機械創(chuàng)新設計――機械手夾持器

機械創(chuàng)新設計――機械手夾持器__-__5福建農林大學金山學院基于方案比對的機械手夾持器創(chuàng)新設計一、前言隨著社會的進步與發(fā)展，工業(yè)機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，從而實現(xiàn)生產的機械化和自動化。而機械手手部是用來抓持工件（或工具）的部件，有多種結構形式，比如如夾持型、托持型和吸附型等。機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等?；诜桨副葘Φ臋C械手夾持器創(chuàng)新設計研究的目的與意義在機械工業(yè)中，應用機械手的意義可以概括如下：一、以提高生產過程中的自動化程度應用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝夾、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產率和降低生產成本。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，而應用機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，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，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)奏的生產應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準確的控制生產的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產。綜上所述，有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢?；诜桨副葘Φ臋C械手夾持器創(chuàng)新設計國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新的技術，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產自動化實踐相結合的產物，并以成為現(xiàn)代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產過程自動化、改善勞動條件、提高產品質量和生產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，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。專用機械手經過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標志的時代。由于通用機械手的應用和發(fā)展，進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用一些電子技術、電視技術、通訊技術、計算技術、無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發(fā)展這一新技術都很重視，幾十年來，這項技術的研究和發(fā)展一直比較活躍，設計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應用領域也在不斷地擴大。早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關節(jié)式的第一代機械手。50~60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數控示教再現(xiàn)型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。如尤尼曼特(Unimate)機械手即屬于這種類型。基于方案比對的機械手夾持器創(chuàng)新設計60~70年代，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產自動線上，亦即是第二代機械手這一新技術進入了應用階段。80-90年代，裝配機械手處于鼎盛時期，尤其是日本。90年代機械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應用外，農、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務業(yè)、軍事領域上有較大的應用。90年代以后，隨著計算機技術、微電子技術、網絡技術等的快速發(fā)展，機械手技術也得到飛速的多元化發(fā)展?？傊?，目前機械手的主要經歷分為三代：第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設有電子計算機控制系統(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，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(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械手夾持器創(chuàng)新設計基于方案比對的機械手夾持器創(chuàng)新設計目前的國內的幾種機械手夾持器基于方案比對的機械手夾持器創(chuàng)新設計基于方案比對的機械手夾持器創(chuàng)新設計二、夾持器設計的基本要求現(xiàn)根據物塊(工件)的大小、形狀及重量等具體要求，提出三種設計方案。通過對比分析，選擇一種合適的類型，進行詳細的計算和設計，并完成效果圖和機構的裝配圖。2.1功能方面a)應具有適當的夾緊力和驅動力；b)手指應具有一定的開閉范圍；c)應保證工件在手指內的夾持精度；d)應考慮通用性和特殊要求。結構方面a)結構新穎；b)結構簡單、緊湊，重量輕效率高?；诜桨副葘Φ臋C械手夾持器創(chuàng)新設計2.3材料方面a)材料耐磨性好；b)價格便宜。2.4設計參數及要求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,質量3kg?；诜桨副葘Φ臋C械手夾持器創(chuàng)新設計三、夾持器方案選擇3.1夾持器原理方案設想(1)單(多)鉸鏈桿(2)連桿機構(3)杠桿機構基于方案比對的機械手夾持器創(chuàng)新設計(4)螺桿機構(5)齒輪齒條機構基于方案比對的機械手夾持器創(chuàng)新設計3.2夾持器動力源形式a)液壓；b)氣壓；c)電力機械(螺桿傳動、齒輪傳動)；各動力源優(yōu)點如下：a?液壓傳動的優(yōu)點：結構緊湊，重量輕，調速度性能好，運轉平穩(wěn)、可靠，功率密度大，能自行潤滑，易實現(xiàn)復雜控制。b?氣壓傳動的優(yōu)點：結構簡單，維護使用方便，成本低，工作壽命長，工作介質(壓縮空氣)的傳輸簡單，且易獲得。c?電力機械的優(yōu)點：使用和控制方便；工作效率高，無煙塵、氣味，噪聲?。贿\行可靠，價格低廉，結構牢固。基于方案比對的機械手夾持器創(chuàng)新設計篩選出三種方案根據工件要求，被夾持物體體積較小，重量較輕，選擇電機驅動足夠提供夾持力。而液壓和氣動雖然可提供較大動力源，但是沒有電機驅動簡單、方便。而且電機拆裝方便，價格低廉。因此，綜上所述，動力源選擇電機驅動。然后根據不同的夾持動作原理，選出三種方案，如下所述：基于方案比對的機械手夾持器創(chuàng)新設計方案一如上圖所示，該夾持設計采用連桿機構，前后兩滑塊通過絲桿連接，有電機驅動。當電機軸旋轉時帶動絲桿旋轉，使左邊的滑塊能夠向前（或向后）運動，使得夾持手收縮（或張開）。基于方案比對的機械手夾持器創(chuàng)新設計方案二如上圖所示，該夾持器采用鍥塊的前后運動，帶動夾持手指的上下張合。同樣鍥塊的運動也是由電機傳動控制?；诜桨副葘Φ臋C械手夾持器創(chuàng)新設計方案三如左圖所示，該夾持器采用齒輪嚙合原理，通過電機驅動齒輪軸使兩嚙合齒輪轉動，從而帶動夾持手指作張合運動?；诜桨副葘Φ臋C械手夾持器創(chuàng)新設計以上三種方案，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