辦公打印機整箱碼垛機械手的設(shè)計論文[帶圖紙]

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　題目：辦公打印機整箱碼垛機械手的設(shè)計</p><p>　　系 別 機電信息系 </p><p>　　專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　班 級 </

2、p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指導教師 </p><p><b>　　20013年5月</b></p><p>　　辦公打印機整

3、箱碼垛機械手的設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　工業(yè)機器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平，隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。目前工業(yè)機械手主要承擔著焊接、噴涂、搬運以及碼垛等重復(fù)性并且勞動強度較大的工作。本文簡要介紹了工業(yè)機器人的概念，機械手的組成和分類，氣動技術(shù)的特點及國內(nèi)外

4、發(fā)展狀況，本文主要對機械手進行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定了機械手的技術(shù)參數(shù)。同時，設(shè)計了機械手的手部結(jié)構(gòu)、腕部結(jié)構(gòu)及機械手的升降臂和回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)，研究了機械手的氣動系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人;機械手;碼垛</p><p>　　Design of the Automatic Manipulator for Office printers palletizing</p>

5、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Industrial robot technology and applications to some extent,reflect the extent of a country’s level of industrial automation,with the development needs of in

6、dustrial automation,mechanical hand more and more important in industrial appliations.Current industrial robot is mainly responsible for the welding,coating,handling,and palletizing and other repetitive work and the labo

7、r intensity greatly.This paper briefly introduces the concept of industrial robots,composition and classification of the ma</p><p>　　Keywords: industrial robot;manipulator;palletizing</p><p><

8、;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景及研究意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究情況1</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)機器人研究情況1</p><p>　　1.2.2 國外機器人

9、研究情況2</p><p>　　1.3 機械手的組成和分類2</p><p>　　1.3.1 機械手的組成2</p><p>　　1.3.2 機械手的分類5</p><p>　　1.4 本課題研究的主要內(nèi)容6</p><p>　　1.5完成本課題的工作方案及進度計劃7</p><p>

10、;　　1.6畢業(yè)設(shè)計的工作量要求7</p><p>　　2 機械手的設(shè)計方案8</p><p>　　2.1 機械手的座標型式與自由度8</p><p>　　2.2 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計8</p><p>　　2.3 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計8</p><p>　　2.4 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計8<

11、;/p><p>　　2.5 機械手基座部分設(shè)計8</p><p>　　2.6 機械手的驅(qū)動方案設(shè)計9</p><p>　　2.7 機械手的技術(shù)參數(shù)9</p><p>　　3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計10</p><p>　　3.1 夾持式手部10</p><p>　　3.2 手部設(shè)計的基本要求10&

12、lt;/p><p>　　3.2.1 應(yīng)具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力10</p><p>　　3.2.2 手指應(yīng)具有一定的開閉范圍10</p><p>　　3.2.3 應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度10</p><p>　　3.2.4 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高10</p><p>　　3.2.5 應(yīng)考慮通用性和特殊要求

13、11</p><p>　　3.3 手部驅(qū)動氣缸的設(shè)計11</p><p>　　4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計14</p><p>　　4.1 手腕的自由度14</p><p>　　4.2 手腕的驅(qū)動力矩的計算14</p><p>　　4.2.1 腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力據(jù)14</p><p>　　4

14、.2.2 手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩14</p><p>　　4.2.3 克服啟動慣性所需的力矩15</p><p>　　4.2.4 回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩15</p><p>　　5 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計17</p><p>　　5.1 臂部設(shè)計的基本要求17</p>&

15、lt;p>　　5.1.1 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕17</p><p>　　5.1.2 臂部運動速度要高，慣性要小17</p><p>　　5.1.3 手臂動作應(yīng)該靈活17</p><p>　　5.2 手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分18</p><p>　　5.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計18</p><p>　　

16、5.2.2 導向裝置18</p><p>　　5.2.3 手臂伸縮驅(qū)動力的計算19</p><p>　　5.3 手臂升降和回轉(zhuǎn)部分19</p><p>　　5.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計19</p><p>　　5.4 手臂伸縮、升降用液壓緩沖器20</p><p>　　5.5 手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器20</p&

17、gt;<p>　　6 基座結(jié)構(gòu)設(shè)計22</p><p><b>　　7 結(jié)論23</b></p><p>　　參考文獻錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p>&l

18、t;p>　　1.1 課題背景及研究意義</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和科學技術(shù)的突飛猛進，現(xiàn)代物流作為現(xiàn)代經(jīng)濟的重要組成部分和工業(yè)化進程中最為經(jīng)濟合理的綜合服務(wù)模式，正在全國范圍內(nèi)得以迅速發(fā)展。自動化立體倉庫作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng)，它是在不直接進行人工干預(yù)的情況下自動地存儲和取出物流的系統(tǒng)。</p><p>　　碼垛機械手是完成

