【機(jī)械手】-工業(yè)機(jī)械手簡(jiǎn)介要點(diǎn)

---宋停云與您共享------宋停云與您共享---第一章緒論前言用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是仿照著人手的部分動(dòng)作,按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。機(jī)械手一般分為三類:第一類:是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種的不附屬于某一主機(jī),以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具,還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。其次類:是需要人工才做的,稱為操作機(jī)。它起源于原子、事工業(yè),先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè),:是用專用機(jī)械手,主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上,用以工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史1958年聯(lián)合把握公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。(11954年USA工程師德爾沃最早提出機(jī)械人的概念;(21959年USA德爾沃與英格伯制造了世界上的第一臺(tái)機(jī)械人;(31962USA正式將機(jī)械人的使用性提出來(lái),且制造出類似人的手臂;(41967JAN成立了人工手爭(zhēng)辯會(huì),并召開了首屆機(jī)械手學(xué)術(shù)會(huì);(51970年在USA召開了第一屆工業(yè)機(jī)械人學(xué)術(shù)會(huì),并的到快速普及;(61973年辛辛那提公司制造出第一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)把握的的工業(yè)機(jī)械人,當(dāng)時(shí)是液壓驅(qū)動(dòng),能載重大成就45KG;---宋停云與您共享------宋停云與您共享---(7到1980年在JAN得到普及,并定為“機(jī)械人元年”此后在機(jī)械人得到了前所未有的進(jìn)展與提升,在就是后來(lái)到臺(tái)灣再到大陸。其次代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)把握系統(tǒng),具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力,甚至聽、想的力氣。爭(zhēng)辯安裝各種傳感器,把感覺(jué)到的信息反饋,使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)毀滅了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。第三代機(jī)械手(機(jī)械人則能地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和FMS(FlexibleManufacturingsystem(FlexibleManufacturingCell中重要一環(huán)。(國(guó)際性學(xué)術(shù)溝通活動(dòng)格外活躍歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)溝通活動(dòng)開展很多。機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和把握機(jī)構(gòu)三部分組成。其組成及相互關(guān)系如下圖:本文主要爭(zhēng)辯內(nèi)容---宋停云與您共享------宋停云與您共享---本文爭(zhēng)辯了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手進(jìn)展的現(xiàn)狀,通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理,生疏了搬運(yùn),確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu),對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手(包括傳動(dòng)其次章機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案分析本課題是搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)。在本章中對(duì)機(jī)器人的機(jī)械手的座標(biāo)形式、自由,機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。機(jī)械手功能原理圖圖2.1機(jī)械手功能原理圖機(jī)械手基本形式的選擇常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手依據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種:(1;(23((4多關(guān)占地面積小,機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)---宋停云與您共享------宋停云與您共享---機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和把握機(jī)構(gòu)三部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用來(lái)抓(或工具的部件,依據(jù)被抓持物件的外形、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式,如夾持型、托持型和吸附型等。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)(擺,轉(zhuǎn)變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。把握機(jī)構(gòu),進(jìn)而把握?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手具體的運(yùn)動(dòng)為:(1(2(3(490°(5(6(7(8(9(1090°(11下降,完成一個(gè)工作循環(huán)。圖2.2機(jī)械手基本形式示意圖---宋停云與您共享------宋停云與您共享---驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、,驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。因此,機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。第三章機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)概述手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件,它具,并安裝于機(jī)械手手臂的前端。機(jī)械手結(jié)構(gòu)型式不象人手,它的手它沒(méi)有手掌只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住因此手部結(jié),尺寸,重量,材質(zhì)以及被抓取部位等,它一般可分為鉗爪式,氣吸式,電磁式和其他型,如滑槽杠桿,這里接受滑槽杠桿式。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題(1應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在確定的夾緊力下,不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。(2手指應(yīng)具有確定的張開范圍,手指應(yīng)當(dāng)具有足夠的開閉角度(手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度γ,以便于抓取工件。(3要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高,在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下,盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,以利于減輕手臂的負(fù)載。