汽車減震器自動(dòng)生產(chǎn)線組裝機(jī)械手設(shè)計(jì)（優(yōu)秀含CAD圖紙+設(shè)計(jì)說(shuō)明書）,汽車,減震器,自動(dòng)生產(chǎn)線,組裝,機(jī)械手,設(shè)計(jì),優(yōu)秀,優(yōu)良,cad,圖紙,說(shuō)明書,仿單 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目：汽車減震器自動(dòng)生產(chǎn)線 組裝機(jī)械手設(shè)計(jì) 年 月 日 一、原始依據(jù)（包括設(shè)計(jì)或論文的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等。） 為減輕和降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱的震動(dòng)對(duì)汽車舒適度的影響，在發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱和車架聯(lián)接處都采用柔性連接的方式，即安裝有以橡膠做為彈性元件，帶有液壓阻尼系統(tǒng)的減震器。 自動(dòng)液封生產(chǎn)線體可實(shí)現(xiàn)減震器的阻尼系統(tǒng)，在充滿液體的環(huán)境下進(jìn)行液體封裝、壓入作業(yè)。該生產(chǎn)線體由本體自動(dòng)上料、導(dǎo)流管自動(dòng)上料、蓋體自動(dòng)上料、油液環(huán)境下預(yù)裝配、油液環(huán)境下壓裝、蒸汽干燥、光電圖像自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)、動(dòng)靜缸檢測(cè)、減震器自動(dòng)下料、自動(dòng)裝箱、及基座壓力裝配等工位構(gòu)成。 二、參考文獻(xiàn) [1]雷天覺等 液壓工程手冊(cè)[M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991． [2] 趙則祥.公差配合與質(zhì)量控制[M] .開封：河南大學(xué)出版社，1998. 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In this paper, the robot carried out by the local to the overall design, first determine the robot needed to realize the function, according to the functions to be achieved for robot design, taking into account the robot for workpiece positioning, seize, adsorption and other functions. The design process to determine the technical parameters of the robot, the size of parts, standard parts selection and some dangerous sections checked. The ultimate realization of the robot workpiece positioning, down, crawl, move, a series of consecutive movements. Key words: Industrial robots；Manipulator；Pneumatic components；Positioning mechanism 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 前言 1.1 課題設(shè)計(jì)的目的及意義 隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車數(shù)量大量增加，用戶和生產(chǎn)商對(duì)汽車的 平衡性和操作穩(wěn)定性的要求日益嚴(yán)格，尤其是在高端汽車中，其變速箱，發(fā)動(dòng)機(jī)是不是直接與車體接觸的，為了減少車體震動(dòng)，一般來(lái)說(shuō)變速箱與車架之間會(huì)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱和車架聯(lián)接處都采用柔性連接的方式，即安裝有以橡膠做為彈性元件，帶有液壓阻尼系統(tǒng)的減震器。 汽車減震器的自動(dòng)生產(chǎn)線為減輕和降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱的震動(dòng)，對(duì)汽車舒適度的影響，在發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱和車架聯(lián)接處都是采用柔性連接的方式，即安裝有以橡膠做為彈性元件，帶有液壓阻尼系統(tǒng)的減震器。 本自動(dòng)液封生產(chǎn)線體可實(shí)現(xiàn)減震器的阻尼系統(tǒng)，在充滿液體的環(huán)境下進(jìn)行液體封裝壓入作業(yè)。 該生產(chǎn)線體由本體自動(dòng)上料、導(dǎo)流管自動(dòng)上料、蓋體自動(dòng)上料、油液環(huán)境下預(yù)裝配、油液環(huán)境下壓裝、蒸汽干燥、光電圖像自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)、動(dòng)靜剛度檢測(cè)、減震器自動(dòng)下料、自動(dòng)裝箱、及基座壓力裝配等工位構(gòu)成。 組裝機(jī)械手屬于非標(biāo)自動(dòng)化裝備，在自動(dòng)生產(chǎn)線上起著舉足輕重的地位。非標(biāo)自動(dòng)化與傳統(tǒng)的自動(dòng)化都屬于自動(dòng)化領(lǐng)域，但是非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的功能是按照客戶的功能是按企業(yè)用戶工藝要求而量身設(shè)計(jì)、定制的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備,其操作方便、靈活不單一，功能可按用戶的要求而添加，可更改余地大。目前已經(jīng)在國(guó)民生產(chǎn)中開始廣泛的應(yīng)用。非標(biāo)自動(dòng)化裝備在汽車，工業(yè)、電子、醫(yī)療、衛(wèi)生以及航空航天等領(lǐng)域都有很廣闊的應(yīng)用前景。 對(duì)汽車減震器自動(dòng)組裝機(jī)械手的設(shè)計(jì)有著重大的意義，不僅可以加快工作的效率，更重要的是有著極高的精度，可以排除因?yàn)楣ぷ魅藛T的個(gè)人情緒因素對(duì)減震器組裝精度的影響。從而給車主提供更舒適的乘坐環(huán)境。該設(shè)計(jì)同時(shí)也是適應(yīng)機(jī)械化自動(dòng)化生產(chǎn)的必經(jīng)途徑。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況簡(jiǎn)介 隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高，越來(lái)越多的企業(yè)關(guān)注工廠自動(dòng)化這一領(lǐng)域，在給這一行業(yè)帶來(lái)了發(fā)展商機(jī)的同時(shí)也帶來(lái)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)和壓力。人們開始清醒的認(rèn)識(shí)到如何提升服務(wù)水準(zhǔn)、如何提高生產(chǎn)效率提高生產(chǎn)精度已經(jīng)成了非標(biāo)自動(dòng)化機(jī)械行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。 目前,我國(guó)非標(biāo)自動(dòng)化機(jī)械化企業(yè)數(shù)量較多，但規(guī)模較小，技術(shù)落后、競(jìng)爭(zhēng)同質(zhì)化是共同的特點(diǎn)。如何參與這一行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)成為一個(gè)挑戰(zhàn)。目前，我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)械手尚無(wú)交統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。一般可按機(jī)械手的規(guī)格、功能或用途等來(lái)分類。 按規(guī)格（所搬運(yùn)的工件重量）分類可以為四大類。1）微型的——搬運(yùn)重量在1kg以下。2）小型的——搬運(yùn)重量在10kg以下。3）中型的——搬運(yùn)重量在50kg以下。4）大型的——搬運(yùn)重量在500kg以下。目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為1-30kg。最小的為0.5kg，最大的已達(dá)800kg。 按功能分類也分為四大類。