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搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 摘要： 機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實(shí)踐證明，機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 本課題通過(guò)應(yīng)用SolidWorks對(duì)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)，運(yùn)用SolidWorks技術(shù)對(duì)上料機(jī)械手進(jìn)行三維實(shí)體造型，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，使其能將基本的運(yùn)動(dòng)更具體的展現(xiàn)在人們面前。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手；UG；自由度；液壓；自動(dòng)化 Abstract： Manipulator is a new technologyin the field of modern automatic control, It is an imitation of part of the human upper limb function, Scheduled for delivery in accordance with the requirements of holding a work piece or tool automation technology and equipment operation, Automation of industrial production, and promote the further development of industrial production plays an important role.So it has a great vitality and thus be widely valued and welcomed. Practice has proved that the robot can replace the heavy manual labor, significantly reduced labor intensity and improve working conditions and raise the level of labor productivity and automation. That often appears in industrial production of heavy work piece handling and long-term frequent monotonous operations, the use of mechanical hand to be effective. In addition, it can at a high temperature, low temperature, Sham Shui Po, the universe, radioactive and other toxic pollution of the environment under the conditions of operation, but also to demonstrate its superiority, has broad prospects. This issue through the application of SolidWorks to proceed with the structural design of mechanical and hydraulic principles of design, technology use SolidWorks feeding robot three-dimensional solid modeling and simulation of the movement, its basic movements can be more specific in the show people before. Key Words： Manipulator；SolidWorks；degree of freedom；Hydraulic；Automation 目錄 1 前言 1 2 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 2.1 手部的設(shè)計(jì)和計(jì)算 1 2.1.1手部設(shè)計(jì)的要求 1 2.1.2 拉緊裝置原理 2 2.2 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 4 2.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 3 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及草圖 9 3.1手部抓取缸 9 3.2 腕部擺動(dòng)液壓回路 10 3.3 小臂伸縮缸液壓回路 11 3.4 總體系統(tǒng)圖 12 4 機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 4.1電機(jī)的選擇 13 4.2 減速器的選擇 15 4.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 15 5 機(jī)械手的定位與平穩(wěn)性 17 5.1 常用的定位方式 17 5.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 17 5.3 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置 18 6 機(jī)械手的控制 19 7 機(jī)械手的組成與分類 20 7.1 機(jī)械手組成 20 7.2機(jī)械手分類 21 8 機(jī)械手的三維造型及運(yùn)動(dòng)仿真 23 總結(jié) 24 致謝 25 參考文獻(xiàn) 26 附錄 27 1 前言 機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一，它能不分地代替人工操作;其二，它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三，他能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。從而大大的地改善工人的勞動(dòng)田間，顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因此受到各先進(jìn)工業(yè)國(guó)的重視，投入大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。在我國(guó)，近幾年也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門(mén)的重視。 通過(guò)SolidWorks中的虛擬樣機(jī)技術(shù)在第一臺(tái)物理樣機(jī)之前，以機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)、多體動(dòng)力學(xué)、有限元分析和控制理論為核心，將產(chǎn)品各零部件的設(shè)計(jì)和分析集成在一起，建立機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字模型，從而為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研究、優(yōu)化提供基于計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)的研究平臺(tái)。在進(jìn)行產(chǎn)品三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，運(yùn)用分析仿真軟件（CAE）對(duì)產(chǎn)品工作性能進(jìn)行虛擬仿真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。根據(jù)分析仿真結(jié)果，用三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。 2 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 手部的設(shè)計(jì)和計(jì)算 2.1.1 手部設(shè)計(jì)的要求 1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力 手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。 2、有足夠的開(kāi)閉范圍 夾持類手部的手指都有張開(kāi)和閉合裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變化量稱為開(kāi)閉范圍。