簡(jiǎn)單氣動(dòng)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及部件工藝說(shuō)明書

簡(jiǎn)單氣動(dòng)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及部件工藝說(shuō)明書,簡(jiǎn)單,氣動(dòng),機(jī)械手,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),部件,工藝,說(shuō)明書 XXXX 簡(jiǎn)單氣動(dòng)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容為簡(jiǎn)易機(jī)械手臂，用來(lái)感受機(jī)械手臂給人類生活帶來(lái)的改變。機(jī)械手臂采用氣動(dòng)方式傳動(dòng)，由彈性抓、爪子、連桿、氣缸、驅(qū)動(dòng)板、支架為主要部件構(gòu)成，此外還需要、、。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，最主要的設(shè)計(jì)是可以使簡(jiǎn)易機(jī)械手臂完成最簡(jiǎn)單的抓取動(dòng)作，能夠抓取簡(jiǎn)易輕便的零件，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的和。在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮各機(jī)構(gòu)的自由度、手部細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手；自由度；控制系統(tǒng)  ABSTRACT This graduation project is a simple mechanical arm, which is used to feel the changes brought by mechanical arms to human life.?The mechanical arm is driven by pneumatic mode, which is composed of elastic grasp, paw, connecting rod, cylinder, driving plate and support. In addition, screws, gaskets, nuts and other parts are needed.?In the process of design, the main design is completed according to the requirements of the graduation design instruction. The main design makes the mechanical arm complete the grasping action, and can grab the simple and light parts, so as to realize the function and purpose of the mechanical arm.?In the design process, we consider the degree of freedom, hand design, control system and so on. Key words: manipulator; degree of freedom; control system  目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 前言 - 1 - 1.1機(jī)械手概述 - 1 - 1.2 機(jī)械手分類的定義 - 2 - 1.2.1 按用途分 - 2 - 1.2.2 按驅(qū)動(dòng)方式分 - 2 - 1.2.3按控制方式分 - 3 - 1.3 機(jī)械手的機(jī)構(gòu)組成 - 3 - 1.4機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向 - 4 - 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 - 5 - 2.1機(jī)械手臂整體設(shè)計(jì) - 5 - 2.2手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 5 - 2.2.1機(jī)械手的坐標(biāo)方式與自由度 - 5 - 2.2.2 .機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)方案選擇 - 6 - 2.2.3 .機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 7 - 2.2.4 .