小型物料搬運機械手的基本設(shè)計方案案例1.1驅(qū)動方式機械手常見的驅(qū)動形式主要有4種基本的驅(qū)動形式。但與氣動驅(qū)動相比，電力驅(qū)動比較昂貴，氣動驅(qū)動更為可靠，構(gòu)造上相對簡便，速度低，精確性也較好。電機的能源是電力，速度與位置的高精度的，使用方便，噪音低，機關(guān)速度變化范圍大，效率高，控制柔軟。氣動機械驅(qū)動機械的主要技術(shù)特點之一是輸出動力大，結(jié)構(gòu)簡單，減速制動裝置響應(yīng)速度快，精準(zhǔn)度高。但是沒有一個足夠的空氣供給來源，會動力不足，而且很容易就會造成氣體的大量泄漏。最初，我先選擇電機驅(qū)動，經(jīng)常采用機械手的高速升降移位運動，而且這種驅(qū)動方式在實際應(yīng)用中，是十分普遍的。機械臂在高速旋轉(zhuǎn)時必須有一個的氣缸和回轉(zhuǎn)式油缸，相對復(fù)雜的構(gòu)造不同設(shè)計。所以本文的方案，分為兩個組件。其中，機器人臂是采用旋轉(zhuǎn)電動驅(qū)動的一種驅(qū)動方式，通過電機帶動的齒輪串聯(lián)帶動整個機身運行，機器人扶手的伸縮，升降和機械手抓取都是通過氣動驅(qū)動的一種方式。1.2機械手結(jié)構(gòu)選型機械手的機構(gòu)一般分為四種：直角坐標(biāo)型這種直角坐標(biāo)型簡單的來說就是類似于直角坐標(biāo)系，具備三個移動的關(guān)節(jié)，分別在X，Y和Z三個方向進行移動，這種直角坐標(biāo)型的結(jié)構(gòu)比較簡單，但是由于其運動軌跡比較單一，所以一些有難度的工作不會選用這種類型。圓柱坐標(biāo)型這種機械手的結(jié)構(gòu)是有一個回轉(zhuǎn)的自由度也就是一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，還有一個上下移動的自由度也就是上下移動的關(guān)節(jié)。剛度也比較好，但使用效率不高。球坐標(biāo)型這種機械具備一個機身的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，一個上下移動的移動關(guān)節(jié)，以及一個手臂回轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)，這類機械手的剛度相比較前兩個而言有所不足，而且控制系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的難度。關(guān)節(jié)型這類結(jié)構(gòu)是比較像人上肢關(guān)節(jié)的，有三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，也是由于類似人的上肢關(guān)節(jié)，所以這種關(guān)節(jié)型的機械手結(jié)構(gòu)緊湊，控制系統(tǒng)的設(shè)計難度比球坐標(biāo)型要更難一點。綜合各方面的優(yōu)劣勢，此次搬運機械手的機構(gòu)選擇圓柱坐標(biāo)型。這種結(jié)構(gòu)剛度好，運動軌跡相對簡單，容易控制。1.3機械手的主要參數(shù)本次選用氣壓驅(qū)動為方便計算機械手的抓重取10KG。表1.1機械手的參數(shù)動作形態(tài)圓柱坐標(biāo)型自由度4可搬質(zhì)量10KG位置重復(fù)精度±1mm伸縮行程300mm伸縮速度350mm/s升降行程500mm升降速度200mm/s回轉(zhuǎn)范圍0°-180°回轉(zhuǎn)速度90°/s手腕回轉(zhuǎn)范圍0°-180°手腕回轉(zhuǎn)速度90°/s1.4機械手材料的選擇機械手手臂的材料應(yīng)根據(jù)機械手的實際的運動情況來挑選。選擇的機械手的材料應(yīng)該滿足機械手的設(shè)計要求，而小型物料搬運機械手工作強度并不是很大，所以各零件的材料應(yīng)考慮輕型材料。