1） 簡(jiǎn)易型工業(yè)機(jī)械手：有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓或擋塊轉(zhuǎn)鼓控制，可變程序用插銷板或轉(zhuǎn)鼓控制來(lái)給定程序。近年來(lái)，普遍采用可編程序控制器（PC）組成控制系統(tǒng)。這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，改變程序較容易。只適用于程序較簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制，但作為一般單服務(wù)的搬運(yùn)作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。2） 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)械手：這種工業(yè)機(jī)械手有人工通過(guò)示教裝置領(lǐng)動(dòng)一遍，有記憶元件（如磁盤、磁帶或存儲(chǔ)器）把程序記錄下來(lái)，以后機(jī)械手就自動(dòng)按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。這是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動(dòng)。與前者相比較，有較多的自由度，能進(jìn)行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較強(qiáng)。3） 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手：可通過(guò)更換穿孔帶或其它記憶介質(zhì)來(lái)改變工業(yè)機(jī)械手的動(dòng)作程序，還可以進(jìn)行多機(jī)控制（DNC）。計(jì)算機(jī)可以是可編程序控制器或微型計(jì)算機(jī)。4） 智能工業(yè)機(jī)械手：有計(jì)算機(jī)通過(guò)各種傳感元件等進(jìn)行控制，具有視覺、熱覺、觸覺、行走機(jī)構(gòu)等。 按用途分類可分為兩類。1）專用機(jī)械手：附屬于主機(jī)的，具有固定的程序而無(wú)獨(dú)立的控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。這種機(jī)械手工作對(duì)象不變，動(dòng)作固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠，適用于成批、大量生產(chǎn)的生產(chǎn)自動(dòng)線或?qū)C(jī)作為自動(dòng)上、下料用。2）通用機(jī)械手：具有獨(dú)立控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。 非標(biāo)自動(dòng)化市場(chǎng)將快速增長(zhǎng),自動(dòng)化產(chǎn)品運(yùn)用深度持續(xù)增加.在這個(gè)領(lǐng)域,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比國(guó)內(nèi)整體水平上有10—20年的差距.新型非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備往往是機(jī)電一體化的設(shè)備,充分利用信息技術(shù)的最新成果.中國(guó)一些企業(yè)的設(shè)計(jì)人員卻對(duì)電子產(chǎn)品不熟悉,不敢或不會(huì)選用,大大限制了水平的提高.但最近10年,非標(biāo)自動(dòng)化在江浙滬、珠三角、京津地區(qū)獲得了很大的應(yīng)用,國(guó)內(nèi)企業(yè)正在迎頭趕上。 1.3 機(jī)械手原理概述 工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)所組成的，各部分關(guān)系如圖（1-1）所示，機(jī)械手組成如下所述。 圖1-1 工業(yè)機(jī)械手組成框圖 1.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。 （1）手部 即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手爪多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式或內(nèi)抓式兩種；也可用負(fù)壓或真空式的空氣吸盤（它主要用于吸取冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 傳力機(jī)構(gòu)型式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪杠桿式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。 （2）腕部 是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓物體的方位（即姿態(tài)）。 （3）臂部 手臂是支撐被抓物體、手部、腕部的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物體，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定的位置。 手臂有三個(gè)自由度，可采用直角坐標(biāo)系（前后、上下、左右都是直線），圓柱坐標(biāo)系（前后、上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)），球坐標(biāo)系（前后伸縮、上下擺動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)）和多關(guān)節(jié)（手臂能任意伸縮）四種方式。 直角坐標(biāo)占空間大，工作范圍小，慣性小，所以一般不多用，只有在自由度數(shù)較少時(shí)用之。 圓柱坐標(biāo)占空間較小，工作范圍較大，但慣性也大，且不能抓取底面物體。 球坐標(biāo)式和多關(guān)節(jié)式占用空間小，工作范圍較大，慣性小，所需動(dòng)力小，能抓取底面物體，多關(guān)節(jié)還可以繞障礙物選擇途徑，但多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以也不多用。 目前常用的是球坐標(biāo)式和圓柱坐標(biāo)式的工業(yè)機(jī)械手。 （4）行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)。 1.3.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 有氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。氣動(dòng)式速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。采用點(diǎn)位控制或機(jī)械擋塊定位控制時(shí)，有較高的重復(fù)定位精度，但臂力一般在300N以下。液動(dòng)式的臂力可達(dá)1000N以上，且可用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機(jī)械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在1mm范圍內(nèi)。目前常用的是氣動(dòng)和液動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)式用于小型，機(jī)械式只用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。 1.3.3 氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及優(yōu)缺點(diǎn) 氣動(dòng)技術(shù)是一門正在蓬勃發(fā)展的新技術(shù)，氣動(dòng)元件是氣動(dòng)技術(shù)中最重要的組成部分，用氣動(dòng)元件組成的傳動(dòng)和控制系統(tǒng)己廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的成套設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線上。氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮氣體(例如壓縮空氣或惰性氣體和熱氣體)為工作介質(zhì)進(jìn)行能量和信號(hào)的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的一門技術(shù)，它包含氣壓傳動(dòng)和氣動(dòng)控制兩方面的內(nèi)容[18,19]。 氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷程，是從單個(gè)元件到控制系統(tǒng)，從單純機(jī)械系統(tǒng)到機(jī)電一體化的復(fù)雜高科技產(chǎn)品的歷程。 