19、自動化立體倉庫中最重要的設(shè)備之一，是貨物堆放到立體倉庫的前端設(shè)備，它能夠把單一的物料碼放到一起，便于運輸，提高了生產(chǎn)效率。它將已裝入容器的紙箱，裝入大袋的化工產(chǎn)品、水泥、糧食等按一定排列碼放在木質(zhì)（或塑料）托盤上，進行自動堆碼，可堆碼多層，然后推出，便于叉車運至倉庫儲存?？纱蟠蟮販p少勞動人員和降低勞動強度，是現(xiàn)代工業(yè)社會發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外相關(guān)

20、研究情況</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)機器人研究情況</p><p>　　我國的工業(yè)機器人從上世紀80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機器人的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人，其中有130多臺套噴漆機器人在20余家企業(yè)的

21、近30條自動噴漆生產(chǎn)線站上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人也已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。</p><p>　　但總體來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外相比還有一定的差距，如可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域狹窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外相比仍有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200多臺，僅占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。形成以上現(xiàn)象的主要原因是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器

22、人生產(chǎn)都是迎合客戶的要求，即“一個客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多，批量小，零部件通用化程度低，供貨周期長，成本高，而且質(zhì)量和可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，完善系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。</p><p>　　但從技術(shù)方面來說，我國已經(jīng)具備了獨立自主發(fā)展中國機械手技術(shù)的基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2.2 國外機器人研究情況&

23、lt;/p><p>　　最早將工業(yè)機器人技術(shù)用于物體的碼放和搬運是日本和瑞典。20世紀70年代末日本第一次將機器人技術(shù)用于碼垛作業(yè)。1974年，瑞典ABB公司研發(fā)了全球第一臺全電控式工業(yè)機器人IRB6，主要應(yīng)用于工件的取放和物料的搬運。除此之外，德國、意大利、韓國等國家工業(yè)機器人的研發(fā)水平也相當高。隨著計算機技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)以及人工智能控制等技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，日本、德國、美國、瑞典、意大利、韓國等國家在包裝碼

24、垛機器人的研究上做了大量工作，相應(yīng)推出了自己的碼垛機器人，如日本的FANUC和OKURA以及FUJI系列，德國的KUKA系列，瑞典的ABB系列等。</p><p>　　德國、瑞典以及日本等國家的碼垛機器人一般為4~6軸機器人，主要由固定底座、連桿、連桿臂、臂部、腕部以及末端執(zhí)行器組成。機器人主體多采用優(yōu)質(zhì)輕巧的鑄鋁材料制造和連桿式關(guān)節(jié)型的機構(gòu)形式，均利用CAD和FEM有限元技術(shù)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，具有較高的機械性能

25、和抗震能力；驅(qū)動系統(tǒng)均采用模塊式數(shù)字化AC伺服電機和RV減速器，取消了腕部關(guān)節(jié)驅(qū)動電機和平衡塊，大大優(yōu)化了整機結(jié)構(gòu);針對不同類型的產(chǎn)品和包裝件，還設(shè)計了真空吸持、夾持、義式等多種形式的智能末端執(zhí)行器。這些先進碼垛機器人最顯著的技術(shù)特點就是采用了基于PC的開放式控制系統(tǒng)，令機器人能夠高速、精準、穩(wěn)定可靠地運行。如瑞典ABB公司為IRB系列碼垛機器人研發(fā)了主動安全軟件和被動安全軟件，可對機器人的運動和載荷情況進行監(jiān)控;電子穩(wěn)定路徑功能可確保

26、機器人在考慮加速度、阻力、重力、慣性等條件的同時，遵循預(yù)定運行路徑;主動制動系統(tǒng)可以確保機器人維持運行路徑的同時對制動予以控制，被動安全功能可實現(xiàn)機器人進行負載識別。日本FANUC M410i系列碼垛機器人軟件體系也非常強大，PalletTool /PalletPROTM用于碼垛設(shè)置、仿真和操作；Support</p><p>　　1.3 機械手的組成和分類</p><p>　　1.3.1

27、 機械手的組成</p><p>　　機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1機械手的組成方框圖</p><p><b>　　(一)執(zhí)行機構(gòu)</b></p><p>　　包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。&l

28、t;/p><p><b>　　1、手部</b></p><p>　　即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指(或手爪) 和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易構(gòu)件，故應(yīng)用較廣泛平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化

29、不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。</p><p>　　手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。 </p><p>　　而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機構(gòu)型式較常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒

30、輪齒條式、絲杠螺母多，式彈簧式和重力式等。</p><p>　　附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負壓或產(chǎn)生電吸磁力)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負壓吸盤和電磁盤兩類。</p><p>　　對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負壓吸盤吸料。造成負壓的方式有氣流負壓式和真空泵式。</p><p>　　對于導磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀

31、的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。</p><p>　　用負壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。</p><p>　　此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機床上下料機械手的手部)等型式。</p><p><b>　　2、

32、手腕</b></p><p>　　是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)。</p><p><b>　　3、手臂</b></p><p>　　手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到指定的位置。工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪

33、齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。</p><p>　　手臂在進行伸縮或升降運動時，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動，都需要有導向裝置，以保證手指按正確方向運動。此外，導向裝置還能承擔手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運動時在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運動部件受力狀態(tài)簡單。</p><p>　　導向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的

34、有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導向型式。</p><p><b>　　4、立柱</b></p><p>　　立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。</p><p><b>　

35、　5、行走機構(gòu)</b></p><p>　　當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安裝滾輪、軌道等行走機構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾輪式行走機構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置。</p><p><b>　　6、機座</b></p><p>　　機座是機械手的基礎(chǔ)部分，機

36、械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。</p><p><b>　　(二)驅(qū)動系統(tǒng)</b></p><p>　　驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四中形式。</p><p><b>　?。ㄈ┛?/p>

37、制系統(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即

38、發(fā)出報警信號。</p><p><b>　　(四)位置檢測裝置</b></p><p>　　控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置。</p><p>　　1.3.2 機械手的分類</p><p>　　

39、工業(yè)機械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。</p><p><b>　　(一)按用途分</b></p><p>　　機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種:</p><p><b>　　1、專用機械手</b></p><p>

40、　　它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大附屬，如自動機床、自動線的上、下料機械手和‘加工中心”批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手。</p><p><b>　　2、通用機械手</b></p><p>　　它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。通過調(diào)

41、整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。</p><p>　　通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制:伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)， 可以點位控制，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。<

42、/p><p><b>　　(二)按驅(qū)動方式分</b></p><p><b>　　1、液壓傳動機械手</b></p><p>　　是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作

43、。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。</p><p>　　2、氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:介質(zhì)來源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓

44、機械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。</p><p><b>　　3、機械傳動機械手</b></p><p>　　即由機械傳動機構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等)驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它主要特點是運動準確可靠，動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。它常被用于工作主機的上、下

45、料。</p><p><b>　　4、電力傳動機械手</b></p><p>　　即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。</p><p><b>　　(三)按控制

46、方式分</b></p><p><b>　　1、點位控制</b></p><p>　　它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。</p><p><b>　　2、連續(xù)軌跡控制</b&g

47、t;</p><p>　　它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。</p><p>　　1.4 本課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　搬運碼垛作業(yè)在現(xiàn)代企業(yè)的物流管理過程中占有重要的地位，尤其是我國的辦公產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)

48、已基本實現(xiàn)自動化流水生產(chǎn)，但辦公產(chǎn)品整機下線時的搬運碼垛作業(yè)仍要依靠人工來完成這項工作，存在勞動強度大、效率低、安全性差等弊端，以不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)發(fā)展，針對此類問題本課題研究并設(shè)計一種用于辦公打印機下線搬運碼垛的專用機械手。</p><p>　　現(xiàn)在的機械手大多采用液壓傳動，液壓傳動存在以下幾個缺點:</p><p>　　(1)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等)

49、:液壓傳動易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。</p><p>　　(2)工作時受溫度變化影響較大。油溫變化時，液體粘度變化，引起運動特性變化。</p><p>　　(3)因液壓脈動和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。</p><p>　　(4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高;且使用維

50、護需要較高技術(shù)水平。</p><p>　　鑒于以上這些缺陷，本機械手擬采用氣壓傳動，氣動技術(shù)有以下優(yōu)點:</p><p>　　(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器：介質(zhì)清潔，管道不易堵塞不存在介質(zhì)變質(zhì)及補充的問題。</p><p>　　(2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻

51、力損失較小(一般僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應(yīng)和遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。</p><p>　　(3)動作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動系統(tǒng)也能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。</p><p>　　(4)能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時，機器及其工藝流程不致突

52、然中斷。</p><p>　　(5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會因溫度變化影響傳動及控制性能。</p><p>　　(6)成本低廉。由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。</p><p>　　傳統(tǒng)觀點認為:由于氣體具有

53、可壓縮性，因此，在氣動伺服系統(tǒng)中要實現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動技術(shù)作為機器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復(fù)雜的機械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動機器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領(lǐng)域里，對氣動機械手、氣動機器人的實用性和前景存在不少疑慮。</p><p>　　1.5完成

54、本課題的工作方案及進度計劃</p><p>　　1～3周：調(diào)研并收集資料；</p><p>　　4～6周：確定設(shè)計方案和整體結(jié)構(gòu)特點； </p><p>　　7～11周：完成結(jié)構(gòu)設(shè)計計算；</p><p>　　12～15周：完成機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的總裝配圖；</p><p>　　16～18周：完成論文撰寫，準備答辯。<

