機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)――機(jī)械手夾持器

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)――機(jī)械手夾持器__-__5福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院基于方案比對的機(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)一、前言隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人正逐步在人類社會中大顯身手。它主要由類似人的手和臂組成以代替人的繁重勞動，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化。而機(jī)械手手部是用來抓持工件（或工具）的部件，有多種結(jié)構(gòu)形式，比如如夾持型、托持型和吸附型等。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等?；诜桨副葘Φ臋C(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究的目的與意義在機(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)過程中的自動化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝夾、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。二、以改善勞動條件，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合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，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)使勞動條件得以改善。在一些簡單、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側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機(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?；诜桨副葘Φ臋C(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。50~60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手即屬于這種類型?；诜桨副葘Φ臋C(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)60~70年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。80-90年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時期，尤其是日本。90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。總之，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代：第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(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，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過程中的任務(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)展成為柔性系統(tǒng)FMS(FlexibleManufacturingSystem)和柔性制造單元FMC(FlexibleManufacturingCell)中重要一環(huán)?；诜桨副葘Φ臋C(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)基于方案比對的機(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)目前的國內(nèi)的幾種機(jī)械手夾持器基于方案比對的機(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)基于方案比對的機(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)二、夾持器設(shè)計(jì)的基本要求現(xiàn)根據(jù)物塊(工件)的大小、形狀及重量等具體要求，提出三種設(shè)計(jì)方案。通過對比分析，選擇一種合適的類型，進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算和設(shè)計(jì)，并完成效果圖和機(jī)構(gòu)的裝配圖。2.1功能方面a)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力；b)手指應(yīng)具有一定的開閉范圍；c)應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度；d)應(yīng)考慮通用性和特殊要求。結(jié)構(gòu)方面a)結(jié)構(gòu)新穎；b)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，重量輕效率高?；诜桨副葘Φ臋C(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)2.3材料方面a)材料耐磨性好；b)價格便宜。2.4設(shè)計(jì)參數(shù)及要求a)采用手指式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊一放松；b)所要抓緊的工件最大直徑為80mm,質(zhì)量3kg?；诜桨副葘Φ臋C(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)三、夾持器方案選擇3.1夾持器原理方案設(shè)想(1)單(多)鉸鏈桿(2)連桿機(jī)構(gòu)(3)杠桿機(jī)構(gòu)基于方案比對的機(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)(4)螺桿機(jī)構(gòu)(5)齒輪齒條機(jī)構(gòu)基于方案比對的機(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)3.2夾持器動力源形式a)液壓；b)氣壓；c)電力機(jī)械(螺桿傳動、齒輪傳動)；各動力源優(yōu)點(diǎn)如下：a?液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，調(diào)速度性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠，功率密度大，能自行潤滑，易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制。b?氣壓傳動的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)使用方便，成本低，工作壽命長，工作介質(zhì)(壓縮空氣)的傳輸簡單，且易獲得。c?電力機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)：使用和控制方便；工作效率高，無煙塵、氣味，噪聲小；運(yùn)行可靠，價格低廉，結(jié)構(gòu)牢固?；诜桨副葘Φ臋C(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)篩選出三種方案根據(jù)工件要求，被夾持物體體積較小，重量較輕，選擇電機(jī)驅(qū)動足夠提供夾持力。而液壓和氣動雖然可提供較大動力源，但是沒有電機(jī)驅(qū)動簡單、方便。而且電機(jī)拆裝方便，價格低廉。因此，綜上所述，動力源選擇電機(jī)驅(qū)動。然后根據(jù)不同的夾持動作原理，選出三種方案，如下所述：基于方案比對的機(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案一如上圖所示，該夾持設(shè)計(jì)采用連桿機(jī)構(gòu)，前后兩滑塊通過絲桿連接，有電機(jī)驅(qū)動。當(dāng)電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，使左邊的滑塊能夠向前（或向后）運(yùn)動，使得夾持手收縮（或張開）?；诜桨副葘Φ臋C(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案二如上圖所示，該夾持器采用鍥塊的前后運(yùn)動，帶動夾持手指的上下張合。同樣鍥塊的運(yùn)動也是由電機(jī)傳動控制?；诜桨副葘Φ臋C(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案三如左圖所示，該夾持器采用齒輪嚙合原理，通過電機(jī)驅(qū)動齒輪軸使兩嚙合齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動夾持手指作張合運(yùn)動?；诜桨副葘Φ臋C(jī)械手夾持器創(chuàng)新設(shè)計(jì)以上三種方案，由于齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速