(4應(yīng)保證手抓的夾持精度。---宋停云與您共享------宋停云與您共享---驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算1.手指2.銷軸3.拉桿4.指座圖3.1滑槽杠桿式手部受力分析32P并通過(guò)O點(diǎn),1O1O2轉(zhuǎn)動(dòng),1P1P2,OO1OO2O點(diǎn)P1P2O1O2AB由于△O1OA和△O2OA均為直角三角形AOC=BOC=α,即∑Fx=0,P1=P2;∑Fy=0得P=2P1cosα---宋停云與您共享------宋停云與您共享---P1=P/2cosαp1′。手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力(,假想握力作用在過(guò)手指與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi),并設(shè)兩力的大小相等,方向相反,以N表示。由手指的力矩平衡條件,即∑m01(F=0得P1′h=Nb由于h=a/cosα所以P=2b(cosα2N/a式中a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離(毫米。α——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間的夾角。由上式可知,P確定時(shí)αN也隨之增加,α角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿(即活塞的行程過(guò)大,以及手指滑槽尺寸長(zhǎng)度增大,使之結(jié)構(gòu)加大,因此一般α=30°~40°α=30度。這種手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔具有動(dòng)作機(jī)敏,2-1可知V形手指夾緊圓棒料時(shí),N=0.5G,綜合前面,可求出驅(qū)動(dòng)力的大小。為了考慮工件在傳送過(guò)程中產(chǎn)生的慣性,P實(shí)際應(yīng)按以下公式計(jì)算,即:P實(shí)際=PK1K2/η式中η——手部的機(jī)械效率,一般取0.85~0.95;K1——平安系數(shù),一般取1.2~2K2——工作狀況系數(shù),主要考慮慣性力的影響,K2可近似按下式估量,K2=1+a/g,其中a為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度,g為重力加速度。---宋停云與您共享------宋停云與您共享---本機(jī)械手的工件只做水平和垂直平移500/秒移動(dòng)加1000/2,G98牛頓V120°,α=30°時(shí),拉PP實(shí)際計(jì)算如下:依據(jù)鉗爪夾持工件的方位,由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當(dāng)量夾緊力N=0.5G把已知條件代入得當(dāng)量夾緊力為N=49(N由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式P=2b(cosα2N/a得P=P計(jì)算=2*45/27(cos30°2*49=122.5(NP實(shí)際=P計(jì)算K1K2/ηη=0.85,K1=1.5,K2=1+1000/9810≈1.1P=122.5*1.5*1.1/0.85=238(N3.4兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析---宋停云與您共享------宋停云與您共享---圖3.2帶浮動(dòng)鉗口的鉗爪E,,O到Ox,x=22sin/(abRl-+-α,x的變化量即為定位誤差△RRmax變化Rmin,△=∣22sinmax/(abRl-+-α-22sinmin/(abRl-+-α∣l=45mm,b=5mm,a=27mm,2α=120°,Rmin=15mm,Rmax=30mm代入公△=44.2-44.7=0.5<0.8.第四章機(jī)械手腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算概述---宋停云與您共享------宋停云與您共享---腕部是連接手部與臂部的部件,起支承手部的作用。其功用是利用自身的活動(dòng)度確定被末端執(zhí)行器夾持物體的空間姿勢(shì),也可以說(shuō)是確定末端執(zhí)行器的姿勢(shì)。故腕部也稱作機(jī)器人的姿勢(shì)機(jī)構(gòu)。典型的腕部結(jié)構(gòu)有:(1M需要克服以下幾種阻力:克服啟動(dòng)慣性所用?；剞D(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)打算(0270。(2齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于0270,可接受齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大,一般(3具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水(4-0180,綜合以上的分析考慮到各種因素,腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu),接受液壓驅(qū)動(dòng)。腕部設(shè)計(jì)的基本要求:(1力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端,它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部擔(dān)當(dāng)。明顯,腕部的,直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此,在腕部設(shè)計(jì)時(shí),,(2結(jié)構(gòu)考慮,合理布局腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu),又擔(dān)當(dāng)連接和支撐作用,除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外,要有足夠的強(qiáng)度、剛度外,還應(yīng)綜合考慮,合理布局,解決好腕部與臂部和手部的連接。(3必需考慮工作條件對(duì)于本設(shè)計(jì)機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料因此不太受環(huán)境影響沒(méi)有處在高溫存腐蝕性的工作介質(zhì)中,所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒(méi)有太多不利因素。---宋停云與您共享------宋停云與您共享---腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算(1M(2腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩M摩。夾取棒料直徑100mm,長(zhǎng)度1000mm,重量60Kg,當(dāng)手部回轉(zhuǎn)0180時(shí),(1手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體,220mm120mmG=3.14230.060.2278009.8190GKgmNKgNπ= =(2擦力矩0.1Mm=摩。(3啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度φ=啟018=0.314rad,等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度22.616sω-=。(22MJJωφ=+慣工件啟查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有:---宋停云與您共享------宋停云與您共享---2222111900.060.0342229.8NJMRNmsNmsNKg==?? ?=??((2222211609.83130.055.012512129.8GJlRNms---宋停云與您共享------宋停云與您共享---g?=+=+?=??工件代入:(22.6160.03425.01255520.314MNm=+=??慣0.1MMMMM=+=+MNm==?4.3.1腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算表4-1液壓缸的內(nèi)徑系列(JB826-66(mm---宋停云與您共享------宋停云與您共享---設(shè)定腕部的部分尺寸:4-1R=110mm,3-2選121mm,這個(gè)是液壓缸壁最小厚度,考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題后,226mm動(dòng)b=66mm,r=22.5mm.4.1((22222261.117.350.0660.0550.0225MPMpabRr?