【2017年整理】工业机械手结构

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1、1工 业 机 械 手 结 构 设 计 论 文摘 要 ： 实 践 证 明 ， 工 业 机 械 手 可 以 代 替 人 手 的 繁 重 劳 动 ， 显 著 减 轻 工 人 的 劳 动 强 度 ， 改 善 劳 动 条 件 ， 提高 劳 动 生 产 率 和 自 动 化 水 平 。 工 业 生 产 中 经 常 出 现 的 笨 重 工 件 的 搬 运 和 长 期 频 繁 、 单 调 的 操 作 ， 采 用机 械 手 是 有 效 的 。 此 外 ， 它 能 在 高 温 、 低 温 、 深 水 、 宇 宙 、 放 射 性 和 其 他 有 毒 、 污 染 环 境 条 件 下 进 行 操作 ， 更 显 示 其 优

2、 越 性 ， 有 着 广 阔 的 发 展前途。关 键 词 ： 机 械 手 可 编 程 序 控 制 器 (PLC) 技 能 特 性引 言我 国 机 械 手 的 研 究 和 应 用 起 步 较 晚 ， 但是 随 着 国 内 外 机 械 手 的 快 速 发 展 、 社 会需 求 的 增 大 和 技 术 的 进 步 ， 装 配 机 械 手得 到 了 迅 速 的 发 展 ， 多 品 种 、 少 批 量 生产 方 式 和 为 提 高 产 品 质 量 及 生 产 效 率 的生 产 工 艺 需 求 ， 是 推 动 装 配 机 械 手 发 展的 直 接 动 力 。 PLc是 可 编 程 序 控 制 器 的 简称

3、 ， 于 60年 代 末 期 在 美 国 首 先 出 现 ， 目的 是 用 来 取 代 继 电 器 ， 执 行 逻 辑 、 计 时 、计 数 等 顺 序 控 制 功 能 ， 建 立 柔 性 程 序 控制 系 统 。 经 过 近 几 十 年 的 发 展 ， PLc己 十分 成 熟 与 完 善 。 当 前 的 中 国 ， 随 着 生 产 力的 迅 猛 发 展 ， 工 业 发 展 的 步 伐 越 来 越 快在 各 行 业 各 领 域 ， 对 自 动 化 程 度 的 要 求 也愈 来 愈 高 了 更 好 地 适 应 这 种 情 况 ， 科学 技 术 必 须 被 广 泛 地 应 用 在 实 际 生 产

4、中 ，而 PLc以 其 自 身 的优势，在自动化领域内扮演着重要的角色，不容忽视!1、设计原理机 械 手 主 要 由 执 行 机 构 驱 动 机 构 和控 制 系 统 构 成 。 机 械 手 的 执 行 机 构 又 包括 手 部 、 手 臂 和 躯 干 。 手 部 安 装 在 最 前端 ， 任 务 是 来 准 确 的 抓 取 工 件 ， 当 然 一说 到 手 一 定 是 与 人 的 相 似 ， 所 以 必 须 具备 手 指 ， 而 且 应 具 有 与 人 手 相 似 的 动 作或 能 代 替 人 完 成 一 系 列 的 动 作 ， 以 此 来达 到 目 的 。 手 臂 的 作 用 是 用 来

5、辅 助 手 部准 确 的 抓 住 工 件 并 能 够 转 移 到 所 需 要 的位 置 ， 机 械 手 的 运 动 有 两 种 ： 一 个 是 上下 直 线 运 动 ， 另 一 个 是 左 右 直 线 运 动 。因 此 其 必 须 安 装 有 液 压 缸 、 电 液 脉 冲马 达 、 电 磁 阀 等 作 为 其 执 行 机 构 的 动力 部 分 或 辅 助 系 统 。 驱 动 机 构 主 要 有四 种 ： 液 压 驱 动 、 气 压 驱 动 、 电 气 驱 动和 机 械 驱 动 。 其 主 要 以 电 气 和 气 压 驱动 为 主 ， 只 有 少 量 的 运 用 液 压 和机 械 驱 动 。液