機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) - 8 - 2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 9 - 2.3.1實(shí)際驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 - 9 - 2.3.2活塞直徑的選擇方式 - 10 - 3 機(jī)械手臂手部設(shè)計(jì) - 12 - 3.1夾持式手部結(jié)構(gòu) - 12 - 3.1.1加持式手部的形狀和分類 - 12 - 3.1.2值得注意的地方 - 12 - 4 連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 15 - 4.1手腕的自由度 - 15 - 4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 - 16 - 4.2.1常見(jiàn)的腕部結(jié)構(gòu) - 16 - 5 支架﹑驅(qū)動(dòng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 17 - 5.1支架、驅(qū)動(dòng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 - 17 - 5.2支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 17 - 5.3 驅(qū)動(dòng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 18 - 6 氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 19 - 6.1 氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 19 - 6.1.1 常見(jiàn)的缸筒與缸蓋連接安裝方式 - 19 - 6.2 活塞桿與活塞常見(jiàn)鏈接方式 - 20 - 6.3 密封 - 20 - 6.4 氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu) - 20 - 7 部分結(jié)構(gòu)實(shí)體加工 - 21 - 7.1 手臂部件加工 - 21 - 7.1.1手臂加工方法-線切割、加工中心 - 21 - 7.2腕部部件加工 - 22 - 7.2.1腕部加工方法可以采用--線切割、加工中心、激光切割、氬弧焊 - 22 - 7.3三位模型展示 - 22 - 8 結(jié)論 - 24 - 參 考 文 獻(xiàn) - 25 - 致 謝 - 26 - IV 1 前言 1.1機(jī)械手概述 機(jī)械手別名（Manipulator，機(jī)械の手，Robot），從古自今在我們的發(fā)展過(guò)程中一直存在。遠(yuǎn)在三國(guó)時(shí)期，木牛流馬便是中國(guó)出現(xiàn)最早的機(jī)械手臂。在社會(huì)發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，社會(huì)各個(gè)行業(yè)都發(fā)生了巨大的改變。由于新的技術(shù)革命的到來(lái)人們對(duì)于未知的探索，使科學(xué)家更想創(chuàng)造出代替人類的機(jī)械。從上世紀(jì)六、七十年代自動(dòng)化生產(chǎn)線的出現(xiàn)、無(wú)人計(jì)劃的立項(xiàng)等等。雖然，后來(lái)信息技術(shù)的發(fā)展成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)于機(jī)械手的探索和創(chuàng)新卻在一直不斷的進(jìn)行。社會(huì)通過(guò)二三十年的發(fā)展，通過(guò)信息技術(shù)、仿生技術(shù)、生物技術(shù)等的長(zhǎng)足發(fā)展，機(jī)械手的研制和改進(jìn)過(guò)程已經(jīng)不再為機(jī)械專業(yè)所獨(dú)有，各行各業(yè)不同專業(yè)不同學(xué)科的專家學(xué)者積極參與努力奮斗。 機(jī)械手的研制一直都是仿生化，機(jī)械手的研發(fā)過(guò)程就是擬人化的過(guò)程，通過(guò)機(jī)器來(lái)代替人工改變?nèi)斯さ纳a(chǎn)過(guò)程改變?nèi)祟惖陌l(fā)展史。二三十年的發(fā)展，并且匯集了很多專業(yè)，使用的領(lǐng)域也更廣泛。大而言之，對(duì)于深空的探索，深海的開(kāi)發(fā)，臨床醫(yī)學(xué)的研制，生命制藥，精密儀器加工等。機(jī)械手臂也經(jīng)常使用在軍事領(lǐng)域，其中包括具有掃雷功能的掃雷機(jī)器人、導(dǎo)彈發(fā)射車的自動(dòng)裝彈裝置、排爆機(jī)器人。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，,并且起著越來(lái)越重要的作用[1]。 日常的上產(chǎn)生活中機(jī)械手的功能正在展示的淋漓盡致:使人們減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作;特別是在特殊的工作、高溫、高壓、高強(qiáng)度的工作中，機(jī)械手代替了人們的工作所以意義非凡。機(jī)械手的形制和功能也發(fā)生了由簡(jiǎn)單向復(fù)雜變化的過(guò)程，逐漸形成今天各種各樣功能復(fù)雜的局面。工業(yè)的逐步發(fā)展，形成了能夠獨(dú)立完成一項(xiàng)工作的能力，應(yīng)用非常廣泛的機(jī)械手，稱為通用型機(jī)械手。機(jī)械手能夠改變加工的加工工藝，使用范圍廣泛。應(yīng)為機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適用范圍廣泛[2]。  