-氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

-氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)xxx公司-氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、創(chuàng)作）題目：氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：秦兵練學(xué)號(hào)：5所在系院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化入學(xué)時(shí)間：2012年9月導(dǎo)師姓名：吳建美職稱/學(xué)位：講師/碩士導(dǎo)師所在單位：安徽三聯(lián)學(xué)院完成時(shí)間：2016年5月安徽三聯(lián)學(xué)院教務(wù)處制氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要:機(jī)械手是模仿人的手的動(dòng)作，根據(jù)給定的程序，跟蹤和要求達(dá)到的自動(dòng)裝置的自動(dòng)采集，處理和操作。本篇論文設(shè)計(jì)著重介紹氣動(dòng)機(jī)械手，并計(jì)算相關(guān)相關(guān)數(shù)據(jù)得出合理的結(jié)果。氣動(dòng)機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、安全、節(jié)能、環(huán)保、可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、可實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn),適用于汽車生產(chǎn)業(yè)、食品和藥品包裝行業(yè)、精密儀器制造業(yè)和軍事工業(yè)等。為了增強(qiáng)機(jī)械手的通用性和互換性,使同一機(jī)械手由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能,本文采用模塊化氣動(dòng)機(jī)械手,對(duì)基座、立柱、手臂、手部等模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),方便機(jī)械手的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和使用。它具有很多優(yōu)秀的性能可以完全勝任現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求。氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求就是要求我們將人們從勞煩的生產(chǎn)中解放出來(lái)，這就需要將其設(shè)計(jì)具有能幫助人們工作。關(guān)鍵詞:氣動(dòng)機(jī)械手；模塊化設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；自由度TheStructureofthePneumaticManipulatorDesignAbstract:Inthispaperthehandofthemanipulatorisimitationofaction,accordingtothegivenprogram,trackandrequirementstoachieveautomaticdeviceofautomaticdatacollection,processingandoperation.Thispaperintroducesthedesignofpneumaticmanipulator,andcalculatetherelevantdatarelatedtothereasonableresultsareobtained.Thestructureofthepneumaticmanipulatordesigninvolvesalotofmechanicalprofessionalspecialknowledge,needtomasterthecomplextheoreticalanalysisabilityanddesignideas,largerworkload.Basedontheintegrationinthefieldofmechanicalmanufacturingandautomationprofessionalfouryearsofexperience,discussesandanalyzestheindustrialrobot'smechanicalstructureandfunctionofeachpart.Pneumaticmanipulatorasapracticalnewtypeofmechanicalproductionequipment,canreplacemanualworkinthecomparisonofheavylabor。IthasmanyexcellentperformancecanbefullycompetentformodernindustrialproductionmanipulatordesignrequirementisaskingmePeoplewillbeliberatedfromthetroubleofproduction,whichrequiresthedesignistohelppeoplework.Keywords:Pneumaticmanipulator;Modulardesign;Structuredesign;Freedom目錄TOC\o"1-3"\h\u187211緒論 128932工業(yè)機(jī)械手的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史和現(xiàn)狀. 121672國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r 119075國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 