機械手結(jié)構(gòu)教材

1、機械手整體結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計http:/什么是機械手？機械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。模仿人的手和臂及一些特定的動作功能，按固定程序搬運物件或操縱工具的一種裝置。機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分組成。http:/常見機械手的幾種結(jié)構(gòu)類型http:/A.直角坐標機器手結(jié)構(gòu) 直角坐標機器手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標機器手有可能達到很高的位置精度（m級）。但是，這種直角坐標機器手的運動空間相對機器手的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因

2、此，為了實現(xiàn)一定的運動空間，直角坐標機器手的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機器手的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。B.圓柱坐標機器手結(jié)構(gòu) 圓柱坐標機器手的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的，這種機器手構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。C.球坐標機器手結(jié)構(gòu) 球坐標機器手的空間運動是由兩個回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動來實現(xiàn)的，這種機器手結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個類球形的空間。D.關(guān)節(jié)型機器手結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機器手的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的,關(guān)節(jié)型機器手動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對機器手本體尺寸，其工作空間比較大。http:/

3、針對具體零件選用的機械手結(jié)構(gòu)類型 假設(shè)要求搬運的加工工件的質(zhì)量30KG，且長度達500MM，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該機械手在工作中需要3種運動,其中手臂的伸縮和立柱升降為兩個直線運動,另一個為手臂的回轉(zhuǎn)運動,綜合考慮，機械手自由度數(shù)目取為3，即一個轉(zhuǎn)動自由度兩個移動自由度。即圓柱坐標形式機械手，其結(jié)構(gòu)特點是:結(jié)構(gòu)比較簡單,手臂運動范圍大,且有較高的定位準確度。http:/圓柱形式機械手工作布局圖http:/機械手各部分分析和設(shè)計機械手腰座結(jié)構(gòu)分析和具體采用方案機械手手臂的結(jié)構(gòu)分析和具體采用方案機器手腕部結(jié)構(gòu)分析和具體采用方案4.機械手手爪的結(jié)構(gòu)分

4、析和具體采用方案http:/機械手腰座結(jié)構(gòu)的分析機械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求分析1.腰座要有足夠大的安裝基面，以保證機器手在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。2.腰座要承受機器手全部的重量和載荷，因此，機器手的基座和腰部軸及軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強度和剛度，以保證其承載能力。3.機器手的腰座是機器手的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它對機器手末端的運動精度影響最大。4.腰部的回轉(zhuǎn)運動要有相應(yīng)的驅(qū)動裝置，它包括驅(qū)動器。驅(qū)動裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動器。5.腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整。6.為了減輕機器手運動部分的慣量，提高機器手的控制精度，一般腰部回轉(zhuǎn)運動部分的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成，而不運動的基座是用鑄

5、鐵或鑄鋼材料制成。http:/機械手腰座結(jié)構(gòu)的具體采用方案 腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動形式要么是電機通過減速機構(gòu)來實現(xiàn)，要么是通過擺動液壓缸或液壓馬達來實現(xiàn)，目前的趨勢是用前者。因為電動方式控制的精度能夠很高，而且結(jié)構(gòu)緊湊，不用設(shè)計另外的液壓系統(tǒng)及其輔助元件?？紤]到腰座是機器手的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對機械手的最終精度影響大，故采用電機驅(qū)動來實現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運動。一般電機都不能直接驅(qū)動，考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，采用大傳動比的齒輪傳動系統(tǒng)進行減速和扭矩的放大。http:/機械手手臂的結(jié)構(gòu)分析1.應(yīng)盡可能使機器手手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點。2.機器手手臂的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足機器手工作空間的

6、要求。工作空間的形狀和大小與機器手手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系。3.機器手手臂末端工作空間并沒有考慮機器手手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機器手手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。http:/機械手手臂結(jié)構(gòu)的具體采用方案機械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸縮運動都為直線運動。直線運動的實現(xiàn)一般是氣動傳動，液壓傳動以及電動機驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)?？紤]到搬運工件的重量較大，考慮加工工件的質(zhì)量達30KG，屬中型重量，同時考慮到機械手的動態(tài)性能及運動的穩(wěn)定性，安全性，對手臂的剛度有較高的要求。綜合考慮，兩手臂的驅(qū)動均選擇液壓驅(qū)動方

7、式，通過液壓缸的直接驅(qū)動，液壓缸既是驅(qū)動元件，又是執(zhí)行運動件，不用再設(shè)計另外的執(zhí)行件了；而且液壓缸實現(xiàn)直線運動，控制簡單，易于實現(xiàn)計算機的控制。http:/機械手腕部的結(jié)構(gòu)分析1.機器手手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來設(shè)計。機器手手腕自由度數(shù)目愈多，各關(guān)節(jié)的運動角度愈大，則機器手腕部的靈活性愈高，機器手對對作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強。2.機器手手腕要與末端執(zhí)行器相聯(lián)，因此，要有標準的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末端執(zhí)行器。4.機器手的手腕機構(gòu)要有足夠的強度和剛度，以保證力與運動的傳遞。3.要設(shè)有可靠的傳動間隙調(diào)整機構(gòu)，以減小空回間隙，提高傳動精度。http:/機械手腕部具體采用方案 考慮數(shù)控機床加工的

8、具體形式及對機械手上下料作業(yè)時的具體要求，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機械手的結(jié)構(gòu)盡量簡單，降低控制的難度，本設(shè)計手腕不增加自由度，實踐證明這是完全能滿足作業(yè)要求的，3個自由度來實現(xiàn)機床的上下料完全足夠。水平液壓缸支承板手臂手爪聯(lián)結(jié)梁執(zhí)行手爪http:/機械手手爪的結(jié)構(gòu)分析1.機器手末端執(zhí)行器是根據(jù)機器手作業(yè)要求來設(shè)計的。2.機器手末端執(zhí)行器的重量、被抓取物體的重量及操作力的總和機器手容許的負荷力。因此，要求機器手末端執(zhí)行器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。3.機器手末端執(zhí)行器的萬能性與專用性是矛盾的。4.機器手末端執(zhí)行器要便于安裝和維修，易于實現(xiàn)計算機控制。http:/機器手手爪

9、的典型結(jié)構(gòu)1.楔塊杠桿式手爪 利用楔塊與杠桿來實現(xiàn)手爪的松、開，來實現(xiàn)抓取工件。2.滑槽式手爪 當(dāng)活塞向前運動時，滑槽通過銷子推動手爪合并，產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運動時，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。3.連桿杠桿式手爪 這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧聯(lián)合使用。4.齒輪齒條式手爪 手爪通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開動作。5.平行杠桿式手爪 采用平行四邊形機構(gòu)，因此不需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運動，比帶有導(dǎo)軌的平行移動手爪的摩擦力要小很多。http:/機械手手爪具體采用方案 結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計采用連桿杠桿式的手爪。驅(qū)動活塞往復(fù)移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。手指的最小開度由加工工件的直徑來調(diào)定。本設(shè)計按照工件的直徑為50mm來設(shè)計。http:/整體結(jié)構(gòu)示意圖http:/各部件驅(qū)動方式的分析和選擇機械手腰部的旋轉(zhuǎn)運動需要一定的定位控制精度，故采用步進電機驅(qū)動來實現(xiàn)。機械手手臂部分因為采用液壓執(zhí)行缸來做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液壓驅(qū)動；同