手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來(lái)說(shuō)，如工作環(huán)境許可，開(kāi)閉范圍大一些較好。 3、力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。 4、手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度 5、其它要求 夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開(kāi)時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。 2.1.2 拉緊裝置原理 如圖2.1所示【4】：油缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時(shí)松開(kāi)工件。 圖2.1 油缸示意圖 1、右腔推力為 （2.1） = =4908.7N 2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為： （2.2） 其中 N′=498N=392N，帶入公式2.2得： = 392 =1764N 則實(shí)際加緊力為 （2.3） = =3424N 經(jīng)圓整F1=3500N 3、計(jì)算手部活塞桿行程長(zhǎng)L,即 （2.4） =25tg30 =23.1mm 經(jīng)圓整取l=25mm 4、確定“V”型鉗爪的L、取 （2.5） 式中： （2.6） 由公式（2.5）（2.6）得：L=3=150 取“V”型鉗口的夾角2α=，則偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角來(lái)確定， 查表得： =2239′ 5、機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍（速度）[1] （1）伸縮運(yùn)動(dòng) =500 =50mm/s （2）上升運(yùn)動(dòng)=500mm/s =40mm/s （3）下降=800mm/s =80mm/s （4）回轉(zhuǎn)=90/s =30/s 所以取手部驅(qū)動(dòng)活塞速度V=60mm/s 6、手部右腔流量 Q=sv （2.7） =60 =603.1425 =1177.5 7、手部工作壓強(qiáng) P= （2.8） = =1.78Mpa 2.2 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本設(shè)計(jì)腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 要求：回轉(zhuǎn) 角速度W= 以最大負(fù)荷計(jì)算： 當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，擺動(dòng)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長(zhǎng)度l=650mm。如圖2.2所示。 1、計(jì)算扭矩〖4〗 設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩為： =FS （2.9） =109.80.2=19.6（NM） 工件 F S F 圖2.2腕部受力簡(jiǎn)圖 2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩M2[4] F=5kg S=10cm 帶入公式2.9得 =FS=59.80.1 =4.9（NM） . 3、擺動(dòng)缸的摩擦力矩M摩[4] =300（N）（估算值） S=20mm （估算值） = S=6（NM） 4、擺動(dòng)缸的總摩擦力矩M[4] M=++ （2.10） =30.5（NM） 5、由公式 T= （2.11） 其中： b—葉片密度，這里取b=3cm； —擺動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里取=10cm； —轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取=3cm。 所以代入（2.11）公式 = =0.89Mpa 又因?yàn)? W= 所以 Q= = = = 27 2.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力較復(fù)雜。 機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。 手臂的伸縮速度為200m/s 行程L=500mm 1、手臂右腔流量，公式（2.7）得： Q=sv = =1004800 = =1000 2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得： （2.12） 式中：F——取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，估算， 。 所以代入公式（2.12）得： = = 3、繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如圖2.3所示： 圖2.3機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表 4、由初步計(jì)算選液壓泵[4] 所需液壓最高壓力 所需液壓最大流量 選取CB-D型液壓泵（齒輪泵） 此泵工作壓力為10Mpa，轉(zhuǎn)速為1800，工作流量Q在32—70之間，可以滿足需要。 5、驗(yàn)算腕部擺動(dòng)缸： （2.13） （2.14） 式中：Ηm—機(jī)械效率?。? 0.85～0.9 Ηv—容積效率?。? 0.7～0.95 所以代入公式（2.13）得： =25.8 代入公式（2.14）得： 因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 流量 圓整其他缸的數(shù)值： 手部抓取缸工作壓力 流量 小臂伸縮缸工作壓力 流量 3 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及草圖 3.1手部抓取缸 圖 3.1手部抓取缸液壓原理圖 1、手部抓取缸液壓原理圖如圖3.1所示 2、泵的供油壓力P取10Mpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即。 因此，需裝圖3.1中所示的調(diào)速閥，流量定為，工作壓力。 采用： YF-B10B溢流閥 2FRM5-調(diào)速閥 23E1-10B二位三通閥 3.2 腕部擺動(dòng)液壓回路 圖 3.2腕部擺動(dòng)液壓回路 1、腕部擺動(dòng)缸液壓原理圖如圖3.2所示 2、工作壓力 P=1Mpa 流量 采用： 2FRM5-調(diào)速閥 34E1-10B 換向閥 YF-B10B 溢流閥 3.3 小臂伸縮缸液壓回路 圖 3.3小臂伸縮缸液壓回路 1、小臂伸縮缸液壓原理圖如圖3.3所示 2、工作壓力 流量 采用： YF-B10B 溢流閥 2FRM5- 調(diào)速閥 23E1-10B二位三通閥 3.4 總體系統(tǒng)圖 圖 3.4總體系統(tǒng)圖 1、總體系統(tǒng)圖如圖3.4所示 2、工作過(guò)程:小臂伸長(zhǎng)→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收縮→手部放松 3、電磁鐵動(dòng)作順序表 元件 動(dòng)作 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 小臂伸長(zhǎng) － + + - - 手部抓緊 － + - - - 腕部回轉(zhuǎn) － + - + - 小臂收縮 － - - - - 手部放松 － - + - - 卸荷 ＋ 圖 3.5總體系統(tǒng)圖 4、確電機(jī)規(guī)格： 液壓泵選取CB-D型液壓泵，額定壓力，工作流量在32～70 之間。選取80L/min為額定流量的泵， 因此,傳動(dòng)功率： （3.1） 式中： （經(jīng)驗(yàn)值） 所以代入公式（3.1）得： =16.7KN 選取電動(dòng)機(jī)JQZ-61-2型電動(dòng)機(jī)，額定功率17KW， 轉(zhuǎn)速為。 4 機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)身的直接支承和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者就直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜，機(jī)身既可以是固定式的，也可以是行走式的 臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了機(jī)械手的總體布局。