且這種操作方法節(jié)省時(shí)間成本、資金成本和勞動(dòng)成本，操作簡(jiǎn)單方便；第二，PLC自動(dòng)控制器的穩(wěn)定運(yùn)行性和穩(wěn)定性良好也是其最終能夠成為各種工控系統(tǒng)選擇的重要一個(gè)原因。因此本設(shè)計(jì)計(jì)劃采取三菱FX2N-48MRPLC。（查閱參考文獻(xiàn)【17】和參觀了解京東物流科技分揀工程得出該結(jié)論）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在這樣一條完全自動(dòng)化的貨物生產(chǎn)線上，由一只分揀機(jī)械手把連在a傳送帶上的每件貨物通過(guò)傳送帶接到一條連在傳送帶上的b上。機(jī)械手的整個(gè)手臂上升、下降、左轉(zhuǎn)、右向和左旋轉(zhuǎn)、夾緊、放松等各種動(dòng)作分別主要是通過(guò)采用電磁閥自動(dòng)控制的機(jī)械液壓動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)工作，并用自動(dòng)限位控制開(kāi)關(guān)和自動(dòng)光電開(kāi)關(guān)系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)檢測(cè)各種使用機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的身體狀況和周?chē)锛倪\(yùn)動(dòng)位移。傳送帶上的a、b都可以是由三相驅(qū)動(dòng)鼠籠式異步高速電動(dòng)機(jī)組來(lái)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)。對(duì)于這些電動(dòng)機(jī)也一定要及時(shí)做好一些相應(yīng)的安全防護(hù)。PLC（I/O）分配輸入元件輸入繼電器輸出元件輸出繼電器啟動(dòng)開(kāi)關(guān)A0上升電磁閥B1關(guān)閉開(kāi)關(guān)A1下降電磁閥B2復(fù)位開(kāi)關(guān)C10左轉(zhuǎn)電磁閥B3上升限位開(kāi)關(guān)A5右轉(zhuǎn)電磁閥B4下降限位開(kāi)關(guān)A2夾緊電磁閥B5左轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)A3傳送帶A電機(jī)B6右轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)A4傳送帶B電機(jī)B7光電開(kāi)光A6復(fù)位電磁閥C4液壓馬達(dá)BO輔助繼電器C10，C11，C12表2-2① pb1、pb2系統(tǒng)電路總線和總控制開(kāi)關(guān)，繼電器AO、A1② PS1工件檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)，繼電器A6③ LS1控制機(jī)械手的夾緊與放松，繼電器A5④ LS2控制工作臺(tái)的向左旋轉(zhuǎn)和向右旋轉(zhuǎn)，繼電器B3、B4⑤ LS3控制工作臺(tái)的水平上升與下降，繼電器B1、B2⑥ 圖上省略左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)（A3、A4）、上升與下降限位開(kāi)關(guān)(A5、A2)以及傳送帶A、B電動(dòng)機(jī)(B6、B7)、液壓馬達(dá)（B0）程序設(shè)計(jì)左轉(zhuǎn)上升夾緊下降原位左轉(zhuǎn)上升夾緊下降原位 松開(kāi)下降上升右轉(zhuǎn)松開(kāi)下降上升右轉(zhuǎn)圖2-3上圖為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制所畫(huà)的操作流程圖，根據(jù)上圖2-3可以輕松的設(shè)計(jì)出如下的梯形圖：圖2-4自動(dòng)化流水梯形圖如圖2-4可知，這個(gè)程序是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求來(lái)編的，程序中加入的M4輔助繼電器起到復(fù)位作用，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)是X0，停止開(kāi)關(guān)是X1，程序中還加入了兩個(gè)計(jì)數(shù)器C0、C1。其中計(jì)數(shù)器C0對(duì)下降限位SP2(X2)計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手到達(dá)二號(hào)（B）傳送帶時(shí)松開(kāi)機(jī)械手放置物品的控制。計(jì)數(shù)器C1對(duì)上升限位SP1(X5)計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在松開(kāi)機(jī)械手放置物品以后上升第二次壓到上升限位SP1(X5)的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)右轉(zhuǎn)的控制。3機(jī)構(gòu)分析3.1機(jī)械手總體設(shè)計(jì)3.1.1機(jī)械手基本形式的選擇常見(jiàn)的分揀機(jī)械手依據(jù)手臂的運(yùn)動(dòng)形態(tài)來(lái)定名稱和用途，按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種:(1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手；(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；(3)球坐標(biāo)（極坐標(biāo)）型機(jī)械手；(4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。