自動澆鑄機械手設計

摘 要摘要本文簡要介紹了工業(yè)機械人的概念，澆鑄機械手的組成，機械手的各個部件的整體尺寸設計。本文著重對機械手進行總體方案設計，確定了機械手的坐標形式和自由度，確定了機械手的技術參數。同時，設計了機械手的手部結構，設計了機械手的手腕結構，計算了手腕轉動時所需的驅動力矩和回轉液壓缸的驅動力矩。設計了機械手的手臂結構。設計出了機械手的液壓系統(tǒng)，繪制了機械手液壓系統(tǒng)工作原理圖，大大提高了繪圖效率和圖紙質量。關鍵詞：工業(yè)機械人 機械手 澆鑄機械手IIAbstractAbstractAt first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the Eller. Dairy information of the development brief. What is more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic. The paper introduces the function composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator. The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator. This paper designs the structure of the wrist, computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump. The paper designs the structure of the arm.KeyWords：industrial robot manipulator pump air pressure driveV目 錄目錄摘要IAbstractII1緒論11.1機械手的分類21.2機械手的組成41.3應用機械手的意義61.4用機械手的歷史72 總體技術方案及系統(tǒng)組成82.1 原始數據82.2 工作需要92.3 工作結構102.4 動作分析102.5總體技術方案113 手部機構設計123.1 手部機構設計要求123.2手部結構分類123.3自動澆鑄機械手結構設計143.4升降液壓缸的支撐架設計184 手腕的結構設計204.1 腕部總體設計204.2腕部的設計要求204.3腕部的結構尺寸214.4手臂傾倒液壓缸的設計245 手臂和機身的尺寸設計及校核295.1 臂部和機身的簡介295.2臂部設計的基本要求305.3手臂的尺寸設計305.4 手臂的尺寸校核325.5 手臂升降液壓缸的設計335.6 液壓缸內徑D和活塞桿直徑d的確定355.7液壓缸壁厚和外徑的計算365.8手臂升降液壓缸的校核376 腰部與底座及回轉液壓缸的設計386.1 底座的設計386.2 回轉液壓缸的設計386.3 回轉液壓缸的尺寸設計396.4 回轉液壓缸的尺寸校核416.5 回轉軸的設計426.6 上軸的設計436.7上軸座的設計44結 論46參考文獻47致 謝48緒論1緒論選題背景澆鑄，在不加壓或稍加壓的情況下，將液態(tài)單體、樹脂或其混合物注入模內并使其成為固態(tài)制品的方法。塑料的鑄塑成型類似于金屬的澆鑄，它是將配制好的液態(tài)原料澆入模具，固化后得到與模腔形狀和尺寸相近的塑料制件，這種方法稱為塑料的鑄塑成型。澆鑄法分為靜態(tài)澆鑄、嵌鑄、離心澆鑄、搪塑、旋轉鑄塑、滾塑和流延鑄塑等。 在現代工業(yè)中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有機械手。在沖床上采用送料機械手取代人工送料已成為最有效防止工傷事件的安全生產措施。機械手不但可以實現安全操作，也提高了產品品質和生產效率，降低了廢品率。機械手是在自動化生產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、自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產力。機械手越來越廣泛的得到了應用，在機械行業(yè)中它可用于零部件組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應于中、小批量生產，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。