紙箱碼垛機(jī)器人用氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)

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更多設(shè)計(jì)請(qǐng)移步：http://shop102709696.taobao.com 咨詢紙 箱 碼 垛 機(jī) 器 人 用 氣 動(dòng) 夾 具 設(shè) 計(jì) 目 錄摘 要 1Abstract1第 一 章 緒 論 .31.1 機(jī) 械 手 簡(jiǎn) 史 .31.2 機(jī) 械 手 分 類 .51.3 機(jī) 械 手 的 組 成 .81.4 應(yīng) 用 機(jī) 械 手 的 意 義 10第 二 章 紙 箱 碼 垛 機(jī) 器 人 用 氣 動(dòng) 夾 具 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) .122.1 機(jī) 械 手 的 坐 標(biāo) 形 式 與 自 由 度 122.2 機(jī) 械 手 的 結(jié) 構(gòu) 方 案 確 定 132.3、 機(jī) 械 手 的 主 要 參 數(shù) 的 確 定 .142.4、 機(jī) 械 手 氣 路 回 路 的 設(shè) 計(jì) .15第 三 章 紙 箱 碼 垛 機(jī) 器 人 用 氣 動(dòng) 夾 具 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 163.1 末 端 執(zhí) 行 器 （ 手 部 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) ） 163.1.2 資 料 收 集 .173.2 機(jī) 械 手 手 腕 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 223.2.1 手 腕 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) 所 需 的 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 .233.2.2 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 的 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 計(jì) 算 .243.2.3 手 腕 回 轉(zhuǎn) 缸 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 .253.3 手 臂 伸 縮 、 升 降 、 旋 轉(zhuǎn) 氣 缸 的 校 核 計(jì) 算 26第 四 章 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) ………………………………………………………294.1 氣 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 要 求 ……………………………………………………294.2 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 方 案 ……………………………………………………29第 五 章 PLC 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) …………………………………………………… …30更多設(shè)計(jì)請(qǐng)移步：http://shop102709696.taobao.com 咨詢5.1PLC 控制的優(yōu)點(diǎn)………………………………………………………………315.2PLC 的工作原理……………………………………………………………325.3 程序梯形圖………………………………………………………………….335.4 控制程序調(diào)試…………………………………………………………………34結(jié) 論 .32致 謝 .33參 考 文 獻(xiàn) ： .34第 1 頁(yè)摘 要?dú)?動(dòng) 機(jī) 械 手 是 能 模 仿 人 手 和 臂 的 某 些 動(dòng) 作 功 能 ， 用 以 按 固 定 程 序 吸 取 的 、搬 運(yùn) 物 件 或 操 作 工 具 的 自 動(dòng) 操 作 裝 置 。 它 可 代 替 人 的 繁 重 勞 動(dòng) 以 實(shí) 現(xiàn) 生 產(chǎn) 的 機(jī) 械化 和 自 動(dòng) 化 ， 能 在 有 害 環(huán) 境 下 操 作 以 保 護(hù) 人 身 安 全 ， 因 而 廣 泛 應(yīng) 用 于 機(jī) 械 制 造 、冶 金 、 電 子 、 輕 工 和 原 子 能 等 部 門 。本 文 主 要 進(jìn) 行 了 紙 箱 碼 垛 機(jī) 器 人 用 氣 動(dòng) 夾 具 的 總 體 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 和 氣 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 。機(jī) 械 手 的 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 由 氣 缸 、 氣 爪 和 連 接 件 組 成 ， 可 按 預(yù) 定 軌 跡 運(yùn) 動(dòng) ， 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 工件 的 吸 取 的 、 搬 運(yùn) 和 卸 載 。 氣 動(dòng) 部 分 的 設(shè) 計(jì) 主 要 是 選 擇 合 適 的 控 制 閥 ， 設(shè) 計(jì) 合理 的 氣 動(dòng) 控 制 回 路 ， 通 過(guò) 控 制 和 調(diào) 節(jié) 各 個(gè) 氣 缸 壓 縮 空 氣 的 壓 力 、 流 量 和 方 向 來(lái)使 氣 動(dòng) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 獲 得 必 要 的 力 、 動(dòng) 作 速 度 和 改 變 運(yùn) 動(dòng) 方 向 ， 并 按 規(guī) 定 的 程 序 工作 。關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī) 械 手 ； 氣 缸 ； 氣 動(dòng) 回 路 ； 四 自 由 度 。AbstractPneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop ；Four degrees of freedom第 2 頁(yè).第 一 章 緒 論機(jī) 械 工 業(yè) 是 國(guó) 民 的 裝 備 部 ， 是 為 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 提 供 裝 備 和 為 人 民 生 活 提 供 耐 用 消費(fèi) 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(jī) 械 裝 備 ，機(jī) 械 工 業(yè) 所 提 供 裝 備 的 性 能 、 質(zhì) 量 和 成 本 ， 對(duì) 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 各 部 門 技 術(shù) 進(jìn) 步 和 經(jīng) 濟(jì) 效益 有 很 大 的 和 直 接 的 影 響 。 機(jī) 械 工 業(yè) 的 規(guī) 模 和 技 術(shù) 水 平 是 衡 量 國(guó) 家 經(jīng) 濟(jì) 實(shí) 力 和 科學(xué) 技 術(shù) 水 平 的 重 要 標(biāo) 志 。 因 此 ， 世 界 各 國(guó) 都 把 發(fā) 展 機(jī) 械 工 業(yè) 作 為 發(fā) 展 本 國(guó) 經(jīng) 濟(jì) 的戰(zhàn) 略 重 點(diǎn) 之 一 。