111911氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 131215課題的研究目的及意義 26349研究?jī)?nèi)容和擬解決的問(wèn)題 217054本課題的研究?jī)?nèi)容 221719擬解決的問(wèn)題 3180082機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求及總體設(shè)計(jì)方案 413250換刀裝置的類型 413935機(jī)械手的坐標(biāo)形式與自由度 523448機(jī)械手工作過(guò)程及工步時(shí)間分配 731423機(jī)械手的基本參數(shù) 928376模塊化設(shè)計(jì) 1026001模塊劃分的一般原則 10950模塊設(shè)計(jì)的方法 1023589模塊式機(jī)械手及組成 1121077機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì) 129537電機(jī)的選擇 1312346小結(jié) 14224043氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 1520150.手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 154323手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1617987基座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 176364機(jī)械手基座的設(shè)計(jì)原則 1721903傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 1815270主要傳動(dòng)尺寸的確定 18246254總結(jié)與展望 2019691總結(jié) 2024489致謝 2118269參考文獻(xiàn) 221緒論工業(yè)機(jī)械手的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史和現(xiàn)狀.機(jī)械手是可以模仿人的一部分動(dòng)作,并按一定程序、軌跡和精度要求來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操作的全自動(dòng)機(jī)械裝置。工業(yè)機(jī)械手最早應(yīng)用與汽車制造業(yè),一般用在于焊接、噴漆和搬運(yùn)。氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的意義是為了工業(yè)的發(fā)展，減輕人在工業(yè)中的勞動(dòng)。促進(jìn)了人類的生活變得全部自能化。并且研究機(jī)械手可以使人們對(duì)我們的物質(zhì)文化的更加清晰的認(rèn)識(shí)。對(duì)我們?cè)诮夥艅趧?dòng)生產(chǎn)力和解放自身提高人類智慧有著提高作用。國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r（1）美國(guó)1954年制造了關(guān)節(jié)型搬運(yùn)裝置。60年代,Devol和組建了Unimation公司,生產(chǎn)了世界上的第一臺(tái)機(jī)器人)Unimate[1](意為萬(wàn)能自動(dòng)),是一臺(tái)五軸液壓機(jī)器人。（2）日本日本在機(jī)器制造比較慢，但是由于其引進(jìn)美國(guó)技術(shù)并發(fā)展、消化、應(yīng)用。1967年,東京機(jī)械貿(mào)易公司從從美國(guó)引進(jìn)Versatran機(jī)器人并對(duì)它進(jìn)行改造,增加了視覺(jué)功能,使其成為具有智能的機(jī)器人。國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)在七十年代初開(kāi)始研制工業(yè)機(jī)器人,國(guó)內(nèi)知名院校和企業(yè)分別開(kāi)發(fā)了固定程序、組合式、液壓伺服通用機(jī)器人[2],并開(kāi)始了機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)控制和應(yīng)用技術(shù)的研究。20世紀(jì)80年代,我國(guó)開(kāi)始逐漸重視機(jī)器生產(chǎn)，我國(guó)的機(jī)械技術(shù)步入飛速時(shí)代。在現(xiàn)代的社會(huì)中，國(guó)家大力發(fā)展機(jī)器，工業(yè)慢慢步入全自動(dòng)化步驟。氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r氣動(dòng)技術(shù)在現(xiàn)代生產(chǎn)制造中被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用?，F(xiàn)代隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的飛速發(fā)展,氣動(dòng)技術(shù)在以實(shí)際應(yīng)用的前提下不斷創(chuàng)新,得到了飛速發(fā)展氣動(dòng)技術(shù)作為便宜的自動(dòng)化技術(shù)。在現(xiàn)代化機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)中,幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)。現(xiàn)代中，落后的機(jī)械已經(jīng)無(wú)法滿足工廠的需求，這就需要我們提高機(jī)械的運(yùn)動(dòng)速度和準(zhǔn)確度，提高全自動(dòng)化。“如果采用電一氣伺服定位系統(tǒng)可以非常方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)無(wú)級(jí)定位(柔性定位)和無(wú)級(jí)調(diào)速”[3]。