當工件變更時，柔性生產系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產品質量，更好地適應市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模和產業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產水平的提高，從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計是非常有意義的。1.1機械手的分類工業(yè)機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內尚無統(tǒng)一的標準，在此暫按目前應用比較多的兩個方面進行分類。1.1.1按所搬運的工件重量分類1. 小型的-臂力在1公斤以下；2. 中型的-臂力在1-30公斤以內；3. 大型的-臂力在30公斤以上。目前大多數工業(yè)機械手其搬運的數量為中型的。1.1.2按機能分類 1)簡易型通用機械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序由擋塊或凸輪轉鼓控制來給定程序。 這種機械子多為氣動或液壓驅動，結構簡久成本較低，改變程序較容易。只適用于程序較簡單的點位控制，實現重復性操作作為一般單機服務的搬運工作也完全夠。目前這種機械子數量最多。專用機械手具有動作少，工作對象單一，結構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大附屬，如自動機床，自動線上的下料機械手和加工中心批量自動化生產的自動換刀機械手。 2)示教再現型通用機械手 這種機械下出人工通過示教裝置領動一路或者子先操作給定一溫，稱為示教。它由磁鼓(或磁形、磁芯)把程序記錄下來此后機械手就自動按記憶的程序重復地進行循環(huán)動作。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服行兩種：簡易型以開關式控制定位，只能是點位控制：伺服行具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以點位控制，也可以實現連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機械手屬于數控類型。 3)具有視覺、觸覺的通用機械于 這種機械手由電子計算機控制，裝備有電視攝像管和傳感器各因而具有視覺、熱感觸覺等。這種機械手我國目前還處于研制階段。硬臂式助力機械手與氣動平衡吊和軟索式助力機械手一樣都具有全行程“漂浮”功能，區(qū)別是在有扭矩產生的情況下無法使用氣動平衡吊或是軟索式助力機械手，而必須選用硬臂式助力機械手。比如在工件重心遠離臂懸掛點，或是工件需要翻轉或傾斜情況下，必須選用硬臂式助力機械手，還有在廠房高度有限情況下，可以選用硬臂式助力機械手。 硬臂式助力機械手可以實現提升最大500Kg的工件，半徑最大可以達到3000mm，提升高度最大2500mm。根據起吊工件重量不同，應選擇符合最大工件重量的最小型號的機器，如果我們用最大負載200Kg的機械手來搬運30Kg的工件，那么操作性能肯定不好，感覺很笨重。 區(qū)別于硬臂式助力機械手的是T型助力機械手沒有雙關節(jié)機械臂，它的前后左右位移靠導軌來實現。由于T型助力機械手沒有機械臂，因而它比硬臂式顯得小巧，更適合于操作空間狹小的場合。 T型助力機械手的最大負載要比硬臂式小，只有200Kg，但提升高度可以根據客戶要求設計，而且搬運范圍要比硬臂式大的多。 配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個循環(huán)，同時會報警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。并設有安全系統(tǒng)，在搬運過程中或是工件沒有被放置在安全表面時，操作者不能釋放工件。 配合各種非標夾具，硬臂式助力機械手可以實現起吊各種形狀的工件。安裝形式為導軌移動。配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個循環(huán)，同時會報警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。