55、;/p><p>　　1.6畢業(yè)設(shè)計的工作量要求</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計論文一篇，不少于10000字；</p><p>　　實驗（時數(shù)）或?qū)嵙暎ㄌ鞌?shù)）：2周；</p><p>　　圖紙（幅面和張數(shù)）：A0圖紙（折合）2張 ；</p><p>　　其他要求：外文翻譯不少于3000字，參考文獻不少于15篇。</p&g

56、t;<p>　　2 機械手的設(shè)計方案</p><p>　　對本機械手的基本要求是能快速、準確地拾放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。設(shè)計本機械手的原則是：充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，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；明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力

57、特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求；盡量選用定型的標準組件，簡化設(shè)計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。</p><p>　　本次設(shè)計的機械手是已裝箱打印機下線操作的機械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設(shè)備，它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。</p><p>　　2.1 機械

58、手的座標型式與自由度</p><p>　　按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其座標型式可分為直角座標式、圓柱座標式、球座標式和關(guān)節(jié)式。由于本機械手在工作時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱座標型式。</p><p>　　2.2 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計</p><p>　　因為本次設(shè)計的機械手為已裝箱打印機下線專用機械手，所以把機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成

59、夾持式手部。</p><p>　　2.3 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計</p><p>　　考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。</p><p>　　2.4 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計</p><p>　　按照抓取工件的要求，本機

60、械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。</p><p>　　2.5 機械手基座部分設(shè)計</p><p>　　基座是機械手的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，機械手的運動部分全部安裝在基座上，它承受了機械手的全部重量。</p><p>　　2.6 機械手的驅(qū)動

61、方案設(shè)計</p><p>　　由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機械手采用氣壓傳動方式。</p><p>　　2.7 機械手的技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　一、用途:</b></p><p><b>　　辦公打印機整箱碼垛</b></p>

62、<p><b>　　二、設(shè)計技術(shù)參數(shù):</b></p><p><b>　　抓重:6.5kg</b></p><p>　　自由度數(shù):4個自由度</p><p><b>　　坐標型式:圓柱坐標</b></p><p>　　最大工作半徑:3000mm</p>

63、<p><b>　　手臂最大中心高:</b></p><p>　　手臂運動參數(shù): 伸縮行程：500mm</p><p>　　升降行程：660mm</p><p><b>　　回轉(zhuǎn)范圍：</b></p><p><b>　　回轉(zhuǎn)速度：</b></p>&

64、lt;p>　　手腕運動參數(shù): 回轉(zhuǎn)范圍：</p><p><b>　　回轉(zhuǎn)速度：</b></p><p>　　手指夾持范圍:250mm*380mm*220mm</p><p>　　定位方式：可調(diào)機械擋塊</p><p><b>　　定位精度:</b></p><p>　

65、　緩沖方式：液壓緩沖器</p><p><b>　　驅(qū)動方式:氣壓傳動</b></p><p>　　控制方式:點位程序控制</p><p><b>　　3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　手部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，所以機

66、械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分手部結(jié)構(gòu)根據(jù)特定的工件要求而設(shè)計的。歸結(jié)起來，常用的手部，大致可分為夾持式和吸附式兩大類。</p><p><b>　　3.1 夾持式手部</b></p><p>　　夾持式手部是由手指、傳動機構(gòu)和驅(qū)動裝置三部分組成，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，多采用兩個手指，少數(shù)采用三指或多指。驅(qū)動

67、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)夾緊或松開。</p><p>　　3.2 手部設(shè)計的基本要求</p><p>　　3.2.1 應(yīng)具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力</p><p>　　手指握力（夾緊力）大小要合適，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

68、或產(chǎn)生松動、脫落。在確定握力時，除考慮工件總量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，亦保證工件夾持安全可。對于手部的驅(qū)動裝置來說，應(yīng)有足夠的驅(qū)動力。應(yīng)當指出，由于機構(gòu)傳動力比不同，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>　　3.2.2 手指應(yīng)具有一定的開閉范圍 </p><p>　　手指應(yīng)具有足夠的開閉角度或開閉距離，以便于抓取或退出工

69、件。</p><p>　　3.2.3 應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度 </p><p>　　應(yīng)保證每個被夾持的工件，在手指內(nèi)都有準確地相對位置。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>　　3.2.4 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高</p>

70、<p>　　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>　　3.2.5 應(yīng)考慮通用性和特殊要求</p><p>　　一般情況下，手部多是專用的，為了擴大它的適用范圍，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需要，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)工作環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫

71、、耐腐蝕、能承受鍛錘沖擊力等。</p><p>　　3.3 手部驅(qū)動氣缸的設(shè)計</p><p><b>　　1、手部驅(qū)動力計算</b></p><p>　　本課題機械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，其工件質(zhì)量m=6.5kg，b=150mm，R=24mm。摩擦系數(shù)為f=0.1。</p><p><b>　　3.1 活

72、動式手部</b></p><p>　　根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式：</p><p>　　所以： </p><p>　　實際驅(qū)動力：

73、 （3.2）</p><p>　　因為傳力機構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取a=2g時，則：</p><p>　　所以: </p><p>　　所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為。</p><p><b>　　氣缸的直徑&l

74、t;/b></p><p>　　本氣缸屬于單項作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單項作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中：——活塞桿上的推力，N</p><p>　　——彈簧反作用力，N</p>

75、;<p>　　——氣缸工作時的總阻力，N</p><p>　　——氣缸工作壓力，Pa</p><p>　　彈簧反作用力按下式計算：</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>

76、　　（3.6）</b></p><p>　　式中：——彈簧剛度，N/m</p><p>　　——彈簧預(yù)壓縮量，m</p><p><b>　　—— 活塞行程，m</b></p><p>　　—— 彈簧鋼絲直徑，m</p><p>　　——彈簧平均直徑，m</p><

77、p><b>　　——彈簧外徑，m</b></p><p><b>　　——彈簧有效圈數(shù)</b></p><p>　　——彈簧材料剪切模量，一般取</p><p>　　在設(shè)計中，必須考慮負載率的影響，則:</p><p><b>　　（3.7）</b></p>

78、<p>　　由以上分析得單向作用氣缸的直徑:</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得</b></p><p><b>　　所以:</b></p><p><b>　　查有關(guān)手冊圓整，得</b&g

79、t;</p><p>　　由,可得活塞桿直徑:</p><p>　　圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式</p><p><b>　　有:</b></p><p><b>　　其中，[]，</b></p><p><b>　　則:</b></p>

80、<p><b>　　滿足實際設(shè)計要求。</b></p><p><b>　　3、缸筒壁厚的設(shè)計</b></p><p>　　缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算:</p><p><b>　?。?.9）</b>&

81、lt;/p><p>　　式中:6- 缸筒壁厚，mm</p><p><b>　　- 氣缸內(nèi)徑，mm</b></p><p>　　- 實驗壓力，取, Pa</p><p>　　材料為:ZL3,[]=3MPa</p><p>　　代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:</p><p><b

82、>　　取，則缸筒外徑為:</b></p><p><b>　　4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　因為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。所以，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。故而，腕部的設(shè)計，必須做到結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。同時腕部作為機械手的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，又承擔連接和支承作用，除保證力和運動

83、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，應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接。</p><p>　　4.1 手腕的自由度</p><p>　　手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整工件的方位，故而它具有獨立的自由度，能夠使機械手適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。由于本機械手抓取的工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運動才能滿足工作需要。所以，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)機構(gòu)，選用回轉(zhuǎn)氣缸來達到運動需求

84、。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于360，并且要求嚴格的密封。</p><p>　　4.2 手腕的驅(qū)動力矩的計算</p><p>　　手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動均為回轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力據(jù)必須克服手腕啟動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動件的中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。</p>&

85、lt;p>　　4.2.1 腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力據(jù)</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中 、——軸承處支反力（N），可由靜力平衡方程求得</p><p>　　、——軸承直徑（m）</p><p>　　——軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承=0.01--0.02，對于滑動軸承=0.1

86、</p><p>　　4.2.2 手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩</p><p><b>　　（4.2）</b></p><p>　　式中 ——工件重量</p><p><b>　　——手腕轉(zhuǎn)動件重量</b></p><p>　　——工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線

87、的垂直距離</p><p>　　——手腕轉(zhuǎn)動件到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離</p><p>　　4.2.3 克服啟動慣性所需的力矩</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　或者根據(jù)腕部角速度及啟動過程轉(zhuǎn)過的角度按下式</p><p><b>　?。?.4）<

88、/b></p><p>　　式中 ——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　——手腕回轉(zhuǎn)部分對腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　——手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度</p><p>　　——啟動過程中所需時間，一般取0.05-0.3s</p><p>　　——啟動過程中所轉(zhuǎn)過的角度</p&g

89、t;<p>　　查均質(zhì)物體的轉(zhuǎn)動慣量表，得：</p><p>　　4.2.4 回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。</p><p>　　在機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸如圖4.1所示，它

90、的工作原理為，定片1與缸體2固連，動片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動片封圈4把氣腔分隔成兩個，當壓縮氣體從孔a進入時，推動輸出軸作逆時針方向回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉(zhuǎn)。單葉J氣缸的壓力p和驅(qū)動力矩M的關(guān)系為:</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　圖4.1 單葉片回轉(zhuǎn)氣缸 </p><p&