人類對(duì)空氣進(jìn)行利用，以其為傳遞能量的介質(zhì)可追溯到幾千年以前。但真正對(duì)起性質(zhì)和基本原理進(jìn)行系統(tǒng)的研究也是從本世紀(jì)開始，形成以氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和氣動(dòng)控制理論為主要內(nèi)容的一門學(xué)科——?dú)鈩?dòng)系統(tǒng)理論。 目前，氣動(dòng)和液壓是兩種較為普遍應(yīng)用的傳動(dòng)和控制方式，兩者有許多相同點(diǎn)，也有許多不同點(diǎn)，氣動(dòng)技術(shù)真正成為全世界各個(gè)工業(yè)部門所接受并廣泛應(yīng)用，是由于日益迫切的生產(chǎn)自動(dòng)化和操作程序合理化的需要，也由于氣動(dòng)技術(shù)具有以下許多優(yōu)點(diǎn): (1)氣動(dòng)技術(shù)以空氣為工作介質(zhì)，空氣隨處可取，且粘性小，在管內(nèi)流動(dòng)阻力小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。因而，大多數(shù)工廠有方便的壓縮空氣氣源。作為工作介質(zhì)的壓縮空氣的物理性質(zhì)，是氣動(dòng)技術(shù)在廣泛的各種應(yīng)用具有安全、方便和費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。壓縮空氣沒有生產(chǎn)火花的危險(xiǎn)。因此，它始于有易燃或爆炸潛在危險(xiǎn)的工礦。 (2)氣動(dòng)元件機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，用過(guò)的空氣可向大氣排放，處理方便，不必使用回收管道。 (3)氣動(dòng)系統(tǒng)清潔，即使有泄漏，也不會(huì)像液壓系統(tǒng)那樣污染產(chǎn)品和環(huán)境，不受電磁干擾，電子系統(tǒng)則有之。 (4)氣動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)不復(fù)雜，也不需要特殊的培訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 (5)適應(yīng)性強(qiáng)，現(xiàn)有的機(jī)器可方便的改為氣動(dòng)傳動(dòng)，氣缸可以直接安裝在要求出力的地方。 (6)便于進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存，可以進(jìn)行應(yīng)急或系統(tǒng)需要用。 (7)氣壓傳動(dòng)本身有過(guò)載保護(hù)性能。氣動(dòng)執(zhí)行元件能長(zhǎng)期在滿負(fù)荷下工作，在過(guò)載時(shí)自動(dòng)停止。 (8)氣動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)速度高，普通氣缸的運(yùn)動(dòng)速度一般為0.05~0.7m/s，有的高達(dá)1~3m/s，高速氣缸可達(dá)15m/s。 調(diào)查資料表明，目前氣動(dòng)裝置在工業(yè)自動(dòng)化裝備中占很重要的地位。 當(dāng)然，氣動(dòng)技術(shù)也有其缺點(diǎn): (1)壓縮空氣需要進(jìn)行除塵、除水處理。 (2)空氣的可壓縮性使系統(tǒng)效率低，且使氣動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，給位置和速度的精確控制帶來(lái)很大的影響。 (3)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)排放空氣的噪聲較大。 (4)氣動(dòng)信號(hào)的傳遞速度遠(yuǎn)比電信號(hào)低，而且有較大的延遲和失真，因而氣動(dòng)控制技術(shù)不宜用于高速傳遞和處理信息的復(fù)雜系統(tǒng)，而且氣動(dòng)信號(hào)的傳送距離也受到限制。 盡管氣動(dòng)技術(shù)上有一些缺點(diǎn)，但它的優(yōu)點(diǎn)還是主要的，所以氣動(dòng)技術(shù)能在各個(gè)工業(yè)部門中得到日益廣泛的應(yīng)用。而氣動(dòng)元件更是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的機(jī)械化、自動(dòng)化的理想元件。現(xiàn)在，氣動(dòng)技術(shù)和電子電器、液壓技術(shù)一樣，都成為自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程的有效技術(shù)之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著越來(lái)越大的作用。氣動(dòng)技術(shù)由風(fēng)動(dòng)技術(shù)及液壓技術(shù)演變、發(fā)展而成為獨(dú)立的技術(shù)門類不到50年，卻已經(jīng)充分顯示出它在自動(dòng)化領(lǐng)域中強(qiáng)大的生命力，成為二十世紀(jì)應(yīng)用最廣、發(fā)展最快，也最容易接收及重視的技術(shù)之一，氣動(dòng)技術(shù)己成為各個(gè)行業(yè)不可缺少的一部分。在國(guó)外，氣動(dòng)被稱為“廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù)”。 氣動(dòng)技術(shù)由幾個(gè)主要的歷史發(fā)展階段。至50年代初，大多數(shù)元件從液壓元件改造或演變過(guò)來(lái)，體積很大。60年代，開始構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)，應(yīng)用成體系，不再與風(fēng)動(dòng)技術(shù)相提并論。在70年代，由于與電子技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，在自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛的推廣。80年代則是集成化、微型化的時(shí)代。90年代末本世紀(jì)初，氣動(dòng)技術(shù)突破了傳統(tǒng)的死區(qū)，經(jīng)歷著飛躍性的發(fā)展，重復(fù)精度達(dá)0.01mm的模塊化氣動(dòng)機(jī)械手，5mm/s低速平穩(wěn)運(yùn)行及5~10m/s高速運(yùn)動(dòng)的不同氣缸相繼問世。在與計(jì)算機(jī)、電氣、傳感、通訊等技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了智能氣動(dòng)這一概念(氣動(dòng)比例與伺服、智能閥島、模塊化機(jī)械手)。氣動(dòng)伺服定位技術(shù)可使氣缸在氣動(dòng)機(jī)械手位置伺服控制系統(tǒng)的研究高速運(yùn)動(dòng)3mm/s情況下實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)自動(dòng)定位。智能閥島技術(shù)十分理想的解決了整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的分散與集中控制問題?，F(xiàn)代氣動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)是微型化、集成化、模塊化、智能 氣動(dòng)機(jī)器人采用壓縮空氣為動(dòng)力源，一般從工廠的壓縮空氣站引到機(jī)器人作業(yè)位置，也可以單獨(dú)建立小型氣源系統(tǒng)。由于氣動(dòng)機(jī)器人具有氣源使用方便、不污染環(huán)境、動(dòng)作靈活迅速、工作安全可靠、操作維修簡(jiǎn)便以及適宜在惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)，因此它在沖壓加工、注塑及壓鑄等有毒或高溫條件下作業(yè)，機(jī)床上、下料，儀表及輕工行業(yè)中、小型零件的輸送和自動(dòng)裝配等作業(yè)，食品包裝及運(yùn)輸，電子產(chǎn)品輸送、自動(dòng)插接，彈藥生產(chǎn)自動(dòng)化等方面獲得大量應(yīng)用。 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在多數(shù)情況下是用于實(shí)現(xiàn)兩位式的或有限點(diǎn)位控制的中、小機(jī)器人中的。這類機(jī)器人多是圓柱坐標(biāo)型和直角坐標(biāo)型或二者的組合型結(jié)構(gòu)；3-5個(gè)自由度；負(fù)荷在200N以下；速度300-1000mm/s；重復(fù)定位精度為+/-0.1-0。5mm。控制裝置目前多數(shù)選用可編程控制器（PLC）。在易燃、易爆的場(chǎng)合下可采用氣動(dòng)邏輯元件組成控制裝置。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大體由以下幾部分組成。 1.氣源 由總壓縮空氣站提供。氣源部分包括空氣壓縮機(jī)，儲(chǔ)氣罐，氣水分離器，調(diào)壓器，過(guò)濾器等。