小型夾持式機(jī)械手及手臂設(shè)計(jì)
小型夾持式機(jī)械手及手臂設(shè)計(jì),小型夾持式機(jī)械手及手臂設(shè)計(jì),小型,夾持,機(jī)械手,手臂,設(shè)計(jì)
黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
工 學(xué)院 機(jī) 械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 2008 級(jí) 3 班
學(xué)號(hào) 學(xué)生 指導(dǎo)教師
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 小型夾持式機(jī)械手及手臂設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）
一、設(shè)計(jì)技術(shù)要求、原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）
機(jī)器人在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用得特別廣泛，而其與外界環(huán)境直接接觸的部分是機(jī)械手，它可以代替人手，與外界環(huán)境中有毒以及有危害的物質(zhì)直接接觸以減少對(duì)人的危害，因此，設(shè)計(jì)機(jī)械手有特別重要的意義。
本課題要求設(shè)計(jì)出一個(gè)小型夾持式機(jī)械手及手臂部分。能實(shí)現(xiàn)對(duì)5kg?以內(nèi)的物品夾持，同時(shí)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，抬起運(yùn)動(dòng)。
在做本課題時(shí)，需要查閱機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)等資料。
二、設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)
設(shè)計(jì)出滿足要求的小型夾持式機(jī)械手及手臂，并完成該機(jī)械手及手臂主要部分的裝配圖與部分零件圖，查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇。
1、文獻(xiàn)綜述一篇，不少于3000字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000漢字。
2、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份，內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定的任務(wù)量。
3、圖紙若干（折合后不少于A1圖紙3張，可以用計(jì)算機(jī)繪圖）。
4、包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤一張。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范及有關(guān)要求，請(qǐng)查閱《黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊(cè)》。
三、時(shí)間安排
1-4 周 完成開題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述及總體方案設(shè)計(jì)
5-10 周 完成總體設(shè)計(jì)、完成部分機(jī)構(gòu)的裝配圖及部分零件圖并撰寫說明書
10-12 周 修改論文、資格審查等
13 周 畢業(yè)答辯
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日
計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2012 年 5 月 19 日
專業(yè)（教研室）審批意見：
審批人簽名：
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告表
課題名稱
小型夾持式機(jī)械手及手臂設(shè)計(jì)
課題來源
教師擬訂
課題類型
AX
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)
一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備
根據(jù)任務(wù)書的要求，在做本課題之前，查閱了與該課題相關(guān)的資料,學(xué)習(xí)了使用各種電腦軟件繪圖工具等等，有：機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)械制造工藝學(xué)與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)等一系列與設(shè)計(jì)相關(guān)的材料。有：AUTOCAD，CAXA等二維繪圖軟件。
二、設(shè)計(jì)的目的與要求
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)中最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該設(shè)計(jì)過程，可以檢驗(yàn)我對(duì)所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通的程度，大量翻閱與課題相關(guān)的資料，豐富了自己的知識(shí)面，同時(shí)培養(yǎng)我處理工程中實(shí)際問題的能力，熟悉使用了制圖軟件，辦公軟件等等，提高了動(dòng)手能力。因此對(duì)于這次的設(shè)計(jì)，我覺得意義特別重大。
三、設(shè)計(jì)的思路與預(yù)期成果
1、設(shè)計(jì)思路
這次設(shè)計(jì)的課題是小型機(jī)械手及手臂的設(shè)計(jì)，本課題應(yīng)該先去了解其作用，市場前景等因素，然后先整體后局部，先抽象后具體。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，在搜集、歸納分析資料的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)的主要 功能，確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的原理方案，并對(duì)各種方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，進(jìn)行方案選優(yōu)。深度理解機(jī)械手，及其手臂的整體結(jié)構(gòu)，弄清楚各部分工作的原理及相互之間的作用關(guān)系；其次根據(jù)所選參數(shù)并結(jié)合實(shí)際因素，運(yùn)用二維軟件對(duì)各部分進(jìn)行造型設(shè)計(jì)；最后參照已有的資料和多方經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造性的對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行最佳的工藝過程安排。
2、預(yù)期的成果
（1）設(shè)計(jì)出既符合使用要求又經(jīng)濟(jì)合理的數(shù)控工作臺(tái)；
（2）完成文獻(xiàn)綜述一篇，不少與3000字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000字；
（3）繪制裝配圖和部分零件圖；
（4）完成內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份；
（5）刻錄包含本次設(shè)計(jì)所有內(nèi)容的光盤一張。
四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排
2月17日之前完成開題報(bào)告；
3月 2 日之前完成文獻(xiàn)翻譯；
3月13日之前完成文獻(xiàn)綜述及總體方案設(shè)計(jì)；
3月30日之前完成裝配圖和部分零件圖的繪制；
