阿尔贡研究所于年开发了遥控机械手，年开发了机械式的主从机械手。年美国戴沃尔提出了机械手的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。年，的演示了第个具有视觉传感器的能识别与定位简单积木的机器人系统。年日本成立了人工手研究会现改名为仿生机构研究会，同年召开了日本首届机器人学术会。年，辛辛提米拉克隆公司的理查德豪恩制造了第台由小型计算机控制的机械手。到了年，机械手才真正在日本普及，故称该年为机器人元年。随后，机械手在日本得到了巨大的发展，日本也因此而赢得了机器人王国的美称。机械手在国内外现状和发展趋势机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接喷漆上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险有害有毒低温和高热等恶劣环境中的工作代替人完成繁重单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造汽车制造塑料加工通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川松下不二越川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的瑞典的意大利的毗及奥地利的工公司。我国机械手起步于世纪年代初期，经过多年发展，大致经历了个阶段年代萌芽期，年代的开发期和年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从个制造大国向制造强国迈进，中国制造业面临着与国际接轨参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事医疗卫生食品加工生活服务等领域机械手的应用也越来越多。在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗保健生物技术和产业教育救灾海洋开发机器维修交通运输和农业水产等领域得到应用。主要研究的内容随着机械手技术的飞速发展和机械手应用领域的不断深化，不仅要求其控制可靠性强使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低可开发经济性强。本论文主要研究送纸机械手以下几个方面的内容送纸机械手执行系统的分析与选择执行系统是由传动部件与机械构件组成，是机械手赖以实现各种运动的实体。主要包括机身手臂末端执行器部分组成，其中每部分都可以具有若干的自由度。执行系统的设计主要是对机械手的手部手臂和机座进行设计。送纸机械手驱动系统的分析与选择驱动系统是向执行系统各部分提供动力的装置。通过对液压气压电气三种驱动方式的比较，本设计选择气压驱动的方式。内容包括气动元件的选择及其工作原理气动回路的设计和气动原理图的绘制。解决的关键问题解决机械手机械结构的设计问题，要求机械手结构简单经济具有定的代表性。执行部件的运动精度的问题。第章总体设计总体初步设计总体设计是把组成机器的各个部件进行合理布置，协调他们在结构上的性能及参数上的关系。他是在原理方案确定后，按照设计任务书的要求对原理方案设计确定的工作原理与组成部分进行总图规划。选择机型本机械手是真空吸盘送纸机械手。确定总体性能参数总体运动参数外扩尺寸总体运动参数臂部工作速度，移动均为腕部回转总体动力参数臂部液压油压强总体布局及各部件的结构形式总体布局及部件结构形式见装配图。这里我们强调的是结构设计中应注意的基本原理任务分配原理自补偿原理力传递原理变形协调原理力平衡原理等强度原理稳定原理降低噪音原理。机械手的执行结构是机械手赖以实现各种运动的实体。执行机构的布局类型直接影响到机械手的工作性能。执行机构的选择机械手的基本型式较多，按手臂的坐标型式而言，主要有四种基本型式直角坐标式圆柱坐标式球坐标式和关节式。下面就各型式机械手作简单的分析对比直角坐标式机械手直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的种机械手。它的手臂可作伸缩左右和上下移动，按直角坐标形式三个方向的直线进行运动。其工作范围可以是个直线运动两个直线运动或三个直线运动。如在三个直线运动方向上个具有三个回转运动，即构成六个自由度。