從另外一個方面來考慮，機械手所選擇的材料在其應(yīng)該受到震動之后，對于運動精度應(yīng)該受到極小的影響，甚至于沒有影響，所以選擇材料應(yīng)該從質(zhì)量、剛度、抗衰減等方面來綜合考慮。此外，要單獨考慮機械手的腕部機構(gòu)的材料，因為手腕部位很特殊所以手腕一定要考慮到其控制性。總之，無論是采用手臂材料還是其他的手腕材料都需要綜合地考慮它們的強度、剛度、重量、耐震性等屬性，特別是采用手腕材料，以下就是我們所需要考慮到采用手腕材料的主要特點:（1）高張力鋼結(jié)構(gòu)，比如碳纖維合金鋼結(jié)構(gòu)，這些材料的優(yōu)點是成型好、強度好，特別重要的是碳纖維合金鋼結(jié)構(gòu)比普通碳纖維鋼結(jié)構(gòu)的張力強度已經(jīng)提高了4-5倍，彈性模量e大，抗變形的能力非常好，可以使板厚減薄，此外，這種鋼的屈服點低，復(fù)合成分多，在生活中被應(yīng)用的很廣泛。（2）輕合金材料，比如鋁合金材料，這種鋁合金材料是被我們所應(yīng)用于機械工業(yè)中最廣泛的一類材料，鋁合金材料的密度低，質(zhì)量輕，但是它的強度很高，可塑性好。（3）陶瓷材料，優(yōu)點極多。它是一種無機化的非金屬材料，高度的熔點、強度、堅韌性和良好的導(dǎo)熱耐磨性等特殊物理優(yōu)點，讓這類陶瓷材料不僅能夠被廣泛用來直接做成各種結(jié)構(gòu)性的材料、刀具。但是這種材料的脆性太大，不好加工，不太適合結(jié)合部位的材料。所以這次設(shè)計從機械手的層面考慮，不需要太特別的材料，不需要特別強的抗性材料，也不需要加工困難，成本代價大的材料，所以，綜合考慮，決定選用鋁合金材料。1.5機械手的動作要求圖1.1機械手的動作簡圖具體動作為送料、預(yù)夾緊、手臂上升、手臂旋轉(zhuǎn)、手臂伸長、手腕旋轉(zhuǎn)、手臂轉(zhuǎn)回，一共七個動作，機械手通過循環(huán)這七個動作來達到搬運物料的目的。1.6機械手的定位及平穩(wěn)性確定1.6.1常用的定位方式在機械手中一般常用的定位方式是擋塊定位。擋塊定位就是指在一個行程最后行程終點上所設(shè)置的一個機械傳動擋塊。當(dāng)機械手在進行減速運動持續(xù)運行至最終的減速終點時，機械手會緊靠預(yù)先設(shè)定好的定位擋塊而自動進行定位。1.6.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素機械手是否能夠準(zhǔn)確地進行搬運工作，實際上這就是一個關(guān)于三維空間定位的問題，是若干線量和角量定位的組合。在許多比較簡單的情況下，一個量的值很有可能就是主體。影響單個線量或者角度的定位精度誤差的因子有以下幾點REF_Ref11635\r\h[8]：（1）定位方式不同的定位方式對其定位的準(zhǔn)確程度影響可能是不一樣的。例如在對一個機械運動擋塊本身進行碰撞定位時，定位的準(zhǔn)確精度大小應(yīng)該與機械擋塊上的剛度及其在通過碰撞連接到機械擋塊上的機械運動時加速度大小有關(guān)。（2）定位速度定位速度對定位精度的影響很大。這是因為當(dāng)定位速度變得不同時，它耗散的運動部件的能量也會變得不同。通常，為了減小定位誤差，我們要合理地控制定位加快速度，例如要提高緩沖器的穩(wěn)壓性能和緩沖效率，控制一個驅(qū)動系統(tǒng)以便于運動零部件適時地加快。（3）精度機械手在制造時的是否合格和安裝時的調(diào)速準(zhǔn)確性都會直接影響到定位精確性。（4）剛度當(dāng)機械手自身結(jié)構(gòu)的剛度與接觸剛度變低時，由于容易發(fā)生振動，定位精度通常會變得要低。（5）運動件的重量運動件體重的改變對定位精準(zhǔn)性的影響很大。通常，運動件的重量有所增加，定位精度就會有所降低。所以，在進行設(shè)計時不但需要盡可能地減小機械運動零件本身的負(fù)載，而且還需要充分考慮到在工作中抓重和溫度變化帶來的影響。（6）驅(qū)動源氣動壓力的波動和電壓、溫度波動都是可以直接影響到機械手進行定位的精度。所以，穩(wěn)