工 業(yè) 機(jī) 械 手 是 近 幾 十 年 發(fā) 展 起 來(lái) 的 一 種 高 科 技 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 設(shè) 備 。 工 業(yè) 機(jī) 械 手的 是 工 業(yè) 機(jī) 器 人 的 一 個(gè) 重 要 分 支 。 它 的 特 點(diǎn) 是 可 通 過(guò) 編 程 來(lái) 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(jī) 器 各 自 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 尤 其 體 現(xiàn) 了 人 的 智 能 和 適 應(yīng) 性 。機(jī) 械 手 作 業(yè) 的 準(zhǔn) 確 性 和 各 種 環(huán) 境 中 完 成 作 業(yè) 的 能 力 ， 在 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 各 領(lǐng) 域 有 著 廣 闊的 發(fā) 展 前 景 。機(jī) 械 手 是 在 機(jī) 械 化 ， 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 發(fā) 展 起 來(lái) 的 一 種 新 型 裝 置 。 在 現(xiàn) 代 生第 3 頁(yè)產(chǎn) 過(guò) 程 中 ， 機(jī) 械 手 被 廣 泛 的 運(yùn) 用 于 自 動(dòng) 生 產(chǎn) 線 中 ， 機(jī) 械 人 的 研 制 和 生 產(chǎn) 已 成 為高 技 術(shù) 鄰 域 內(nèi) ， 迅 速 發(fā) 展 起 來(lái) 的 一 門 新 興 的 技 術(shù) ， 它 更 加 促 進(jìn) 了 機(jī) 械 手 的 發(fā) 展 ，使 得 機(jī) 械 手 能 更 好 地 實(shí) 現(xiàn) 與 機(jī) 械 化 和 自 動(dòng) 化 的 有 機(jī) 結(jié) 合 。 機(jī) 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) 工 作 和 勞 動(dòng) ， 不 知 疲 勞 ， 不 怕 危 險(xiǎn) ， 抓 舉 重物 的 力 量 比 人 手 力 大 的 特 點(diǎn) ， 因 此 ， 機(jī) 械 手 已 受 到 許 多 部 門 的 重 視 ， 并 越 來(lái) 越 廣泛 地 得 到 了 應(yīng) 用 。機(jī) 械 手 技 術(shù) 涉 及 到 力 學(xué) 、 機(jī) 械 學(xué) 、 電 氣 氣 技 術(shù) 、 自 動(dòng) 控 制 技 術(shù) 、 傳 感 器 技術(shù) 和 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 等 科 學(xué) 領(lǐng) 域 ， 是 一 門 跨 學(xué) 科 綜 合 技 術(shù) 。 機(jī) 械 手 是 一 種 能 自 動(dòng) 化 定位 控 制 并 可 重 新 編 程 序 以 變 動(dòng) 的 多 功 能 機(jī) 器 ， 它 有 多 自 由 度 ， 可 用 來(lái) 搬 運(yùn) 物 體 以完 成 在 各 個(gè) 不 同 環(huán) 境 中 工 作 。1.1 機(jī)械手簡(jiǎn)史現(xiàn) 代 工 業(yè) 機(jī) 械 手 起 源 于 20 世 紀(jì) 50 年 代 初 ， 是 基 于 示 教 再 現(xiàn) 和 主 從 控 制 方式 、 能 適 應(yīng) 產(chǎn) 品 種 類 變 更 ， 具 有 多 自 由 度 動(dòng) 作 功 能 的 柔 性 自 動(dòng) 化 產(chǎn) 品 。機(jī) 械 手 首 先 是 從 美 國(guó) 開 始 研 制 的 。 1958 年 美 國(guó) 聯(lián) 合 控 制 公 司 研 制 出 第 一 臺(tái)機(jī) 械 手 。 他 的 結(jié) 構(gòu) 是 ： 機(jī) 體 上 安 裝 一 回 轉(zhuǎn) 長(zhǎng) 臂 ， 端 部 裝 有 電 磁 鐵 的 工 件 抓 放 機(jī) 構(gòu) ，控 制 系 統(tǒng) 是 示 教 型 的 。1962 年 ， 美 國(guó) 機(jī) 械 鑄 造 公 司 在 上 述 方 案 的 基 礎(chǔ) 之 上 又 試 制 成 一 臺(tái) 數(shù) 控 示 教再 現(xiàn) 型 機(jī) 械 手 。 商 名 為 Unimate(即 萬(wàn) 能 自 動(dòng) )。 運(yùn) 動(dòng) 系 統(tǒng) 仿 造 坦 克 炮 塔 ， 臂 回轉(zhuǎn) 、 俯 仰 ， 用 氣 驅(qū) 動(dòng) ； 控 制 系 統(tǒng) 用 磁 鼓 最 存 儲(chǔ) 裝 置 。 不 少 球 坐 標(biāo) 式 通 用 機(jī) 械 手就 是 在 這 個(gè) 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來(lái) 的 。 同 年 該 公 司 和 普 魯 曼 公 司 合 并 成 立 萬(wàn) 能 自 動(dòng) 公 司（ Unimaton） ,專 門 生 產(chǎn) 工 業(yè) 機(jī) 械 手 。1962 年 ， 美 國(guó) 機(jī) 械 鑄 造 公 司 也 試 驗(yàn) 成 功 一 種 叫 Versatran 機(jī) 械 手 ， 原 意 是靈 活 搬 運(yùn) 。 該 機(jī) 械 手 的 中 央 立 柱 可 以 回 轉(zhuǎn) ， 臂 可 以 回 轉(zhuǎn) 、 升 降 、 伸 縮 、 采 用 氣驅(qū) 動(dòng) ， 控 制 系 統(tǒng) 也 是 示 教 再 現(xiàn) 型 。 雖 然 這 兩 種 機(jī) 械 手 出 現(xiàn) 在 六 十 年 代 初 ， 但 都 是國(guó) 外 工 業(yè) 機(jī) 械 手 發(fā) 展 的 基 礎(chǔ) 。1978 年 ， 美 國(guó) Unimate 公 司 和 斯 坦 福 大 學(xué) 、 麻 省 理 工 學(xué) 院 聯(lián) 合 研 制 一 種Unimate-Vic-arm 型 工 業(yè) 機(jī) 械 手 ， 裝 有 小 型 電 子 計(jì) 算 機(jī) 進(jìn) 行 控 制 ， 用 于 裝 配 作 業(yè) ，第 4 頁(yè)定 位 誤 差 可 小 于 ±1 毫 米 。美 國(guó) 還 十 分 注 意 提 高 機(jī) 械 手 的 可 靠 性 ， 改 進(jìn) 結(jié) 構(gòu) ， 降 低 成 本 。 如 Unimate公 司 建 立 了 8 年 機(jī) 械 手 試 驗(yàn) 臺(tái) ， 進(jìn) 行 各 種 性 能 的 試 驗(yàn) 。 準(zhǔn) 備 把 故 障 前 平 均 時(shí) 間（ 注 ： 故 障 前 平 均 時(shí) 間 是 指 一 臺(tái) 設(shè) 備 可 靠 性 的 一 種 量 度 。 它 給 出 在 第 一 次 故 障 前的 平 均 運(yùn) 行 時(shí) 間 ） ， 由 400 小 時(shí) 提 高 到 1500 小 時(shí) ， 精 度 可 提 高 到 ±0.1 毫 米 。德 國(guó) 機(jī) 器 制 造 業(yè) 是 從 1970 年 開 始 應(yīng) 用 機(jī) 械 手 ， 主 要 用 于 起 重 運(yùn) 輸 、 焊 接 和設(shè) 備 的 上 下 料 等 作 業(yè) 。 德 國(guó) KnKa 公 司 還 生 產(chǎn) 一 種 點(diǎn) 焊 機(jī) 械 手 ， 采 用 關(guān) 節(jié) 式 結(jié)構(gòu) 和 程 序 控 制 。瑞 士 RETAB 公 司 生 產(chǎn) 一 種 涂 漆 機(jī) 械 手 ， 采 用 示 教 方 法 編 制 程 序 。瑞 典 安 莎 公 司 采 用 機(jī) 械 手 清 理 鑄 鋁 齒 輪 箱 毛 刺 等 。