此外,利用伺服定位氣缸運(yùn)動(dòng)速度的連續(xù)可調(diào)性來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的節(jié)流閥和氣缸端部緩沖方式,可以達(dá)到最佳的速度和緩沖效果,大幅度降低氣缸的動(dòng)作時(shí)間,縮短工序節(jié)拍,提高生產(chǎn)率。使用電氣伺服閥的控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn):(1)“可實(shí)現(xiàn)壓力和速度的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),避免了傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)式氣閥換向時(shí)的沖擊問(wèn)題”[4]；(2)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和程序控制；(3)與斷續(xù)控制相比,系統(tǒng)簡(jiǎn)化,元件大大減少；(4)使用功率小、發(fā)熱少、噪聲低；(5)不會(huì)發(fā)生火災(zāi),不污染環(huán)境。受溫度變化的影響??；(6)系統(tǒng)沒(méi)有回收管路,可做到體積小、成本、操作方便和容易保；隨著現(xiàn)代科技不斷地發(fā)展，引起了氣動(dòng)技術(shù)的飛躍發(fā)展，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)和機(jī)構(gòu)不斷重視氣動(dòng)技術(shù)，氣動(dòng)技術(shù)滿足了很多行業(yè)生產(chǎn)的需求。機(jī)械手帶動(dòng)工業(yè)的發(fā)展，讓我們明白只有不斷發(fā)展機(jī)械，才能讓國(guó)家工業(yè)不斷提升。課題的研究目的及意義本課題的目的是解放生產(chǎn)力，從人們從勞動(dòng)中解放出來(lái)，取代人類在工廠流水的生產(chǎn)。節(jié)約成本，安全生產(chǎn)。在一定程度上減輕勞動(dòng)成本，提高生產(chǎn)速度。為生產(chǎn)中的全自動(dòng)生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的意義是為了工業(yè)的發(fā)展，減輕人在工業(yè)中的勞動(dòng)。促進(jìn)了人類的生活變得全部自能化。并且研究機(jī)械手可以使人們對(duì)我們的物質(zhì)文化的更加清晰的認(rèn)識(shí)。對(duì)我們?cè)诮夥艅趧?dòng)生產(chǎn)力和解放自身提高人類智慧有著提高作用。研究?jī)?nèi)容和擬解決的問(wèn)題本課題的研究?jī)?nèi)容(1)確定機(jī)械手的總體方案在研究機(jī)械手的方案上，我們要根據(jù)它的特點(diǎn)和要求來(lái)進(jìn)行研究并且確定方案。對(duì)于機(jī)械手我們要要求他能快速的整理和搬運(yùn)物件，并且要保證生產(chǎn)安全，這就要求機(jī)械手及有一定的快速反應(yīng)，高精度的能承載一定勞動(dòng)承載能力的設(shè)計(jì)，來(lái)幫助人們完成預(yù)期的動(dòng)作。本課題就是要研究機(jī)械手的設(shè)計(jì)流程，通過(guò)機(jī)械手解放勞動(dòng)。（2）機(jī)械手各執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（3）機(jī)械手模塊化設(shè)計(jì)把機(jī)械手分成四個(gè)部分，分別是感知、控制、主機(jī)和執(zhí)行四個(gè)部分。并對(duì)這四個(gè)部分進(jìn)行具體的細(xì)分化設(shè)計(jì)，來(lái)滿足我們隊(duì)生產(chǎn)的需要。并且在地帶執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)上，要滿足設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)原則。擬解決的問(wèn)題（1）如何解決氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)問(wèn)題（2）如何合理設(shè)置氣動(dòng)機(jī)械手各個(gè)元器件之間的連接件（3）氣動(dòng)機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)的功能（4）氣動(dòng)機(jī)械手的力度控制問(wèn)題，提高其靈活度（5）氣動(dòng)機(jī)械手的材料選取

2機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求及總體設(shè)計(jì)方案氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求就是要求我們將人們從勞煩的生產(chǎn)中解放出來(lái)，這就需要將其設(shè)計(jì)具有能幫助人們工作。在生產(chǎn)中能夠靈活準(zhǔn)確的幫助人們工作，能夠自動(dòng)定位和快速工作。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是;根據(jù)對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的作業(yè)技術(shù)要求，設(shè)計(jì)合理的步驟，來(lái)滿足機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求，并且能在惡劣，特殊的環(huán)境中，滿足對(duì)不同環(huán)境、地域的兼顧通用性，并實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。