如果沒有壓縮空氣站的條件，可以按機(jī)器人及配套的其他氣動(dòng)設(shè)備需要配置相應(yīng)供氣量的氣源設(shè)備。 2.氣動(dòng)三聯(lián)件 由分水濾氣器，調(diào)壓器，油霧器三大件組成，可以是分離式，也可以是三聯(lián)組裝式的，多數(shù)情況下用三聯(lián)組裝式結(jié)構(gòu)。不論是由壓縮空氣站供氣還是用單獨(dú)的氣源，氣動(dòng)三聯(lián)件是必備的。雖然用無(wú)潤(rùn)滑氣缸可以不用油霧器，但是一般情況下，建議也在氣路上裝上油霧器，以減少氣缸摩擦力，增加使用壽命。 3.氣動(dòng)閥 氣動(dòng)閥的種類很多，在工業(yè)機(jī)器人的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，常用的閥件有電磁氣閥、節(jié)流調(diào)速閥、減壓閥等。 4.氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 多數(shù)情況下使用氣缸（直線氣缸或擺動(dòng)氣缸）。直線氣缸分單動(dòng)式和雙動(dòng)式兩類。除個(gè)別用單動(dòng)式氣缸外（如手爪機(jī)構(gòu)上用的），多數(shù)采用雙動(dòng)氣缸。為實(shí)現(xiàn)端部緩沖，要選用雙向端點(diǎn)位置緩沖的氣缸。氣缸的結(jié)構(gòu)形式以及與機(jī)器人機(jī)構(gòu)的連接方式（如法蘭連接，尾部鉸接，前端或中間鉸接，氣缸桿的螺紋連接或鉸接等）由設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)要求而定。氣缸的內(nèi)徑，行程大小可根據(jù)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析進(jìn)行計(jì)算。為了確保氣缸的密封要求，同時(shí)又要盡量降低摩擦力，密封材料要選用橡膠和氟化塑料組合的密封環(huán)。無(wú)接觸感應(yīng)式氣缸目前在氣動(dòng)系統(tǒng)中已獲得廣泛的應(yīng)用，這種氣缸在活塞上裝有永久磁鐵的磁環(huán)，通過(guò)磁感應(yīng)，使在氣缸外面安裝的非接觸磁性接近開關(guān)動(dòng)作發(fā)訊，進(jìn)行位置檢測(cè)。除了直線氣缸外，機(jī)器人中用得比較多還有有限角擺動(dòng)氣缸，這種擺動(dòng)缸多用于手腕機(jī)構(gòu)上。 5.制動(dòng)器 氣動(dòng)機(jī)器人的定位問題很大程度上是如何實(shí)現(xiàn)停點(diǎn)的制動(dòng)。氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度容許達(dá)1.5m/s，如果氣缸以1m/s的速度計(jì)算，電磁氣閥以較大關(guān)閉時(shí)間70ms計(jì)，那么氣缸活塞兩個(gè)停點(diǎn)的距離約為70mm，兩個(gè)停點(diǎn)的步長(zhǎng)應(yīng)大于這個(gè)數(shù)值。對(duì)于小流量的電磁氣閥，吸合關(guān)閉時(shí)間較小，停點(diǎn)的步長(zhǎng)也要相應(yīng)縮短。因此對(duì)機(jī)器人一個(gè)單自由度而言，停點(diǎn)數(shù)目最多6-9個(gè)。為增加定位點(diǎn)數(shù)，除采用多位置氣缸外可采用制動(dòng)的方法還有：反壓制動(dòng)，制動(dòng)裝置制動(dòng)。 6.限位器 氣動(dòng)機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)軸的制動(dòng)和定位點(diǎn)到位發(fā)訊，可由編程器發(fā)指令，或由限位開關(guān)發(fā)訊。根據(jù)要求和條件，如果選用無(wú)接觸感應(yīng)式氣缸，其限位開關(guān)是無(wú)接觸接近開關(guān)，這種開關(guān)的反映時(shí)間小于20ms，在機(jī)器人中應(yīng)用比較理想。當(dāng)氣缸活塞運(yùn)動(dòng)到定位點(diǎn)時(shí)，為保證定位精度，需要將運(yùn)動(dòng)軸鎖緊。常用的限位機(jī)構(gòu)是由電磁閥控制的氣缸帶動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)（插鎖，滑塊等）將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)鎖定。再啟動(dòng)時(shí)，事先打開鎖緊機(jī)構(gòu) 1.3.4 控制系統(tǒng) 有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 1.4 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的作用 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。 1.4.1建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動(dòng)線 一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。國(guó)內(nèi)已建成的這類自動(dòng)線很多，如沈陽(yáng)水泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線（環(huán)類），大連電機(jī)廠的4號(hào)和5號(hào)電動(dòng)機(jī)軸加工自動(dòng)線（軸類），上海拖拉機(jī)齒輪廠的齒柸加工自動(dòng)線（盤類）等。 加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣缸蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。 1.4.2在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 （1）各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)床。目前，機(jī)械手在這方面應(yīng)用最多，如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手，大連第二機(jī)床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿形車床機(jī)械手，沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的Y38滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)床廠的滾齒花鍵機(jī)床機(jī)械手等。由于這方面使用已有成熟的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)一些機(jī)床廠已在這類機(jī)床產(chǎn)品出廠時(shí)就附上機(jī)械手，或?yàn)橛脩糇孕邪惭b機(jī)械手提供條件。 （2）注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。 （3）沖床有自動(dòng)上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是160t以上的沖床用機(jī)械手的較多。如沈陽(yáng)低壓開關(guān)廠200t沖床磁力起動(dòng)器殼體下料機(jī)械手和天津拖拉機(jī)廠400t沖床的下料機(jī)械手等；一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)，如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位沖床）和天津二輕局技術(shù)研究所制作的12t和40t多工位沖床機(jī)械手等。 1.4.3鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面 在模鍛方面，國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)的3t、5t、10t模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機(jī)械手成一定夾角布置在爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。 總的來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)械手滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，其特點(diǎn)是： （1）對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要跟據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常的高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。 