日 本 是 工 業(yè) 機(jī) 械 手 發(fā) 展 最 快 、 應(yīng) 用 最 多 的 國(guó) 家 。 自 1969 年 從 美 國(guó) 引 進(jìn) 二種 典 型 機(jī) 械 手 后 ， 大 力 研 究 機(jī) 械 手 的 研 究 。 據(jù) 報(bào) 道 ， 1976 年 從 事 機(jī) 械 手 的 研究 工 作 的 大 專 院 校 、 研 究 單 位 多 達(dá) 50 多 個(gè) 。 1979 年 120 多 個(gè) 大 學(xué) 和 國(guó) 家 研 究部 門 用 在 機(jī) 械 手 的 研 究 費(fèi) 用 42%。 1979 年 日 本 機(jī) 械 手 的 產(chǎn) 值 達(dá) 443 億 日 元 ，產(chǎn) 量 為 14535 臺(tái) 。 其 中 固 定 程 序 和 可 變 程 序 約 占 一 半 ， 達(dá) 222 億 日 元 ， 是1978 年 的 二 倍 。 具 有 記 憶 功 能 的 機(jī) 械 手 產(chǎn) 值 約 為 67 億 日 元 ， 比 1978 年 增 長(zhǎng)50%。 智 能 機(jī) 械 手 約 為 17 億 日 元 ， 為 1978 年 的 6 倍 。 截 止 1979 年 ， 機(jī) 械 手累 計(jì) 產(chǎn) 量 達(dá) 56900 臺(tái) 。 在 數(shù) 量 上 已 占 世 界 首 位 ， 約 占 70%， 并 以 每 年50%～ 60%的 速 度 增 長(zhǎng) 。 使 用 機(jī) 械 手 最 多 的 是 汽 車 工 業(yè) ， 其 次 是 電 機(jī) 、 電 器 。 預(yù)計(jì) 到 1990 年 將 有 55 萬(wàn) 機(jī) 器 人 在 工 作 。第 二 代 機(jī) 械 手 正 在 加 緊 研 制 。 它 設(shè) 有 微 型 電 子 計(jì) 算 機(jī) 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(jī) 械 手 具 有 感 覺 機(jī) 能 。 目 前 國(guó) 外 已 經(jīng) 出 現(xiàn) 了 觸 覺 和 視 覺 機(jī) 械 手 。第 三 代 機(jī) 械 手 （ 機(jī) 器 人 ） 則 能 獨(dú) 立 地 完 成 工 作 過(guò) 程 中 的 任 務(wù) 。 它 與 電 子 計(jì)算 機(jī) 和 電 視 設(shè) 備 保 持 聯(lián) 系 。 并 逐 步 發(fā) 展 成 為 柔 性 制 造 系 統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing system)和 柔 性 制 造 單 元 (Flexible Manufacturing Cell)中 重 要 一環(huán) 。第 5 頁(yè)隨 著 工 業(yè) 機(jī) 器 手 （ 機(jī) 器 人 ） 研 究 制 造 和 應(yīng) 用 的 擴(kuò) 大 ， 國(guó) 際 性 學(xué) 術(shù) 交 流 活 動(dòng)十 分 活 躍 ， 歐 美 各 國(guó) 和 其 他 國(guó) 家 學(xué) 術(shù) 交 流 活 動(dòng) 開 展 很 多 。1.2 機(jī)械手的分類目 前 對(duì) 機(jī) 械 手 還 沒(méi) 有 統(tǒng) 一 的 分 類 標(biāo) 準(zhǔn) 。 按 照 不 同 的 分 類 方 式 可 以 把 機(jī) 械 手分 成 多 種 類 型 。1.按 驅(qū) 動(dòng) 方 式 分 類按 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 的 動(dòng) 力 源 ， 機(jī) 械 手 可 分 為 以 下 的 幾 種 。（ 1） 氣 式 機(jī) 械 手 。 這 種 機(jī) 械 手 的 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 通 常 由 液 動(dòng) 機(jī) （ 各 種 油 缸 、 油 馬達(dá) ） 、 伺 服 閥 、 油 泵 、 油 箱 等 組 成 ， 這 種 機(jī) 器 人 通 常 具 有 很 大 的 抓 舉 能 力 并 且 結(jié)構(gòu) 緊 湊 ， 動(dòng) 作 平 穩(wěn) ， 耐 沖 擊 、 耐 振 動(dòng) ， 防 爆 性 好 ， 但 對(duì) 制 造 精 度 和 密 封 性 能 要 求很 高 ， 否 則 易 發(fā) 生 漏 油 而 污 染 環(huán) 境 。（ 2） 氣 壓 式 機(jī) 械 手 。 其 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 通 常 采 用 通 常 汽 缸 、 氣 閥 、 氣 罐 和 空 壓 機(jī)組 成 。 特 點(diǎn) 是 氣 源 方 便 ， 動(dòng) 作 迅 速 ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 造 價(jià) 較 低 、 維 修 方 便 ， 但 難 于 進(jìn)行 速 度 控 制 ， 并 因 氣 壓 不 能 太 高 ， 固 抓 舉 能 力 較 小 。（ 3） 電 動(dòng) 式 機(jī) 械 手 。 電 力 驅(qū) 動(dòng) 是 目 前 機(jī) 械 手 使 用 的 最 多 的 一 種 驅(qū) 動(dòng) 方 式 。其 特 點(diǎn) 是 電 源 方 便 ， 響 應(yīng) 快 ， 驅(qū) 動(dòng) 力 較 大 ， 信 號(hào) 檢 測(cè) 、 傳 遞 、 處 理 方 便 ， 可 以 采用 多 種 靈 活 的 控 制 方 案 。 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 一 般 采 用 交 流 伺 服 電 機(jī) 、 直 流 伺 服 電 機(jī) 和 步 進(jìn)電 機(jī) 。 由 于 電 機(jī) 速 度 高 ， 通 常 還 須 采 用 減 速 機(jī) 構(gòu) （ 如 諧 波 減 速 機(jī) 構(gòu) 、 論 析 減 速 機(jī)構(gòu) 、 滾 珠 絲 杠 和 多 桿 機(jī) 構(gòu) ） 。 目 前 也 有 一 些 特 制 電 機(jī) 直 接 進(jìn) 行 驅(qū) 動(dòng) ， 以 簡(jiǎn) 化 機(jī) 構(gòu) ，提 高 控 制 精 度 。其 他 還 有 采 用 混 合 驅(qū) 動(dòng) 的 機(jī) 械 手 ， 如 液 -氣 混 合 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 械 手 或 電 -氣 混 合 驅(qū)動(dòng) 機(jī) 械 手 。2.按 用 途 分 類機(jī)械手按用途可分為下列幾種。（1） 搬運(yùn)機(jī)械手;（2） 噴涂機(jī)械手;（3） 焊接機(jī)械手;第 6 頁(yè)（4） 裝配機(jī)械手;（5） 其他用途的機(jī)械手。如航天用機(jī)械手，探海用機(jī)械手，以及排險(xiǎn)作業(yè)機(jī)械手等。3.按操作機(jī)的位置機(jī)構(gòu)類型和自由度數(shù)量分類操 作 機(jī) 的 位 置 機(jī) 構(gòu) 是 機(jī) 械 手 的 重 要 外 形 特 征 ， 固 常 用 作 分 類 的 依 據(jù) 。 按 這 一分 類 要 求 ， 機(jī) 械 手 可 分 為 直 角 坐 標(biāo) 型 、 圓 柱 坐 標(biāo) 型 、 球 坐 標(biāo) 型 、 關(guān) 節(jié) 型 機(jī) 械 手 。第 7 頁(yè)a） 直角坐標(biāo)型 b）圓柱坐標(biāo)型 c）球坐標(biāo)型 d）多關(guān)節(jié)型 e）平面關(guān)節(jié)型圖 1-1 工業(yè)機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)形式操 作 機(jī) 本 身 的 自 由 度 最 能 反 應(yīng) 機(jī) 器 人 的 作 業(yè) 能 力 ， 也 是 分 類 的 重 要 依 據(jù) 。 