換刀裝置的類型換刀裝置的類型和特點(diǎn)如表2-1所示表2-1換刀裝置的類型和特點(diǎn)刀庫(kù)類型刀庫(kù)類型特點(diǎn)鏈?zhǔn)降兜臄?shù)量多、靈活盤式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、刀的數(shù)量少轉(zhuǎn)塔式應(yīng)用范圍廣，但是噪音較大，占地空間大在換刀機(jī)械手的加工過(guò)程中，有4個(gè)類型，分別如下：1）單臂式公用換刀機(jī)械手2）雙臂式公用換刀機(jī)械手3）回轉(zhuǎn)式公用換刀機(jī)械手4）軌道式公用換刀機(jī)械手加工中心對(duì)自動(dòng)換刀裝置有如下具體要求:1）刀庫(kù)容量適當(dāng)2）換刀時(shí)間短3）換刀空間小4）動(dòng)作可靠、使用穩(wěn)定5）刀具重復(fù)定位精度高6）刀具識(shí)別準(zhǔn)確通過(guò)對(duì)我們上面的總結(jié)可以確定了我們的基本方案。我們所選用的刀庫(kù)可以選擇最簡(jiǎn)單的盤式刀庫(kù)，它所需要的容量為12把刀。每次還刀為旋轉(zhuǎn)90°，每次5s左右。在生產(chǎn)中一般我們所采用的是對(duì)于我們最簡(jiǎn)單的刀座編碼法。機(jī)械手的坐標(biāo)形式與自由度機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式有4種，不同的坐標(biāo)形式有不同的特點(diǎn)，分別如下:直角坐標(biāo)系:1）在三個(gè)直線方向上移動(dòng),運(yùn)動(dòng)容易想象2）計(jì)算比較方便3）要求保留較大的移動(dòng)空間,占用空間較大4）要求有較大的平面安裝區(qū)域5）滑動(dòng)部件表面的密封較困難,容易被污染圓柱坐標(biāo)系:1）容易想象和計(jì)算2）直線驅(qū)動(dòng)部分若采用液壓驅(qū)動(dòng),則可輸出較大的動(dòng)力3）能夠伸入型腔式機(jī)器內(nèi)部4）手臂端部可以達(dá)到的空間受限制,不能到達(dá)靠近立柱或地面的空間5）直線驅(qū)動(dòng)部分難以密封、防塵及防御腐蝕性物質(zhì)6）后縮手臂工作時(shí),手臂后端會(huì)碰到工作范圍內(nèi)的其他物體極坐標(biāo)系:1）在中心支架附近的工作范圍較大2）兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封3）覆蓋工作空間較大4）坐標(biāo)系較復(fù)雜,較難想象和控制5）直線驅(qū)動(dòng)裝置仍存在密封問(wèn)題6）存在工作死區(qū)多關(guān)節(jié)坐標(biāo)系:1）動(dòng)作較靈活,工作空間大2）關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)處容易密封防塵3）工作條件要求低,可在水下等環(huán)境中工作4）適合于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)5）運(yùn)動(dòng)難以想象和控制,計(jì)算量較大6）不適于液壓驅(qū)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部分。在機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是手臂和立柱的運(yùn)動(dòng)，輔助運(yùn)動(dòng)是手腕和手指的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手具有四個(gè)自由度。圖2-2所示為機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖。圖2-2機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖如遇到需抓取水平放置的工件時(shí),要在手腕處設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的需要考慮到機(jī)械手的通用性,可以增加手腕模塊[6],將手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)選用回轉(zhuǎn)氣缸。為了區(qū)分兩個(gè)升降部分,本文將左邊行程較大的升降部分稱作立柱,右邊行程較小的升降部分稱作小臂。機(jī)械手工作過(guò)程及工步時(shí)間分配1）確定完成動(dòng)作及順序圖2-3換刀機(jī)械手布局示意圖要確定換刀機(jī)械手的工作過(guò)程首先要了解各裝備的布局及機(jī)械手需要完成的動(dòng)作。換刀機(jī)械手的布局示意圖如圖2-3所示。圖中換刀機(jī)械手的初始位置是手部正對(duì)盤式刀庫(kù),與刀架成90o夾角,水平機(jī)構(gòu)和垂直機(jī)構(gòu)均設(shè)在極限位置。換刀機(jī)械手為把刀庫(kù)上的被選擇刀具送到刀架上,需要以下幾個(gè)動(dòng)作，如表2-4所示：

表2-4換刀機(jī)械手的刀庫(kù)動(dòng)作換刀機(jī)械手的刀庫(kù)動(dòng)作作用水平伸出機(jī)械手水平機(jī)構(gòu)伸出75mm,到達(dá)刀庫(kù)正上方豎直下降小臂升降機(jī)構(gòu)下行30mm,使手部夾持機(jī)構(gòu)到達(dá)與刀柄水平的位置。夾緊手臂機(jī)構(gòu)迅速夾緊刀柄豎直上升待刀柄被夾緊后,小臂升降機(jī)構(gòu)上行30mm,將刀具提出刀庫(kù)水平收縮水平機(jī)構(gòu)快速收縮75mm,整個(gè)機(jī)構(gòu)回到初始位置擺動(dòng)機(jī)械手逆時(shí)針擺動(dòng)90°,使機(jī)械手正對(duì)刀架豎直下降,松開(kāi)小臂升降機(jī)構(gòu)下行30mm,將刀具放在刀架上,同時(shí)手部機(jī)構(gòu)松開(kāi)工件豎直上升小臂升降機(jī)構(gòu)上行30mm,回到起點(diǎn)擺動(dòng)機(jī)械手順時(shí)針擺動(dòng)90°,回到初始位置上面是我們對(duì)機(jī)械換刀手動(dòng)作作用的總結(jié)。整個(gè)機(jī)構(gòu)是讓我們?cè)趯?duì)換刀動(dòng)作完成后將刀架的推爪放到刀架的另一端，這樣就能完成了。2）工步時(shí)間分配工步時(shí)間分配對(duì)應(yīng)不同的行程和時(shí)間，分配如表2-5所示:

