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机械手毕业设计方案开题报告 (2).docx
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简易小型直角坐标机械手
1 机械手
1.1 机械手定义
机械手是模仿着人手动作,按给定程序、轨迹和规定实现自动抓
取、搬运或操作机械装置。在工业生产中应用机械手被称为“工业机
械手”。
1.2 机械手作用
生产中应用机械手可以提高生产自动化水平和劳动生产率;可以
减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;特别在高温、高压、
低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣环境中,它代替
人进行正常工作,意义更为重大。因而,在机械加工、冲压、铸、锻、
焊接、热解决、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运送业等方面得
到越来越广泛应用。
机械手构造形式开始比较简朴,专用性较强,仅为某台机床上下
料装置,是附属于该机床专用机械手。随着工业技术发展,制成了可
以独立按程序控制实现重复操作,使用范畴比较广“程序控制通用机
械手”,简称通用机械手。由于通用机械手能不久地变化工作程序,
合用性较强,因此它在不断变换生产品种中小批量生产中获得广泛应
用。
1.3 机械手分类及特点
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/86042832/bg2.jpg)
工业机械手种类诸多,关于分类问题,当前在国内尚无统一分类
原则,在此暂按使用范畴、驱动方式和控制系统等进行分类。
机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:
(1)专用机械手
它是附属于主机、具备固定程序而无独立控制系统机械装置。专
用机械手具备动作少、工作对象单一、构造简朴、使用可靠和造价低
等特点,合用于大批量自动化生产自动换刀机械手,如自动机床、自
动线上、下料机械手和加工中心。
(2)通用机械手
它是一种具备独立控制系统、程序可变、动作灵活多样机械手。
在性能范畴内,其动作程序是可变,通过调节可在不同场合使用,驱
动系统和控制系统是独立。通用机械手工作范畴大、定位精度高、通
用性强,合用于不断变换生产品种中小批量自动化生产。通用机械手
按其控制定位方式不同可分为简易型和伺服型两种 :简易型以“开一
关”式控制定位,只能是点位控制,伺服型可以是点位,也可以实现
持续控制,伺服型具备伺服系统定位控制系统,普通伺服型通用机械
手属于数控类型。
(1)液压传动机械手
是以液压压力来驱动执行机构运动机械手。其重要特点是 :抓重
可达几百公斤以上、传动平稳、构造紧凑、动作敏捷。但对密封装置
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/86042832/bg3.jpg)
规定严格,否则油泄漏对机械手工作性能有很大影响,且不适当在高
温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统,可实现持续轨迹
控制,使机械手通用性扩大,但是电液伺服阀制造精度高,油液过滤
规定严格,成本高。
(2)气压传动机械手
是以压缩空气压力来驱动执行机构运动机械手。其重要特点是 :
介质李源极为以便,输出力小,气动动作迅速,构造简朴,成本低。
但是,由于空气具备可压缩特性,工作速度稳定性较差,冲击大,并
且气源压力较低,抓重普通在 30 公斤如下,在同样抓重条件下它比
液压机械手构造大,因此合用于高速、轻载、高温和粉尘大环境中进
行工作。
(3)机械传动机械手
即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱
动机械手。它是一种附属于工作主机专用机械手,其动力是由工作机
械传递。它重要特点是运动精确可靠,用于工作主机上、下料。动作
频率大,但构造大,动作程序不可变。
(4)电力传动机械手
即有特殊构造感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执
行机构运动械手,由于不需要中间转换机构,故机械构造简朴。其中
直线电机机械手运动速度快和行程长,维护和使用以便。此类机械手
当前还不多,但有发展前程。
1.4 机械手自由度
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/86042832/bg4.jpg)
自由度是机械手设计重要参数,每一种构件相对于固定坐标系所
具备独立运动称为自由度。每一种构件相对于固定坐标系最多可以有
六个自由度即沿 X,Y,Z 三个方向独立往复运动和绕 X,Y,Z 轴三个独立
回转运动。
按机械手所具备主运动和辅助运动来分析其自由度。手臂和立柱
运动称为主运动。由于它能变化被抓取工件空间位置。手腕和手指运
动称为辅助运动。由于手腕运动只能变化被抓取工件方位(即姿势),
而手指夹放动作不能变化工件位置和方位,故它不计为自由度数,其
她运动均计为自由度数。
手指可作开合(即夹紧和放松)运动;手腕可作回转、上下和左
右摆动等运动;手臂可做先后伸缩、升降(或上下摆动即仰俯)和回
转运动;立柱横向移动。也有机械手整机具备行走机构。
上述各种运动可依照机械手需求来选取,设计机械手时一方面要
拟定被抓取工件所在空间位置,及将工件搬运到规定位置时所需运动
(不涉及手指开闭动作),在大多数状况下是少于六个自由度,专用
机械手只有 2-4 个自由度,而通用机械手是 3-6 个自由度。
自由度数越多,可以完毕动作越复杂,通用性越强,应用范畴也
越广,但是相应地带来了技术难度大,控制系统和机械构造复杂,成
本高和维修困难。自由度数少,通用性差,但技术上容易达到,构造
简朴,使用和维修均以便。
1.5 坐标形式
1.5.1 直角坐标式
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/86042832/bg5.jpg)
其手臂运动系有由三个直线运动所构成。它特点是构造简朴,定
位精度高,合用于主机位置成行排列场合。但是由于占地面积大而工
作范畴小以及灵活性差,限制了它使用范畴。
图 1.1 直角坐标式
1.5.2 圆柱坐标式
其手臂运动系由两个直线运动和一种回转运动所构成(沿 X 轴
伸缩,沿 Z 轴升降,和绕 Z 轴回转),占地面积小而活动范畴大,构
造较简朴,并能达到较高定位精度,因而应用较广泛。但沿 Z 轴方向
运动最低位置受到限制,故不能抓取地面上物件。
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