4月27日之前完成設(shè)計(jì)說明書；
4月30日之前完成所有設(shè)計(jì)任務(wù)并修改；
5月19日畢業(yè)答辯。
五、完成設(shè)計(jì)所具備的條件因素
我已修完機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)械制造工藝學(xué)、、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、電工學(xué)、數(shù)控原理與系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床構(gòu)造及畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等課程，同時(shí)借助圖書館的相關(guān)文獻(xiàn)資料并查詢相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源。
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
課題來源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供
課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告 （2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
2
目 錄
1．任務(wù)書……………………………………………………… 1
2．開題報(bào)告…………………………………………………… 2
3．指導(dǎo)教師評(píng)閱表…………………………………………… 4
4．主審教師評(píng)審表…………………………………………… 5
5．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)審與總成績?cè)u(píng)定表…………… 6
6．畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書…………………………………………… 7
7．文獻(xiàn)綜述……………………………………………………44
8．文獻(xiàn)翻譯……………………………………………………54
9．光盤
10．設(shè)計(jì)圖紙或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)記錄
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 II 頁
小型夾持式機(jī)械手及手臂
摘 要
小型夾持式機(jī)械手由于可以代替人手，與外界環(huán)境中有毒以及有害的物質(zhì)直接接觸以減少對(duì)人的危害，并且具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)而受到越來越廣泛的重視。由于本設(shè)計(jì)要兼顧機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的要求，因此在機(jī)械手液壓控制系統(tǒng)的一般原理上進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了軌跡規(guī)劃，使它較好的達(dá)到了實(shí)際的設(shè)計(jì)要求。鑒于本項(xiàng)目中機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)工作已經(jīng)基本完成，本文主要側(cè)重于對(duì)液壓控制部分的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行描述。
首先，本文將概述小型夾持式機(jī)械手的基本組成和特點(diǎn)，并且闡述了國內(nèi)外研究狀況。
其次，本文將對(duì)機(jī)械手的總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并最終確定傳動(dòng)方案。
再次，本文將詳細(xì)闡述機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)過程。并給出示意圖和圖表加以說明。
最后，本文將對(duì)機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并對(duì)小型夾持式機(jī)械手及手臂進(jìn)行了簡單的軌跡規(guī)劃。
關(guān)鍵詞：夾持式，機(jī)械手，軌跡規(guī)劃
Small-sized and Holding-styled Mechanical Hand Am
Author :Wu di
Tutor : Yang Hansong
Abstract
The small-sized and holding-styled mechanical hand has been emphasized more and more widely because it can take the place of human hands and therefore avoid the direct touch with toxic and harmful materials to lessen the harm to people; also it can work repeatedly without feeling weary and worrying the dangerous condition; at the same time it has more strength than human hands when snatching heavy goods. This design makes some innovations based on the general principle of the hydraulic pressure control system of mechanical hand to meet the need of mechanical system and control system. Also the design makes projects on tracks for mechanical hand to make it meet the practical design needs better. The paper mainly describes how to design the hydraulic pressure control system because the design and realization of mechanical system and control system has been completed basically in the project.
First, we will expound the basic components and features of the small-sized and holding-styled mechanical hand in this paper; then we summarize the research status home and abroad.
Second, we will design the general schemes for the mechanical hand and then select transmission for the final scheme.
Next we will elaborate on the principle and designing process of the mechanical system and hydraulic pressure control system. Also we give sketch maps and charts to explain.
Finally we combine the mechanical system with the hydraulic pressure control system organically and make simple projects on tracks of the small-sized and holding-styled mechanical hand and arm.