為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鋼造、噴漆以及有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中，推廣工業(yè)機(jī)械手或機(jī)器人。 （2）由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因?yàn)榭梢苑€(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。 （3）機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人得功能。人在連續(xù)工作幾小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能勝任長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。 （4）機(jī)械手特別是通用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。 （5）采用機(jī)械手能明顯地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。 1.5 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向 現(xiàn)在工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況：在現(xiàn)在工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。 有資料統(tǒng)計(jì)：美國(guó)偏重于毛坯的生產(chǎn)。日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對(duì)象還有所改變。 機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。 國(guó)內(nèi)機(jī)械手工業(yè)，鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料。減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 國(guó)外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床組合成一個(gè)綜合的數(shù)控系統(tǒng)。 采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更是現(xiàn)在研究的重點(diǎn)，國(guó)外已研究采用攝像機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。 國(guó)內(nèi)外實(shí)際上使用的定位控制的機(jī)械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國(guó)正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機(jī)械手，使它能對(duì)所抓取的工件進(jìn)行分辨，選取所需要的工件，并正確地夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器中定位、定向。 為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和法、分辨形狀不同的零件，它有視覺傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工作。 為防止握力過(guò)大引起物件損壞或握力過(guò)小引起物體滑落下來(lái)，一般采用兩種方法：一是檢測(cè)把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?；另一種是直接檢測(cè)指部與物體的滑動(dòng)位移，來(lái)修正握力。 因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個(gè)方面的性能： （1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體。 （2）能判斷對(duì)象的重量。 （3）能自動(dòng)避開障礙物。 （4）抓空或抓力不足時(shí)能檢測(cè)出來(lái)。 這種具有感知能力并能對(duì)感知的信息作出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手，它是具有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡(jiǎn)單的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替人從事繁重的工作和危險(xiǎn)地工作，在惡劣的環(huán)境下尤其明顯。至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部門，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說(shuō)是很好的。雖然這些工業(yè)部門工時(shí)不足的問題很尖銳，但采用機(jī)械手只限于一小部分工序。其原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機(jī)械手工作的范圍很狹小。另外經(jīng)濟(jì)性問題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來(lái)節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。然而，利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問題獲得解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將會(huì)飛躍發(fā)展。 第二章 機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 2.1 自動(dòng)組裝機(jī)械手應(yīng)實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)介 圖2-1 為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行拆卸和更換，使用夾持式手部，根據(jù)限制機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)、水平方向的相對(duì)移動(dòng)來(lái)固定機(jī)械手。本設(shè)計(jì)需完一號(hào)和二號(hào)件（如圖1-1所示）裝配到三號(hào)件中的工序，由于兩個(gè)工件的質(zhì)地，形狀不同，裝配時(shí)對(duì)機(jī)械手的要求也各不相同，所以，針對(duì)兩種需求，設(shè)計(jì)出兩種機(jī)械手來(lái)滿足需求。本人對(duì)兩種機(jī)械手分別命名為“塔式”三爪機(jī)械手，和通用三爪機(jī)械手。 “塔式”機(jī)械手和通用三爪機(jī)械手需要完成的功能動(dòng)作如下： （1） “塔式”機(jī)械手夾持可動(dòng)膜，需完成可動(dòng)膜在油液中的定位、吸附、抓取、移動(dòng)到裝配工位（此為設(shè)計(jì)支架同學(xué)設(shè)計(jì)范疇）、在裝配工位裝配（為過(guò)盈配合需要機(jī)械手具備推壓功能）。 （2） 通用三爪機(jī)械手，從通用性考慮為一般機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)一般零件的抓取功能，此處抓取的為鋼制零件，而且零件厚度比較大，需要實(shí)現(xiàn)兩件的粗定位和抓取功能即可。 機(jī)械手工作流程簡(jiǎn)介： 機(jī)械手的原位→伸縮臂前伸→夾持器夾緊→伸縮臂后縮→伸縮臂前伸→機(jī)械手松開工件→伸縮臂后縮→機(jī)械手復(fù)位：依次循環(huán) 其機(jī)械手直角坐標(biāo)型運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下圖所示： 圖2-2 直角坐標(biāo)式 2.2 夾持裝置（手指）的設(shè)計(jì) 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 考慮到一號(hào)件和二號(hào)件均為圓形類零件，可采用外夾式三指手抓夾持，“塔式”機(jī)械手夾持的一號(hào)零件（可動(dòng)膜）為軟塑料材料，周圈為一個(gè)薄鋼圈，夾持好定位困難，機(jī)械手的夾持相對(duì)復(fù)雜，僅用手抓遠(yuǎn)不能達(dá)到要求，需要同時(shí)用磁鐵吸附和吸塊吸附來(lái)進(jìn)行精確地定位和夾持。 2.2.1 手爪設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮和解決的問題 (一)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 (二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角 (三)兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開閉幅度的要求。 (四)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面或者多指類的手指，以便自動(dòng)定心。 (五)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量 使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 2.2.2手抓方案確定 方案一：外卡三爪機(jī)械手，動(dòng)力系統(tǒng)為氣缸的驅(qū)動(dòng)，用氣缸的伸縮帶動(dòng)機(jī)械手抓的張合，從而抓取物體。該手抓典型的特點(diǎn)：適合抓取厚度稍薄的圓盤類零件。手抓結(jié)構(gòu)圖如下： 圖2-3 機(jī)械手爪 1-連桿 2-直線軸承 3-下連板 4-上連板 5-手爪支座 6-氣缸 原理介紹：氣缸為本機(jī)械手爪的動(dòng)力控制系統(tǒng)，由氣缸活塞的伸縮控制機(jī)械手爪的張合。主要是利用了杠桿原理，手爪支座為整個(gè)手爪的支點(diǎn)，當(dāng)氣缸進(jìn)氣端進(jìn)氣時(shí)，氣缸活塞外伸，推動(dòng)上連板上升，上聯(lián)板會(huì)帶動(dòng)連桿同步上升，在支點(diǎn)作用下手指向手心處合攏，實(shí)現(xiàn)抓取零件。適合抓取圓盤類且容易滑脫不易抓取的零件。 方案二：三爪平行移動(dòng)機(jī)械手，同樣是氣機(jī)械手，在氣缸的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)手爪的張合，不過(guò)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比方案一簡(jiǎn)單，主要適合抓取一般的較厚的零件，對(duì)被抓零件的定位要求較低，可以實(shí)現(xiàn)在誤差較大的情況下抓取零件。零件最好為規(guī)則的圓盤狀，否則容易滑脫。 圖2-4 平移機(jī)械爪 1-夾爪 2-活塞桿 3-平行四邊形連臂 工作原理簡(jiǎn)介：該機(jī)械手的主要依靠平行四邊形連臂實(shí)現(xiàn)手爪的平行移動(dòng)，活塞桿與氣缸相連當(dāng)活塞桿向下推動(dòng)時(shí)連臂在支點(diǎn)作用下，發(fā)生變形，使夾爪水平向外移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手爪的張開，反之實(shí)現(xiàn)手爪的閉合。該機(jī)械手典型的特征是：可抓取一系列直徑的零件，張合幅度較大，具有通用性，因此稱作“通用機(jī)械手”。 方案三：普通兩爪機(jī)械手。 圖2-5 普通機(jī)械手 該機(jī)械手由兩個(gè)手爪構(gòu)成，也是通過(guò)支點(diǎn)杠桿原理控制機(jī)械手張合，手爪成一個(gè)弧度張開或閉合，對(duì)于氣缸推力傳遞效率高，可達(dá)到較大的夾緊力，適合夾緊柱狀的工件，對(duì)工件未定不精確。 綜上三種方案考慮應(yīng)選著方案一和方案二合適。方案一：專門針對(duì)可動(dòng)膜的夾取量身定制的機(jī)械手，可以防止滑脫。方案二：一般通用機(jī)械手，適用于多種場(chǎng)合，可以抓取直徑變化的多種工件。 2.3 機(jī)械手推壓機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手推壓機(jī)構(gòu)僅是用來(lái)完成可動(dòng)膜與基座的裝配，為在油浴中的過(guò)盈配合，需要推力機(jī)構(gòu)進(jìn)行推壓，把可動(dòng)膜推進(jìn)基座內(nèi)，而且推壓立構(gòu)不能與夾緊機(jī)構(gòu)形成干涉，由于空間的限制，推壓機(jī)構(gòu)必須與手抓的抓緊機(jī)構(gòu)合并為一體。這就給該機(jī)械手的設(shè)計(jì)提高了很大的難度。同時(shí)推壓機(jī)構(gòu)會(huì)對(duì)機(jī)械手各部件形成一定的沖擊，也對(duì)其它零件的剛度有了更高的要求。通用機(jī)械手不用該機(jī)構(gòu)。 2.3.1 機(jī)械手推壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)分析 (1)可動(dòng)膜中間為柔軟的橡膠材料，如果推壓中間部位一定無(wú)法用力，而且極易把可動(dòng)膜損壞?？蓜?dòng)膜周邊為薄鋼環(huán)，剛度極高，可以考慮作為推壓的對(duì)象。 (2)對(duì)鋼環(huán)進(jìn)行推壓如果要用推塊推壓，實(shí)現(xiàn)困難，會(huì)導(dǎo)致推塊與機(jī)械手抓形成干擾，影響抓緊機(jī)構(gòu)。 (3)推壓力不宜過(guò)大，以免對(duì)零件形成損壞，所以基本可初定用對(duì)稱的三桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行推壓比較合理，不僅節(jié)省空間而且滿足需求。 2.3.2 推壓機(jī)構(gòu)方案確定 圖2-6 推壓機(jī)構(gòu) 原理簡(jiǎn)介 2.4 “塔式”機(jī)械手定位方案設(shè)計(jì) 可動(dòng)膜材料柔軟，定位困難可考慮用定位塊進(jìn)行精確定位。 2.4.1 定位塊需要實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)介 （1）由于機(jī)械臂長(zhǎng)，移動(dòng)過(guò)程中會(huì)有擺動(dòng)，對(duì)定位照成很大誤差，定位塊要求排除誤差，即使在有誤差行快下也可以準(zhǔn)確定位零件。 （2）準(zhǔn)確把零件送入機(jī)械手爪內(nèi)，配合機(jī)械手抓進(jìn)行抓取。 （3）防止定位塊進(jìn)行徑向的竄動(dòng)。 2.4.1 定位塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.5 “塔式”機(jī)械手吸附機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.5.1 利用油壓吸附 2.5.1 利用磁鐵吸附 2.6 “塔式”機(jī)械手導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)， 應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來(lái)確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。 導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 2.7 機(jī)械手總體方案評(píng)價(jià) 第三章 機(jī)械手的計(jì)算和校核 3.1 夾鉗式手部的計(jì)算與分析 3.1.1 夾緊力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，必須對(duì)其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，夾緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。 手指對(duì)工件的夾緊力可按下列公式計(jì)算： F ≥KKKG 式（3.1） 式中： K—安全系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計(jì)要求確定，通常取1.2—2.0，取1.5。 K—工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，計(jì)算最大加速度，得出工作情況系數(shù)K2，K2=1+ =1+=1.002 ，a為機(jī)器人搬運(yùn)工件過(guò)程的加速度或減速度的絕對(duì)值（m/s）: K— 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定 手指與工件位置：手指水平放置，工件水平放置； 圖3-1 表3.1 夾緊力的方位系數(shù) 手指與工件位置 手指水平放置夾水平放置的工件 手指水平放置夾水平懸臂放置的工件 手指水平放置夾垂直放置的工件 V 型 指 夾 圓 棒 K=0.5 K 粗略計(jì)算K≈ K= θ—V型手指半角。 粗略計(jì)算K≈4 手指與工件位置 手指水平放置夾水平放置的工件 手指水平放置夾水平懸臂放置的工件 手指水平放置夾垂直放置的工件 V 型 指 夾 圓 棒 K= 粗略計(jì)算 K≈﹙0.9 ~1.1﹚ K= 粗略計(jì)算 K≈4 手指與工件形狀：V型指端夾持圓柱型工件； 即根據(jù)手指與工件的位置要求查表3.1得K=0.5； G—被抓工件重量； 因此，求得夾緊力F,FN=K1K2K3G=1.5×1.002×0.5×200=150.3N 取整的151N。 