≥==-?-,選擇8Mpa---宋停云與您共享------宋停云與您共享---圖4.1腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意表4.2標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑(JB1068-67(mm第五章機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng),這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上,或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此,臂部的運(yùn)動(dòng)越多,機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力狀況就越簡(jiǎn)潔。機(jī)身是可以固定的,也可以是行走的,既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。機(jī)身的整體設(shè)計(jì)---宋停云與您共享------宋停云與您共享---依據(jù)設(shè)計(jì)要求1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),就要綜合考慮,分析。機(jī)身承載著手臂,做回轉(zhuǎn),升降運(yùn)動(dòng),是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu):(1,花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大。(2內(nèi)部導(dǎo)向結(jié)構(gòu)緊,運(yùn)動(dòng)部件較大。(3:齒條,從而使手臂左右搖擺。分析:經(jīng)過(guò)綜合考慮,本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩,機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。如上圖所示,回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手,回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接,由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn),內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸協(xié)作,,下短,也就通過(guò)花鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部,結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng),回轉(zhuǎn)缸通過(guò)兩個(gè)油孔,一個(gè)進(jìn)油孔,一個(gè)排油孔,分別通向回,對(duì)于本設(shè)計(jì)就是,為滿足設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回1800。---宋停云與您共享------宋停云與您共享---圖5.1回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算M,M慣及各密封裝置處的摩擦阻力矩M阻相平衡。MMMM=++00MJJt---宋停云與您共享------宋停云與您共享---ωε?==?慣式中ω?——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量(rads,在起動(dòng)過(guò)程中?ω=ω;?t——起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間(s;J——手臂回轉(zhuǎn)部件(包括工件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣(2Nms?? 。若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為ρ,則20cGJJgρ=+式中cJ——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。(223zcJmlR=+回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長(zhǎng)1800mm,直徑為60mm的圓柱體,質(zhì)量為159.2Kg.設(shè)置起動(dòng)角度ω=180,則起動(dòng)角速度?ω=0.314rads,起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.1s。(---宋停云與您共享------宋停云與您共享---222343zcJmlRNms=+=??2201495cGJJNmsgρ=+=??000.314=14950.1MJJtωε?==?=?慣4694.32Nms??M=0.03M,由于回油背差一般格外的小故在這里忽視不計(jì)。經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算M驅(qū)=4839.52---宋停云與您共享------宋停云與您共享---Nms??(1回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定b=60mm,8Mpad為,d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算:D=D=151mm150mm,4.2選擇液壓缸的基本外徑尺寸180mm(,(2液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算4.3所示8Mpa,t80mm,,3.14150471LDmmπ=?=,'t=47178.56LtZ==,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為(6個(gè),1222222---宋停云與您共享------宋停云與您共享---0.150.050.01574SRrmπππ-=-==所以,QF=20933PSNZ=SQQFKF=1.51.8K==1.52093331400SQQFKFN= =所以0=20933+31400=52333NQF螺釘材料選擇Q235,則[]2401.2snσσ==200MPa---宋停云與您共享------宋停云與您共享---=(1.22.5n=螺釘?shù)闹睆?.020dm≥==螺釘?shù)闹睆竭x擇d=20mm.選擇M20的開槽盤頭螺釘。經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算,需要螺釘來(lái)連接,最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖5.2所示,內(nèi)徑為150mm,外徑為230mm,輸出軸徑為50mm。液壓缸蓋連5.2回轉(zhuǎn)缸的截面圖---宋停云與您共享------宋停云與您共享---在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水,現(xiàn)代化加工車間,常配有機(jī)械手,以提高生產(chǎn)效率,完成工人難以完成的,加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。目:注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品;機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料;澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。搬運(yùn)機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)(1對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng),能代替人從事危急,以及沖壓,滅等危急環(huán)境中勝任工作。(2機(jī)械手能長(zhǎng)期,耐勞,可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來(lái),(3由于機(jī)械手的動(dòng)作精確?????,因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量,(4機(jī)械手特點(diǎn)是通過(guò)用工業(yè)機(jī)械手的通用性,機(jī)敏性好,搬運(yùn)機(jī)械手的缺點(diǎn)(1搬取貨物的重量受到確定程度上