6、 压 驱 动 主 要 是 驱 动 大 体 积 的 重 型 工业 设 备 如 ： 锅 炉 等 。 它 的 优 点 是 压 力 高 、体 积 小 、 力 量 大 动 作 平 稳 。 缺 点 是 结 构繁 琐 成 本 高 而 且 需 要 配 备 压 力 源 。气 压 驱 动 的 元 件 是 气 压 缸 、 气 压 马 达 等 。一 般 采 用 46个 大 气 压 也 有 一 些 更 大的 具 体 要 根 据 实 际 情 况 来 定 ， 虽 然 它的 力 量 比 较 小 、 体 积 比 较 重 ， 但 是 出 于廉 价，而且不影响动作。所以我们的手部采用此种驱动。电 气 驱 动 时 ， 直 线 运 动

7、 可 以 采 用 电动 机 带 动 丝 杠 、 螺 母 机 构 。 我 们 通 用 的机 械 手 则 考 虑 到 用 步 进 电 动 机 、 直 或 交流 司 服 电 机 、 和 变 速 箱 等 电 气 驱 动 有 动2力 源 简 单 、 维 护 和 使 用 比 较 方 便 。 驱 动机 构 采 用 一 种 形 式 的 动 力 ， 力 量 比 较 大 。所 以 本 设 计 用 该 种 驱 动 形 式 。 蕞且 是 电 磁 阀 驱 动 气 压 缸 的 形 式 。机 械 手 的 控 制 要 素 主 要 包 括 工 作 的 顺 序 、能 提 起 多 大 的 重 量 、 运 动 的 时 间 、 到达的

8、位置等。具体还要加上点控和连续控制。控 制 系 统 可 根 据 动 作 的 要 求 设 计 数字 顺 序 。 它 首 先 要 编 制 程 序 加 以 存 储 ，然 后 在 根 据 规 定 的 程 序 ， 控 制 机 械 手 的运 动 工 作 。 为 了 使 其 程 序 简 单 、 修 改 容易 等 优点，本设计采用PLC控制系统来完成操作。2、 机 械 手 的 机 能 和 特 性机 械 手 最 显 著 的 特 点 有 以 下 几 个 ：(1)可 编 程生 产 自 动 化 的 进 一 步 发 展 是 柔 性自 动 化 。 机 械 手 可 随 其 工 作 环 境 变 化 的需 要 再 编 程 ，

9、因 此 它 在 小 批 量 多 品 种 具有 均 衡 高 效 率 的 柔 性 制 造 过 程 中 能 发 挥很 好 的 功 用 ， 是 柔 性 制 造 系 统 (FMS)中的 一 个 重 要 组 成 部 分 。(2)拟 人 化机 械 手 在 机 械 结 构 上 有 类 似 人 的 小臂 、 手 腕 、 手 爪 等 部 分 ， 在 控 制 上 有 电脑 。 此 外 ， 智 能 化 机 械 手 还 有 许 多 类 似人 类 的 “生 物 传 感 器 ”， 如 接 触 传 感 器 、力 传 感 器 、 负 载 传 感 器 等 传 感 器提 高 了 机 器 手 对 周 围 环 境 的 白 适 应能 力

10、 。(3)通 用 性除 了 专 门 设 计 的 专 用 机 器 手 外 ，一 般 机 械 手 在 执 行 不 同 的 作 业 任 务 时 具有 较 好 的 通 用 性 。 比 如 ， 更 换 机 械 手 手部 末 端 操 作 器 (手 爪 、 工 具 等 )便 可 执行 不 同 的 作 业 任 务 。(4)机 电 一 体 化机 械 手 技 术 涉 及 的 学 科 相 当 广 泛 ， 但 是归 纳 起 来 是 机 械 学 和 微 电 子 技 术 的 应 用 ，特 别 是 计 算 机 技 术 的 应 用 密 切 相 关 。 因此 ， 机 械 手 技 术 的 发 展 必 将 带 动 其 它 技术 的

11、 发 展 ， 机 械 手 技 术 的 发 展 和 应 用水 平 也 可 以 从 一 个 方 面 验 证 一 个 国 家科 学 技 术 和 工 业 技 术 的 发 展 和 水 平 。3、 机 械 手 的 分 类目 前 世 界 各 国 对 处 于 发 展 阶 段 的 机械 手 还 没 有 统 一 的 分 类 标 准 ， 大 致 有 以下 几 种 分 类 方 法 。3.1按 使 用 范 围 分 类(1)固 定 程 序 的 专 用 机 械 手 通 常 根据 主 机 的 特 定 要 求 设 计 成 固 定 程 序(或 简单的可变程序)。这种机械手多为气动或液动。气 压 传 动 机 械 手 是 以 压 缩