并設有安全系統(tǒng)，在搬運過程中或是工件沒有被放置在安全表面時，操作者不能釋放工件。 上海永乾制造的助力機械手（含硬臂式、軟索式）還可以在用戶現場氣壓不足的情況下，增加增壓泵，可以使設備運行更加平穩(wěn)。 配合各種非標夾具，硬臂式助力機械手可以實現起吊各種形狀的工件。安裝形式可以是地面固定、懸掛固定或是導軌移動。1.1.3 手部設計要求 1手部應有足夠的夾緊力。除工件的重力外，還要能不使工件在傳送過程中松動或脫落； 2夾持范圍要與工件相適應。手爪的開閉角度(手爪張開或閉合時兩個極限位置所擺動的角度)應能適應夾緊較大的直徑范圍； 3夾持精度要高。既要求工件在手爪內定位準確，又不夾壞工件表面。一般需根據工件的形狀選扦相應的手爪結構：如圓柱形工件應采用帶v形槽的手爪來定位；對于工件表面光潔度較高的，應在手爪上鑲銅、夾布膠木或其他軟質墊片等 4夾持動作要迅速、靈活； 5手部結構耍簡單緊湊、剛性好、自重輕、易磨損處應便于更換在腕部或臂部上安裝要方便，更換要迅速。1.2機械手的組成機械手主要由手部、運動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有23個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現所要功能。工業(yè)機械于的結構有簡單的也有復雜的。但從結構形式分析，主要有執(zhí)行機構驅動系統(tǒng)、位置檢測裝置和控制系統(tǒng)等組成。圖l一1是其示意圖。 圖1-1 機械手結構示意圖1執(zhí)行機構它包括手部、腕部、臂部、立柱等基本結構組成：1手部是夾持工件的構件。它由于爪和夾緊裝置兩部分組成。手爪有夾緊和松開動作。夾持式手爪的形式與人兇手指相仿。另外還有真空和電磁吸盤(相當于手爪)，用來吸取表面光滑的零41：或薄板。有的手爪還可夾持一些專用工具，如噴槍、扳手、焊接工具等。 2腕部是聯接于部和臂部的構件，起文撐手部的作用。它可以有俯仰、左右擺勸和回轉三個運動。特殊情況可以增加一個橫向移動。有的機械于沒有手腕動作。 3臂部是文撐手部、腕部的構件。機械于的臀部是為取代人的手臂而研究設計的，但它卻達不到象人密的靈巧和適應功能。因此，只有把結構簡化，把運動軌跡分為沿三坐標軸線方向往復移動和繞三坐標軸線進行回轉。一般手何又有前后伸縮、左右回轉、上下升降或上下擺動等幾個運動。根據需要可選其中一個、二個或三個運動。 4立柱是支撐手臂等構件的。一般機械于的立往為固定不動的，也有的因工作需要立往作橫向移孔此種稱可移動式立柱。 5行走機構在機械手要求完成較遠距離的操作時，可增加滾輪、軌道等行走機構。6. 機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。2 驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)是驅動臂部、腕部、手部的動力沉。它有氣動、種形式由直線缸、回轉缸、各種閥、管及管接頭等組成。驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置，通常由動力源、控制調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。 氣壓驅動的優(yōu)點是：容易獲得快速運動，機械手可引用一般工廠都有的壓縮空氣元，因此結構簡單，成本低廉；空氣不象油那樣怕熱和易燃；維修方便；特別是和射流控制很容易結合起來使用。其缺點是：氣壓低，出力小，執(zhí)行機構體積大；壓縮性大，阻尼緩沖效果差，較難實現中間位置的停止，若要求較高的定位精度，必須增設較復雜的緩沖、定位機構。在機械手個液壓驅動是用的最多的方式。利用油缸、油馬達和齒條齒輪實現直線運動，利用回轉油缸、油馬達與齒輪齒條或鏈輪鏈條實現回轉運動。3 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機械手的重要組成部分，它是支配機械手按規(guī)定程序、行程和速度進行運動的裝置。它必須保存或記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序，到達位置和時間信息)。機械手工作時根據這些信息對機械手的執(zhí)行機構按程序發(fā)出控制指令，必要時還可對機械手的動作進行監(jiān)機當動作錯誤或發(fā)生故障時可發(fā)出管報信號。