經(jīng)多次查閱資料及在實(shí)習(xí)單位親身調(diào)研，其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，定位精度較高，占地面積小，旋轉(zhuǎn)移動(dòng)起來(lái)更方便，直觀上講更適用于物流分揀作業(yè)中，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)型。3.1.2機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)對(duì)于一個(gè)圓柱坐標(biāo)型分揀機(jī)械手來(lái)說(shuō)，根據(jù)參考文獻(xiàn)【24】得知，該自動(dòng)化模式下的分揀用機(jī)械手的設(shè)計(jì)需要的基本要求，基本目標(biāo)和技術(shù)任務(wù)，為了滿足所設(shè)計(jì)需要的基本要求條件，據(jù)實(shí)際觀察，本論文計(jì)劃所設(shè)計(jì)的機(jī)械手都應(yīng)該至少具有5個(gè)自由度既：手抓張合；手部回轉(zhuǎn)；手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)和手臂升降5個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由4個(gè)大部件和5個(gè)液壓缸組成，分別是①手部，采用一個(gè)自動(dòng)垂直線狀的圓形液壓傳動(dòng)氣缸，通過(guò)整個(gè)傳動(dòng)液壓機(jī)構(gòu)的固定運(yùn)動(dòng)角度來(lái)輕松完成腕和手部的抓張力配合；②對(duì)于腕和手部，采用一個(gè)自動(dòng)定向回轉(zhuǎn)式的圓形液壓傳動(dòng)氣缸后就可以輕松實(shí)現(xiàn)整個(gè)手部的自動(dòng)回轉(zhuǎn)180°；③臂部，采用直線缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂平動(dòng)50mm；④機(jī)身，采用一個(gè)直線缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。3.1.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本身就是分揀機(jī)械手的重要一個(gè)組成部分，而機(jī)械手的性能和成本費(fèi)用等等對(duì)它來(lái)說(shuō)有著巨大的影響，這主要依賴于它所采用的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案和它們所配備的裝置。根據(jù)動(dòng)力源和應(yīng)用市場(chǎng)的不同，分揀機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、以及電力與動(dòng)力機(jī)械聯(lián)合驅(qū)動(dòng)四類，本畢業(yè)設(shè)計(jì)的是一種以機(jī)械液壓驅(qū)動(dòng)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的專用機(jī)械手，它的性質(zhì)具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便、驅(qū)動(dòng)控制能力強(qiáng)等主要特征。所以，用于物流分揀中的機(jī)械手為保證工作效率，運(yùn)輸速度，液壓驅(qū)動(dòng)則是不二之選。3.1.4機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表一、用途：搬運(yùn)：用于快遞物件搬運(yùn)二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):1、抓重：6kg(夾持式手部)2、自由度數(shù)：6個(gè)自由度3、座標(biāo)型式：圓柱型底座4、最大工作半徑：160mm5、手臂最大中心高：100mm6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程650mm伸縮速度400mm/s升降行程250mm升降速度200mm/s回轉(zhuǎn)范圍0~270°回轉(zhuǎn)速度60°7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍0~270°回轉(zhuǎn)速度90°8、手指夾持范圍：棒料：90~160mm片料：面積不大于1㎡9、定位精度：±1mm3.2機(jī)身的總體設(shè)計(jì)按照機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求，機(jī)械手臂就需要通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能夠回轉(zhuǎn)180°的四個(gè)回轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)通常設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了找到能夠通過(guò)設(shè)計(jì)分析得到合理的各種人體運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件，就常常需要對(duì)此進(jìn)行各種綜合合理地設(shè)計(jì)考慮，分析。