Key words: holding-styled, mechanical hand, projects on tracks
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)綜述) 第 8 頁
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
學(xué)號(hào)
2012年 03 月 10 日
機(jī)械手設(shè)計(jì)
摘要：機(jī)械手是一種模擬人手操作的自動(dòng)機(jī)械。它可按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操持工具完成某些特定操作。應(yīng)用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動(dòng)條件，保證人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
關(guān)鍵詞 ：夾持、機(jī)械手、手臂、發(fā)展、原理、應(yīng)用
前言
隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展, 機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大.目前, 機(jī)械手不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦,冶金,石油,化學(xué),船舶等領(lǐng)域,同時(shí)也已開始擴(kuò)大到核能,航空,航天,醫(yī)藥,生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔,醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中.如,水下機(jī)器人,拋光機(jī)器人,打毛刺機(jī)器人,擦玻璃機(jī)器人,高壓線作業(yè)機(jī)器人,服裝裁剪機(jī)器人,制衣機(jī)器人,管道機(jī)器人等特種機(jī)器人以及掃雷機(jī)器人,作戰(zhàn)機(jī)器人,偵察機(jī)器人,哨兵機(jī)器人,排雷機(jī)器人,布雷機(jī)器人等軍用機(jī)器人都是機(jī)械手應(yīng)用的典型。機(jī)械手廣泛應(yīng)用于各行各業(yè).而且,隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩,未來各種專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家庭用消費(fèi)機(jī)器人將不斷貼近人類生活,其市場將繁榮興旺。
一、機(jī)械手的歷史
它是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機(jī)械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。
機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年，美國機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。這兩種出現(xiàn)在六十年代初的機(jī)械手，是后來國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。
目前，機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(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，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(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)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)節(jié)。
二、機(jī)械手的組成分類及驅(qū)動(dòng)
2.1 機(jī)械手的組成
一般來說，機(jī)械手主要有以下幾部分組成：
1.手部(或稱抓取機(jī)構(gòu)) 包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等，主要起抓取和放置物件的作用。
2.傳送機(jī)構(gòu)（或稱臂部） 包括手腕、手臂等，主要起改變物件方向和位置的作用。
3.驅(qū)動(dòng)部分 它是前兩部分的動(dòng)力，因此也稱動(dòng)力源，常用的有液壓氣壓電力和機(jī)四種驅(qū)動(dòng)形式。
4.控制部分 它是機(jī)械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng)，由它來控制動(dòng)作的順序（程序）、位置和時(shí)間（甚至速度與加速度）等。
5.其它部分 如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程檢測裝置和傳感裝置等。
2.2 機(jī)械手的分類
機(jī)械手從使用范圍、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及臂力大小四個(gè)方面的分類分別為：
1. 按使用范圍分類：
（1）專用機(jī)械手 一般只有固定的程序，而無單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線用以自動(dòng)傳送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料機(jī)械手”、“曲拐自動(dòng)車床機(jī)械手”、“油泵凸輪軸自動(dòng)線機(jī)械手”等等。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，適用于動(dòng)作比較簡單的大批量生產(chǎn)的場合。
（2）通用機(jī)械手 指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，不從屬于某種機(jī)器，而且能自動(dòng)完成傳送物件或操作某些工其的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手按其定位和控制方式的不同，可分為簡易型和伺服型兩種。簡易型只是點(diǎn)位控制，故屬于程序控制類型，伺服型可以是點(diǎn)位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù)字控制類型。
2. 按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式分類：
（1）直角坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)，亦即臂部可以前后伸縮(定為沿X方向的移動(dòng))、左右移動(dòng)(定為沿Y方向的移動(dòng))和上下升降(定為沿Z方向的移動(dòng))；
（2） 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的X和Z方向移動(dòng)，又可繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)(定為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng))，亦即臂部可以前后伸縮、上下升降和左右轉(zhuǎn)動(dòng)；
（3）球坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸X方向移動(dòng)，還可以繞Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即手臂可以前后伸縮(沿X方向移動(dòng))、上下擺動(dòng)(定為繞Y軸擺動(dòng))和左右轉(zhuǎn)動(dòng)(仍定為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng))；
（4）多關(guān)節(jié)式機(jī)械手 這種機(jī)械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大臂的連接(肘部)以及大臂和機(jī)體的連接(肩部)均為關(guān)節(jié)(鉸鏈)式連接，亦即小臂對(duì)大臂可繞肘部上下擺動(dòng)，大臂可繞肩部擺動(dòng)多角，手臂還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)。
3. 按驅(qū)動(dòng)方式分類：
（1）液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
（2）氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
（3）電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
（4）機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 是將主機(jī)的動(dòng)力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳遞給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式。
4. 按機(jī)械手的臂力大小分類：
（1）微型機(jī)械手 臂力小于1㎏；
（2）小型機(jī)械手 臂力為1－10㎏；
（3）中型機(jī)械手 臂力為10－30㎏；
（4）大型機(jī)械手 臂力大于30㎏。
2.3 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)
如前所述，機(jī)械手有四種驅(qū)動(dòng)方式，而當(dāng)中的液壓與氣壓跟機(jī)械和電力相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 空間布局安裝不受嚴(yán)格的空間限制，能構(gòu)成其它方法難以組成的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
2．液壓與氣壓驅(qū)動(dòng)傳遞的運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。
3. 操作控制方便，省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、中遠(yuǎn)距離控制、過載保護(hù)。與電氣控制、電子控制結(jié)合，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)和自動(dòng)過載保護(hù)。
