可裝配工件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u19766可裝配工件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例 176951.1可裝配工件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械手的組成 1242291.2可裝配工件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械手的部件機(jī)構(gòu) 1169471.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1111451.2.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 3265511.2.3旋轉(zhuǎn)支撐底座的分析 3281681.2.4手臂的設(shè)計(jì) 41.1可裝配工件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械手的組成本次設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械手為氣動(dòng)式，主要?jiǎng)恿κ请姍C(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸通過同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)工件，氣動(dòng)件氣缸夾緊工件可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)180°。其組成部分有底座、旋轉(zhuǎn)軸系、旋轉(zhuǎn)臂[14]、電機(jī)、同步帶、夾持器、軸、轉(zhuǎn)速盤、連接塊支撐架和手部手臂等。設(shè)計(jì)一種實(shí)用且精度較高的雙臂桿空間機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)兩臂桿在水平內(nèi)的擺動(dòng)，可以減輕關(guān)節(jié)質(zhì)量，降低力矩對整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響，保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性[5]。氣動(dòng)件手部的作用是抓取工件如鋼板等，手臂的作用是支撐旋轉(zhuǎn)式機(jī)械手的手部，而轉(zhuǎn)速盤的作用是配合旋轉(zhuǎn)式機(jī)械手手部，從而帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)功能，最終實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)式機(jī)械手的轉(zhuǎn)移工件的目的，基座的作用是負(fù)載上述各部位。1.2可裝配工件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械手的部件機(jī)構(gòu)1.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由手部、手腕、手臂等主要零配件部分組成，有的也可能需要另外安裝增設(shè)一些輔助行走機(jī)構(gòu)。手部：也就是與其他物體相連和接觸的一個(gè)重要部件。由于與其他物體互相接觸的運(yùn)行方向和運(yùn)動(dòng)形式不同，可以將它們分別劃分成作為兩種手即夾持機(jī)械手和一種吸附運(yùn)動(dòng)性手，在本文所研究的兩個(gè)課題中我們分別選擇了一種也被稱為夾持式的機(jī)械手部。手指構(gòu)件是一種與其他物體直接相互運(yùn)動(dòng)碰撞的機(jī)械構(gòu)件，常見的對手指的直接運(yùn)動(dòng)碰撞方式主要類型有手指回旋型和手指平移式。回轉(zhuǎn)式機(jī)械手指具體特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，故目前應(yīng)用較廣。平移型的零件應(yīng)用相對較少，其主要應(yīng)用原因之一可能就是零件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是選擇平移型的是用手指在手中夾持一個(gè)類似圓形的小型零件時(shí)，工作點(diǎn)與軸心平行直徑的高度變化并沒有嚴(yán)重地影響其夾到零件工作點(diǎn)與軸心的平行高度和移動(dòng)位置，因此最好的還是選擇適宜于手指夾持軸心直徑高度變化小且區(qū)間移動(dòng)范圍很大的零件工作。手指的具體結(jié)構(gòu)主要充分依賴于被物件抓獲一個(gè)物件的具體表面結(jié)構(gòu)形態(tài)、被物件抓獲的具體部位以及抓獲物件的平均體積和總重量和尺寸大小。常用的各種指形支撐方法主要類型有多個(gè)平面的、v形和曲面的和多個(gè)曲面的，手指支撐方法主要有外夾式和內(nèi)夾的支撐式；常用指數(shù)主要方法有用于雙手的單指式、多只雙手指式和一只手指式。而夾緊機(jī)構(gòu)主要是通過對夾具手指的力進(jìn)行夾緊傳動(dòng)作用，從而實(shí)現(xiàn)對夾具內(nèi)放一個(gè)大小物件的夾緊操作。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在各種類型中較多時(shí)常見的主要傳動(dòng)類型分別有：傳動(dòng)滑槽杠桿式、連桿傳動(dòng)杠桿式、斜面?zhèn)鲃?dòng)杠桿式、齒輪和傳動(dòng)螺母連桿彈簧式、絲杠式和螺母連桿彈簧式、和傳動(dòng)重力式。圖1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)手腕：它們是一種連接到人體手部和動(dòng)作者手臂上的一個(gè)重要部件，并且它們還可以被用于調(diào)整被人體所抓取到物件。手臂：這個(gè)游戲手臂本身其實(shí)就是一個(gè)能夠支承被對手抓住的物品、手部和整個(gè)手腕的主要機(jī)械組成物的部分。手臂的驅(qū)動(dòng)功能就是手臂帶動(dòng)一只人的手指能用來移動(dòng)抓取其他物品，并按照自己手臂預(yù)定的工作要求把其他物移動(dòng)到自己手臂指定的工作位置。一般來說，工業(yè)自動(dòng)機(jī)器人對于機(jī)械手的主要驅(qū)動(dòng)功能也就是由于手臂驅(qū)動(dòng)一只附在手臂上能進(jìn)行手部運(yùn)動(dòng)的機(jī)械零部件和其他驅(qū)動(dòng)源(或者例如驅(qū)動(dòng)液壓、氣壓或風(fēng)力發(fā)電機(jī)等)互為有機(jī)配合，以便于我們實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)?