按這 一 分 類 要 求 ， 機(jī) 械 手 可 分 為 4 自 由 度 、 5 自 由 度 、 6 自 由 度 和 7 自 由 度 機(jī) 械手 。4.按 其 他 方 法 還 可 以 分 為（ 1） 家 務(wù) 型 機(jī) 械 手 ： 能 幫 助 人 們 打 理 生 活 ， 做 簡(jiǎn) 單 的 家 務(wù) 活 。（ 2） 操 作 型 機(jī) 械 手 ： 能 自 動(dòng) 控 制 ， 可 重 復(fù) 編 程 ， 多 功 能 ， 有 幾 個(gè) 自 由 度 ，可 固 定 或 運(yùn) 動(dòng) ， 用 于 相 關(guān) 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng) 中 。第 8 頁(yè)（ 3） 程 控 型 機(jī) 械 手 ： 按 預(yù) 先 要 求 的 順 序 及 條 件 ， 依 次 控 制 機(jī) 械 手 的 機(jī) 械動(dòng) 作 。（ 4） 示 教 再 現(xiàn) 型 機(jī) 械 手 ： 通 過(guò) 引 導(dǎo) 或 其 它 方 式 ， 先 教 會(huì) 機(jī) 械 手 動(dòng) 作 ， 輸入 工 作 程 序 ， 機(jī) 械 手 則 自 動(dòng) 重 復(fù) 進(jìn) 行 作 業(yè) 。（ 5） 數(shù) 控 型 機(jī) 械 手 ： 不 必 使 機(jī) 械 手 動(dòng) 作 ， 通 過(guò) 數(shù) 值 、 語(yǔ) 言 等 對(duì) 機(jī) 器 人 進(jìn) 行示 教 ， 機(jī) 械 手 根 據(jù) 示 教 后 的 信 息 進(jìn) 行 作 業(yè) 。（ 6） 感 覺 控 制 型 機(jī) 械 手 ： 利 用 傳 感 器 獲 取 的 信 息 控 制 機(jī) 械 手 的 動(dòng) 作 。（ 7） 適 應(yīng) 控 制 型 機(jī) 械 手 ： 能 適 應(yīng) 環(huán) 境 的 變 化 ， 控 制 其 自 身 的 行 動(dòng) 。（ 8） 學(xué) 習(xí) 控 制 型 機(jī) 械 手 ： 能 “體 會(huì) ”工 作 的 經(jīng) 驗(yàn) ， 具 有 一 定 的 學(xué) 習(xí) 功 能 ， 并將 所 “學(xué) ”的 經(jīng) 驗(yàn) 用 于 工 作 中 。（ 9） 智 能 機(jī) 械 手 ： 以 人 工 智 能 決 定 其 行 動(dòng) 的 機(jī) 械 手 。1.3 機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)和智能系統(tǒng)四部分組成。圖 1-2 為工業(yè)機(jī)械手的典型結(jié)構(gòu)，圖 1-3 為工業(yè)機(jī)械手的組成方框圖。 圖 1-2 工業(yè)機(jī)械手的典型結(jié)構(gòu) 第 9 頁(yè)圖 1-3 工業(yè)機(jī)械手的組成方框圖執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) （ 也 稱 操 作 機(jī) ） 是 機(jī) 械 手 賴 以 完 成 工 作 任 務(wù) 的 實(shí) 體 ， 通 常 由 桿 件和 關(guān) 節(jié) 組 成 。 從 功 能 的 角 度 ， 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 可 分 為 ： 手 部 、 腕 部 、 臂 部 、 腰 部 和 基 座等 。工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)智能系統(tǒng)腕部腰部臂部基座部（固定或移動(dòng)）電、液或氣驅(qū)動(dòng)裝置單關(guān)節(jié)伺服控制器關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)及其它信息交換計(jì)算機(jī)感覺裝置子視覺裝置子語(yǔ)言識(shí)別裝置手部第 10 頁(yè)手 部 又 稱 末 端 執(zhí) 行 器 ， 是 工 業(yè) 機(jī) 械 手 直 接 進(jìn) 行 工 作 的 部 分 ， 可 以 是 各 種 夾持 器 。 有 時(shí) 人 們 也 把 諸 如 電 焊 槍 、 油 漆 噴 頭 等 劃 作 機(jī) 器 手 的 手 部 ； 腕 部 與 手 部相 連 ， 主 要 功 能 是 帶 動(dòng) 手 部 完 成 預(yù) 定 姿 態(tài) ， 是 操 作 機(jī) 的 中 結(jié) 構(gòu) 最 為 復(fù) 雜 的 部 分 ；臂 部 用 以 連 接 腰 部 和 腕 部 ， 通 常 由 兩 個(gè) 臂 桿 （ 小 臂 和 大 臂 ） 組 成 ， 用 于 帶 動(dòng) 腕 部做 平 面 運(yùn) 動(dòng) ； 腰 部 是 連 接 臂 和 基 座 的 部 件 ， 通 常 是 回 轉(zhuǎn) 部 件 ， 腰 部 的 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 加上 臂 部 的 平 面 運(yùn) 動(dòng) ， 就 能 使 腕 部 做 空 間 運(yùn) 動(dòng) 。 腰 部 是 執(zhí) 行 結(jié) 構(gòu) 的 關(guān) 鍵 部 件 ， 它的 制 造 誤 差 、 運(yùn) 動(dòng) 精 度 和 平 穩(wěn) 性 ， 對(duì) 機(jī) 械 手 的 定 位 精 度 有 決 定 性 的 影 響 ； 基 座是 整 個(gè) 機(jī) 械 手 的 支 撐 部 分 ， 有 固 定 式 和 移 動(dòng) 式 兩 種 。 該 部 件 必 須 有 足 夠 的 剛 度 和穩(wěn) 定 性 。工 業(yè) 機(jī) 械 手 的 驅(qū) 動(dòng) -傳 動(dòng) 裝 置 包 括 驅(qū) 動(dòng) 器 和 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 兩 個(gè) 部 分 ， 它 們 通 常 與執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 連 成 一 體 。 傳 動(dòng) 裝 置 常 用 的 有 諧 波 減 速 器 、 滾 珠 絲 杠 、 鏈 、 帶 以 及 各 種齒 輪 系 。 驅(qū) 動(dòng) 器 通 常 有 電 機(jī) （ 直 流 伺 服 電 機(jī) 、 步 進(jìn) 電 機(jī) 、 交 流 伺 服 電 機(jī) ） 、 氣或 氣 動(dòng) 裝 置 ， 目 前 使 用 最 多 的 是 交 流 伺 服 電 機(jī) ?？?制 系 統(tǒng) 一 般 有 控 制 計(jì) 算 機(jī) 和 伺 服 控 制 器 組 成 。 控 制 系 統(tǒng) 有 兩 種 方 式 。 一種 是 集 中 式 控 制 ， 即 機(jī) 械 手 的 全 部 控 制 由 一 臺(tái) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 完 成 。 另 一 種 是 分 散（ 級(jí) ） 式 控 制 ， 即 采 用 多 臺(tái) 微 機(jī) 來(lái) 分 擔(dān) 機(jī) 器 人 的 控 制 ， 如 當(dāng) 采 用 上 、 下 兩 級(jí) 微 機(jī)共 同 完 成 機(jī) 器 人 的 控 制 時(shí) ， 主 機(jī) 常 用 于 負(fù) 責(zé) 系 統(tǒng) 的 管 理 、 通 訊 、 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 和 動(dòng) 力 學(xué)計(jì) 算 ， 并 向 下 級(jí) 微 機(jī) 發(fā) 送 指 令 信 息 ； 作 為 下 級(jí) 從 機(jī) ， 各 關(guān) 節(jié) 分 別 對(duì) 應(yīng) 一 個(gè)CPU， 進(jìn) 行 插 補(bǔ) 運(yùn) 算 和 伺 服 控 制 處 理 ， 實(shí) 現(xiàn) 給 定 的 運(yùn) 動(dòng) ， 并 向 主 機(jī) 反 饋 信 息 。 