1.2 機(jī)械手分類的定義 機(jī)械手到底按什么標(biāo)準(zhǔn)分類，到目前還沒(méi)有完整的分類方法與規(guī)定等[3]。 1.2.1 按用途分 按照用途分劃分可以大致劃分為專用類別的機(jī)械手和通用類別的機(jī)械手 (1)專用機(jī)械手 擁有屬于自己的微機(jī)、擁有編程并且擁有相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)的機(jī)械。專用類別的機(jī)械手臂它可以完成動(dòng)作較少，專用類型機(jī)械手的，具有可靠耐用的特點(diǎn)。專用機(jī)械手大多情況下適應(yīng)于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程，專用機(jī)械手的用途普遍使用在自動(dòng)換刀方面，例如自動(dòng)機(jī)床的刀塔、全制動(dòng)加工機(jī)械手臂和數(shù)控加工中心的全自動(dòng)刀塔。 （2）通用機(jī)械手 通用機(jī)械手擁有相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)和程序，人們根據(jù)自己的需要自由調(diào)整，機(jī)械手可以變的靈活多變。通用機(jī)械手在性能上，機(jī)械手的動(dòng)作程序可以進(jìn)行非常細(xì)膩調(diào)整，通過(guò)這些細(xì)微的調(diào)整，機(jī)械手可以適應(yīng)更加復(fù)雜的使用場(chǎng)景。并且機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)是可以相對(duì)獨(dú)立存在運(yùn)行的兩個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)。前景非常好用，并且可以大多數(shù)情況下，適用于不斷換代產(chǎn)品中的小批量產(chǎn)品的全自動(dòng)化生產(chǎn)[4]。 1.2.2 按驅(qū)動(dòng)方式分 （1）液壓傳動(dòng)機(jī)械手 它的主要特征是:機(jī)械手可以抓取重量在幾百公斤甚至上噸重的重物，并且完成的動(dòng)作比較平穩(wěn)。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，而且可以完成比較靈敏的動(dòng)作。液壓元件對(duì)于密封裝置需要非常高的要求，油液發(fā)生泄漏的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生非常大的影響，并且多種情況下不適合在極端的條件下工作。 （2）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 氣壓傳動(dòng)的機(jī)械手以氣體壓力為主要的動(dòng)力源來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手使機(jī)械手完成需要的動(dòng)作。由于對(duì)氣體并沒(méi)有特別的要求和限制，成本比較低而且獲取比較方便。由于空氣的特性中包括可，工作時(shí)的穩(wěn)定性不高，但其的工作特點(diǎn)是沖擊力較大。 （3）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 以機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)械力為動(dòng)力源的機(jī)械手臂。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手大多使用與流水線或者自動(dòng)化程度較高的廠房，它們主要由傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞動(dòng)力。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手具有準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)，而且特點(diǎn)非常明顯。體積較大，由于是專用機(jī)械手所以它的動(dòng)作程序不可變。 （4）電力傳動(dòng)機(jī)械手 是通過(guò)電機(jī)的電力轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)力使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。電力傳動(dòng)機(jī)械手傳動(dòng)非常迅速只需要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不需要中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，[5]。 1.2.3按控制方式分 （1）控制 機(jī)械手對(duì)于控制方式有不同的需求，如果需要的控制精度較高，不管專用機(jī)械手還是通用工業(yè)機(jī)械手都需要增加控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度來(lái)保證精度。 （2）連續(xù)軌跡控制 空間任意曲線的最大特性為可以按照自己的需求設(shè)置點(diǎn)數(shù)，使得機(jī)械手的每一個(gè)控制都在點(diǎn)數(shù)的范圍之中，電氣控制系統(tǒng)與機(jī)械控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同。