91、gt;　　式中： ——回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力據(jù)</p><p>　　——回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力</p><p><b>　　——缸體內(nèi)壁半徑</b></p><p><b>　　——輸出軸半徑</b></p><p><b>　　——動片寬度</b></p><p

92、>　　上述驅(qū)動力矩和壓力的關(guān)系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的P應(yīng)代以工作壓力P1與背壓P2之差。</p><p>　　則手腕轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)動力矩即為：</p><p><b>　　5 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并

93、帶動它們作空間運動。</p><p>　　臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)的任意一點。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運動。</p><p>　　手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)（如液壓缸或氣缸）和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既承受手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動有較多，故受力復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)、工作

94、范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機械手的工作性能。</p><p>　　5.1 臂部設(shè)計的基本要求</p><p>　　5.1.1 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕</p><p>　　根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。</p><p>　　提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。</p><p>　　

95、合理布置作用力的位置和方向。</p><p><b>　　注意簡化結(jié)構(gòu)。</b></p><p><b>　　提高配合精度。</b></p><p>　　5.1.2 臂部運動速度要高，慣性要小</p><p>　　機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運動的機

96、械手，其最大移動速度設(shè)計在1000-1500mm/s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在180°/s內(nèi)，大部分平均移動速度為1000mm/s，平均回轉(zhuǎn)角速度在90°/s。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有4個途徑：</p><p>　　減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。</p><p>　　減

97、少臂部運動件的輪廓尺寸。</p><p>　　減少回轉(zhuǎn)半徑ρ，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作。</p><p>　　驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。</p><p>　　5.1.3 手臂動作應(yīng)該靈活</p><p>　　為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸<

98、;/p><p>　　臂式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。</p><p>　　5.2 手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分</p><p>　　5.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　手臂的伸縮是直線運動，實現(xiàn)直線往復(fù)運動采用的是氣壓驅(qū)動的活塞氣缸。由于活塞

99、氣缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。同時，氣壓驅(qū)動的機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時，必須采用適當?shù)膶蜓b置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)盡量減少運動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。在本機械手中采用的是單導向桿作為導向裝置，它可

100、以增加手臂的剛性和導向。</p><p>　　該機械手的手臂結(jié)構(gòu)主要由雙作用式氣缸、導向桿、定位拉桿和兩個可調(diào)定位塊等組成。雙作用式氣缸的缸體固定，當壓縮空氣分別從進出氣孔進入雙作用式氣缸的兩腔時，空心活塞套桿帶動手腕回轉(zhuǎn)缸和手部一同往復(fù)移動。在空心活塞套桿中通有三根伸縮氣管，其中兩根把壓縮空氣通往手腕回轉(zhuǎn)氣缸，一根把壓縮空氣通往手部的夾緊氣缸。在雙作用式氣缸1缸體上方裝置著導向桿，用它防止活塞套桿在做伸縮運動時

101、的轉(zhuǎn)動，以保證手部的手指按正確的方向運動。為了保證手嘴伸縮的快速運動。在雙作用式氣缸的兩個接氣管口出分別串聯(lián)了快速排氣閥.手臂伸縮運動的行程大小，通過調(diào)整兩塊可調(diào)定位塊的位置而達到。手臂伸縮運動的緩沖采用液壓緩沖器實現(xiàn)。</p><p>　　手腕回轉(zhuǎn)是由回轉(zhuǎn)氣缸5實現(xiàn)，并采用氣缸端部節(jié)流緩沖，其結(jié)構(gòu)見剖面圖;在附圖中所示的接氣管口a、b是接到手腕回轉(zhuǎn)氣缸的;d是接到手部夾緊氣缸的。直線氣缸1內(nèi)的三根氣管采用了伸縮

102、氣管結(jié)構(gòu)，其特點是機械手外觀清晰整齊，并可避免氣管的損傷，但加工工藝性較差。另外活塞套桿6做成筒狀零件可增大活塞套桿的剛性，并能減少充氣容積，提高氣缸活塞套桿的運動速度。</p><p>　　5.2.2 導向裝置</p><p>　　氣壓驅(qū)動的機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計手

103、臂結(jié)構(gòu)時，必須采用適當?shù)膶蜓b置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)盡量減少運動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　目前常采用的導向裝置有單導向桿、雙導向桿、四導向桿等，在本機械手中采用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。</p><p>　　5.2.3 手臂伸縮驅(qū)動力的計算</p><p>