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電器定位（或機械擋塊定位）系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定程序運動。4 行程位置檢測裝置行程位置檢測裝置的作用是控制機械手每個動作的運動位置，或將運動系統(tǒng)的位置反饋約控制系統(tǒng)，再由控制系統(tǒng)進行調節(jié)，使機械手實現位置精度的要求?？刂茩C械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使機構以一定的精度達到設定位置。5 輔助裝置1基體是機械手的基礎部分基體上，它起支承作用。2油箱用來存獨和供油的裝置，并使油散熱和雜質沉淀3氣瞞貯存壓縮空氣。1.3應用機械手的意義隨著科學技術的發(fā)展，機械手也越來越多的被應用。在機械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、校驗等工種都有應用的實例。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應用。在機械工業(yè)中，應用機械手的意義可以概括如下：（1）以提高生產過程中的自動化程度 應用機械手有利于實現材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產率和降低生產成本。（2）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、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，而應用機械手就可以部分或全部代替人安全完成作業(yè)，是勞動條件得以改善。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。（3）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)奏的進行生產工作。能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現的工業(yè)機器人，也是最早出現的現代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 綜上所述，有效地應用機械手是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。1.4用機械手的歷史它是在早期出現的古代機器人基礎上發(fā)展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術的發(fā)展，特別是1946年第一臺數字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展，又為機器人的開發(fā)奠定了基礎。另一方面，核能技術的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機械手，1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手。 機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產品最早的實用機型（示教再現）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 192 總體技術方案及系統(tǒng)組成2 總體技術方案及系統(tǒng)組成2.1 原始數據用途：用于冷室壓鑄機澆鑄鋁合金溶液。規(guī)格參數： 澆包最大容量： 8公斤 自由度數： 3個 坐標形式： 類似球坐標 手臂運動參數： 回轉（&）： 110 俯仰（）： 54 澆包最大傾斜角（1）： 70 驅動方式： 液壓 控制方式： 繼電器固定程序控制 圖 2-1 澆鑄機裝配圖2.2 工作需要澆鑄機械手（即澆包1）的初始位置，停在保溫爐坩堝2的金屬液面的上方，在此進行保溫，等待澆鑄。當630噸壓鑄機慢速合模時，壓鑄機的電控裝置發(fā)信，使機械手升降油缸6動作，澆包開始下降并浸入液態(tài)金屬內，直到電極B接觸金屬液面，電壓繼電器2XJ發(fā)信，澆包停止下降，并用時間繼電器控制澆包，已裝滿液態(tài)金屬，而后澆包上升，在提升過程中將多余的金屬溶液從澆包的后擋板溢出，直到澆包底面超過保溫爐坩堝的最高點，碰到限位開關1XW，提升結束。