連續(xù)軌跡控制系統(tǒng)對(duì)于大多數(shù)機(jī)械手都憑借小型計(jì)算機(jī)或者微型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確控制[6]。 1.3 機(jī)械手的機(jī)構(gòu)組成 機(jī)械手主要由手指、腕部、手臂、立柱、機(jī)座等所組成[7]。 （1）手指：回轉(zhuǎn)型手指因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主體零件比較少，所以制造起來(lái)會(huì)更加方便。所以回轉(zhuǎn)型機(jī)械手可以得到非常廣泛的應(yīng)用。平移型結(jié)構(gòu)手指比回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主體零件更多，所以平行結(jié)構(gòu)應(yīng)用較少。 （2）腕部：腕部主要起鏈接作用，用來(lái)連接機(jī)械手臂的手部和零件。 （3）手臂：手臂是起到承接作用的主要部件。它主要是配合手指去完成抓取動(dòng)作，并且根據(jù)要求把工件抓取到固定工位。 （4）立柱：立柱主要起到支撐的用處，在設(shè)計(jì)過(guò)程中立柱可以設(shè)計(jì)成手臂的一部分，主要是看機(jī)械手臂能否完成和，并且完成的情況大多都與立柱有或多或少的聯(lián)系。 （5）機(jī)座：機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)，是最根本的部件。  1.4機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向 國(guó)內(nèi)機(jī)械手臂在諸多方面仍然與國(guó)外有許多的差距。因此，我們正在為機(jī)械手可以在更廣泛的領(lǐng)域可以使用做出自己的努力，努力使各種機(jī)械手在鑄鍛、熱處理、使用強(qiáng)度、剛度各方向上的發(fā)展，從而可以減少勞動(dòng)，改善勞動(dòng)環(huán)境，提高各方面的工作勞動(dòng)效率。尋找、的優(yōu)缺點(diǎn)，努力做到的局面。為了能使機(jī)械手適用于更多的場(chǎng)景，提供更廣大的可能。逐步設(shè)計(jì)成模塊化的機(jī)構(gòu)，不一樣的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，選擇不同的模塊化機(jī)構(gòu)，便可以組成各式各樣的機(jī)械手以使用更多的用途。在便于制造的同時(shí)同樣便于更換，有利于擴(kuò)大研究范圍。同時(shí)還要與此同時(shí)還要大力研發(fā)、機(jī)械手臂，加強(qiáng)與信息化技術(shù)同步，現(xiàn)在機(jī)械手臂已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展中必不可少的一環(huán)。 在加工過(guò)程中發(fā)生某些細(xì)小的誤差，便可能照成機(jī)械手臂的部件或者機(jī)械手臂的損傷。為了防止上述情況的發(fā)生國(guó)外正在大力研制具有感知能力的機(jī)械手臂，例如發(fā)生細(xì)小的無(wú)擦?xí)r，可以自動(dòng)檢測(cè)，并報(bào)告錯(cuò)誤的發(fā)生。在傳感技術(shù)迅猛發(fā)展下械手作業(yè)的能力得到了突飛猛進(jìn)[8]。  2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 2.1機(jī)械手臂整體設(shè)計(jì) 圖2.1為設(shè)計(jì)機(jī)械手臂模型 （結(jié)構(gòu)為手部、手臂、立柱、機(jī)座、氣缸等） 2.2手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.2.1機(jī)械手的坐標(biāo)方式與自由度 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的機(jī)械手由于結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，按照設(shè)計(jì)要求只需要有升降、收縮的功能。所以目前設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂只需要滿足自由度的要求。 圖2.2 機(jī)械手坐標(biāo)方式示意圖 2.2.2 .機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)方案選擇 為了能使機(jī)械手臂的通用性得到更好的展示，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂為簡(jiǎn)易機(jī)械手臂所以為不可更換樣式，使用夾持式手部，并且配合彈性抓。 對(duì)手部的基本要求： （1）具有足夠的夾緊力； 2.2.2.1夾緊力計(jì)算 夾緊力的計(jì)算對(duì)于機(jī)械手的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)非常的重要： 式中： 是安全指數(shù)，一般在，所以取1.5； 是條件指數(shù)，，所以取1； 是摩擦指數(shù)，一般取3； G是重力 所以  2.2.3 .