根據(jù) 作 業(yè) 任 務(wù) 要 求 的 不 同 ， 機(jī) 械 手 的 控 制 方 式 又 可 分 為 點(diǎn) 位 控 制 、 連 續(xù) 軌 跡 控 制和 力 （ 力 矩 ） 控 制 。智 能 系 統(tǒng) 是 目 前 機(jī) 械 手 系 統(tǒng) 中 一 個(gè) 不 夠 完 善 但 發(fā) 展 很 快 的 子 系 統(tǒng) 。 它 可 分為 兩 個(gè) 部 分 ： 感 知 系 統(tǒng) 和 分 析 -決 策 智 能 系 統(tǒng) 。 前 者 主 要 靠 硬 件 （ 各 種 傳 感 器 ）實(shí) 現(xiàn) ;后 者 主 要 靠 軟 件 （ 如 專 家 系 統(tǒng) ） 實(shí) 現(xiàn) 。1.4 應(yīng)用機(jī)械手的意義隨 著 科 學(xué) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 機(jī) 械 手 也 越 來(lái) 越 多 的 地 被 應(yīng) 用 。 在 機(jī) 械 工 業(yè) 中 ， 鑄 、焊 、 鉚 、 沖 、 壓 、 熱 處 理 、 機(jī) 械 加 工 、 裝 配 、 檢 驗(yàn) 、 噴 漆 、 電 鍍 等 工 種 都 有 應(yīng) 用的 實(shí) 理 。 其 他 部 門 ， 如 輕 工 業(yè) 、 建 筑 業(yè) 、 國(guó) 防 工 業(yè) 等 工 作 中 也 均 有 所 應(yīng) 用 。第 11 頁(yè)在 機(jī) 械 工 業(yè) 中 ， 應(yīng) 用 機(jī) 械 手 的 意 義 可 以 概 括 如 下 ：一 、 以 提 高 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 的 自 動(dòng) 化 程 度應(yīng) 用 機(jī) 械 手 有 利 于 實(shí) 現(xiàn) 材 料 的 傳 送 、 工 件 的 裝 卸 、 刀 具 的 更 換 以 及 機(jī) 器 的 裝配 等 的 自 動(dòng) 化 的 程 度 ， 從 而 可 以 提 高 勞 動(dòng) 生 產(chǎn) 率 和 降 低 生 產(chǎn) 成 本 。二 、 以 改 善 勞 動(dòng) 條 件 ， 避 免 人 身 事 故在 高 溫 、 高 壓 、 低 溫 、 低 壓 、 有 灰 塵 、 噪 聲 、 臭 味 、 有 放 射 性 或 有 其 他 毒 性污 染 以 及 工 作 空 間 狹 窄 的 場(chǎng) 合 中 ， 用 人 手 直 接 操 作 是 有 危 險(xiǎn) 或 根 本 不 可 能 的 ， 而應(yīng) 用 機(jī) 械 手 即 可 部 分 或 全 部 代 替 人 安 全 的 完 成 作 業(yè) ， 使 勞 動(dòng) 條 件 得 以 改 善 。在 一 些 簡(jiǎn) 單 、 重 復(fù) ， 特 別 是 較 笨 重 的 操 作 中 ， 以 機(jī) 械 手 代 替 人 進(jìn) 行 工 作 ， 可以 避 免 由 于 操 作 疲 勞 或 疏 忽 而 造 成 的 人 身 事 故 。三 、 可 以 減 輕 人 力 ， 并 便 于 有 節(jié) 奏 的 生 產(chǎn)應(yīng) 用 機(jī) 械 手 代 替 人 進(jìn) 行 工 作 ， 這 是 直 接 減 少 人 力 的 一 個(gè) 側(cè) 面 ， 同 時(shí) 由 于 應(yīng) 用機(jī) 械 手 可 以 連 續(xù) 的 工 作 ， 這 是 減 少 人 力 的 另 一 個(gè) 側(cè) 面 。 因 此 ， 在 自 動(dòng) 化 機(jī) 床 的 綜合 加 工 自 動(dòng) 線 上 ， 目 前 幾 乎 都 沒(méi) 有 機(jī) 械 手 ， 以 減 少 人 力 和 更 準(zhǔn) 確 的 控 制 生 產(chǎn) 的 節(jié)拍 ， 便 于 有 節(jié) 奏 的 進(jìn) 行 工 作 生 產(chǎn) 。綜 上 所 述 ， 有 效 的 應(yīng) 用 機(jī) 械 手 ， 是 發(fā) 展 機(jī) 械 工 業(yè) 的 必 然 趨 勢(shì) 。第 12 頁(yè)第 二 章 紙 箱 碼 垛 機(jī) 器 人 用 氣 動(dòng) 夾 具 設(shè) 計(jì) 總 體 方案 設(shè) 計(jì)本課題是一個(gè)用于紙箱碼垛機(jī)器人用氣動(dòng)夾具的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，以及氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)。在本章中對(duì)機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。因此，在機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度。2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案確定為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部;當(dāng)工件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤。考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被吸取的工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。按照吸取的工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)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(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式?？紤]到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變 PLC 程序即可實(shí)現(xiàn)，非常第 13 頁(yè)方便快捷。2.3 機(jī)械手的主要參數(shù)確定機(jī)械手的最大吸取載荷是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮吸取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)吸取的工件質(zhì)量為 5 公斤。基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為 。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為 。sm/0.1s/90?平均移動(dòng)速度為 。平均回轉(zhuǎn)速度為 。機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過(guò)程sm/8.06?的加、減速度存在，用速度一行程曲線來(lái)說(shuō)明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過(guò)大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來(lái)偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為 600mm,最大工作半徑約為 。手臂升降行程定為m140。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為 。m120 1?