同時，機械澆鑄手手臂3慢速回轉（由回轉油缸5驅動），當碰限位開關5XWK后，手臂變?yōu)榭焖倩剞D。當碰限位開關6XWK后，又轉變?yōu)槁倩剞D，直到碰限位開關3XWK后停止回轉。此時，630噸壓鑄機模具合嚴，機械手的傾倒油缸4動作，經過繩索拉動傾倒機構，帶動澆包翻轉倒料，經延時后，控制傾倒油缸復位，并使手臂反向回轉，當碰限位開關4XWK后手臂反轉結束，同時升降油缸活塞上升，澆包下降，直至電極A接觸金屬液面，電壓繼電器1XJ發(fā)信，使升降油缸動作停止，澆包就停在熔融金屬液面上一定距離處保溫，準備第二次動作循環(huán)。 圖 2-2 澆鑄機工作原理 圖2-3 澆鑄機工作原理圖2.3 工作結構本機械手主要有手臂、手臂回轉支架、傾倒機構、澆包、傾倒油缸、回轉油缸、底座、升降油缸等部分組成。2.4 動作分析手臂1為一平行四邊形機構，它具有俯仰和回轉運動。手臂俯仰運動是通過鉸鏈支撐的升降油缸10來達到，使得平行四邊形的機構連桿E（它帶動澆包）作平面平行運動，即澆包有升降和橫移運動。手臂的回轉運動是由回轉油缸8來實現的。手臂1上有安裝有彈簧6，通過繩索和滑輪與傾倒機構3聯接，用來使傾倒機構復位，同時也起緩沖作用。為適應壓鑄機壓鑄不同零件或控制零件最佳加工余量的需要，澆鑄機械手的澆包容量可以調節(jié)。對于大容量調節(jié)采用調換澆包的辦法，松開螺釘5（共四只），便能更換澆包。對于小容量調節(jié)，可調節(jié)電極B與金屬液面的間距。另外，也可調節(jié)螺釘5，使?jié)舶什煌膬A斜角度達到微量調節(jié)。630噸壓鑄機澆注機械手設備有4,6,8公斤三種容量的澆包，他們的結構相同，只是尺寸有異。2.5總體技術方案畢業(yè)設計的目的就是要把我們所學的比較分散的只是綜合起來，并進行靈活運用?，F在的發(fā)展趨勢是機電一體化，因此，我們畢業(yè)設計就是要將“機”、“電”、“液”三者結合起來?！皺C”是指機械，機械手的動作過程可以分五部分，即機械手的上升下降、機械手的上升、傾倒、回轉都要靠機械方面來完成。3 手部結構設計3 手部機構設計3.1 手部機構設計要求1手部應有足夠的夾緊力。除工件的重力外，還要能不使工件在傳送過程中松動或脫落； 2夾持范圍要與工件相適應。手爪的開閉角度(于爪張開或閉合時兩個極限位置所擺動的角度)應能適應夾緊較大的直徑范圍； 3夾持精度要高。既要求工件在于爪內定位準確，又不夾壞工件表面。一般齋根據工件的形狀選扦相應的手爪結構：如元住形工件應采用帶v形格的手爪來定位；對于工件炭面光潔度較高的，應在手爪上鑲銅、央布膠木或其他軟質墊片等；4夾持動作要迅速、靈活；5手部結構耍簡單緊湊、剛性好、自重輕、易磨損處應便于更換，在腕部或臀部上安裝要方便，更換要迅速。手腕是連接手部和手臂的部件它的作用是調整工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等諸多因素有關。由于本機械手水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設以繞X軸的回轉運動才可以滿足工作的要求，目前實現回轉運動的機構，使用最多的是回轉液壓缸，因此我們選用回轉液壓缸。它結構緊湊，但回轉角度小于360，并且要求嚴格的密封。3.2手部結構分類手爪的類型大致分為下列三種： 1夾持式手爪：根據手爪的功作可分為回轉型和平移型；根據手指的數量可分為雙指和多指式；根據夾持工件的方法又可分為外卡式和內脹式兩種。2吸附式于瓜；分為真空吸盤式和電磁吸盤式兩種。真空吸盤式義分為真空泵式和氣流焚壓式。真空吸盤是用橡膠或塑料制成杯狀，在吸盤內部邊緣處，加上23個同心元皺折，以保證吸附的可靠性。真空吸盤與夾持式相比，有一些優(yōu)點：結構簡單，缺點是要求所吸工件表面平整、無孔和無油。真空吸盤適用于薄板或樹脂等制成的物件。表面吸附力分布均勻，由于吸力由吸盤大小和氣壓強弱來決定，當吸力大時，應專設真空泵系統(tǒng)。一般常用噴射(負壓)原理來使用。它在國內沖壓行業(yè)中自動上料裝置上，應用很普遍。 對于輕小工件，可以不裝真空泵系統(tǒng)。比較簡單的辦法是利用壓縮空氣排氣產生負壓吸住工件；或將軟質吸盤按壓在工件平面上擠出吸盤內的空氣，造成真空吸住工件。電磁式手爪用予夾持式手爪與真空泵式手爪難以抓取的工件或細小的工件。