4. 液壓與氣壓元件屬機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)件，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度較高，有利于縮短設(shè)計(jì)、制造和降低制造成本。
基于以上幾點(diǎn)，液壓與氣壓驅(qū)動(dòng)在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。液壓與氣壓作為機(jī)械手的兩種常見驅(qū)動(dòng)方式，其發(fā)展也對(duì)機(jī)械手的應(yīng)用具有一定的促進(jìn)作用。液壓與氣壓都是以流體（液壓油液或壓縮空氣）為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的。液壓的優(yōu)點(diǎn)是單位質(zhì)量輸出功率大，因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)的動(dòng)力元件可以采用很高的壓力（一般可達(dá)32MPa,個(gè)別場合更高），因此，在同等輸出功率下具有體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)動(dòng)慣性小、動(dòng)態(tài)性能好的特點(diǎn)。而氣壓傳動(dòng)的突出優(yōu)點(diǎn)是：介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且起源壓力較低，因此，氣壓機(jī)械手抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以一般適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。相比之下，液壓一般用于低速，重載和低污染的環(huán)境下。
眾所周知，液壓驅(qū)動(dòng)多年來一直以礦物型液壓油為工作介質(zhì)，然而油壓存在著污染環(huán)境、易燃燒、浪費(fèi)能源的嚴(yán)重問題，一方面有背于當(dāng)今制造業(yè)環(huán)保、節(jié)能的發(fā)展方向，另一方面在一定程度上限制了液壓技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類環(huán)保、能源危機(jī)意識(shí)的提高，除了繼續(xù)使用高水基液作為液壓介質(zhì)外，促使人們重新認(rèn)識(shí)和研究以純水(不含任何添加劑的天然水(含海水和淡水))作為工作介質(zhì)的“綠色”液壓技術(shù)一純水液壓傳動(dòng)技術(shù)，并在近20年來使其不論在理論上還是在應(yīng)用研究上，都得到了持續(xù)穩(wěn)定地復(fù)蘇和發(fā)展。
純水液壓傳動(dòng)具有無污染危害，阻染性與安全性好、溫升小，介質(zhì)經(jīng)濟(jì)性好，維護(hù)監(jiān)測成本較低，黏度對(duì)溫度變化不敏感，壓力損失小，發(fā)熱小，傳動(dòng)效率高，流量穩(wěn)定性好，系統(tǒng)的剛性大等技術(shù)優(yōu)勢。雖然純水液壓傳動(dòng)還存在泄漏與磨損、氣蝕、液壓沖擊、振動(dòng)和噪聲、材料腐蝕與老化等技術(shù)難題，但隨著新工藝、新材料以及新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和發(fā)展，終將會(huì)得以解決。未來，預(yù)計(jì)純水液壓將會(huì)是主要的發(fā)展熱點(diǎn)和方向。
三、機(jī)械手的應(yīng)用意義及發(fā)展趨勢
3.1 機(jī)械手應(yīng)用意義
機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一(張志獻(xiàn)，2002)。新世紀(jì)，生產(chǎn)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展?，F(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。然而在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序銜接起來，不僅費(fèi)時(shí)而且效率不高。同時(shí)人的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)失誤及傷害。顯然，這嚴(yán)重影響制約了整個(gè)生產(chǎn)過程的效率和自動(dòng)化程度。機(jī)械手的應(yīng)用很好的解決了這一情況，它不存在重復(fù)的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。
在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用具有以下意義：
3.1.1. 可以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度
應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。
3.1.2. 可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故
在高 溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)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地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。同時(shí)，在一些動(dòng)作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(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。
3.1.3.可以減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)
應(yīng)用 機(jī) 械 手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。
3.2 機(jī)械手的發(fā)展趨勢
目前國內(nèi)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。
國外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機(jī)械數(shù)的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。
目前世界高端工業(yè)機(jī)械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到3M/S，量產(chǎn)產(chǎn)品達(dá)到6軸，負(fù)載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時(shí)，隨著機(jī)械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)突破傳統(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。
集中體現(xiàn)到一下三個(gè)方面。
3.2.1 重復(fù)高精度
精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度, 它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次, 機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要, 如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確, 通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差, 這個(gè)誤差是可以預(yù)測的, 因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍, 它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高, 它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊, 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。
3.2.2 模塊化
有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù), 而把模塊化拼裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置, 使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。模塊化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能, 擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍, 是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。
3.3 .3 機(jī)電一體化
由“可編程序控制器- 傳感器- 液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件, 使液壓技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”; 省配線的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今, 電磁閥的線圈功率越來越小, 而PLC的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來越可能。
總結(jié)