設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 參 數(shù) 如 下 ：1、 載 重 ： 5Kg (夾 持 式 手 部 )2、 自 由 度 數(shù) ： 4 個(gè) 自 由 度3、 坐 標(biāo) 型 式 ： 圓 柱 坐 標(biāo)4、 最 大 工 作 半 徑 ： 1400mm5、 機(jī) 身 最 大 中 心 高 ： 1250mm6、 主 要 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù) ：手 臂 伸 縮 行 程 ： 1200mm 手 臂 伸 縮 速 度 ： 200mm/s機(jī) 身 升 降 行 程 ： 120mm 機(jī) 身 升 降 速 度 ： 100mm/s機(jī) 身 回 轉(zhuǎn) 范 圍 ： 0- 180° 機(jī) 身 回 轉(zhuǎn) 速 度 ： 90°/s第 14 頁(yè)2.4 機(jī)械手氣路回路設(shè)計(jì)機(jī) 械 手 氣 動(dòng) 回 路 的 設(shè) 計(jì) 主 要 是 選 用 合 適 的 控 制 閥 ， 通 過(guò) 控 制 和 調(diào) 節(jié) 各 個(gè) 氣缸 壓 縮 空 氣 的 壓 力 、 流 量 和 方 向 來(lái) 使 氣 動(dòng) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 獲 得 必 要 的 力 、 動(dòng) 作 速 度 和 改變 運(yùn) 動(dòng) 方 向 ， 并 按 規(guī) 定 的 程 序 工 作 ， 設(shè) 計(jì) 的 氣 動(dòng) 回 路 圖 如 圖 2-2 所 示 。圖 2-2 機(jī)械手氣動(dòng)回路圖本 設(shè) 計(jì) 的 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 完 成 各 個(gè) 運(yùn) 動(dòng) 的 氣 缸 只 有 完 全 伸 出 和 完 全 縮 回 兩 個(gè) 狀 態(tài) ，選 擇 兩 位 五 通 換 向 閥 控 制 各 個(gè) 氣 缸 的 運(yùn) 動(dòng) 方 向 ， 氣 缸 的 進(jìn) 出 口 回 路 各 設(shè) 置 一 個(gè) 單向 節(jié) 流 閥 ， 通 過(guò) 控 制 進(jìn) 出 口 空 氣 流 量 的 大 小 來(lái) 控 制 氣 缸 執(zhí) 行 器 動(dòng) 力 的 大 小 和 運(yùn) 動(dòng)速 度 。 設(shè) 計(jì) 中 采 用 PLC 控 制 機(jī) 械 手 實(shí) 現(xiàn) 各 種 規(guī) 定 的 預(yù) 定 動(dòng) 作 ， 既 可 以 簡(jiǎn) 化 控制 線 路 ， 節(jié) 省 成 本 ， 又 可 以 提 高 勞 動(dòng) 生 產(chǎn) 率 。第 15 頁(yè)第 三 章 紙 箱 碼 垛 機(jī) 器 人 用 氣 動(dòng) 夾 具 設(shè) 計(jì) 結(jié) 構(gòu) 設(shè)計(jì)3.1 末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)（手部結(jié)構(gòu)）末 端 執(zhí) 行 器 是 裝 在 機(jī) 械 手 臂 的 末 端 處 ， 用 于 機(jī) 械 手 完 成 作 業(yè) 任 務(wù) 而 專 門 設(shè) 計(jì)的 裝 置 。 末 端 執(zhí) 行 器 種 類 繁 多 ， 與 機(jī) 械 手 的 用 途 密 切 相 關(guān) ， 根 據(jù) 其 用 途 ， 末 端執(zhí) 行 器 可 分 為 搬 運(yùn) 用 、 加 工 用 和 測(cè) 量 用 等 種 類 。搬 運(yùn) 用 末 端 執(zhí) 行 器 是 指 各 種 夾 持 裝 置 ， 用 來(lái) 吸 取 的 或 吸 附 被 搬 運(yùn) 的 物 體 。加 工 用 末 端 執(zhí) 行 器 是 帶 有 噴 槍 、 焊 槍 、 砂 輪 、 銑 刀 等 加 工 工 具 的 機(jī) 器 人 附 加裝 置 ， 用 來(lái) 進(jìn) 行 相 應(yīng) 的 加 工 作 業(yè) 。測(cè) 量 用 末 端 執(zhí) 行 器 是 裝 有 測(cè) 量 頭 或 傳 感 器 的 附 加 裝 置 ， 用 來(lái) 進(jìn) 行 測(cè) 量 及 檢 驗(yàn)作 業(yè) 。在 設(shè) 計(jì) 機(jī) 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 時(shí) ， 應(yīng) 注 意 以 下 問(wèn) 題 ；1.機(jī) 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 是 根 據(jù) 機(jī) 械 手 作 業(yè) 要 求 來(lái) 設(shè) 計(jì) 的 。 一 個(gè) 新 的 末 端 執(zhí) 行器 的 出 現(xiàn) ， 就 可 以 增 加 一 種 機(jī) 械 手 新 的 應(yīng) 用 場(chǎng) 所 。 因 此 ， 根 據(jù) 作 業(yè) 的 需 要 和 人們 的 想 象 力 而 創(chuàng) 造 的 新 的 機(jī) 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 ， 將 不 斷 的 擴(kuò) 大 機(jī) 械 手 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 。2.機(jī) 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 的 重 量 、 被 吸 取 的 物 體 的 重 量 及 操 作 力 和 機(jī) 械 手 容 許的 負(fù) 荷 力 。 因 此 ， 要 求 機(jī) 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 體 積 小 、 重 量 輕 、 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 。3.機(jī) 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 的 萬(wàn) 能 性 與 專 用 性 是 矛 盾 的 。 萬(wàn) 能 末 端 執(zhí) 行 器 在 結(jié) 構(gòu) 上很 復(fù) 雜 ， 甚 至 很 難 實(shí) 現(xiàn) ， 例 如 ， 仿 人 的 萬(wàn) 能 機(jī) 器 人 靈 巧 手 ， 至 今 尚 未 實(shí) 用 化 。 目前 ， 能 用 于 生 產(chǎn) 的 還 是 那 些 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 萬(wàn) 能 性 不 強(qiáng) 的 機(jī) 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 。 從 工業(yè) 實(shí) 際 應(yīng) 用 出 發(fā) ， 應(yīng) 著 重 開 發(fā) 各 種 專 用 的 、 高 效 率 的 機(jī) 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 ， 加 之以 末 端 執(zhí) 行 器 的 快 速 更 換 裝 置 ， 以 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 械 手 多 種 作 業(yè) 功 能 ， 而 不 主 張 用 一 個(gè)萬(wàn) 能 的 末 端 執(zhí) 行 器 去 完 成 多 種 作 業(yè) 。 因 為 這 種 萬(wàn) 能 的 執(zhí) 行 器 的 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 且 造 價(jià) 昂貴 。4.通 用 性 和 萬(wàn) 能 性 是 兩 個(gè) 概 念 ， 萬(wàn) 能 性 是 指 一 機(jī) 多 能 ， 而 通 用 性 是 指 有 限 的第 16 頁(yè)末 端 執(zhí) 行 器 ， 可 適 用 于 不 同 的 機(jī) 械 手 ， 這 就 要 求 末 端 執(zhí) 行 器 要 有 標(biāo) 準(zhǔn) 的 機(jī) 械 接口 （ 如 法 蘭 ） ， 使 末 端 執(zhí) 行 器 實(shí) 現(xiàn) 標(biāo) 準(zhǔn) 化 和 積 木 化 。