电控气动机械手设计摘要刺穿式和粘着式等。夹持装置的机构类型主要有种，见表。表中连杆式手爪机构有精度低，效率低，不平衡且难以实现精确的轨迹的缺点表中凸轮式手爪机构中凸轮在使用中磨损较大，不理想表中螺旋式手爪机构为移动型手爪机构，这次设计所选用的是二指回转型手爪机构，而且所使用的单螺杆或双头螺杆加工和装配的要求都太高，不适合教学型机械手表中绳轮式手爪机构般都是使用电机作为驱动，将电机的旋转运动转变成手爪的开合运动，显然这样的机构没有过载保护，要实现过载保护功能，必须在手爪上安装受力传感器，把受力状况转变成数字信号传递给控制系统，实时调整电机转动状态。这种机构需要安装传感器，从而使控制系统的设计变得复杂，而且由于安装电机，使夹持部分结构重量增大，使本身就是悬臂的末节运动机构刚度变差。显然这种机构不可取。而齿轮齿条式手爪机构具有寿命长，工作平稳，可靠性高等优点。所以最终选用齿轮齿条式手爪机构作为夹持装置。表手爪夹持机构选型表夹持机构类型主要特点结构简图.连杆式手爪机构由简单杆件构成，可把活塞的直线运动变成手指的夹持动作，夹持器工作时，卡爪作平行开合，而指端运动轨迹为圆弧。.凸轮式手爪机构当活塞左右运动时，通过凸轮和连杆的组合，实现卡爪的圆弧开合，但平行运动中摩擦阻力较大。.齿轮齿条式手爪机构当活塞杆左右运动时，活塞杆末端的齿条带动齿轮旋转，通过齿轮旋转，实现手指齿条的平行运动从而实现手指的开合运动。.螺旋式手爪机构机构通过马达驱动单头或双头螺杆，将电机的旋转运动转变成手爪的开合运动。.绳轮式手爪机构该机构通过牵引绳索实现手爪的开合，若将绳轮作成非圆轮或采用链传动，则机构作非均匀牵引运动。手部夹紧气缸的设计.手部驱动力计算本课题设计的气动机械手的手部结构如图所示，其工件重量，形手指的角度,夹持力主要来自工件与手爪部分的摩擦力，为增大摩擦，选用摩擦系数较大的橡胶作为手爪与工件接触部分的材料。假设工件材料为钢，查手册可知橡胶与刚的摩擦系数为。图齿轮齿条式手部手指加在物件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对其大小方向和作用点进行分析计算。般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生的载荷惯性力或惯性力矩，以使物件保持可靠的夹紧状态。手指对物件的夹紧力可按下式计算式中安全系数，通常取，这里取.工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估算其中运载物件时重力方向的最大上升加速度重力加速度，运载物件时重力方向的最大上升速度系统达到最高速度的时间根据设计参数选取，般取。方位系数，根据手指与物件形状以及手指与物件位置不同进行选定，对于水平形手指夹持垂直放置的圆柱形物件时,如图所示为摩擦系数，为形手指半角.被抓取物件所受重力。图水平手指抓取垂直圆柱工件图所以根据手部结构的传动示意图，其驱动力为实际驱动力因为传力机构为齿轮齿条传动，取η.。所以所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为。．气缸的直径本气缸属于单向作用气缸。根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为式中活塞杆上的推力，弹簧反作用力，气缸工作时的总阻力,气缸工作压力，。弹簧反作用按下式计算式中弹簧刚度，弹簧预压缩量，活塞行程，弹簧钢丝直径，弹簧平均直径，弹簧外径，弹簧有效圈数弹簧材料剪切模量，般取.。气缸工作时的总阻力与众多因素有关，如运动部件惯性力，背压阻力，密封处摩擦力等，以上因素可以载荷率的形式计入公式,计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特征，若气缸动态参数要求较高且工作频率高，气载荷率般取速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求般，且工作频率低，基本是均匀运动，其载荷率可取。根据要求本次设计中，取，则由以上分析得单向作用气缸的直径代入有关数据，可得所以查表，得由，可得活塞杆直径，查表，取活塞杆直径表缸筒内径系列注无括号的数值为优先选用者表活塞杆直径系列校核，按公式，则.满足设计要求。缸筒壁厚的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有定厚度。般气缸缸筒壁厚与内径比小或等于，其壁厚可按薄壁筒公电控气动机械手设计摘要续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是介质来源极为方便，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，抓重般在公斤以下，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。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的机械手。它是种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于工作主机的上下料。电力传动机械手即有特殊结构的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的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。三按控制方式分点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类机械手般采用小型计算机进行控制。.国内外发展状况国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势机器人性能不断提高高速度高精度高可靠性便于操作和维修，而单机价格不断下降，平均单机价格从年的.万美元降至年的万美元。机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机减速机检测系统三位体化由关节模块连杆模块用重组方式构造机器人整机国外已有模块化装配机器人产品问市。机器人控制系统向基于机的开放型控制器方向发展，便于标准化网络化器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构大大提高了系统的可靠性易操作性和可维修性。机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置速度加速度等传感器外，装配焊接机器人还应用了视觉力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉声觉力觉触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。机器人化机械开始兴起。从年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下通过“七五”“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术控制系统硬件和软件设计技术运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆弧焊点焊装配搬运等机器人其中有多台套喷漆机器人在二十余家企业的近条自动喷漆生产线站上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有定的距离，如可靠性低于国外产品机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“客户，次重新设计”，品种规格多批量小零部件通用化程度低供货周期长成本也不低，而且质量可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化通用化模块化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人双臂协调控制机器人爬壁机器人管道机器人等机种在机器人视觉力觉触觉声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术遥控加局部自主系统遥控机器人智能装配机器人机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十二五”中立于世界先进行列之中。.课题研究的主要内容本课题主要研究了国内外机械手发展的现状，阐述了教学型机械手的功能要求和现实意义，通过对机械手工作原理的学习和了解，熟悉了机械手的运动机理。在现有机械手技术基础上，确定了教学型搬运机械手的基本系统结构，对机械手的运动进行了简单的力学模型分析，完成了机械手传动部分执行系统驱动系统等系统的相关设计，并对机械手的控制技术进行了定的阐述。.教学用机械手的功能要求及现实意义教学