機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮到其實(shí)際的通用性，只要求進(jìn)行簡(jiǎn)單的抓取動(dòng)作，并不要求進(jìn)行水平放置，所以不需要設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 手腕類似人的手腕需要最主要的靈活。手腕也是非常重要的承力部件，是能不能完整的完成這個(gè)動(dòng)作，完成整個(gè)抓取任務(wù)，手腕都顯得萬(wàn)分重要。手腕另一個(gè)重要的作用就是選擇合適的角度來(lái)抓取工件，以取得最好的工作狀態(tài)，提高最高的工作效率。所以需要進(jìn)行核算。 根據(jù)和之間的關(guān)系式： 式中： c為相對(duì)距離； b為固定距離； 為傾斜角度 由于核算需要確定系數(shù)，所以。 則： 即取  2.2.4 .機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)的機(jī)械手為簡(jiǎn)易機(jī)械手，所以只需要滿足簡(jiǎn)單的抓取要求，所以這次設(shè)計(jì)的機(jī)械手的手臂只需要有兩個(gè)自由度，便可以使其用來(lái)完成簡(jiǎn)單的抓取動(dòng)作。手臂方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖2.3設(shè)計(jì)構(gòu)思圖 以這種構(gòu)思為藍(lán)本，在這個(gè)基礎(chǔ)上逐步的完善，不斷地創(chuàng)新、整合，得到理想的結(jié)果。  2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用氣動(dòng)的傳動(dòng)方式主要考慮到氣動(dòng)傳動(dòng)采用清潔能源，，能保證，動(dòng)作完成度較高。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手為，按照畢業(yè)設(shè)計(jì)方案的要求本次設(shè)計(jì)抓取的工件質(zhì)量為500g。 2.3.1實(shí)際驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 由上述步驟已經(jīng)得知夾緊力為,手腕的驅(qū)動(dòng)力為。 重要的設(shè)計(jì)公式 由圖3-2可知，， 故 故： 取 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力： 在計(jì)算手指夾緊力時(shí)選擇,,在計(jì)算腕部驅(qū)動(dòng)力時(shí)選擇機(jī)械效率為 所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為 2.3.2活塞直徑的選擇方式 根據(jù)具體公式 前面幾步計(jì)算的過(guò)程中選擇的機(jī)械效率為，所以選擇損失的機(jī)械效率為，所以公式為： 所以 根據(jù)公式來(lái)推算氣缸的直徑，并且可以根據(jù)氣缸直徑來(lái)選擇合適的氣缸。 所以公式為： 所以選擇 由，可算出活塞桿的直徑： 活塞的直徑 圖2.4缸徑、活塞桿對(duì)照表 同時(shí)考慮到性價(jià)比和實(shí)用性等問(wèn)題，所以選擇最普遍的簡(jiǎn)易微型氣缸型號(hào)為 CDJ2B10*5-10。 3 機(jī)械手臂手部設(shè)計(jì) 3.1夾持式手部結(jié)構(gòu) 夾持式手部主要傳力形式： 主要有滑槽杠桿式和彈簧杠桿式。 3.1.1加持式手部的形狀和分類 常見(jiàn)的狀況為加持式手部形狀與工件被手部加持式，所以?shī)A持式手部包含：、、、。工件被手部加持的狀況分為內(nèi)卡式、外夾式。 圖3.1 手部 3.1.2值得注意的地方 (1)挾持時(shí)要有具有足夠的即夾緊力[10] 夾緊力時(shí)應(yīng)該著重考慮夾緊力能否滿足手指加持工件時(shí)的夾緊力要求，這是重中之重。 在本次畢業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中為了增加夾緊力，在機(jī)械手手部前端加上彈性抓，以保證更好的夾持住工件，也是為了增大摩擦系數(shù)。 如果選擇的材料為鐵質(zhì)材料，則摩擦系數(shù)。由于設(shè)計(jì)要求能夾持重的物體，所以，夾緊力為： ==  (2)手指開(kāi)閉的要求 可以被挾持和放下，本次設(shè)計(jì)機(jī)械手臂的開(kāi)閉角為109.98°。本次機(jī)械手臂S所設(shè)計(jì)的手指類型為兩指式 圖3.2手臂開(kāi)閉角 (3)挾持工件時(shí)保證工件準(zhǔn)確定位 為了使手指和工件更方便的找到加持的位置，本次設(shè)計(jì)為了方便加持各種工件所以增加彈性?shī)A。帶有彈性抓的手指，方便加持工件和確定工件重心。 圖3.3手臂彈性抓展示 (4)具有足夠的強(qiáng)度 手指在夾持工件時(shí)除了受到工件給的作用力還受到工件自身的重力，同時(shí)還會(huì)受到工件被夾持時(shí)震動(dòng)的影響，手臂需要足夠的強(qiáng)度來(lái)避免強(qiáng)度不夠帶來(lái)的彎曲和折斷，同時(shí)要保證機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)潔，自身的重量輕，保證所有合力的作用線為軸向的中心，從而使手臂受到的扭矩最小。 