表2-5機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過(guò)程與時(shí)間分配工序號(hào)工步名稱行程預(yù)分配時(shí)間（s）（1）水平伸出75mm（2）豎直下降30mm（3）夾緊（4）豎直上升30mm（5）水平收縮75mm（6）擺動(dòng)（逆時(shí)針）90°1（7）豎直下降30mm松開(kāi)（8）豎直上升30mm（9）擺動(dòng)（順時(shí)針）90°1總計(jì)機(jī)械手的基本參數(shù)1）機(jī)械手主參數(shù)是最大抓重。我們還在研究階段，應(yīng)選用復(fù)合現(xiàn)場(chǎng)操作的重量。2）機(jī)械手主要的基本參數(shù)是參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度。參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是具有跳動(dòng)的，但是參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是對(duì)能反應(yīng)各參數(shù)的關(guān)系。我們總結(jié)機(jī)械手各部分的參數(shù)如表2-6所示:

表2-6機(jī)械手各關(guān)節(jié)基本參數(shù)水平機(jī)構(gòu)伸縮范圍0~75mm垂直機(jī)構(gòu)升降范圍0~30mm速度伸出*500mm/s速度上升150m/s收縮*500mm/s下降150m/s定位精度±1mm定位精度±1mm擺動(dòng)機(jī)構(gòu)擺動(dòng)角度0~90°手部抓取范圍<50m擺動(dòng)速度100°/s定位精度±5’模塊化設(shè)計(jì)時(shí)代在發(fā)展，傳統(tǒng)的工作模式已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)的需求。因此我們要在傳統(tǒng)模式的基礎(chǔ)上加入全自動(dòng)化的機(jī)械，模塊化設(shè)計(jì)能夠能好的為我們的技術(shù)做出基礎(chǔ)。模塊化設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的需求，滿足日益增長(zhǎng)的科技。模塊化研究[7]的理論基礎(chǔ)來(lái)自于麻省理工學(xué)院(MIT)的Suh教授提出的公理化設(shè)計(jì)理論(AxiomaticDgignTheory,ADT)。模塊劃分的一般原則模塊劃分的一般原則簡(jiǎn)化模塊防止產(chǎn)生混亂：節(jié)約材料實(shí)現(xiàn)多總方案的組合：保持模塊化設(shè)計(jì)劃分的功能：(4) 防止模塊間的不兼容要：(5)提高模塊的材料性能：(6)模塊單元的劃分必須考慮經(jīng)濟(jì)因素等;模塊設(shè)計(jì)的方法在模塊化設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們有很多的方法，這就需要我們選擇一個(gè)合適的方法。它能夠?qū)ξ覀兯枰漠a(chǎn)品功能很好地了解，系統(tǒng)就是靠這些功能來(lái)完成。但是在系統(tǒng)中有很多功能它是一個(gè)整體，但是又分好多上下和并行關(guān)系，這些關(guān)系在具有不同的功能，相輔相成，共同為模塊化設(shè)計(jì)的做出基礎(chǔ)的貢獻(xiàn)如圖2-7是不同級(jí)別的關(guān)系(F0代一級(jí)功能,Fl,FZ,F3代表二級(jí)功能,Fll,F12,FZI,F22,F23,Fnl,FnZ代表三級(jí)功能)。圖2-7功能結(jié)構(gòu)圖模塊式機(jī)械手及組成模塊式機(jī)械手是機(jī)械手的一部分。它分為基座、手臂、立柱、手腕、手部這幾個(gè)主要的部分。它們?cè)诓煌牟考?zhí)行不同的功能，這些功能我會(huì)在第3章進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。模塊化機(jī)械手的各模塊如圖2-8所示。圖2-8氣動(dòng)機(jī)械手各模塊組成在實(shí)際生產(chǎn)中不同模塊具有不同的功能，它們具有一定的相關(guān)性的整體性，根據(jù)實(shí)際需求，我們會(huì)對(duì)特定環(huán)境的模塊進(jìn)行變化。機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)1）機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案:根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們要將機(jī)構(gòu)分為立柱、手臂、手腕和手爪幾個(gè)部分。2）機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案:工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式可分為三種基本類型，分別是液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)。機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選取的是氣壓驅(qū)動(dòng)。各種驅(qū)動(dòng)方式的基本特點(diǎn)如下:一、液壓驅(qū)動(dòng)1）液壓缸可直接用作機(jī)械手關(guān)節(jié)的一部分,實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。2）速度調(diào)節(jié)方便易控,可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的無(wú)級(jí)調(diào)速和換向,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。