5.機(jī) 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 要 便 于 安 裝 和 維 修 ， 易 于 實(shí) 現(xiàn) 計(jì) 算 機(jī) 控 制 。 用 計(jì) 算 機(jī) 控制 最 方 便 的 是 電 氣 式 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 。 因 此 ， 工 業(yè) 機(jī) 械 手 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 主 流 是 電 氣 式 ，其 次 是 氣 式 和 氣 壓 式 （ 在 驅(qū) 動(dòng) 接 口 中 需 要 增 加 電 -液 或 電 -氣 變 換 環(huán) 節(jié) ） 。末 端 執(zhí) 行 器 即 機(jī) 械 手 手 爪 ， 多 為 雙 指 手 爪 。 按 手 指 的 運(yùn) 動(dòng) 方 式 ， 可 分 為 回轉(zhuǎn) 型 和 移 動(dòng) 型 ， 按 夾 持 方 式 來(lái) 分 ， 有 外 夾 式 和 內(nèi) 撐 式 兩 種 。機(jī) 械 手 夾 持 器 （ 手 爪 ） 的 驅(qū) 動(dòng) 方 式 主 要 有 三 種1.氣 動(dòng) 驅(qū) 動(dòng) 方 式 這 種 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 是 用 電 磁 閥 來(lái) 控 制 手 爪 的 運(yùn) 動(dòng) 方 向 ， 用 氣流 調(diào) 節(jié) 閥 來(lái) 調(diào) 節(jié) 其 運(yùn) 動(dòng) 速 度 。 由 于 氣 動(dòng) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 價(jià) 格 較 低 ， 所 以 氣 動(dòng) 夾 持 器 在 工業(yè) 中 應(yīng) 用 較 為 普 遍 。 另 外 ， 由 于 氣 體 的 可 壓 縮 性 ， 使 氣 動(dòng) 手 爪 的 吸 取 的 運(yùn) 動(dòng) 具有 一 定 的 柔 順 性 ， 這 一 點(diǎn) 是 吸 取 的 動(dòng) 作 十 分 需 要 的 。2.電 動(dòng) 驅(qū) 動(dòng) 方 式 電 動(dòng) 驅(qū) 動(dòng) 手 爪 應(yīng) 用 也 較 為 廣 泛 。 這 種 手 爪 ， 一 般 采 用直 流 伺 服 電 機(jī) 或 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 并 需 要 減 速 器 以 獲 得 足 夠 大 的 驅(qū) 動(dòng) 力 和 力 矩 。 電 動(dòng) 驅(qū)動(dòng) 方 式 可 實(shí) 現(xiàn) 手 爪 的 力 與 位 置 控 制 。 但 是 ， 這 種 驅(qū) 動(dòng) 方 式 不 能 用 于 有 防 爆 要 求 的條 件 下 ， 因 為 電 機(jī) 有 可 能 產(chǎn) 生 火 花 和 發(fā) 熱 。3.氣 驅(qū) 動(dòng) 方 式 氣 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 傳 動(dòng) 剛 度 大 ， 可 實(shí) 現(xiàn) 連 續(xù) 位 置 控 制 。夾 持 式 是 最 常 見 的 一 種 ， 其 中 常 用 的 有 兩 指 式 、 多 指 式 和 雙 手 雙 指 式 :按 手指 夾 持 工 件 的 部 位 又 可 分 為 內(nèi) 卡 式 (或 內(nèi) 漲 式 )和 外 夾 式 兩 種 :按 模 仿 人 手 手 指 的動(dòng) 作 ， 手 指 可 分 為 一 支 點(diǎn) 回 轉(zhuǎn) 型 ， 二 支 點(diǎn) 回 轉(zhuǎn) 型 和 移 動(dòng) 型 (或 稱 直 進(jìn) 型 )， 其 中以 二 支 點(diǎn) 回 轉(zhuǎn) 型 為 基 本 型 式 。 當(dāng) 二 支 點(diǎn) 回 轉(zhuǎn) 型 手 指 的 兩 個(gè) 回 轉(zhuǎn) 支 點(diǎn) 的 距 離 縮 小 到無(wú) 窮 小 時(shí) ， 就 變 成 了 一 支 點(diǎn) 回 轉(zhuǎn) 型 手 指 ;同 理 ， 當(dāng) 二 支 點(diǎn) 回 轉(zhuǎn) 型 手 指 的 手 指 長(zhǎng) 度變 成 無(wú) 窮 長(zhǎng) 時(shí) ， 就 成 為 移 動(dòng) 型 。 回 轉(zhuǎn) 型 手 指 開 閉 角 較 小 ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 制 造 容 易 ，應(yīng) 用 廣 泛 。 移 動(dòng) 型 應(yīng) 用 較 少 ， 其 結(jié) 構(gòu) 比 較 復(fù) 雜 龐 大 ， 當(dāng) 移 動(dòng) 型 手 指 夾 持 直 徑 變 化的 零 件 時(shí) 不 影 響 其 軸 心 的 位 置 ， 能 適 應(yīng) 不 同 直 徑 的 工 件 。3.1.1夾 持 式 手 部 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 要 素(一 )具 有 足 夠 的 握 力 (即 夾 緊 力 )在 確 定 手 指 的 握 力 時(shí) ， 除 考 慮 工 件 重 量 外 ， 還 應(yīng) 考 慮 在 傳 送 或 操 作 過(guò) 程 中所 產(chǎn) 生 的 慣 性 力 和 振 動(dòng) ， 以 保 證 工 件 不 致 產(chǎn) 生 松 動(dòng) 或 脫 落 。第 17 頁(yè)(二 )手 指 間 應(yīng) 具 有 一 定 的 開 閉 角兩 手 指 張 開 與 閉 合 的 兩 個(gè) 極 限 位 置 所 夾 的 角 度 稱 為 手 指 的 開 閉 角 。 手 指 的 開閉 角 應(yīng) 保 證 工 件 能 順 利 進(jìn) 入 或 脫 開 ， 若 夾 持 不 同 直 徑 的 工 件 ， 應(yīng) 按 最 大 直 徑 的 工件 考 慮 。 對(duì) 于 移 動(dòng) 型 手 指 只 有 開 閉 幅 度 的 要 求 。(三 )保 證 工 件 準(zhǔn) 確 定 位為 使 手 指 和 被 夾 持 工 件 保 持 準(zhǔn) 確 的 相 對(duì) 位 置 ， 必 須 根 據(jù) 被 吸 取 的 工 件 的 形狀 ， 選 擇 相 應(yīng) 的 手 指 形 狀 。 例 如 圓 柱 形 工 件 采 用 帶 “V”形 面 的 手 指 ， 以 便 自動(dòng) 定 心 。(四 )具 有 足 夠 的 強(qiáng) 度 和 剛 度手 指 除 受 到 被 夾 持 工 件 的 反 作 用 力 外 ， 還 受 到 機(jī) 械 手 在 運(yùn) 動(dòng) 過(guò) 程 中 所 產(chǎn) 生 的慣 性 力 和 振 動(dòng) 的 影 響 ， 要 求 有 足 夠 的 強(qiáng) 度 和 剛 度 以 防 折 斷 或 彎 曲 變 形 ， 當(dāng) 應(yīng) 盡 量使 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 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 為 佳 。(五 )考 慮 被 吸 取 的 對(duì) 象 的 要 求根 據(jù) 機(jī) 械 手 的 工 作 需 要 ， 通 過(guò) 比 較 ， 我 們 采 用 的 機(jī) 械 手 的 手 部 結(jié) 構(gòu) 是 一 支 點(diǎn) 兩 指 回 轉(zhuǎn) 型 ， 由 于 工 件 多 為 圓 柱 形 ， 故 手 指 形 狀 設(shè) 計(jì) 成 V型 ， 其 結(jié) 構(gòu) 如 附 圖 所示 。