3.1.2 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 根據(jù)驅(qū)動(dòng)力和夾緊力之間的關(guān)系式： F= 式（3.2） 式中： c—2銷軸之間的水平距離 b—2銷軸之間的豎直距離 可得F===188.75N，得出F為理論計(jì)算值，實(shí)際采取的氣壓缸驅(qū)動(dòng)力F’要大于理論計(jì)算值，考慮手爪的機(jī)械效率η，一般取0.8 ~0.9，此處取0.88，則： F’===214.49N，取F’=400N 3.2 氣壓缸的計(jì)算和選取 3.2.1 氣缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 由設(shè)計(jì)任務(wù)可以知道，要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載大小位400N，考慮到氣缸未加載時(shí)實(shí)際所能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響，并考慮到機(jī)械爪的質(zhì)量。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率 β： 由《液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)》表11-1： 運(yùn)動(dòng)速度v=3m/min=50mm/s，取β=0.60，所以實(shí)際液壓缸的負(fù)載大小為：F=F0/β=666.7N 3.2.2 氣缸內(nèi)徑的確定 D=1.27=1.27 =42.33mm F—?dú)飧椎妮敵隼?N； P —?dú)飧椎墓ぷ鲏毫a 按照GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取D=50 mm 氣缸缸徑尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 3.2.3活塞桿直徑的確定 由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=16 mm 3.2.4缸筒長(zhǎng)度的確定 缸筒長(zhǎng)度S=L+B+30 L為活塞行程；B為活塞厚度 活塞厚度B=(0.6--1.0)D= 0.75D=35mm 由于氣缸的行程L=160mm ,所以S=L+B+30=225 mm 導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A: 一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A，在D<80mm時(shí)，可取A=(0.6--1.0)D；在D>80mm時(shí), 可取A=(0.6--1.0)d。 所以A=28mm 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)氣缸的最大行程為L(zhǎng)，缸筒直徑為D，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為：H 代入數(shù)據(jù) 即最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H + =25.5 mm 活塞桿的長(zhǎng)度l=L+B+A+80=160+35+28+80=303 mm 3.2.5氣缸筒的壁厚的確定 由《液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)》可查氣缸筒的壁厚可根據(jù)薄壁筒計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： 式中 c—缸筒壁厚（m）； D—缸筒內(nèi)徑（m）； P—缸筒承受的最大工作壓力（MPa）； —缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）； 實(shí)際缸筒壁厚的取值：對(duì)于一般用途氣缸約取計(jì)算值的7倍；重型氣缸約取計(jì)算值的20倍，再圓整到標(biāo)準(zhǔn)管材尺碼。 參考《液壓與氣壓傳動(dòng)》缸筒壁厚強(qiáng)度計(jì)算及校核,我們的缸體的材料選擇45鋼。 n為安全系數(shù) 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(Pa) P—缸筒承受的最大工作壓力（MPa）。當(dāng)工作壓力p≤16 MPa時(shí)，P=1.5p；當(dāng)工作壓力p＞16 MPa時(shí)，P=1.25p 由此可知工作壓力0.6MPa小于16MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9MPa ==0.13mm 參照下表 氣缸筒的壁厚圓整取c= 5 mm。 3.2.6 氣缸耗氣量的計(jì)算 Q =0.72/s 3.2.7 氣缸進(jìn)排氣口直徑d0 v—空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=10--15） 選取v = 12 m/s 由公式 d0 = 2 代入數(shù)據(jù)得 d0 = 8.743 mm 所以取氣缸排氣口直徑為10 mm Q— —工作壓力下輸入氣缸的空氣流量（） V----空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=1025） 3.2.8 活塞桿的校核 由于所選活塞桿的長(zhǎng)度L=10d，所以不但要校核強(qiáng)度校核，還要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。綜合考慮活塞桿的材料選擇45鋼。 參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本》 由《液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)》 穩(wěn)定性校核： 由公式 FP0 ≤ 式中 FP0— 活塞桿承受的最大軸向壓力（N）； FP0=666.7N FK — 縱向彎曲極限力（N）； nK — 穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取1.54。綜合考慮選取2 K—活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，對(duì)于實(shí)心桿K=d/4 代入數(shù)據(jù) K =16/4=4mm 由于細(xì)長(zhǎng)桿比 ≥ 85 即 FK = 實(shí)心圓桿： J = 式中 L— 氣缸的安裝長(zhǎng)度 ； m— 末端系數(shù)；選擇固定—自由 m = 1/4 E— 材料彈性模量，鋼材 E = 2.1 1011 Pa ； J— 活塞桿橫截面慣性矩（m4）； d— 活塞桿的直徑（m）； L— 氣缸的安裝長(zhǎng)度為活塞桿的長(zhǎng)度為170mm 代入數(shù)據(jù)得 FK =5.768 N 因?yàn)? = 0.721 FP0 所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件； 強(qiáng)度校核： 由公式 d ≥ ，n為安全系數(shù) 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(Pa) 45鋼的抗拉強(qiáng)度，=600 MPa ，= = 120 MPa 則 =2.66 mm ＜ d ，所以強(qiáng)度滿足要求； 綜上所述：活塞桿的穩(wěn)定性和強(qiáng)度滿足要求。 3.2.9 氣缸密封 氣缸的連接與密封直接影響氣缸的性能和使用壽命，正確的選用連接和密封裝置，對(duì)保證氣缸正常工作有著十分重要的意義。 缸筒與缸蓋的連接形式主要有拉桿式螺栓連接、螺釘式、鋼筒螺紋、卡環(huán)等，本氣缸四根采用拉桿式雙頭螺栓連接，由于工作壓力小于1MPa，不需要強(qiáng)度校核。根據(jù)許用靜載荷，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本》表22-1-58，分別選用M10、M6的螺栓。 對(duì)于活塞與氣缸筒之間采用兩個(gè)Y型密封圈，其它摩擦副均使用O型密封圈密封。O型密封圈密封可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小。O型密封圈安裝后，比被密封表面的內(nèi)徑大。Y型密封圈密封可靠，使用壽命長(zhǎng)，摩擦阻力較O型圈大。 第四章 機(jī)械手的定位與平穩(wěn)性 4.1常用的定位方式 機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊。當(dāng)機(jī)械手經(jīng)減速運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，緊靠擋塊而定位。 若定位前已減速，定位時(shí)驅(qū)動(dòng)壓力未撤除，在這種情況下，機(jī)械擋塊定位能達(dá)到較高的重復(fù)精度。一般可高于 ±0.5mm，若定位時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)油路而去掉工作壓力，這時(shí)機(jī)械手可能被擋塊碰回一個(gè)微小距離，因而定位精度變低。 4.