3）液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自我潤(rùn)滑,過(guò)載保護(hù)方便,使用壽命長(zhǎng)。但液壓驅(qū)動(dòng)需配置液壓系統(tǒng),易產(chǎn)生泄露而影響運(yùn)動(dòng)精度。系統(tǒng)易發(fā)熱,出現(xiàn)故障后較難找出原因。二、氣壓驅(qū)動(dòng)1）氣源方便,氣源系統(tǒng)簡(jiǎn)單、清潔無(wú)污染。2）壓縮空氣在管路中流速可達(dá)100m/S(液壓油流速只有5m/s),所以動(dòng)作速度快。3）與液壓相比,氣壓工作壓力低,通常為~。氣動(dòng)系統(tǒng)體積大,由于空氣可壓縮,因而運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)差,工作時(shí)噪聲大,位置精度低。一般用于中小負(fù)荷機(jī)械手。三、電力驅(qū)動(dòng)電力驅(qū)動(dòng)可分為普通交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需加減速裝置,輸出力矩大,但控制性能差,慣性大,適用于中型或重型機(jī)械手[6]。電機(jī)的選擇啟動(dòng)角度設(shè)置為18，則啟動(dòng)角速度18rad/s,啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置為,取=800mm.設(shè)回轉(zhuǎn)零件為一個(gè)半徑為60mm，長(zhǎng)900mm,重30Kg的圓柱形。則==，，=，====5r/min————由上述可初選110S-CZK01直流寬調(diào)速伺服電機(jī)。小結(jié)這一章是對(duì)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，在機(jī)械手工作中明確各部分的功能，通過(guò)自己的知識(shí)來(lái)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)。然后是對(duì)機(jī)械手的整體方案的總結(jié)。3氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手里面的沒(méi)一個(gè)零件都對(duì)應(yīng)每一個(gè)氣動(dòng)元件，這樣才能更好地行走，執(zhí)行其所要起的作用，氣動(dòng)的選擇至關(guān)重要，要有很高的性能要求，如圖3-1所示A-手臂擺動(dòng)氣缸B-升降氣缸C-伸縮氣缸D-手腕擺動(dòng)氣缸E-氣抓1-基座2-手臂關(guān)節(jié)3-手腕關(guān)節(jié)4-導(dǎo)向裝置5-定位擋板圖3-1氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手部就是與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。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)被夾持工件是圓柱刀柄時(shí)，使用夾持式手部;當(dāng)該機(jī)械手做其他用途，被夾持工件是板料時(shí)，可使用氣流負(fù)壓式吸盤[9]。手指結(jié)構(gòu)對(duì)于不同的物件需要有不同的要求，一般來(lái)說(shuō)要能夠靈活變通，并且要有夾緊力，保證安全，其傳動(dòng)也要不同的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)以上分析夾持式手部結(jié)構(gòu)直接采用SMC的標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)式氣抓[10]，并安裝兩只手指，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用外夾的夾持方式。手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求很重要，因?yàn)樗菣C(jī)械手的重要部分，需要輕便，靈活，但是對(duì)他的質(zhì)量要求很嚴(yán)格。他是手指結(jié)構(gòu)的直接接觸部分，有四個(gè)自由度，手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的名稱和作用如下表3-2所示表3-2手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的名稱和作用手臂模塊設(shè)計(jì)名稱作用小臂升降模塊其作用是將刀具從刀庫(kù)插孔中提出或插入，保證氣缸按設(shè)定的軌跡運(yùn)行。手臂伸縮模塊二減小對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量立柱升降模塊立柱安裝在與基座連接的轉(zhuǎn)臺(tái)之上，帶動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。要求立柱堅(jiān)固，剛性好。手臂的回轉(zhuǎn)模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手臂機(jī)構(gòu)設(shè)置需要要求靈活度大，能夠360。旋轉(zhuǎn)。我們就需要用到擺動(dòng)馬達(dá)，來(lái)進(jìn)行多方位的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槭直蹟[動(dòng)幅度和運(yùn)動(dòng)頻率比較大，就需要對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，確保安全，能夠承載它所工作需要的特性。擺動(dòng)氣缸需要選用最新型的，并且按時(shí)進(jìn)行維修，剛度、強(qiáng)度、靈活度需要滿足運(yùn)動(dòng)的需要。