機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是很亮國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。生產(chǎn)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展?，F(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。然而在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序連接起來，不僅費(fèi)時(shí)而且效率不高。同時(shí)人的勞動(dòng)遷都非常大，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)失誤及傷害。顯然，這嚴(yán)重影響制約了整個(gè)生產(chǎn)過程的效率和自動(dòng)化程度。機(jī)械手的應(yīng)用和好的解決了這種情況，他不存在重復(fù)的偶然失誤，也能有效避免了人身事故。
綜上所述，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩,未來各種專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家庭用消費(fèi)機(jī)器人將不斷貼近人類生活,其市場將繁榮興旺。
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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 IV 頁
目 錄
1 緒論......................................................................................................................................1
1.1 課題研究的目的和意思.............................................................................................1
1.2 國內(nèi)外研究狀況.........................................................................................................2
1.3 機(jī)械手的特點(diǎn).............................................................................................................2
1.4 機(jī)械手的組成.............................................................................................................3
2 總體方案設(shè)計(jì)......................................................................................................................4
2.1 機(jī)械手動(dòng)作規(guī)劃.........................................................................................................4
2.2 傳動(dòng)方案的確定.........................................................................................................4
2.2.1 手部方案的確定............................................................................................5
2.2.2 手臂俯仰方案的確定....................................................................................5
2.2.3 手臂回轉(zhuǎn)方案的確定....................................................................................6
3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..................................................................................................................7
3.1 手部設(shè)計(jì).....................................................................................................................7
3.1.1 手指夾緊力的確定........................................................................................7
3.1.2 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................................................................7
3.2 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)............................................................................................................ 9
3.2.1 手臂材料的選擇........................................................................................... 9
3.2.2 手臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).......................................................................................10
3.2.3 手臂俯仰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).......................................................................................15
4 機(jī)械手液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).................................................................................................16
4.1 驅(qū)動(dòng)方式的選擇........................................................................................................16
4.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算................................................................................................17
4.2.1 夾緊缸設(shè)計(jì)...................................................................................................17
4.2.2 手臂俯仰缸設(shè)計(jì)...........................................................................................22
4.3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定............................................................................................25
4.3.1 夾緊系統(tǒng)原理圖的擬定...............................................................................25
4.3.2 俯仰系統(tǒng)原理圖的擬定...............................................................................25
4.3.3 系統(tǒng)合成.......................................................................................................26
4.4 液壓泵的計(jì)算..........................................................................................................27
5 機(jī)械手軌跡規(guī)劃.................................................................................................................28
結(jié)論...........................................................................................................................................30
致謝...........................................................................................................................................31
參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................32
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