；河捎诨且粋€(gè)機(jī)械手的主要基礎(chǔ)組成部分，機(jī)械手在執(zhí)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的各個(gè)零部件及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都被直接安裝在基座上，故具有支撐與連接的功能。1.2.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇機(jī)械手主要有四種驅(qū)動(dòng)的方式，而當(dāng)中的液壓與空氣傳遞的液壓相比，則具備以下的優(yōu)點(diǎn)：(1)空間布局的安裝方式不受嚴(yán)格空間條件的限制，能夠建立起其它各種方法很難完全組成的復(fù)雜式驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。(2)采用液壓和氣壓式驅(qū)動(dòng)下傳遞的機(jī)械運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，易于進(jìn)行快速起步、制動(dòng)及頻繁換向。(3)操作簡單、控制方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制、高速遠(yuǎn)程控制、過載防護(hù)。與傳統(tǒng)的電氣控制、電子設(shè)備控制相結(jié)合,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的工作周期循環(huán)和自動(dòng)的過載防護(hù)。(4)由于液壓與氣動(dòng)件等元件是我國現(xiàn)代機(jī)械制造的重要組成部分，其標(biāo)準(zhǔn)化、系列性和通用化水平都比較高，這樣就有利于減少設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及降低生產(chǎn)制造費(fèi)用。基于以上幾個(gè)點(diǎn)，液壓和壓力氣壓機(jī)械驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到了最廣泛的實(shí)際應(yīng)用。液壓與傳動(dòng)氣壓機(jī)械驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)作為各類機(jī)械手兩種較為經(jīng)典的機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)形式，其驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展對于各類機(jī)械手的實(shí)際操作應(yīng)用也都是有著一定程度的技術(shù)推動(dòng)作用。液壓的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)之一是那就是它比單位量的質(zhì)量電機(jī)輸出的壓力功率大，在同等的質(zhì)量輸出壓力功率下使用液壓傳動(dòng)電機(jī)已經(jīng)具有了傳動(dòng)體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)動(dòng)快和慣性小、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定大和性能好的基本特征。氣壓氣動(dòng)機(jī)械手的空氣抓力承重通常在30公斤以下，在同樣的空氣抓重結(jié)構(gòu)情況下它比普通大型液壓氣動(dòng)機(jī)械手的抓重結(jié)構(gòu)大，所以選擇氣壓式。1.2.3旋轉(zhuǎn)支撐底座的分析底座全由型材組合焊接而成，提供整個(gè)部件的支撐及其與拖車的連接接口[15]。在電機(jī)底座中電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸通過同步帶輪傳動(dòng)運(yùn)行方式來同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)機(jī)械工件，考慮到每個(gè)傳動(dòng)軸對效率的影響大小和速度高低、相應(yīng)傳動(dòng)路程、力矩等多種主要影響傳動(dòng)因素，故在這里這個(gè)比較中特別分析了兩種同步帶輪帶軸傳動(dòng)和同步齒輪帶軸傳動(dòng)(這兩種帶輪傳動(dòng)控制方法同樣可很好地同時(shí)實(shí)現(xiàn)軸向平移)，鏈條帶輪傳動(dòng)及其利弊，結(jié)合整個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和整個(gè)機(jī)械手的工作總體傳動(dòng)要求的不同前提下，采用了同步帶輪進(jìn)行傳動(dòng)。圖1.1旋轉(zhuǎn)支撐部分的三維建模1.2.4手臂的設(shè)計(jì)手臂選用的是一起到連接作用的支撐桿。這個(gè)支撐桿所采用的材料都是高強(qiáng)度的良好輕度，使用壽命長。而橫截面部分則采用了選擇性的空心相互配合，并在其表面一定的位置進(jìn)行打孔，這樣可以讓輕量化的設(shè)計(jì)效果得以達(dá)到極大的改善。支撐桿零件是一個(gè)對于機(jī)械手非常重要的組成部件。它的主要作用之一就是支持旋轉(zhuǎn)型機(jī)械手的雙臂，且可以在一個(gè)固定的距離內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)式的機(jī)械手在一定時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)通常都是由一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的，從支撐桿的承受力狀態(tài)來進(jìn)行分析，它在一般的工作條件下即直接地承受了機(jī)械手的手部、旋轉(zhuǎn)所帶來的慣性。所以，其靈活性、工作區(qū)域、機(jī)械結(jié)構(gòu)等都會(huì)直接地體現(xiàn)在機(jī)器手的工作特征上。圖1.2爪瓣三維建模支撐桿設(shè)計(jì)的基本要求(1)桿部應(yīng)有一個(gè)承載能力強(qiáng)、剛度良好、自重較輕根據(jù)工件的受力條件，合理地選擇橫截面的形狀及其輪廓尺寸。增加了支撐的剛度與合理地選取支撐點(diǎn)之間的距離。合理地布置工件的作用力所在位置與方向。注意設(shè)計(jì)和簡化構(gòu)件。(2)桿部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小。(3)支撐桿動(dòng)作應(yīng)該靈活。手臂的一些主要典型支撐機(jī)構(gòu)以及手臂結(jié)構(gòu)類型選擇：一個(gè)典型能夠完全直接滿足這種手臂設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需要的手臂支撐桿。該機(jī)構(gòu)主要類型有以下幾種：方式扁管、圓式和扁管、平板等。綜合考慮，本次設(shè)