搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計及運(yùn)動仿真

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計及運(yùn)動仿真 摘要： 機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(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)行操作的自動化技術(shù)設(shè)備，對實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(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，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。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

2、的發(fā)展前途。 本課題通過應(yīng)用SolidWorks對機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和液壓傳動原理設(shè)計，運(yùn)用SolidWorks技術(shù)對上料機(jī)械手進(jìn)行三維實(shí)體造型，并進(jìn)行了運(yùn)動仿真，使其能將基本的運(yùn)動更具體的展現(xiàn)在人們面前。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手；UG；自由度；液壓；自動化 Abstract： Manipulator? is a new technology?in the field of modern automatic control, It is an imitation of part of the human upper limb function?, Scheduled for deliver

3、y 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 we

4、lcomed. 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 frequen

5、t 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

6、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

7、the show people before. Key Words： Manipulator；SolidWorks；degree of freedom；Hydraulic；Automation 專心---專注---專業(yè) 目錄 1 前言 機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(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：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

8、一定的程序、時間和位置來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田間，顯著提高勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因此受到各先進(jìn)工業(yè)國的重視，投入大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。在我國，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)部門的重視。 通過SolidWorks中的虛擬樣機(jī)技術(shù)在第一臺物理樣機(jī)之前，以機(jī)械運(yùn)動學(xué)、多體動力學(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、研究、優(yōu)化提供基于計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)的研究平臺。在進(jìn)行產(chǎn)品三維結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，運(yùn)用

9、分析仿真軟件（CAE）對產(chǎn)品工作性能進(jìn)行虛擬仿真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷。根據(jù)分析仿真結(jié)果，用三維設(shè)計軟件對產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。 2 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計 2.1 手部的設(shè)計和計算 2.1.1 手部設(shè)計的要求 1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力 手部在工作時，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、有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。手指開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，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好。 3、力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小 手部處于腕

10、部的最前端，工作時運(yùn)動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動速度等性能。因此，在設(shè)計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，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，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，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，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時松開工件。 圖2.1 油缸示意圖 1、右腔推力為

11、 （2.1） = =4908.7N 2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計算公式為： （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、計算手部活塞

12、桿行程長L,即 （2.4） =25×tg30o =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

13、“V”型鉗口的夾角2α=，則偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定， 查表得： =22o39′ 5、機(jī)械運(yùn)動范圍（速度）[1] （1）伸縮運(yùn)動 =500 =50mm/s （2）上升運(yùn)動=500mm/s =40mm/s （3）下降=800mm/s =80mm/s （4）回轉(zhuǎn)=90o/s =30o/s 所以取手部驅(qū)動活塞速度V=60mm/s 6、手部右腔流量 Q=sv （2.7） =60 =60×3.14×252 =1177.5 7、手部工作壓強(qiáng) P=

14、 （2.8） = =1.78Mpa 2.2 腕部的設(shè)計計算 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本設(shè)計腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 要求：回轉(zhuǎn)± 角速度W= 以最大負(fù)荷計算： 當(dāng)工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長度l=650mm。如圖2.2所示。 1、計算扭矩〖4〗 設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩為： =

15、F×S （2.9） =10×9.8×0.2=19.6（N·M） 工件 F S F 圖2.2腕部受力簡圖 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 =F

16、×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M） . 3、擺動缸的摩擦力矩M摩[4] =300（N）（估算值） S=20mm （估算值） = ×S=6（N·M） 4、擺動缸的總摩擦力矩M[4] M=++ （2.10） =30.5（N·M） 5、由公式 T= （2.11） 其中： b—葉片密度，這里取b=3cm； —擺動缸內(nèi)徑, 這里取=10cm； —轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取=3cm。 所以代入（2.

17、11）公式 = =0.89Mpa 又因為 W= 所以 Q= = = = 27 2.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計 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，并帶動它們在空間運(yùn)動。 臂部運(yùn)動的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動范圍內(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、靜載荷，而且自身運(yùn)動又較多，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

18、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 = = = =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部件總重，估算，

19、 。 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、驗算腕部擺動缸： （2.13）

20、 （2.14） 式中：Ηm—機(jī)械效率取： 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)計及草圖 3.1手部抓取缸

21、 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 腕部擺動液壓回路 圖 3.2腕部擺動液壓回路 1、腕部擺動缸液壓原理圖如圖3.2所示 2、工作壓力 P=1Mpa 流

22、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

23、統(tǒng)圖如圖3.4所示 2、工作過程:小臂伸長→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收縮→手部放松 3、電磁鐵動作順序表 元件 動作 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 小臂伸長 － + + - - 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

24、動功率： （3.1） 式中： （經(jīng)驗值） 所以代入公式（3.1）得： =16.7KN 選取電動機(jī)JQZ-61-2型電動機(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 機(jī)身的直接支承和傳動手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機(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

