機械手總體方案設計

1、WORD格式第 2 章機械手的總體方案設計2.1 機械手基本形式的選擇常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài) , 按坐標形式大致可以分為以下 4 種 :(1) 直角坐標型機械手 ;(2) 圓柱坐標型機械手 ;(3) 球坐標 (極坐標 )型機械手 ;(4) 多關節(jié)型機機械手。其中圓柱坐標型機械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊 , 定位精度較高 , 占 地面積小，因此本設計采用圓柱坐標 型。圖 2.1 是機械手搬運物品示意圖。圖 中機械手的任務是將傳送帶 B上的物品搬運到傳送帶 A。圖 2.1 機械手基本形式示意2.2 、方案設計( 1)、黑箱結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示圖 2.2 設計方案( 2)、機械手動作分析及運動分析

2、如圖2.3 所示，工件首先被機械手夾持，然后再隨之一起運動。其周期運動可以表現(xiàn)為(按動作順序)：大臂下降夾緊工 件手腕上翻大臂上升大臂回轉(zhuǎn)手臂延伸放松工件手臂收回手腕下翻大臂回轉(zhuǎn)大臂下降圖 2.3 機械手運動圖Z 專業(yè)資料整理3）、功能原理如圖 2.3 所示圖 2.4 機械手功能原理圖（ 4）、方案設計 傳動系統(tǒng)如果機械手采用機械傳動，則自由度少，難于實現(xiàn)特別復雜的運 動。而對于組合機床自動上下料的機械手，其工件的運動需要多個自由度才能完 成，故不宜采用機械傳動方案。如果機械手采取氣壓傳動，由于氣控信號比光、 電信號慢得多 , 且由于空氣的可壓縮性，工作時容易產(chǎn)生抖動和爬行，造成執(zhí)行 機構(gòu)運動

3、速度和定位精度不可靠，效率也較低。電氣傳動必須有減速裝置和將電 機回轉(zhuǎn)運動變成直線運動的裝置，結(jié)構(gòu)龐大，速度不易控制。氣液聯(lián)合控制和電 液聯(lián)合控制則使系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)上很復雜。綜上所述，我們選擇液壓傳動方式。 控制系統(tǒng)本機械手是專用自動機械手，選擇智能控制方式中的PLC程序控制方式，這樣可以使機械手的結(jié)構(gòu)更加緊湊和完美。 執(zhí)行系統(tǒng)分析本機械手的執(zhí)行系統(tǒng)是手部機構(gòu)。手部機構(gòu)形式多樣，但綜 合其總體構(gòu)型，可分為：氣吸式、電磁式和鉗爪式 3 種。根據(jù)本組合機床加工工 件的特征（導衛(wèi)輪、精密鑄鋼件），選擇鉗爪式手部結(jié)構(gòu)。 常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài) , 按坐標形式大致可以分為以下 4種 :(1) 直

4、角坐標型機械手 ;(2) 圓柱坐標型機械手 ;(3) 球坐標 ( 極坐標 ) 型機械 手 ;(4) 多關節(jié)型機機械手。其中圓柱坐標型機械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊, 定位精度較高 ,占地面積小，且根據(jù)本機械手坐標形式分析分析本機械手臂的運動形式及其組合 情況，采用圓柱坐標形式。因此方案確定機械手采用液壓傳動方式，PLC控制，鉗爪式手部結(jié)構(gòu)，圓柱坐標形式。2.3 、機械手的運動分析機械手的動作循環(huán)(工件平放)：大臂下降300mm夾緊工件手腕回轉(zhuǎn)90°大臂上升 300mm大臂回轉(zhuǎn) 90°手臂延伸 500mm放松工件手臂收縮 500mm手腕反轉(zhuǎn) 90°大臂回轉(zhuǎn) 90°大臂

5、下降 300mm。本機械手的工作頻率是 5 次 /min ，即 12s/ 次，也就是說，要在 10s 時間內(nèi)完 成上述工作循環(huán)圖中的一次循環(huán)。若采用分步運動的話，那么上述平均每一個動 作必須在 1.25s 內(nèi)完成，這樣必定增加動作的難度和結(jié)構(gòu)的復雜性。因此，我們 在整個運動過程中都將采用協(xié)調(diào)運動，這樣可緩減每個動作的緊迫性。圖 2.5 機械手運動流程圖如圖 2.5 所示，從 t=0s 時開始，機械手大臂下降，用時 2s，大臂下降速度： 150mm/s； t=2s 時，機械手做夾緊工件運動；在 t=2.5s 時開始的還有手腕回轉(zhuǎn) 90°，用時 1.5s ；與此同時大臂開始以 150mm

6、/s做上升運動，用時 2s 。在 t=4.5s 時，大臂開始做回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn) 90°，用時 1.5s ；在 t=6s 時，手臂開始做向外延 伸 500mm的運動，運動速度為 250mm/s，用時 2s ；在 t=8s 時，機械手手指開始做放 松工件運動，用時 0.5s ；在 t=8.5s 時，手腕開始做下翻 90°的運動，用時 1.5s ； 與此同時手臂開始收縮，收縮距離 500mm，平均速度 250mm/s，用時 2s；在 t=10.5s 時，手臂做 90°回轉(zhuǎn)運動，用時 1.5s 。上訴運動為一個整周期運動，完成上述運動共用時 12s。運動簡圖見圖 2.6 所示圖 2.6 機械