104、;　　在單桿活塞氣缸中，由于氣缸的兩腔有效工作面積不相等，所以左右兩邊的驅(qū)動力和壓力之間的關(guān)系式不一樣。當壓力油(或壓縮空氣)輸入工作腔時，驅(qū)使手臂前伸(或縮回)，其驅(qū)動力應(yīng)克服手臂在前伸(或縮回)起動時所產(chǎn)生的慣性力，手臂運動件表面之間的密封裝置處的摩擦阻力，以及回油腔壓力(即背壓)所造成的阻力，因此，驅(qū)動力計算公式為:</p><p><b>　?。?.1）</b></p>

105、<p>　　式中——手臂在起動過程中的慣性力</p><p>　　——摩擦阻力(包括導向裝置和活塞與缸壁之間的摩擦阻力)</p><p>　　——密封裝置處的摩擦阻力，用不同形狀的密封圈密封，其摩擦阻力不同</p><p>　　——氣缸非工作腔壓力(即背壓)所造成的阻力</p><p>　　5.3 手臂升降和回轉(zhuǎn)部分</p&

106、gt;<p>　　5.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　手臂升降裝置由轉(zhuǎn)柱、升降缸活塞軸、升降缸體、碰鐵、可調(diào)定位塊、定位拉桿、緩沖撞鐵、定位塊聯(lián)接盤和導向桿等組成。轉(zhuǎn)柱上鉆有六條氣路，在轉(zhuǎn)柱上端用管接頭和氣管分別將壓縮空氣引到手腕回轉(zhuǎn)氣缸，手部夾緊氣缸和手臂伸縮氣缸，轉(zhuǎn)柱下端的氣路，將壓縮空氣引到升降缸上腔，當壓縮空氣進入上腔后，推動升降缸體上升，并由兩個導向桿進行導向，同時碰鐵隨升降缸體一同

107、上移，當碰觸上邊的可調(diào)定位塊后，即帶動定位拉桿、緩沖撞鐵向上移動碰觸升降用液壓緩沖器進行緩沖。上升行程大小通過調(diào)整可調(diào)定位塊來實現(xiàn)。手臂下降靠自重實現(xiàn)。</p><p>　　手臂回轉(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)缸體、轉(zhuǎn)軸、定片、回轉(zhuǎn)定位塊、回轉(zhuǎn)中間定位塊和回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器 等組成。當壓縮空氣通過管路分別進入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的兩腔時，推動動片連同轉(zhuǎn)軸一同回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸通過平鍵而帶動升降氣缸活塞軸、定位塊聯(lián)接盤、導向桿、定位拉桿、升降缸體和轉(zhuǎn)

108、柱等同步回轉(zhuǎn)。因轉(zhuǎn)柱和手臂用螺栓連接，故手臂亦作回轉(zhuǎn)運動。</p><p>　　手臂回轉(zhuǎn)氣缸采用矩形密封圈來密封，密封性能較好，對氣缸孔的機械加工精度也易于保證。</p><p>　　手臂回轉(zhuǎn)運動采用多點定位緩沖裝置。手臂回轉(zhuǎn)角度的大小，通過調(diào)整兩塊回轉(zhuǎn)定位塊和回轉(zhuǎn)中間定位塊的位置而定。</p><p>　　5.4 手臂伸縮、升降用液壓緩沖器</p>

109、<p>　　手臂伸縮、升降用的是兩級節(jié)流阻尼的液壓緩沖器，其工作原理相同，結(jié)構(gòu)略有差異，手臂伸縮用液壓緩沖器結(jié)構(gòu)和工作原理如下所示。在緩沖器缸體1上，裝置了可調(diào)節(jié)流閥a和b，每個節(jié)流閥各自并聯(lián)兩只單向閥組成第一級緩沖油路，由可調(diào)節(jié)流閥c單獨組成第二級緩沖油路。當手臂運動到定位前的減速位置時(對于伸縮運動定位前的20-40mm;對于升降運動定位前的15-30mm)，運動部件接觸緩沖器油缸的活塞桿5，使油缸左腔里的油液通過節(jié)流閥a

110、、單向閥d、e(見原理圖)流到油缸的右腔，油液受阻產(chǎn)生阻力抵消運動件(手臂)的部分驅(qū)動力和慣性力，使手臂減速運動。當活塞桿5的活塞堵住油口A時，左腔的油液經(jīng)油口B和節(jié)流閥c流到右腔，油液繼續(xù)受阻，手臂繼續(xù)減速并最后定位。</p><p>　　緩沖器的級沖行程范圍為0-39mm(第一級緩沖行程范圍為0-28mm; 第二級緩沖行程范圍為28-39mm)。第一級緩沖的阻尼力可分別調(diào)節(jié)節(jié)流閥來實現(xiàn)，第二級緩沖的阻尼力可以