25、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，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見于回轉(zhuǎn)型機(jī)械手。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機(jī)帶動螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動。手臂的回轉(zhuǎn)由電動機(jī)帶動減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動了機(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)身部使用了兩個電機(jī)，其一是帶動臂部的升降運(yùn)動；其二是帶動機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。帶動臂部升降運(yùn)動的電機(jī)安裝在肋板上，帶動機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基上。 1、帶動臂部升降的電機(jī)：【10】

26、初選上升速度 所以 選擇Y90S-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動機(jī)。采用B級絕緣，外殼防護(hù)等級為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電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示： 型號 額定功率KW 滿載時 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

27、.2 2.2 圖4.1 Y90S-4電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 2、帶動機(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型籠型異步電動機(jī) 電動機(jī)采用B級絕緣。外殼防護(hù)等級為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電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示： 圖4.2 Y90L-6電動機(jī)技術(shù) 4.2 減速器的選擇 減速器的原動機(jī)和工作機(jī)

28、之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置。用來降低轉(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為蝸桿下置式一級傳動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 Ms×q=4.0×11 （4.1） 傳動比I=30 傳動慣量0.265×10ˉ3kg·m2 4.3 螺柱的設(shè)計與校核 螺桿是機(jī)械手的主支承件，并傳動使手臂上下運(yùn)動。 螺桿的材料選擇：〖6〗 從經(jīng)濟(jì)角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。 螺距 P=6mm 梯形螺紋 螺紋

29、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N·mm ——螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式（4.5）得： = = =

30、 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，緊靠擋塊而定位。 若定位前已減速，定位時驅(qū)動壓力未撤除，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

31、般可高于±0.5mm，若定位時關(guān)閉驅(qū)動油路而去掉工作壓力，這時機(jī)械手可能被擋塊碰回一個微小距離，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。在許多較簡單情況下，單個量值可能是主要的。影響單個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，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時的速度等因素有關(guān)。 （2、）定位速度 定位速度對定位精度影響很大。這是因為定位速度不同時，必須耗散的運(yùn)動部件的能量不同。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

32、緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動系統(tǒng)使運(yùn)動部件適時減速。 （3）精度 機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對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，因易產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。 （5）運(yùn)動件的重量 運(yùn)動件的重量包括機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量。 運(yùn)動件重量的變化對定位精度影響較大。通常，運(yùn)動件重量增加時，定位精度降低。因此，設(shè)計時不僅要減小運(yùn)動部件本身的重量，而且要考慮工作時抓重變化的影響。 （6、）驅(qū)動源 液壓、氣壓的壓力波動及電壓、油溫、氣溫的波動都會影響機(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

33、器控制油溫，低速時，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不相同的。這不僅是因為各種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)簡單，緊湊。但有時安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點(diǎn)是安置位置靈活，簡便，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)動到距油缸端蓋某一距離時

34、能在活塞與端蓋之間形成一個緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時背壓阻力，以使運(yùn)動減速直至停止，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)計油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時， （最大加速度）、（緩沖腔最大沖擊壓力）和（殘余速度）三個參數(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參數(shù)，然后校驗其余兩個參數(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，同時要考慮速度與載荷大小。對于重載低速機(jī)械手，- 取5以下，對于輕載高速機(jī)械手，-取5～10 ② 計算沿運(yùn)動方向作用在活塞上的外力F 水平運(yùn)動時：

35、 （5.1） = =138N ③ 計算殘余速度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、臂部等的動作以及相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)動作都是通過控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。主要控

36、制內(nèi)容有動作的順序，動作的位置與路徑、動作的時間。 機(jī)械手要用來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)來控制機(jī)械手的動作順序、時間和速度。一般常與驅(qū)動機(jī)構(gòu)并用，因此結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，壽命較長，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

37、 狀別識別 環(huán)境識別 操作機(jī)能 檢測、識別機(jī)能 控制機(jī)能 示教機(jī)能 動作控制機(jī)能 動作順序控制機(jī)能 運(yùn)動控制機(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

38、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)則通過手指夾緊力來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)動和升降運(yùn)動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)動系統(tǒng)：機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行運(yùn)動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機(jī)械傳動等四種形式。 （

39、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，并檢測其正確與否。一般常見的為電器與電子回路控制，計算機(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，用來完成輔助作業(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獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械

40、裝置。專用機(jī)械手具有動作少，工作對象單一，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用可靠和造價低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動化生產(chǎn)，如自動機(jī)床，自動線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動換刀機(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，即由人通過手動控制，“拎著”機(jī)械手做一遍操作示范，完成全部動作后，其儲存裝置即能記憶下來。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)動方式分 ① 液壓傳動機(jī)械手 ② 氣壓傳

41、動機(jī)械手 ③ 機(jī)械傳動機(jī)械手 （4）按控制方式分 ① 固定程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個固定程序的控制器。程序簡單，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)。整個設(shè)計基于裝配關(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)計的表達(dá)意圖相