圖3.4為加緊時(shí)的局部受力分析  (5)抓取的要求 根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手臂手部的指形為雙指型，加上，圖。 圖3.5手部結(jié)構(gòu) 4 連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1手腕的自由度 連桿結(jié)構(gòu)為手腕部，其最重要的為手腕的自由度，所以設(shè)計(jì)連桿時(shí)應(yīng)重要考慮連桿的自由度。 圖4.1為設(shè)計(jì)機(jī)械手臂的手腕部—連桿 使機(jī)械手臂的通用性得到更好的使用和補(bǔ)充，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂為簡(jiǎn)易機(jī)械手臂所以為不可更換樣式，使用夾持式手部，并且配合彈性抓。 腕部的主要作用是選擇合適的夾持位置和角度，所以它需要有合適的自由度，以便滿足機(jī)械手臂完成收放的動(dòng)作。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂為簡(jiǎn)易機(jī)械手臂所以要求相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要完成抓取放下兩個(gè)動(dòng)作所以只有兩個(gè)自由度。 4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 4.2.1常見(jiàn)的腕部結(jié)構(gòu) 常見(jiàn)的腕部結(jié)構(gòu) （1）擁有一個(gè)來(lái)驅(qū)動(dòng)的。 （2）擁有兩個(gè)來(lái)驅(qū)動(dòng)的。 （3）機(jī)-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。 （4）齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 4.2.2 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)腕部結(jié)構(gòu) 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，僅需要滿足連接爪子和驅(qū)動(dòng)板，并且自由度僅有2個(gè)。最主要的是起連接作用。鏈接部件為兩枚M10.5的螺栓和螺母，滿足要求。 圖4.2腕部結(jié)構(gòu)圖  5 支架﹑驅(qū)動(dòng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1支架、驅(qū)動(dòng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 通過(guò)局部輪廓的不同使支架與驅(qū)動(dòng)板產(chǎn)生距離差，從而實(shí)現(xiàn)加持動(dòng)作。在開(kāi)始加取動(dòng)作時(shí)，機(jī)械手手臂張開(kāi)加取工件。之后機(jī)械手一直夾緊，當(dāng)完成夾緊動(dòng)作后，機(jī)械手又張開(kāi)放下工件，完成整個(gè)動(dòng)作[11]。 圖5.1支架、驅(qū)動(dòng)板結(jié)構(gòu)刨視圖 5.2支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 支座起承上啟下的固定作用，上接氣缸用螺栓固定，支座板上有定位銷用來(lái)固定驅(qū)動(dòng)板。保證滿足部分的力學(xué)要求，不會(huì)產(chǎn)生變形等情況。 圖5.2為本次設(shè)計(jì)中的支架 5.3 驅(qū)動(dòng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖5.3結(jié)構(gòu)為本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)板 驅(qū)動(dòng)板用來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂與氣缸支架腕部鏈接共同執(zhí)行機(jī)械手臂的夾持動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)板主要有兩個(gè)自由度進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，手部固定在支架上進(jìn)行夾持動(dòng)作，從而完成夾取動(dòng)作。  6 氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6.1 氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖6.1為本次設(shè)計(jì)氣缸 6.1.1 常見(jiàn)的缸筒與缸蓋連接安裝方式 常見(jiàn)的缸筒與缸蓋連接安裝方式： （1）拉桿式螺栓鏈接 用拉桿式螺栓鏈接的結(jié)構(gòu)應(yīng)用的非常普遍，而且安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工和裝卸。 （2）螺釘式缸筒大多為鑄造件或焊接件。焊接后需進(jìn)行淬火處理。 （3）缸筒螺紋氣缸外徑相對(duì)狹小，重量比較輕，螺紋的中徑和氣缸的內(nèi)徑要同心，扭動(dòng)端蓋時(shí)動(dòng)作要緩力度要輕，應(yīng)為有可能把O型圈擰壞。 （4）卡環(huán)重量比用螺栓鏈接的輕，零件相對(duì)較多，而且加工過(guò)程非常復(fù)雜，卡環(huán)削弱了缸筒，相應(yīng)的需要把缸厚加大。結(jié)構(gòu)緊湊，重量變得輕，零件比較多，加工過(guò)程非常復(fù)雜；缸筒壁厚要加大；裝配時(shí)O形圈需要戴手套，不然有可能被進(jìn)氣孔邊緣擦傷。 這次畢業(yè)過(guò)程中所設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易機(jī)械手臂螺栓鏈接形式選擇拉桿式螺栓連接，并且采用4根螺栓。應(yīng)為本次設(shè)計(jì)氣缸結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，為了便于安裝和拆卸又由于本次氣缸工作壓強(qiáng)小于1MPa,所以不需要校核螺栓強(qiáng)度[12]。  6.2 活塞桿與活塞常見(jiàn)鏈接方式 活塞桿與活塞的常用連接形式： 組合樣式結(jié)構(gòu)、整體型結(jié)構(gòu)、半環(huán)型連接、錐銷型連接、螺紋型連接。 6.3 密封 密封元件的要求： （1）橡膠元件穩(wěn)定性好，橡膠元件、不。。 （2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。 （3）需要被密封件做到、、、、。 （4）密封，，。 （5）構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。 6.4 氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 氣缸的安裝方式可以分為、、和在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中由于結(jié)構(gòu)需要[14]，所以該氣缸采用支架式安裝的方式[15]。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手手部加持工件狀況如圖 6.2所示， 圖6.2機(jī)械手局部  7 部分結(jié)構(gòu)實(shí)體加工 7.1 手臂部件加工 圖7.1為手臂與驅(qū)動(dòng)板加工實(shí)物 圖7.2為手臂三位設(shè)計(jì)圖 7.1.1手臂加工方法-線切割、加工中心 本次加工過(guò)程中選擇電火花的原因是由于選用的鐵塊厚度較高，加工時(shí)最簡(jiǎn)便的方式為電火花加工，而且可以保證加工精度，可以在有限的材料中加工出兩個(gè)零件，保證材料的使用最大化，加工完成后只需要加工中心銑削工件平面即可。使用加工中心銑削平面，達(dá)到目標(biāo)要求，并且鉆孔。 圖示7.3為手部線切割加工時(shí)照片 7.2腕部部件加工 圖示7.4為腕部零件實(shí)物圖 7.2.1腕部加工方法可以采用--線切割、加工中心、激光切割、氬弧焊 本次加工過(guò)程中選擇電火花的原因是由于選用的鐵塊厚度較高，加工時(shí)最簡(jiǎn)便的方式為電火花加工，而且可以保證加工精度，之后選用加工中心銑削平面達(dá)到合適的厚度，用激光切割2mm鋼板，選這激光切割的原因是一次成型達(dá)到目標(biāo)要求，避免用臺(tái)鉆鉆孔產(chǎn)生的孔不平。選用氬弧焊將鋼板和支架焊接一起，應(yīng)為鋼板較薄，并且不嫩影響工件的自由度。 7.3三位模型展示  8 結(jié)論 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合對(duì)國(guó)內(nèi)國(guó)外機(jī)械手臂的分析得出這篇畢業(yè)論文，有許多感受終身難忘，感受到了國(guó)內(nèi)科研工作者追趕國(guó)際一流的恒心與決心，同時(shí)也感受到了國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距。 1. 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容為簡(jiǎn)易機(jī)械手，查詢了許多關(guān)于機(jī)械手臂的質(zhì)料，對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行系統(tǒng)的分析，考慮選擇機(jī)械手臂的種類。 2. 運(yùn)用Solidworks進(jìn)行了實(shí)體建模并且有了進(jìn)行組裝并且達(dá)到了自己的要求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手臂的三位展示。 3. 在實(shí)物加工過(guò)程中繪制線切割所需要的CAD圖，進(jìn)行線切割得到工件，并且輔助加工中心老師加工零件，自己對(duì)零件進(jìn)行噴涂油漆。 4. 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中可能還存在諸多不足。  參 考 文 獻(xiàn) [1]馬朋升. 裝配式凸輪軸芯軸自動(dòng)上料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真[D]. 吉林大學(xué), 2014. [2]郝立偉. 在工業(yè)生產(chǎn)中關(guān)于氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)[D]. 