機(jī)器人身上支撐著一個(gè)手臂，作為回轉(zhuǎn)，升降等運(yùn)動(dòng)，它們是機(jī)器人的重要部件。常見(jiàn)的機(jī)體結(jié)構(gòu)主要有以下幾類:將自動(dòng)回轉(zhuǎn)器的氣缸位置放在自動(dòng)升降后的懸架結(jié)構(gòu)中。該類殼體結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)之處在于它不僅能夠同時(shí)需要承受更多的重力偏重和更大力矩。其中的缺陷主要表現(xiàn)在于傳動(dòng)回轉(zhuǎn)式電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)由于電機(jī)傳動(dòng)軸與電機(jī)的回轉(zhuǎn)路徑距離很長(zhǎng)，而且傳動(dòng)花鍵軸的運(yùn)動(dòng)變形常常會(huì)給傳動(dòng)回轉(zhuǎn)式電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度提高帶來(lái)很多的不良影響。將兩個(gè)回轉(zhuǎn)式的氣缸全部放入并移到自動(dòng)升降機(jī)臺(tái)面之上。該傳動(dòng)系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇了一個(gè)單缸導(dǎo)向活塞桿，內(nèi)部傳動(dòng)為單缸導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但是，由于回旋式氣缸和機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)的一部分可以形成高速升降機(jī)，所以用于運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件的總數(shù)很大?；钊麠U氣缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。臂的旋轉(zhuǎn)必須根據(jù)齒條齒輪機(jī)構(gòu)完成：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)立即推動(dòng)與臂連接的齒輪，使其在緊密協(xié)調(diào)的情況下作往復(fù)旋轉(zhuǎn)，從而使臂可以上下移動(dòng)順利。圖3-1分揀機(jī)械手CAD樣式圖分析：經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證后綜合分析思考，本文的設(shè)計(jì)方案選擇了將回旋缸直接放入升降缸之上。本畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的新型機(jī)身向兩個(gè)不同方向平行運(yùn)動(dòng)，機(jī)身橫向回轉(zhuǎn)及機(jī)體升降兩個(gè)不同方向。如圖2-1所示，可回轉(zhuǎn)式運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)機(jī)身是一種可裝置于活動(dòng)升降機(jī)主氣缸之上的活動(dòng)機(jī)身。手臂滑動(dòng)部件通過(guò)手臂回轉(zhuǎn)時(shí)氣缸上部的端蓋下部進(jìn)行滑動(dòng)連接，回轉(zhuǎn)時(shí)氣缸下部的滑動(dòng)片通過(guò)回轉(zhuǎn)缸體上部進(jìn)行滑動(dòng)連接，機(jī)械手手臂根據(jù)缸體情況進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的?；钊麠U全部結(jié)構(gòu)采用空心，內(nèi)部安裝有一個(gè)空心花鍵軸護(hù)套和一個(gè)空心花鍵軸相互配合。這種新型的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)是由于導(dǎo)向桿直接位于內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)主要采用電動(dòng)模式下的液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)進(jìn)入氣缸通過(guò)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出兩側(cè)油孔，一個(gè)是進(jìn)油孔，一個(gè)是排油孔，進(jìn)油口的兩側(cè)分別通向氣缸，使其旋轉(zhuǎn)到氣缸驅(qū)動(dòng)器葉片的兩側(cè)，然后合理地完成了旋轉(zhuǎn)氣缸和驅(qū)動(dòng)器葉片的雙重旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度通常取決于擋塊的旋轉(zhuǎn)尺寸級(jí)別，以做出性能決定。對(duì)于這種刀片設(shè)計(jì)，每個(gè)人都必須考慮可以在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)刀片之間連續(xù)旋轉(zhuǎn)的角位置和旋轉(zhuǎn)角度。為了更好地滿足該刀片設(shè)計(jì)的性能要求，在這種設(shè)計(jì)中，可以適當(dāng)?shù)剡x擇旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)靜態(tài)板之間的旋轉(zhuǎn)角度以旋轉(zhuǎn)180°。