42、關(guān)的一些簡單幾何形體，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，草圖是一些簡單類型的圖線，可以用集合關(guān)系、裝配關(guān)系和驅(qū)動尺寸加以約束。 SolidWorks當(dāng)中的虛擬樣機(jī)技術(shù)在對產(chǎn)品進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，運(yùn)用分析仿真軟件（CAE）對產(chǎn)品工作性能進(jìn)行虛擬仿真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷。根據(jù)分析仿真結(jié)果，用三維設(shè)計軟件對產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。 與傳統(tǒng)的仿真分析相比，傳統(tǒng)的仿真一般是針對單個子系統(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，它通過虛擬整機(jī)與虛擬環(huán)境的耦合，對產(chǎn)品的多種設(shè)計方案進(jìn)行測試、評估，并不斷改進(jìn)設(shè)計方案，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

43、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)在內(nèi)的多體系動力學(xué)虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的并行設(shè)計，可在產(chǎn)品設(shè)計初期及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，把系統(tǒng)的測試分析作為整個產(chǎn)品設(shè)計過程的驅(qū)動。 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計馬上就快結(jié)束了，在這兩個月的設(shè)計學(xué)習(xí)過程中，我取得了長足的進(jìn)步。 機(jī)械自動化作為工業(yè)發(fā)展的一個方向，它有著廣闊的市場，屬于實(shí)際需要去研制的一種項目。機(jī)械手能模仿人體上肢的某些動作，就需要有一定的靈敏度，對設(shè)計的要求較高。通過這次設(shè)計，提高了我分析和解決問題的能力，擴(kuò)寬和深化了學(xué)過的知識，掌握了設(shè)計的一般程序規(guī)范和方法，培養(yǎng)了我們正確使用機(jī)身材料、國家標(biāo)準(zhǔn)、圖冊等工具書的能力。

44、我的畢業(yè)設(shè)計的課題是搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計及運(yùn)動仿真，這是一個我以前所沒有接觸的。通過畢業(yè)設(shè)計我收獲很多，比如學(xué)會了查相關(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這個軟件對我來說是陌生的，經(jīng)過指導(dǎo)老師的幫助和對參考資料的拜讀，使我能基本運(yùn)用這個軟件的一些功能。但是畢業(yè)設(shè)計也讓我感覺到很多方面的不足，比如碰到實(shí)際困難解決困難的能力的能力不足等等。不過我相信通過自己不斷的學(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，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

45、手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007年8月:87～88. [2] Durstewitz,M ;Kiefner,B ,Virtual collaboration environment for aircraft design,Information Visualisation,2002. Proceedings.Sixth International Conference on，10-12 July 2002,Page(s):502- 507 [3] 金茂青，曲忠萍.國外工業(yè)機(jī)械人發(fā)展的態(tài)勢分析[M].機(jī)械人技術(shù)與應(yīng)用,2001年2月：37. [4] 張建民.工業(yè)機(jī)器人[M].北

46、京：北京理工大學(xué)出版社, 1988年12月:49～75. [5] 陸祥生等.機(jī)械手[M].北京：中國鐵道出版社，1985年3月:40～45. [6] 范云漲,陳兆年.機(jī)床設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1995年10月:27～30. [7] 丁樹模.液壓傳動[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,，2002年5月:46. [8] McCloy D. Some comparisons of serial-driven and paral- lel-driven manipulators .Robotica, 1990, 84, 8(4):355-362. [9] 黃鶴汀.機(jī)械制造技術(shù)[M].

47、北京：機(jī)械工業(yè)出版社，，2000年:117～120. [10]R.V. Fleisig, A.D. Spence. Techniques for accelerating B-rep based parallel machining simulation. Computer-Aided Design, Volume 37, Issue 12, October 2005, Pages 1229-1240. [11] 劉明保.機(jī)械手的組成機(jī)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定[J].河南：河南高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2004年：1～4. [12] 黃海英，郭朝勇.SolidWorks2004中文版入門和提

48、高[M].北京：清華大學(xué)出版社.2007年 [13] 陸祥生 ，楊繡蓮.機(jī)械手[M].北京：中國鐵道出版社,1985年1月:1～13. [14] 張建民.工業(yè)機(jī)械人[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,1992年:160～173. [15] 李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996年4月:4～7. [16] 劉國良.SolidWorks2004產(chǎn)品設(shè)計白金教學(xué)[M].背景：兵器工業(yè)出版社,2004年10月:19. [17] 鄭長松.SolidWorks2006中文版機(jī)械設(shè)計高級應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006年6月:227～250. [18] 李明.單臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手設(shè)計[M].制造技術(shù)與機(jī)床，2004年:60～63. [19] 張軍， 封志輝.多工步搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計[M].機(jī)械設(shè)計,2004年4月:21～30. [20] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計[M]，第七版.北京：高等教育出版社,2001月:377～395. 附錄 1. 搬運(yùn)機(jī)械手裝配圖一張 2. 搬運(yùn)機(jī)械手的三維圖紙一張