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 機(jī)械手能否準(zhǔn)確地工作，實(shí)際上是一個(gè)三維空間的定位問題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡(jiǎn)單情況下，單個(gè)量值可能是主要的。影響單個(gè)線量或角量定位誤差的因素如下： （1、）定位方式 不同的定位方式影響因素不同。如機(jī)械擋塊定位時(shí)，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時(shí)的速度等因素有關(guān)。 （2、）定位速度 定位速度對(duì)定位精度影響很大。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣炔煌瑫r(shí)，必須耗散的運(yùn)動(dòng)部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使運(yùn)動(dòng)部件適時(shí)減速。 （3、）精度 機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對(duì)定位精度有直接影響。 （4、）剛度 機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時(shí)，因易產(chǎn)生振動(dòng)，定位精度一般較低。 （5、）運(yùn)動(dòng)件的重量 運(yùn)動(dòng)件的重量包括機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量。 運(yùn)動(dòng)件重量的變化對(duì)定位精度影響較大。通常，運(yùn)動(dòng)件重量增加時(shí)，定位精度降低。因此，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要減小運(yùn)動(dòng)部件本身的重量，而且要考慮工作時(shí)抓重變化的影響。 （6、）驅(qū)動(dòng)源 液壓、氣壓的壓力波動(dòng)及電壓、油溫、氣溫的波動(dòng)都會(huì)影響機(jī)械手的重復(fù)定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)油溫措施。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時(shí)，用溫度、壓力補(bǔ)償流量控制閥控制。 （7、）控制系統(tǒng) 開關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個(gè)不相同的。這不僅是因?yàn)楦鞣N控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無(wú)有關(guān)。 本課題所采用的定位精度為機(jī)械擋塊定位 4.3機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置 緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式。內(nèi)緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機(jī)械元件和液壓緩沖器。內(nèi)緩沖的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊。但有時(shí)安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點(diǎn)是安置位置靈活，簡(jiǎn)便，緩沖性能好調(diào)等，但結(jié)構(gòu)較龐大。 本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。 當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到距油缸端蓋某一距離時(shí)能在活塞與端蓋之間形成一個(gè)緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時(shí)背壓阻力，以使運(yùn)動(dòng)減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置。 在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。 設(shè)計(jì)油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時(shí)，amax（最大加速度）、Pmax（緩沖腔最大沖擊壓力）和Vr（殘余速度）三個(gè)參數(shù)是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定其中一個(gè)參數(shù)，然后校驗(yàn)其余兩個(gè)參數(shù)。步驟如下： ① 選擇最大加速度 通常，amax值按機(jī)械手類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取，同時(shí)要考慮速度與載荷大小。對(duì)于重載低速機(jī)械手，- amax取5m/s2以下，對(duì)于輕載高速機(jī)械手，-amax取5～10 m/s2 ② 計(jì)算沿運(yùn)動(dòng)方向作用在活塞上的外力F 水平運(yùn)動(dòng)時(shí)： F=PSA-Ff （5.1） =0.25×103×π×3.62-7 =138N `③ 計(jì)算殘余速度Vr ` Vr=VO/ 1-amaxm/F （5.2） =0.1/0.64=0.15m/s 6.小結(jié) 通過(guò)此次課程設(shè)計(jì),暴露出了平時(shí)學(xué)習(xí)當(dāng)中存在的問題:學(xué)習(xí)不夠深入,了解不透徹,導(dǎo)致在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中,經(jīng)常對(duì)一些基本的知識(shí)點(diǎn)弄混.這次課程設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)前最后的一次練兵,對(duì)我來(lái)說(shuō)非常有意義,在沒做課程設(shè)計(jì)之前,我以為做這次設(shè)計(jì)就是小意思,沒想到做了之后才發(fā)現(xiàn),很多的知識(shí)都已經(jīng)忘到了腦后,看到一個(gè)公式,一組數(shù)據(jù),明明很熟悉,可就是想不起在哪本參考書,哪本手冊(cè).通過(guò)了這次課程設(shè)計(jì),我對(duì)古人的一句話有了更深的理解”學(xué)而時(shí)習(xí)之,不亦悅乎”,是的,只有經(jīng)常復(fù)習(xí),經(jīng)常鞏固,才能不知識(shí)真正的扎根在你的腦海中. 致謝 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師張迎春老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下，才得以順利完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)和撰寫論文的過(guò)程中，張老師在確定研究方向上給我以悉心的指導(dǎo)。從選題到內(nèi)容的展開以及對(duì)論文的最終修改，無(wú)不滲透著老師辛勤的汗水。張老師在工作之余，仍不忘記關(guān)心我的畢業(yè)論文的進(jìn)程和其中所遇到的問題，經(jīng)常檢查和督促論文的進(jìn)展情況，這對(duì)我是一種巨大的鼓勵(lì)和支持。在此，我謹(jǐn)向張老師表示最崇高的敬意和最誠(chéng)摯的感謝!在論文完成后期，張迎春教授對(duì)我的論文提出了寶貴意見，使我的論文得到進(jìn)一步完善。張老師豐富的學(xué)識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度給我了極大的鼓舞。在這里我向白老師表示由衷的感謝! 感謝機(jī)械工程學(xué)院的所有老師對(duì)我的教育和培養(yǎng)。我在這四年的學(xué)習(xí)中，豐富了知識(shí)層面，學(xué)會(huì)了做人的道理，和嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)的培養(yǎng) 感謝我相處四年的同學(xué)們，在論文修改上同學(xué)們的意見對(duì)我有很大幫助;在生活中，他們的鼓勵(lì)更加堅(jiān)定了我完成本篇論文的信心。 衷心感謝我最敬愛的父母!他們?cè)谖业某砷L(zhǎng)過(guò)程中付出了太多的心血，使我能夠健康的成長(zhǎng)并順利完成學(xué)業(yè)。 四年的時(shí)間對(duì)于整個(gè)人生而言，也許是短暫而微不足道的。但即將過(guò)去的這三年對(duì)我而言，卻是人生一個(gè)重要的里程碑，深刻而難忘。感謝所有關(guān)心幫助過(guò)我的人! 參考文獻(xiàn) [1]王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制綜述[J].基礎(chǔ)自動(dòng)化,2006(6). 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