4關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與校核4.1機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1選擇手抓的類型及夾緊裝置本設(shè)計(jì)是平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，手爪的作用是整個(gè)分揀機(jī)械手所有結(jié)構(gòu)中最重要的部分，也是直接直觀上決定了機(jī)械手最終設(shè)計(jì)的是否成功，考慮到所需達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角=，夾取重量為6Kg。常用的工業(yè)機(jī)械手手部，按握持工件的原理，分為夾持和吸附兩大類。對(duì)于吸附式機(jī)械手來(lái)說(shuō)，常用于吸附工件表面平整、面積較大的板狀物體，應(yīng)用廣泛程度不如夾持式機(jī)械手，因此不適合用于本方案設(shè)計(jì)。本自動(dòng)分揀機(jī)械手采用夾持式手爪，夾持式的運(yùn)動(dòng)機(jī)械手根據(jù)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)的方式大致來(lái)說(shuō)可以將其劃分兩類為縱向旋轉(zhuǎn)型或者來(lái)說(shuō)是橫向平移式。平移型夾持手指的手掌張開(kāi)或者手指閉合主要是手指依靠一只手指在一個(gè)平行物體上方的移動(dòng)，這類型的手指由于整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于直接夾持一塊放在平板上的任何方料，且由于夾持工件的材料徑向移動(dòng)大小和在尺寸上的變化并沒(méi)有直接因素影響工件到其材料中心和夾點(diǎn)的移動(dòng)位置，其理論夾持誤差零。但是若是要采用一種非常典型的自動(dòng)水平移式機(jī)械手指，驅(qū)動(dòng)力必須不需要被附加到驅(qū)動(dòng)手指水平移動(dòng)的各個(gè)方向上，這樣就可能會(huì)直接導(dǎo)致手指結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜而且運(yùn)動(dòng)體積巨大。顯然這種選擇類型的值是不恰當(dāng)?shù)模虼宋覀円苍S可以重新選擇該值的類型。通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇兩根機(jī)械手指的回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊器的兩種選擇中第一種通常用的是手指分開(kāi)彈簧夾緊器，它在此時(shí)彈簧的手指動(dòng)力加大作用下由于此時(shí)機(jī)械手的手指動(dòng)力加大使此時(shí)人們的手指被握住和，在機(jī)械壓力和壓力油的推動(dòng)作用下，彈簧被壓縮，此時(shí)機(jī)械手指可以張開(kāi)。圖4-1機(jī)械手機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖/proe圖4-2機(jī)械手手爪示意圖/proe4.1.2手抓的力學(xué)分析接下來(lái)對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：①滑槽杠桿圖4-1（a）為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。(a)(b)圖4-1滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1——手指2——銷(xiāo)軸3——杠桿在杠桿3的作用下，銷(xiāo)軸2向上的拉力為F，并通過(guò)銷(xiāo)軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷(xiāo)軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點(diǎn)，交F1和F2的延長(zhǎng)線于A及B?！摺艶x=0∴F1=F2（4-1）而由∑Fy=0得F1=F2cosαF1=-F1’（4-2由=0得h（4-3）∴F=（4-4）式中a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（mm）；——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好的取值范圍在30°到40°之間4.1.3機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算機(jī)械手的抓取精度控制設(shè)計(jì)一般要求對(duì)移動(dòng)工件的抓取定位精度準(zhǔn)確，抓取移動(dòng)精度高，重復(fù)抓取定位的移動(dòng)精度和工件移動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性良好，并必須具備工件足夠的重復(fù)抓取移動(dòng)能力。機(jī)械手如何掌握能否準(zhǔn)確地快速夾持大型工件，把這些大型工件快速傳遞或達(dá)到其需要指定的工作位置，不僅主要直接取決于一個(gè)機(jī)械手的夾具定位精度(主要由其對(duì)手臂部、腕和背部等各種大型運(yùn)動(dòng)機(jī)械零件的定位大小精度決定)，而且還與一個(gè)機(jī)械手對(duì)夾具支持的定位誤差敏感程度及其大小密切關(guān)聯(lián)相關(guān)。特別是在各類多功能品種的中、小批量工件生產(chǎn)中，為了能夠適應(yīng)每個(gè)工件的最大尺寸在生產(chǎn)規(guī)模上一定很大程度內(nèi)的發(fā)生變化，一定都需要對(duì)每個(gè)工作臺(tái)的時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行相當(dāng)大的質(zhì)量夾持和精度測(cè)量。