機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則：手臂的功能是在一個(gè)指定的載荷和速度下，保證手臂在整個(gè)空間中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以在我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)需要遵循下列原則：（1）保證每個(gè)關(guān)節(jié)軸相互平行的手臂和垂直臂應(yīng)該盡可能相交于一點(diǎn)，以確保手臂運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化運(yùn)算。（2）機(jī)械手臂的尺寸和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)空間保證在機(jī)器人工作空間的要求。（3）由于機(jī)械手的準(zhǔn)確性，所以應(yīng)該在保證機(jī)械手剛度和強(qiáng)度的前提下，盡可能減少手臂的重量，因此，設(shè)計(jì)時(shí)使用的材料大多數(shù)位輕質(zhì)材料。除了基座部分外，在保證要求強(qiáng)度和剛度的條件下對(duì)手臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕其重量，同時(shí)手臂殼體部分也采用較為輕便的復(fù)合材料。（4）我們要減少機(jī)械手運(yùn)動(dòng)時(shí)所造成運(yùn)動(dòng)誤差，首要的方法就是將整個(gè)機(jī)械手的關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的時(shí)間盡量的減小。對(duì)于軸承處的間隙大小的控制，最好的解決方案是通過(guò)調(diào)整軸承的間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)，來(lái)控制軸承的間隙。（5）機(jī)械手臂和其回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在重量上應(yīng)當(dāng)盡可能維持平衡，這樣不僅可以減少電動(dòng)機(jī)的載荷，還可以減少機(jī)械手臂的手臂響應(yīng)時(shí)間。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要盡可能地平衡機(jī)械手臂的重量，必要時(shí)可以增加平衡機(jī)構(gòu)來(lái)平衡殘留下來(lái)的不平衡重量?；Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基座是機(jī)械手無(wú)法缺失的元件之一，他起到承載作用?；哂胁煌男问剑總€(gè)形式有不同的作用。基座的結(jié)構(gòu)形式如下圖3-3所示。圖3-3基座的結(jié)構(gòu)形式機(jī)械手基座的設(shè)計(jì)原則基座作為機(jī)械手的承重部位，承擔(dān)了機(jī)械手的全部重量，它的運(yùn)動(dòng)部分全部固定或裝配在基座上，在對(duì)機(jī)械手基座確定設(shè)計(jì)方案是需要考慮以下幾個(gè)因素：（1）為了確保機(jī)械手的穩(wěn)定工作，整個(gè)機(jī)構(gòu)的基底不可避免的需要足夠大的裝配空間用以保證整個(gè)機(jī)械手的裝配和運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。（2）足夠大的剛度及強(qiáng)度。機(jī)械手的所以重重量及負(fù)荷都將承擔(dān)在基座上，所以機(jī)械手的基座及軸和軸承要求足夠大的強(qiáng)度和剛度。（3）腰部作為機(jī)械手的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)機(jī)，對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的精確性影響最大，是以要求機(jī)械手腰部的軸承及其傳動(dòng)裝置有足夠大的強(qiáng)度和剛度，并且還需要相當(dāng)高的精確性。（4）需要考慮機(jī)械手運(yùn)動(dòng)端和固定端的聯(lián)接問(wèn)題，因?yàn)殡S著機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致機(jī)械手外部電纜隨之運(yùn)動(dòng)，這對(duì)機(jī)械手整體的可靠性造成了一定影響，并且有一定安全隱患。（5）腰部的回轉(zhuǎn)需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置。（6）在腰部與機(jī)械手手臂的聯(lián)接處需要設(shè)有一個(gè)基準(zhǔn)面，以便于腰部結(jié)構(gòu)在每個(gè)關(guān)節(jié)位置不準(zhǔn)時(shí)微調(diào)一確保每個(gè)關(guān)節(jié)的位置精度。（7）由于多關(guān)節(jié)機(jī)械手結(jié)構(gòu)的特殊性，需要注意控制機(jī)器人的精度，所以在腰部回轉(zhuǎn)部分的殼體要求比重較小，而基座則是要求比重較大，增加其穩(wěn)定性。傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算主要傳動(dòng)尺寸的確定因?yàn)槠渌枰膫鲃?dòng)效率不大，并且對(duì)于尺寸沒(méi)有具體的要求，所以選用45號(hào)鋼，齒輪則選用8級(jí)精度，調(diào)質(zhì)處理小齒輪，齒面硬度為215~250HBS,正火處理大齒輪，硬度為160~215HBS。Z小=25，Z大=i1Z1=95.