直角坐标式机械手的优点产量大，节拍短，能满足高速的要求容易与生产线上的传送带和加工装配机械相配合适于装箱类多工序复杂的工作，定位容易变更定位精度高，载重发生变化是不回影响精度易于实行数控，可与开环或闭环数控机械配合使用。缺点机械手的作业范围较小。圆柱坐标式机械手圆柱坐标式机械手是应用最多的种型式，它适用于搬运和测量工件。具有直观性好，结构简单，本体占用的空间较小，而动作范围较大等优点。圆柱坐标式机械手的工作范围可分为个旋转运动，图手臂回转图手臂升降图手臂伸缩拟定液压回路换向回路其全部采用型三位四通换向阀，选电磁阀是为了便于微机控制，选中位为形式为了定位精确。调速方案从工况图可知本系统功率较小，故选用简单的进油油路节流阀调速，同样选用简单的单泵供油，力求获得比较好的经济性和效益性。缓冲回路力求便于微机控制，提高自动化，并且对系统有定的缓冲作用，以便不损坏设备。系统的安全可靠性为了防止升降，伸缩等情况造成的油缸下滑都采用单向顺序阀来平衡。合并完成液压回路压力继电器，在夹紧工件后发送信息，让危机控制其它缸的工作，二位二通电磁换向阀用于系统卸荷。手臂伸缩手臂摆动手臂回转图机械手液压系统原理图喷嘴吸盘的设计根据流体力学，气体在稳定流动状态下，单位时间内气体经过喷嘴的每个截面的气体质量均相等。因此，在最简单的情况下，低流速高压强截面的喷嘴应当具有大面积，而高流速低压强截面的喷嘴应有小面积。所以压缩空气由喷嘴进口处进入后，喷嘴开始段由大到小逐渐收缩，而气流速度逐渐增大，当沿气流流动方向截面收缩到最小处时即临界面积，流速达到临界速度，即音速，此时压力近似为喷嘴进口处的压力之半，即。为了使喷嘴出口处的压力低于，必须在喷嘴临界面以后再加上段逐渐扩展段，这样可以在喷嘴出口处获得比音速还要大的流速，即超音速，并在该处建立低压区域，使处的气体不断地被高速流体卷带走，如处形成密封空腔，就可使腔内压力下降而形成负压。当在处连接橡皮碗吸盘，即可吸住工件。详见装配图吸盘部分。由上述分析可知，从般的气体流速增速到超音速而建立低压区，必须使管道截面积的变化规律先收敛到最小界面，然后再扩大，这种喷嘴称为缩收喷嘴，或称为拉伐尔喷嘴。关于缩收喷嘴出口处的压力与管道渐缩和渐扩截面积有专门的计算公式。由于流体先经过收缩段后再经过扩展段，因而计算公式有所不同，如上图所示。流体经过逐渐收缩段所能达到的最大速度是在最小界面处，处的最大速度为临界速度即音速，用表示，其压力为临界压力，假设气体为亮相的，并把喷嘴进口处的音速忽略不计时，则临界压力为设式中绝对指数。对于空气可取，则，可近似的认为，此时临界速度和最大流量为式中喷嘴进口处的压力公斤厘米喷嘴进口处的比容厘米公斤喷嘴逐渐收缩阶段最小截面积即临界面积厘米。由上述可知，临界压力仅为进口压力之半，为使喷嘴出口处的压力低于临界压力，必须在临界界面后再加段逐渐扩展段，在逐渐扩展部分，沿着流动方向，气体的流动速度不断增大，而压力则自临界压力不断下降，在喷嘴出口截面上得到低于临界压力的压力，同时得到高于音速的相应的流速，其计算公式为式中喷嘴出口处的速度临界速度在稳定流动状态下，单位时间内流过喷嘴任何截面的气体质量均相等，故得于是当气体在喷嘴中流动非常迅速，接近于绝热膨胀过程时，常数，故，所以综合上述式子，可得对于空气取，并以带入，则由公式可知，为已知参数，和为未知数，和与喷嘴的流量，流速，比容等均有关系可参见上式。若忽略高速气流在喷嘴出口处卷带处气体的功能随时，可以把看作是处的压力，也就是负压吸盘的压力，这样可根据吸盘所需要的吸力大小来确定比值，而后计算喷嘴通道的截面积或已知截面积去求解喷嘴出口处压力。也可以用实验方法求出气体压力与流量和喷嘴出口处所形成负压的关系。如图示的缩放喷嘴在逐渐收缩部分连接段圆柱形通道即喉管，而后加上逐渐扩展部分，由于气流在喉管部分由能量的部分损失，他的计算与上面所阐述的有所不同，但是因为简便计算可以忽略上述所提到的等因素的影响，仍可以按照上述所提及的公式进行初算，把所求得的结果值乘以气流在通道中的损失系数，此值应根据具体的管道结构形式进行选取。下图为气流压力流量与所形成负压得关系。流量真空压进口气压毫米汞柱升分图当喷嘴进口气压的选定后即可查出真空压力值和流量等参数值，再用下面的公式计算吸盘吸力，即式中吸盘吸力公斤吸盘吸附面积厘米大气压力公斤厘米喷嘴出口处的压力公斤厘米安全系数工作情况系数，其中应考虑到因吸盘运动能够速度的变化而产生的惯性力对系