111、調(diào)節(jié)節(jié)流閥c來實現(xiàn)。當緩沖行程為30mm時，該緩沖器可以達到平均減速度約為24m/s2，阻尼時間約為0.03s。</p><p>　　5.5 手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器</p><p>　　工作原理如下所示，手臂回轉(zhuǎn)運動的液壓緩沖器是雙缸兩級節(jié)流阻尼管路連接式的液壓緩沖器，緩沖器第一級節(jié)流阻尼由單向節(jié)流閥完成，第二級節(jié)流阻尼由裝在緩沖油缸端蓋上的可調(diào)緩沖閥完成。擋塊氣缸1的活塞桿作為中間位置定位

112、用，其動作由雙電磁鐵滑閥A控制。每當手臂旋轉(zhuǎn)要求有中間定位點時，擋塊氣缸活塞桿作一次伸縮運動，其動作時間與手臂回轉(zhuǎn)動作的指令時間無關(guān)。圖示為手臂回轉(zhuǎn)中間定位塊在某工位即將碰到擋塊氣缸活塞桿時的位置。當手臂轉(zhuǎn)動到該工位即將停止時，回轉(zhuǎn)中間定位塊碰擋塊氣缸1，使擋塊氣缸向左移動，左邊緩沖油缸2中的油經(jīng)過兩次節(jié)流回到氣一液轉(zhuǎn)換缸3中，從而起到緩沖作用.當此工位工作完畢，發(fā)出信號雙電磁鐵滑閥A換向，擋塊氣缸1上部進氣使活塞桿下降，同時壓縮空氣通

113、過電磁滑閥B進入氣一液轉(zhuǎn)換缸3的右腔，使壓力油進入處于定位狀態(tài)的左邊緩沖油缸2中，使活塞桿伸出把擋塊氣缸1推回到中間位置，為下一工位的定位緩沖做好準備.在手臂從第一工位轉(zhuǎn)到第二工位或再轉(zhuǎn)到第三工位…，亦可重復(fù)上述兩次緩沖動作過程，因此此液壓緩沖器可以實現(xiàn)多個定位點的緩沖和定位。經(jīng)實踐使用，效果較好。擋塊氣缸從定位緩沖位置回到中間位置的這一復(fù)位動作在0</p><p>　　這個液壓緩沖器的緩沖行程最大為40mm。緩

114、沖油缸的阻尼力在第一段行程0-24㎜范圍時，調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥4,阻尼力約為1500-2000N;在第二段行程24-40mm范圍時，調(diào)節(jié)阻尼螺釘，阻尼力約為700-1000N。</p><p><b>　　6 基座結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　基座是機械手的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，機械手的運動部分全部安裝在基座上，它承受了機械手的全部重量，在設(shè)計機械手基座時，要注意以下設(shè)

115、計原則：</p><p>　?。?） 基座要有足夠大的安裝基面，以保證機械手在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。</p><p>　　（2） 基座要承受機械手的全部重量和載荷。因此機械手的基座和腰部軸及軸承的機構(gòu)要有足夠大的強度和剛度，及保證承載能力。</p><p>　　（3） 機械手的腰部應(yīng)是它的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它對機械手末端的運動精度影響最大，因此要保證設(shè)計中腰部軸承及

116、傳動鏈有足夠的強度和相當高的精度。</p><p>　　（4） 為了保證機械手的外部電纜不隨機械手的運動而擺動，在設(shè)計過程中要解決好固定端與運動端的聯(lián)接問題。 </p><p>　?。?） 腰部的回轉(zhuǎn)要有相應(yīng)的驅(qū)動裝置。 </p><p>　　（6） 腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝調(diào)整。腰部與機械手手臂的聯(lián)接要有可靠的定位基準面，以保證各個關(guān)節(jié)的位置精度。 </p>

117、<p>　?。?） 為了減輕機器人運動部分的慣量，提高機器人的控制精度。一般腰部回轉(zhuǎn)部分的殼體是由比重比較小的復(fù)合材料制成，而不動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計需要，設(shè)計機械手基座為圓柱形，內(nèi)部中空，固定在地面上?；糜诎惭b豎直手臂，水平手臂安裝在豎直手臂上。</p><p><b>　　7 結(jié)論</b></p>

118、;<p>　　緊張而又繁忙的畢業(yè)設(shè)計已近尾聲，這也預(yù)示著我們大學四年的時光即將結(jié)束。大學期間，我們曾先后做過許多課程設(shè)計，由易入難，逐步的豐富我們做設(shè)計的經(jīng)驗。這次畢業(yè)設(shè)計，可以說是最能夠體現(xiàn)我們大學所學知識，尤其是將所學知識運用到實際中的能力，是對我們把理論與實際相結(jié)合程度的重要考察，是對我們四年來所學知識的綜合運用，并加以鞏固和加深，受益非淺。雖然這次設(shè)計難度較大，讓人覺得很累，即使在休息時也還在想著設(shè)計，但我卻從中學