機(jī)械手手臂部分設(shè)計(jì)機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則：手臂的功能是在一個(gè)指定的載荷和速度下，保證手臂在整個(gè)空間中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以在我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)需要遵循下列原則：（1）保證每個(gè)關(guān)節(jié)軸相互平行的手臂和垂直臂應(yīng)該盡可能相交于一點(diǎn)，以確保手臂運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化運(yùn)算。（2）機(jī)械手臂的尺寸和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)空間保證在機(jī)器人工作空間的要求。（3）由于機(jī)械手的準(zhǔn)確性，所以應(yīng)該在保證機(jī)械手剛度和強(qiáng)度的前提下，盡可能減少手臂的重量，因此，設(shè)計(jì)時(shí)使用的材料大多數(shù)位輕質(zhì)材料。除了基座部分外，在保證要求強(qiáng)度和剛度的條件下對(duì)手臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕其重量，同時(shí)手臂殼體部分也采用較為輕便的復(fù)合材料。（4）我們要減少機(jī)械手運(yùn)動(dòng)時(shí)所造成運(yùn)動(dòng)誤差，首要的方法就是將整個(gè)機(jī)械手的關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的時(shí)間盡量的減小。對(duì)于軸承處的間隙大小的控制，最好的解決方案是通過(guò)調(diào)整軸承的間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)，來(lái)控制軸承的間隙。（5）機(jī)械手臂和其回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在重量上應(yīng)當(dāng)盡可能維持平衡，這樣不僅可以減少電動(dòng)機(jī)的載荷，還可以減少機(jī)械手臂的手臂響應(yīng)時(shí)間。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要盡可能地平衡機(jī)械手臂的重量，必要時(shí)可以增加平衡機(jī)構(gòu)來(lái)平衡殘留下來(lái)的不平衡重量。

4總結(jié)與展望總結(jié)氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要我們對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人、液壓與氣動(dòng)、物理學(xué)和氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究時(shí)的問(wèn)題有著深入的研究。在現(xiàn)在的研究中我們對(duì)機(jī)械手所遇到的問(wèn)題進(jìn)行下面系統(tǒng)的總結(jié)：（1）通過(guò)對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們要對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)。（2）對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的執(zhí)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究需要機(jī)械手的執(zhí)行結(jié)構(gòu)需要使用旋轉(zhuǎn)氣缸，和其他部件。滿足氣動(dòng)機(jī)械手的性能要求，（3）對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)方案,可增減或更換相應(yīng)的模塊,以適應(yīng)工作條件變化的需要。針對(duì)各模塊選用合適的氣動(dòng)元件,設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)械導(dǎo)向裝置[10]。在我進(jìn)行氣動(dòng)機(jī)械手的研究中發(fā)現(xiàn)，我們還有很多問(wèn)題現(xiàn)在的技術(shù)克服不了，需要我們以后對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究和運(yùn)用,具體有:（1）機(jī)械手的力控制問(wèn)題在機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)作過(guò)程中。由于技術(shù)不是很到位，機(jī)械手的力度控制有著很重要的問(wèn)題，在機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)中，力度控制需要實(shí)現(xiàn)很精密的運(yùn)動(dòng)，防止對(duì)元件的摩擦，造成物品的損壞。在未來(lái)的機(jī)械手發(fā)展中，力度需要進(jìn)行精密的工作，完成多個(gè)裝配任務(wù)。在現(xiàn)代工業(yè)中，機(jī)械手只能進(jìn)行一些粗糙的工作，在未來(lái)的實(shí)踐中，我們就要控制力的控制問(wèn)題。（2）機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡的生成在機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果不能按照設(shè)定的軌跡運(yùn)行，無(wú)法解決在生產(chǎn)生活中所需要解決的問(wèn)題，無(wú)法高精度的完成我們需要任務(wù)。相反，如果機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡的生成能夠按照我們預(yù)定的軌跡。我們只需要在電腦設(shè)定好原定的軌跡，達(dá)到更高的要求，高質(zhì)量的完成我們的產(chǎn)品。這個(gè)只是時(shí)間問(wèn)題，我相信在以后的科技發(fā)展中，我