民營(yíng)科技, 2013. [3]張毅. 氣動(dòng)機(jī)械手概述[D]. 天津工業(yè)大學(xué), 2015. [4]高微. 蘋果包裝抓取搬運(yùn)機(jī)械手的研究[D]. 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2016. [5] 白井良明 .ロボット工學(xué).[D].早稲田大學(xué), 2014 [6]鄧大偉. 基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手研制[D]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2014. [7]牛元會(huì). 高頻熔片機(jī)中機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析[D]. 吉林大學(xué), 2015. [8]齊進(jìn)凱. 氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析及控制的研究[D]. 東華大學(xué), 2013. [9]吳光明. 齒輪熱模鍛機(jī)械手設(shè)計(jì)及有限元分析[D]. 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2013. [10]夏金芳. 全鋼子午線輪胎自動(dòng)輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 青島科技大學(xué), 2013. [11] STEVEN M. SPANO and NIKOLAOS G. BOURBAKIS. Design and Implementation of a Low Cost Multi-Fingered Robotic Hand Using a Method of Blocks [J]. Journal of Intelligent and Robotic Systems, 2001,(30):209-226 [12]趙旭. 基于機(jī)電液一體化的液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)及其控制[D]. 東北大學(xué), 2013. [13]高威. 180T臥式冷室壓鑄機(jī)周邊機(jī)械手設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化系統(tǒng)研究[D]. 江西理工大學(xué), 2014. [14]喬建亮. 玻璃器皿刨口機(jī)上料機(jī)械手研發(fā)[D]. 南京理工大學(xué), 2014. [15]宋芳. 膜片自動(dòng)分選系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研制[D]. 哈爾濱理工大學(xué), 2013.  致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)感謝賈老師細(xì)心的指導(dǎo)，耐心的教誨，使我在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)到了很多的東西，也通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)回顧兩年所學(xué)的課程，回顧兩年美好的時(shí)光，無(wú)憂無(wú)慮無(wú)悔的青春。感謝加工中心諸位老師們對(duì)我的幫助，在加工實(shí)物過(guò)程中老師的教導(dǎo)使我們收獲頗豐。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使本科期間學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)得到了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。 了解了許多關(guān)于機(jī)械手臂的知識(shí)，擴(kuò)展了豐富的知識(shí)面，上升了很高的層次，在設(shè)計(jì)過(guò)程中查閱了大量的質(zhì)料、翻閱了大量的書籍、收獲了豐富的知識(shí)，感受到機(jī)械手臂在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著巨大的作用，機(jī)械手的發(fā)展需要我們?nèi)竦年P(guān)注。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中也碰見(jiàn)了許多的問(wèn)題，在克服這些問(wèn)題的過(guò)程中逐步成長(zhǎng)，在面對(duì)困難方面曾經(jīng)也有過(guò)沮喪、抱怨和放棄，但是同學(xué)的熱情幫助和老師的耐心指導(dǎo)使我重獲信心。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在建模與繪圖方面并不感到困難，但是在材料的選擇加緊力的計(jì)算等方面還是花費(fèi)大量的時(shí)間去推敲。終于功夫不負(fù)有心人我得到了符合畢業(yè)設(shè)計(jì)方案的要求。 最后再次感謝賈老師以及加工中心的諸位老師、同學(xué)們對(duì)我的幫助。 猶記當(dāng)時(shí)明月在，曾照彩云歸。 - 26 -