12、 空 气 的 压力 来 驱 动 执 行 机 构 运 动 的 机 械 手 。 其 主要 特点是：介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由 于 空 气 具 有 可 压 缩 的 特 性 ， 工作 速 度 的 稳 定 性 较 差 ， 冲 击 大 ， 而 且 气源 压 力 较 低 ， 抓 重 一 般 在 30公 斤 以 下 ，在 同 样 抓 重 条 件 下 它 比 液 压 机 械 手 的 结构 大 ， 所 以 适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。气动技术有以下优点：(1)介 质 提 取 和 处 理 方 便 。 气 压 传动 工 作 压 力 较 低 ， 工 作 介

13、质 提 取 容 易 ，而 后 排 入 大 气 ， 处 理 方 便 ， 一 般 不 需 设3置 回 收 管 道 和 容 器 ： 介 质 清 洁 ， 管 道 不易 堵 存 在介质变质及补充的问题(2)阻 力 损 失 和 泄 漏 较 小 ， 在 压 缩空 气 的 输 送 过 程 中 ， 阻 力 损 失 较 小 (一般 不 卜 浇 塞 仅 为 油 路 的 干 分 之 一 )， 空气 便 于 集 中 供 应 和 远 距 离 输 送 。 外 泄 漏不 会 像 液 压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。(3)动 作 迅 速 ， 反 应 灵 敏 。 气 动 系统 一 般 只 需 要 0 02sO 3s即 可

14、 建 立起 所 需 的 压 力 和 速 度 。 气 动 系 统 也能 实 现 过 载 保 护 ， 便 于 自 动 控 制 。(4)能 源 可 储 存 。 压 缩 空 气 可 存 贮在 储 气 罐 中 ， 因 此 ， 发 生 突 然 断 电 等 情况 时，机器及其工艺流程不致突然中断。(5)工 作 环 境 适 应 性 好 。 在 易 燃 、易 爆 、 多 尘 埃 、 强 磁 、 强 辐 射 、 振 动 等 恶劣 环 境 中 ， 气 压 传 动 与 控 制 系 统 比 机 械 、电 器 及 液 压 系 统 优 越 ， 而 且 不 会 因 温 度变化影响传动及控制性能。 (6)成 本 低 廉 。 由

15、 于 气 动 系 统 工 作压 力 较 低 ， 因 此 降 低 了 气 动 元 、 辅 件 的 材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。传统观点认为：由于气体具有可压缩性，因 此 ， 在 气 动 伺 服 系 统 中 要 实 现 高 精 度 定位 比 较 困 难 (尤 其 在 高 速 情 况 下 ， 似 乎 更难 想 象 )。 此 外 气 源 工 作 压 力 较 低 ， 抓 举力 较 小 。 虽 然 气 动 技 术 作 为 机 器 人 中 的 驱动 功 能 已 有 部 分 被 工 业 界 所 接 受 ， 而 且 对于 不 太 复 杂 的 机 械 手 ， 用 气 动 元 件 组 成 的控 制 系

16、统 己 被 接 受 ， 但 由 于 气 动 机 器 人 这一 体 系 己 经 取 得 的 一 系 列 重 要 进 展 过 去 介绍 得 不 够 ， 因 此 在 工 业 自 动 化 领 域 里 ， 对气 动 机 械 手 、 气 动 机 器 人 的 实 用 性 和前景存在不少疑虑。(7)可 编 程 序 的 通 用 机 械 手 工 作 程序 可 变 ， 以 适 应 不 同 的 工 作 对 象 ， 通 用性 强 ， 适 合 于 以 多 品 种 、 中 小 批 量生 产 为 特 点 的 柔 性 制 造 系 统 中 。3.2按使用行业、部门和用途分类(1)工 业 机 械 手 它 们 又 可 按 作 业类 别 分 为 锻 压 、 焊 接 、 表 面 喷 涂 、 装卸 、 装配、检测等(2)采掘机械手如海洋探矿机器人的机械手等。(3)军事用途机械手(4)服 务 机 械 手 如 医 疗 机 械 手 ，家 用 机 器 人 (机 械 手 )等 。3.3按机械手运动控制方式分类(1)点 位 控 制 (PTP)机 器 手 就 是 由点