第 18 頁(yè)圖 3-1 手 部 結(jié) 構(gòu) 圖由 于 其 工 件 重 量 G=5公 斤 ，V形 手 指 的 角 度 ， ,摩 擦 系 數(shù) 為?120??mRb24??10.?f(1)根 據(jù) 手 部 結(jié) 構(gòu) 的 傳 動(dòng) 示 意 圖 ， 其 驅(qū) 動(dòng) 力 為 :Rbp2?N(2)根 據(jù) 手 指 夾 持 工 件 的 方 位 ， 可 得 握 力 計(jì) 算 公 式 :)(5.0???tg第 19 頁(yè))(25)42560. 'Ntg????所 以 Rbp)(245?(3)實(shí) 際 驅(qū) 動(dòng) 力 :?21K?實(shí) 際1、 因 為 傳 力 機(jī) 構(gòu) 為 齒 輪 齒 條 傳 動(dòng) ， 故 取 ， 并 取 。 若 被 吸 取 的94.0??5.1?K工 件 的 最 大 加 速 度 取 時(shí) ， 則 :ga3?12?gaK所 以 )(15694.025Np??實(shí) 際所 以 夾 持 工 件 時(shí) 所 需 夾 緊 氣 缸 的 驅(qū) 動(dòng) 力 為 。N15632、 氣 缸 的 直 徑本 氣 缸 屬 于 單 向 作 用 氣 缸 。 根 據(jù) 力 平 衡 原 理 ， 單 向 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(shí) 的 總 阻 力 ， 其 公 式 為 :ztFPDF??421?式 中 : - 活 塞 桿 上 的 推 力 ， N- 彈 簧 反 作 用 力 ， Nt- 氣 缸 工 作 時(shí) 的 總 阻 力 ， NzF- 氣 缸 工 作 壓 力 ， PaP彈 簧 反 作 用 按 下 式 計(jì) 算 :)1(sGft??nDdf314Gf = 3148第 20 頁(yè)式 中 : - 彈 簧 剛 度 ， N/mfG- 彈 簧 預(yù) 壓 縮 量 ， m1- 活 塞 行 程 ， ms- 彈 簧 鋼 絲 直 徑 ， m1d- 彈 簧 平 均 直 徑 ， .D- 彈 簧 有 效 圈 數(shù) .n- 彈 簧 材 料 剪 切 模 量 ， 一 般 取GPaG9104.7??在 設(shè) 計(jì) 中 ， 必 須 考 慮 負(fù) 載 率 的 影 響 ， 則 :?tFpD??421??由 以 上 分 析 得 單 向 作 用 氣 缸 的 直 徑 :??pt)(1?代 入 有 關(guān) 數(shù) 據(jù) ， 可 得?fGnDd314843915)0(7??/6.mN)(sFft?)(6.2014373???所 以 : DpnFt?)??6105.).249(??)(23.65m?查 有 關(guān) 手 冊(cè) 圓 整 ， 得 m6由 ,可 得 活 塞 桿 直 徑 :.0/?d mDd5.193).02(???圓 整 后 ， 取 活 塞 桿 直 徑 校 核 ， 按 公 式18][)4/(21???dF有 : 5.0])[/14(??F?第 21 頁(yè)其 中 ， [ ] ，?MPa120?NF7501?則 : .0)/49(???d8.?滿 足 實(shí) 際 設(shè) 計(jì) 要 求 。3、 缸 筒 壁 厚 的 設(shè) 計(jì)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(jì) 算 :][2??pDP?式 中 :6- 缸 筒 壁 厚 ， mm- 氣 缸 內(nèi) 徑 ， mm- 實(shí) 驗(yàn) 壓 力 ， 取 , Papp5.1?材 料 為 :ZL3,[ ]=3MPa?代 入 己 知 數(shù) 據(jù) ， 則 壁 厚 為 :2/?pDP?)(5.6)103(65m??取 ， 則 缸 筒 外 徑 為 :7?? )(8025.761mD???3.2 機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手 腕 是 連 接 手 部 和 手 臂 的 部 件 ， 它 的 作 用 是 調(diào) 整 或 改 變 工 件 的 方 位 ， 因 而 它具 有 獨(dú) 立 的 自 由 度 ， 以 使 機(jī) 械 手 適 應(yīng) 復(fù) 雜 的 動(dòng) 作 要 求 。 手 腕 自 由 度 的 選 用 與 機(jī) 械手 的 通 用 性 、 加 工 工 藝 要 求 、 工 件 放 置 方 位 和 定 位 精 度 等 許 多 因 素 有 關(guān) 。 由 于 本機(jī) 械 手 吸 取 的 工 件 是 水 平 放 置 ， 同 時(shí) 考 慮 到 通 用 性 ， 因 此 給 手 腕 設(shè) 一 繞 x軸 轉(zhuǎn)動(dòng) 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 才 可 滿 足 工 作 的 要 求 目 前 實(shí) 現(xiàn) 手 腕 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 的 機(jī) 構(gòu) ， 應(yīng) 用 最 多 的 為 回轉(zhuǎn) 油 (氣 )缸 ， 因 此 我 們 選 用 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 。 它 的 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 但 回 轉(zhuǎn) 角 度 小 于 ，?360并 且 要 求 嚴(yán) 格 的 密 封 。3.2.1 手 腕 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) 所 需 的 驅(qū) 動(dòng) 力 矩手 腕 的 回 轉(zhuǎn) 、 上 下 和 左 右 擺 動(dòng) 均 為 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 驅(qū) 動(dòng) 手 腕 回 轉(zhuǎn) 時(shí) 的 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 必 須克 服 手 腕 起 動(dòng) 時(shí) 所 產(chǎn) 生 的 慣 性 力 矩 ， 手 腕 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 軸 與 支 承 孔 處 的 摩 擦 阻 力 矩 ， 動(dòng)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(dòng) 件 的 中 心 與 轉(zhuǎn) 動(dòng)第 22 頁(yè)軸 線 不 重 合 所 產(chǎn) 生 的 偏 重 力 矩 .圖 3-1所 示 為 手 腕 受 力 的 示 意 圖 。圖 3-1 手 腕 回 轉(zhuǎn)3.2.2 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 的 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 計(jì) 算在 機(jī) 械 手 的 手 腕 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 中 所 采 用 的 回 轉(zhuǎn) 缸 是 單 葉 片 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 ， 它 的 原 理如 圖 3-2所 示 ， 定 片 1與 缸 體 2固 連 ， 動(dòng) 片 3與 回 轉(zhuǎn) 軸 5固 連 。 動(dòng) 片 封 圈 4把 氣 腔分 隔 成 兩 個(gè) .當(dāng) 壓 縮 氣 體 從 孔 a進(jìn) 入 時(shí) ， 推 動(dòng) 輸 出 軸 作 逆 時(shí) 4回 轉(zhuǎn) ， 則 低 壓 腔 的氣 從 b孔 排 出 。 反 之 ， 輸 出 軸 作 順 時(shí) 針 方 向 回 轉(zhuǎn) 。 單 葉 氣 缸 的 壓 力 P驅(qū) 動(dòng) 力 矩M的 關(guān) 系 為 :, 或 2)(rRp??)(2rRbMp