它可采用電磁鐵，其結構形式類同于真空吸盤式；也有如同夾持式的結構，手爪內裝磁鐵。 采用永久磁鐵吸附工件，需要用外力釋放工件，因此，一般不用它為好。 電磁式吸盤吸過的工件往往會產生剩磁問題，對于剩磁有一定要求的工件，使用電磁式手爪時必須加以考慮。手部(亦稱抓取機構)是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小重量材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機械手的于部結構是多種多樣的，大部外的手部結構是根據鈴定的工件要求而設計的。歸結起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夾持和吸附兩大類。 夾持類常見的主要有夾鉗式，此外還有釣托式和彈簧式。夾持式手部按其手指夾持工件時的運動方式，可分為手指回轉型和手指平移型兩種3帶觸覺或視覺的手爪。除了幾種帶傳感器的手爪外，還有根據工件所在位置，控制手臂移動，逐步使兩手爪同時夾緊工件的帶傳感器機械手。圖31是其控制過程示意圖。圖31a為正在夾緊過程中的示意圖，圖31b是于爪的右指接觸工件，而左指沒有觸到工件，此時發(fā)出信號后位手臂右移；若是如圖31c位置所示，則發(fā)出信號使手臂左移。這樣一直控制兩個手指同時夾持工件為止。 圖3-1 控制示意圖3.3自動澆鑄機械手結構設計根據設計的工作需要，要澆鑄液體，所以采取勺式結構，以便盛取液體，由于要傾倒、復位，所以需設計拉桿傾倒機構。1 本課題液壓機械手的手部結構如圖3-2所示： 圖3-2 澆包圖3-2根據經驗設計澆包各部位尺寸如下： 澆包半徑： 55 澆包橫長： 265 澆包高度： 245 進液體擋板高度： 200 進液體口： 邊長為40的正方形 隔板高度： 215 壁厚： 7 支撐耳朵直徑： 160 其它具體尺寸見所畫的三維圖形。2 設計如圖3-3所示的傾倒機構 圖3-3 傾倒機構基本尺寸： 短桿長： 120桿長垂直間距： 281吊鉤位置距離上桿： 240其他尺寸見圖形。 3.4升降液壓缸的支撐架設計根據經驗設計如下3-4圖的結構： 圖3-4 支架基本尺寸：支架高度： 700擋板寬度： 200園板直徑： 420其它具體尺寸見三維圖。4 手腕的結構設計4 手腕的結構設計4.1 腕部總體設計手腕部件設置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎上進一步改變或調整其在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變得更靈巧，適應性更強腕部是連接手部和臂部的構件，它具有獨立的自由度，使機械手適應復雜動作的要求。腕部的動作有繞x軸轉動稱為回轉；繞丫抽轉動稱為俯仰；繞Z軸轉動稱為左右擺動；還可有沿Y軸方向移動的自由度，圖41為其運動示意圖。圖4-1 腕部運動示意圖4.2腕部的設計要求1腕部自由度的選取在臂部運動的范圍內，當可以滿足抓取工件和傳送工件等要求時，應盡可能不設計腕部的運動。這樣，則可使機械手結構簡單、制造方便和成本降低。 根據抓取對象和機械手的坐標形式的需要，可增加腕部的自出度。如腕部的回轉運動，這是在手爪夾持工件后，需要翻轉角度，或者機械手從一個工位轉到另一個工位時，需要工件翻轉。若是采用臀部購則使機械于的穩(wěn)定性降低，因為，臂部長度大，回轉時稍有偏心(特別是高速回轉時)，使機械手的離心力增加，臂部振動加大，影響定垃精度。因此，應設計腕部的回轉*若機械手是球坐標形式，腕部應設計具有梢仰運動，以保持手爪處于水平位置，不影響手爪的工作。 還要根據加工工藝的要求，設計骯部在丫軸方向的移動運動。如機械手將工件送到某工位后，需要把工件定位夾緊，為使機床運動簡化，而要求腕部沿丫袖方向做少量的移位的運動。如用項尖支承的軸類零件，在用機械手取下土件時，為脫離主軸頂尖而需要有骯部的橫移運動。 總之，腕部自由度的選取應在臂部自由度確定以后，再根據工件的料道位置、工藝要求、應用范圍及制造成本等方面綜合分析，以確定最佳的方案，確定出腕部合適的自由度數。2腕部的動作要靈活、自重要輕在設計腕部結構時，應力求結構簡單緊湊，減輕結構的重量。機械手配合機器運轉，腕部的動作時間往往在幾秒鐘以內，甚至不超過一秒，所以腕部一定要靈活，在保證構件的強度和剛度的條件下，回轉件盡量采用滾動軸承或滾校，減少阻力，降低摩擦。