本課題機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這樣機(jī)械手可以是獨(dú)立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動(dòng)，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見(jiàn)于回轉(zhuǎn)型機(jī)械手。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動(dòng)，獲得較大的升降行程。升降過(guò)程由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了自由度的要求 4.1電機(jī)的選擇 機(jī)身部使用了兩個(gè)電機(jī)，其一是帶動(dòng)臂部的升降運(yùn)動(dòng)；其二是帶動(dòng)機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)臂部升降運(yùn)動(dòng)的電機(jī)安裝在肋板上，帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基上。 1、帶動(dòng)臂部升降的電機(jī)：【10】 初選上升速度 所以 選擇Y90S-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動(dòng)機(jī)。采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。 如圖4.1 Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示： 型號(hào) 額定功率KW 滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 電流A 轉(zhuǎn)速 效率% 功率因素 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 Y90S-4 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 2.2 圖4.1 Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 2、帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)：【10】 初選轉(zhuǎn)速 由于齒輪 i=3 減速器 i=30 所以 選擇Y90L-6型籠型異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)采用B級(jí)絕緣。外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。 如圖4.2 Y90S-6電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示： 圖4.2 Y90L-6電動(dòng)機(jī)技術(shù) 4.2 減速器的選擇 減速器的原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置。用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增 轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要?！?】 初選WD80型圓柱蝸桿減速器。 WD為蝸桿下置式一級(jí)傳動(dòng)的阿基米德圓柱蝸桿減速器。 蝸桿的材料為38siMnMo調(diào)質(zhì) 蝸輪的材料為ZQA19-4 中心矩a=80 Msq=4.011 （4.1） 傳動(dòng)比I=30 傳動(dòng)慣量0.26510ˉkgm 4.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 螺桿是機(jī)械手的主支承件，并傳動(dòng)使手臂上下運(yùn)動(dòng)。 螺桿的材料選擇：〖6〗 從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講并能滿足要求的材料為鑄鐵。 螺距 P=6mm 梯形螺紋 螺紋的工作高度 h=0.5P （4.2） =3mm 螺紋牙底寬度 （4.3） 螺桿強(qiáng)度 （4.4） = =Mpa 螺紋牙剪切 彎曲 1、當(dāng)量應(yīng)力【6】 (4.5) 式中 T——傳遞轉(zhuǎn)矩Nmm ——螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式（4.5）得： = = = 即 合格 2、剪切強(qiáng)度【6】 （旋合圈數(shù)） （4.6） （4.7） = = = 3、彎曲強(qiáng)度【6】 = =0.48Mpa＜[σ]=45Mpa 合格 5 機(jī)械手的定位與平穩(wěn)性 5.1 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。 5.2 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(wèn)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(kāi)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 5.3 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)， （最大加速度）、（緩沖腔最大沖擊壓力）和（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，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，- 取5以下，對(duì)于輕載高速機(jī)械手，-取5～10 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)： （5.1） = =138N ③ 計(jì)算殘余速度Vr （5.2） = = 6 機(jī)械手的控制 控制系統(tǒng)是機(jī)械手的重要組成部分。在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用。機(jī)械手的手部、腕部、臂部等的動(dòng)作以及相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)動(dòng)作都是通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動(dòng)作的順序，動(dòng)作的位置與路徑、動(dòng)作的時(shí)間。 機(jī)械手要用來(lái)代替人完成某些操作，通常需要具有圖6.1所示的機(jī)能〖3〗。 實(shí)現(xiàn)上述各種機(jī)能的控制方式有多種多樣。機(jī)械手的程序控制方式可分為兩大類，即固定程序控制方式和可變程序控制方式。 本課題所用的是固定程序控制類別的機(jī)械式控制。 常用凸輪和杠桿機(jī)構(gòu)來(lái)控制機(jī)械手的動(dòng)作順序、時(shí)間和速度。一般常與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)并用，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，壽命較長(zhǎng)，工作比較可靠。適用于控制程序步數(shù)少的專用機(jī)械手。 裝卸工件 狀別識(shí)別 環(huán)境識(shí)別 操作機(jī)能 檢測(cè)、識(shí)別機(jī)能 控制機(jī)能 示教機(jī)能 動(dòng)作控制機(jī)能 動(dòng)作順序控制機(jī)能 運(yùn)動(dòng)控制機(jī)能 圖6.1機(jī)械手的控制機(jī)能 7 機(jī)械手的組成與分類 7.1 機(jī)械手組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成?！?】 （1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)如 ① 手部：是機(jī)械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù)。 ② 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。 ③ 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 ④ 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱通常為固定不動(dòng)的。 ⑤ 機(jī)座：是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支承和聯(lián)接的作用。 （2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。常用的有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。 （3）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng) ，它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測(cè)其正確與否。一般常見(jiàn)的為電器與電子回路控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。 7.2機(jī)械手分類 （1）根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)，工業(yè)機(jī)械手可分為以下三類： ① 承擔(dān)搬運(yùn)工作的機(jī)械手：這種機(jī)械手在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí)，用來(lái)完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。 ② 生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)械手：可用于完成工藝過(guò)程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。 ③ 通用工業(yè)機(jī)械手：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)。 （2）按功能分類 ① 專用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少，工作對(duì)象單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床，自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。 ② 通用機(jī)械手：又稱工業(yè)機(jī)器人。它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于不斷變換品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。 ③ 示教再現(xiàn)機(jī)械手：采用示教法編程的通用機(jī)械手。所謂示教，即由人通過(guò)手動(dòng)控制，“拎著”機(jī)械手做一遍操作示范，完成全部動(dòng)作后，其儲(chǔ)存裝置即能記憶下來(lái)。機(jī)械手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作。 （3）按驅(qū)動(dòng)方式分 ① 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 ② 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 ③ 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 （4）按控制方式分 ① 固定程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個(gè)固定程序的控制器。程序簡(jiǎn)單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位。 ② 可編程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個(gè)可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變。 8 機(jī)械手的三維造型及運(yùn)動(dòng)仿真 SolidWorks是當(dāng)今最為流行的三維CAD軟件之一，它具有基于特征、參數(shù)化、實(shí)體造型等特點(diǎn)。整個(gè)設(shè)計(jì)基于裝配關(guān)系進(jìn)行，裝配的基礎(chǔ)要素是相關(guān)的零件，零件是由若干參數(shù)化的可以基于裝配關(guān)系的特征堆砌而成，特征是一些與機(jī)械設(shè)計(jì)的表達(dá)意圖相關(guān)的一些簡(jiǎn)單幾何形體，這些幾何形體的基礎(chǔ)是參數(shù)化的，可以基于裝配關(guān)系的二維或者三維草圖，草圖是一些簡(jiǎn)單類型的圖線，可以用集合關(guān)系、裝配關(guān)系和驅(qū)動(dòng)尺寸加以約束。 SolidWorks當(dāng)中的虛擬樣機(jī)技術(shù)在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，運(yùn)用分析仿真軟件（CAE）對(duì)產(chǎn)品工作性能進(jìn)行虛擬仿真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。根據(jù)分析仿真結(jié)果，用三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。 與傳統(tǒng)的仿真分析相比，傳統(tǒng)的仿真一般是針對(duì)單個(gè)子系統(tǒng)的仿真，而虛擬樣機(jī)技術(shù)則是強(qiáng)調(diào)整體的優(yōu)化，它通過(guò)虛擬整機(jī)與虛擬環(huán)境的耦合，對(duì)產(chǎn)品的多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行測(cè)試、評(píng)估，并不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，直到獲得最優(yōu)的整機(jī)性能。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以快速地建立包括控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)在內(nèi)的多體系動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)，可在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，把系統(tǒng)的測(cè)試分析作為整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)。 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)馬上就快結(jié)束了，在這兩個(gè)月的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)程中，我取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 機(jī)械自動(dòng)化作為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，它有著廣闊的市場(chǎng)，屬于實(shí)際需要去研制的一種項(xiàng)目。機(jī)械手能模仿人體上肢的某些動(dòng)作，就需要有一定的靈敏度，對(duì)設(shè)計(jì)的要求較高。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，提高了我分析和解決問(wèn)題的能力，擴(kuò)寬和深化了學(xué)過(guò)的知識(shí)，掌握了設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法，培養(yǎng)了我們正確使用機(jī)身材料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、圖冊(cè)等工具書(shū)的能力。 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真，這是一個(gè)我以前所沒(méi)有接觸的。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)我收獲很多，比如學(xué)會(huì)了查相關(guān)資料和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多公式的運(yùn)用。SolidWorks這個(gè)軟件對(duì)我來(lái)說(shuō)是陌生的，經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師的幫助和對(duì)參考資料的拜讀，使我能基本運(yùn)用這個(gè)軟件的一些功能。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也讓我感覺(jué)到很多方面的不足，比如碰到實(shí)際困難解決困難的能力的能力不足等等。不過(guò)我相信通過(guò)自己不斷的學(xué)習(xí)和努力，相信以后能在實(shí)際工作中能夠不斷的成長(zhǎng)，能為企業(yè)的發(fā)展出自己的一份力。 參考文獻(xiàn) [1] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007年8月:87～88. 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