圖4-3手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。機(jī)械手的夾持范圍為80mm-180mm。一般夾持誤差不超過(guò)1mm，分析如下：工件的平均半徑：（4-5）手指長(zhǎng)，取V型夾角偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：（4-6） 計(jì)算：（4-7）當(dāng)S時(shí)帶入有： （4-8）∴夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。5結(jié)論就控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，該分揀機(jī)械手的設(shè)計(jì)所匹配的plc系統(tǒng)能夠發(fā)揮強(qiáng)大的自動(dòng)化分揀能力，可以根據(jù)物體的大小，顏色進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試從而快速的進(jìn)行調(diào)整和分揀。該系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性能，可用來(lái)分揀材料、零件、工具等不同種類的物件；為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專用系統(tǒng)。而本論文設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀機(jī)械手，主要適用于從事大批量或者小規(guī)模的大型工件分揀和裝配工作，尤其在物流運(yùn)輸線和生產(chǎn)線中最為突出。機(jī)械手需要采用的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)都被認(rèn)為是一種精度很高，適用性好的元器件。所需要采取的plc可編程控制器也就是簡(jiǎn)單容易操作，在工廠的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)操作中，可以起到很大的功能。這套裝置的設(shè)計(jì)精妙，維修方便，即使只是經(jīng)驗(yàn)不夠豐富的專業(yè)一線作坊技術(shù)人員均能在設(shè)備上處理簡(jiǎn)單的故障情況，從而能夠進(jìn)行迅速有效地緊急維護(hù)。這種裝配電池設(shè)備所需要使用的原材料等同樣也是價(jià)格低廉，方便了各個(gè)小型加工廠大批量購(gòu)置，對(duì)于生產(chǎn)的實(shí)際過(guò)程中也可以起到非常重要的促進(jìn)作用。這套分揀設(shè)備的全部設(shè)計(jì)是直接采用一種模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而把傳統(tǒng)的機(jī)械組成部分直接進(jìn)行延伸到其它方面的設(shè)備組成部分，方便于快速安裝，等同于為了方便于快速適應(yīng)各種各樣各類工件的分揀，而如果在后期內(nèi)部加上了一些新型的光電質(zhì)量檢測(cè)和元器件分揀開(kāi)關(guān)，那么就等于可以更加有效地對(duì)更多不同工藝品種的各類工件分揀進(jìn)行高效快速的工件分揀安裝操作，方便于快速適應(yīng)不同工件生產(chǎn)廠家的不同工藝要求，后期的可持續(xù)性和開(kāi)發(fā)性會(huì)越來(lái)越好，實(shí)用性和后期適合性的范圍也是非常寬泛。6總結(jié)與展望經(jīng)過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)整個(gè)流程走下來(lái)，我的收獲相當(dāng)大，在整個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中我學(xué)到了很多知識(shí)，同時(shí)也提高了自身的實(shí)踐能力。在這次的設(shè)計(jì)中我們也發(fā)現(xiàn)了很多的問(wèn)題，對(duì)于工作中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，我們都嘗試翻找了很多相關(guān)專業(yè)的書(shū)籍進(jìn)行了學(xué)習(xí)，查閱各種各樣的文獻(xiàn)，明白以前所學(xué)的大部分都是一些理論性極強(qiáng)的東西，寫(xiě)過(guò)的課程論文等等都是研究的皮毛而已，而此次畢業(yè)設(shè)計(jì)卻是一個(gè)實(shí)際可以運(yùn)用的設(shè)計(jì)。與此同時(shí)對(duì)應(yīng)查找了許多相關(guān)資料，和指導(dǎo)老師進(jìn)行了討論。理出基本的結(jié)構(gòu)框架，研究背景、目的及意義，再查閱并匯總機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，思考為什么物流體系中離不開(kāi)分揀機(jī)械手，機(jī)械手又是如何讓它在自動(dòng)化模式下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的，用什么控制系統(tǒng)達(dá)成機(jī)電一體化比較合適且減少成本。一個(gè)完整的思路形成后投入實(shí)踐，分析設(shè)計(jì)指標(biāo)，計(jì)算具體機(jī)構(gòu)所形成的力，分析出機(jī)械手在PLC的作用下分揀時(shí)所具有的屬性和特點(diǎn)，最后得出結(jié)論。以前我們所學(xué)到的知識(shí)再經(jīng)過(guò)時(shí)間的打磨之后進(jìn)行總結(jié)和歸納，對(duì)于機(jī)械類和電子工程等各種專業(yè)的知識(shí)也都要分別去總結(jié)，唯