3腕部運動位要淮確 手腕的回轉、俯仰與左右擺動等運動位置都要求準確，除對零部件配合精度嚴格要求以外，要采取措施消除傳動部件之間的間隙。根據需要可設置位置檢測元件，來控制手腕的準確位置。4.3腕部的結構尺寸1 腕部回轉運動結構用回轉證實現小于360。的回轉運動 2 腕部左右擺動結構根據工件的工藝要求，需要手腕做左右擺動運動。對于抓取非中心對稱的工件，當手臂回轉時，工件方位變化，往往需要用于腕左右擺動予以補償。3 腕部俯仰運動結構它是通過安裝在手臂上的氣缸，推動于腕上的齒輪，使之向下傭仰一定角度，放置工件，然后活塞稈向左移動，使手爪恢復平直狀態(tài)，再去抓取工件。4 腕部的回轉與俯仰復合運動結構 為了擴大機械手的應用范圍，同時要減少結構中的零件數量，使結構簡單、自重輕，設計腕部具有兩個自由度的結構。根據澆包的尺寸大小，與腕部的工作需要，暫定腕部支撐結構尺寸為如下： 圖4-2支架 支撐件寬： 285 支撐件高： 375 支撐件厚： 180 吊環(huán)高度： 375其他尺寸見圖形具體尺寸。4.4手臂傾倒液壓缸的設計1 手臂傾倒機構受力情況分析傾倒機構如下圖4-3所示： 圖4-3傾倒機構2 基本數據：彎桿角度: 120水平桿長度： 120提升加速度： 1.22rds 3 傾倒機構受力簡化圖如下： 圖4-4 傾倒機構受力簡化圖1 計算F彈簧0 N 根據機構所受的力矩平衡得: 23L1GmaF液壓缸(0.02820.2212.4-1 a1.22rds 230.2101.2288F液壓缸0.2019 F液壓缸626.9 NF液壓缸L2F1L3.4-2626.9323.4F1243.5 F1832.6 F2F1sin30832.6121665 N2 計算F彈簧 圖4-5計算彈簧受力圖 設此時加速的a4 ms F彈簧cos60L1F2L24-3 F20.06F彈簧0.323 F彈簧804273.620.323 0.06 50 NF總 F1F彈簧1715 N4-44 傾倒液壓缸的設計液壓系統(tǒng)自60年代初到現在，已在機械手中獲得廣泛應用。目前，雖在中等負載以下的機械手中有采用電機驅動系統(tǒng)，但在簡易經濟型、重型的工業(yè)機械手和噴涂機械手中采用液壓系統(tǒng)的仍然占有較大比例。液壓系統(tǒng)在機械手中所起的作用是通過電一液轉換元件把控制信號進行功率放大，對液壓動力機構進行方向、位置和速度的控制，進而控制機械手和手臂按約定的遠動規(guī)律動作。這類機械手屬于伺服控制機械手，在只有簡單搬運作業(yè)功能的機械手中，常常采用簡易的邏輯控制或編程控制，對機械手現有限位的控制。這類機械手的液壓系統(tǒng)設計與其它液壓機械設計所考慮慮的問題大致相同，只有在以下方面須加以互視。 1液壓缸沒計：在確保密封性的前提下，盡量選用橡膠與氧化塑料組合曲密封件，以減小摩換阻力，提高液壓缸的壽命。 2定位點的緩沖與制動：因機械于手臂的運動慣量較大，在定位點前要加緩沖與制動機構或鎖緊裝置。 3對慣性較大的運動軸和接近機械手末端的腕部遠動軸的液壓缸兩側，最好加設安全保護裝置，防止因碰撞過載損壞機械結構。 圖4-6傾倒液壓缸基本尺寸： 根據負載選擇執(zhí)行元件的工作壓力PL0.8MPa ApFLPL 17160.81064-5 = Ap0.002145 現根據液壓缸內徑D和活塞桿直徑d的關系確定 dD0.2 Ap4D2d2 D0.0534m53按液壓缸內徑尺寸系列選取內徑得 D63，按活塞桿直徑系列選取活塞桿直徑d14。5 傾倒液壓缸的尺寸校核 PLFLAp17160.0039690.00019644-6 17160.00296180.581060.8106設計尺寸符合使用要求，安全 6 傾倒機構的壁厚設計 液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內徑 D 與其壁厚的比值D 10 的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算。 由 P yD2 式中 液壓缸壁厚 （ m）D 液壓缸內徑 （ m）；Py 試驗壓力，一般取最大工作壓力的 （ 125 15） 倍（ M Pa）； 缸筒材料的許用應力。其值為：鑄鋼： 100MPa 1.250.581060.06321001064-7 0.228在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計算所得液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往不夠，如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因一般不作計算，按經驗選取，必要時按上式進行校核。 所以按有關標準圓整為壁厚6，液壓缸外徑為D175。285 手臂和機身的尺寸設計及校核5 手臂和機身的尺寸設計及校核5.1 臂部和機身的簡介手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具)并帶動它們作空間運動。臂部運動的目的；把手部送到空間運動范圍內的任意一點。如果改變手部的姿態(tài)(方位)，則用腕部的自由度加以實現。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右回轉和升降(或俯仰)運動。手臂的各種運動通常用驅動機構(如液壓缸或氣缸：)和各種傳動機構來實現，從鎢部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動又較多，故受力復雜。因而，它的結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機械手的工作性能。 機身是直接支承和驅動手臂的部件。一般實現臂部的升降、回轉或俯仰等驅動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構成機身的軀干與底座相連。團此，臀部的洋動愈多，機身的結構和受力情況就愈復雜。機身既可以足固定的，也可以是行定的，既可以沿地而或架空軌道遠動。 臀部般有下列幾部分組成： (1）動作元件：如直線缸、回轉缸、齒條齒輪、連桿凸輪等，它是驅動手部運動的元件。動作元件與驅動元相配合，就能實現手臂的各種運動。(2)導向裝置手臂在靜止狀態(tài)，要承受由央持工件重量所產生的彎曲力F 彎，以及由于載荷不平衡而產生的扭轉力矩M。在運動時又有一個慣性力。為保證手爪的正確位置和動作元件不受較大的彎曲力，手貿必須設置導向裝置。(3)臂：手臂上的動作元件、導向裝置和其他裝置都要安裝在臂上，起支承、連接和承受外力的作用。所以要求臂具有足夠的剛性，以免承重后發(fā)生變形產生顫動。(4)其他裝置：如管路、冷卻裝置、位置檢測機構等。5.2臂部設計的基本要求1能力大、剛度好、自重輕 對于機械手臂部或機身的承載能力，通常取決于其剛度。以臀部為例，般結構上較多采用懸伸梁形式(水平或垂直懸伸)。顯然伸縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度愈差。而且其剛度隨著臂桿的伸縮不斷變化。對機械手的運動性能、位置精度和負荷能力等影響很大。為提高剛度，除盡可能縮短臂扦的懸伸長度外，尚應注意以下幾方面。（1）根據受力情況，合理選持截面形狀和輪廓尺寸（2）提高支承剛度和合理選擇支承間的距離（3）合理布置作用力的位置和方向（4）注意簡化結構（5）提高配合精度2臂部運動應該速度要高，慣性要小 機棧手手臂的遠動速度是機械手的主要參數之一，它反映機械手的生產水平，一般根據生產節(jié)拍的要求來決定。明定了生產節(jié)拍和行程范圍，就確定了手密的運行速度(或角速度)。在一般情況下，手臂的移功和回轉、俯仰均要求勻速運動(V和W為常數)，但在手臂的起動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求起動時間的加速度和終止前減速度不能太大，否則引起沖擊和振動。3手臂動作應靈活 為減少手臂運動件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和記位件布置應合理(見圖44)，使手臂運動過程盡可能平衡，以減少對升降支承軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死“的現象(自鎖現象)。4位置精度更高一般來說，直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高，關節(jié)式機械手的位置最難控制，故精度差：在手臂土加設定位裝置和檢測機構，能較好地控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動、嚙合件的間隙。5.3手臂的尺寸設計依此次設計的需要，根據經驗，先設定手臂的基本尺寸如圖5-1下：1.長桿的示意圖： 圖5-1長臂桿2.