机械手的总体方案设计

第1章机械手的总体方案设计

1.1机械手的传动方案设计

按机械手手臂的不同形式及组合情况其活动范围也是不同的，基本上可以分为四种运动形式：直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式。根据工作要求可选择直角坐标式，具体设计成悬挂式。其优点为：

（1）多臂悬挂式的机械手对刚性联结的自动生产线非常实用，可以在各工位间传递工件，各臂均悬挂在生产线上方的横梁上，臂间距离和工位距离相等，手臂可同步地沿横梁平移一个工位间距，把工件从一个工位移动到下一个工位，可以减少随行夹具和其他装置，提高自动化程度。

（2）悬挂式机械手占地面积小，能有效的利用空间。

（3）悬挂式机械手结构简单，成本底。

该凸轮轴加工自动线上的送料机械手采用液压驱动，PLC控制，其中采取液压驱动有以下优点：

（1）压力高，可实现较大的驱动力，且机构可以做的轻小，紧凑。

（2）可实现无级变速，定位精度高，系统固有频率小，压力、容量调节容易。

（3）重量小，惯性小，可以做到快速的变速和换向，控制容易，动作平稳，滞后小。

1.2主要技术参数的确定

机械手的主要技术参数包括抓重、自由度、定位精度、重复定位精度、工作范围、最大速度及承载能力。

主要参数如下：

抓重：3kg

自由度：3个

工作范围：前后移动：1800mm

上下升降：350mm

横移：50mm

驱动方式：液压驱动

控制方式：PLC控制

缓冲方式：节流回路

1.3 机械手的配置和工作原理

图一上下料机械手简图

该加工自动线上有五只送料机械手，它们的结构完全相同，均能作前后移动、上下升降和横移运动。（上下料机械手简图如图一）前后移动、升降和横移运动是各自的伸缩油缸带动的，自动线的各工序按照加工顺序（从左向右）依次排列的。如图二所示：

图二凸轮轴自动线机械手配置图

该送料机械手的动作顺序为：原位——下降（抓料）——向左横移——上升——向后横移——下降——向右横移（放料）——上升——向后横移——原位

第2章上下料机械手的机械结构设计

2.1上下料机械手的总体结构

上下料机械手由几个主要组成部分：（1）前后行走机构（带滚轮的三角形支架）；（2）横移油缸及其滚轮机构；（3）升降油缸；（4）手部支撑板；（5）机械

手手部（两个夹持式手部）。

送料机的升降油缸和横移油缸用螺栓联接，横移油缸上带有四个滚轮，它们被支撑在滚道上，滚道通过一个联接板固定安装在前后行走机构上，从而使两部分结合起来。

前后行走机构安装在横梁上，它由6个滚轮和三角形支架，其滚轮安装在悬挂支架横梁的滚道上，使机械手成悬挂式。前后行走机构三角形支架与拉杆用螺纹联接成一体，当机械手工作时由前后移动油缸的活塞杆，通过支架和拉杆（两杆固定联接）从而带动五只送料机械手的前后行走机构，同步的实现各工序间的前后移动，其行程为1800mm.。

送料机械手的升降和横移运动是由其升降油缸和横移油缸来实现的，以便将工件送到机床的顶尖处，在升降油缸活塞杆的端部固定安装着手部支撑板，支撑板上装有两对齿轮齿条式手部及齿轮齿条式定位手部，从而保证将工件夹紧且定位。

2.2 上下料机械手的手部设计

手部机构是机械手直接用于抓取和握紧（或吸附）或夹持专用工具进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机械手前端。

根据所要夹持的工件，选用钳爪式手部，其选用时应考虑：

1.应具有足够的的夹紧力

机械手的手部机构靠钳爪夹紧工件后便把工件从一个位置移动到另一个位置，由于工件本身的重量以及移动过程中产生的惯性和振动等，钳爪必须有足够大的夹紧力才能防止工件在移动过程中脱落，一般要求夹紧力N为工件重量的2-3倍。

手部夹紧力的计算：

手指对工件的夹紧力可按公式计算：F N≥K1K2K3G

式中K1—安全系数，通常取1.2～2.0；

K2—工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。

K2可近似按下式估算：K2=1+a/g,a=Vmax/t响

K3—方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定。按表选取

G—被抓取工件所受重力（N）

这里 K1=1.8

K2=1+a/g=1+200×10(-3)/9.8×0.1=1.2

K3=1

G=3×9.8N

∴ F N=1.8×1.2×1×3×9.8N=63.5N

驱动力为F，由FN=R×F/2b，其中R为扇形齿轮的半径，

这里R=18㎜，b=100㎜

则F=2bF N/R=2×100×63.5/18 N=705.6 N

2.应具有足够的张开角

钳爪为了抓取和松开工件，必须具有足够大的张开角度来适应较大的直径范围，而且夹持工件的中心位置变化要小（即定位误差要小），对于移动式钳爪要有足够大的移动范围。

3.应能保证工件的可靠定位

为了使钳爪和被夹持的工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取的工件的形状，选用相应的钳爪形状来定位。

4.应具有足够的强度和刚度

钳爪除受到被夹持工件的反作用外，还受到机器人手部在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，若没有足够的强度和刚度则会发生折断或弯曲变形，因此对于受力较大的钳爪应进行必要的强度和刚度计算。

5.应适应被抓取对象的要求

适应工作的形状：工件的形状为圆柱形，可采用带“V”型钳口的手爪：工件为圆柱状，可选用圆弧形二指或三指爪，对于特殊形状的工件应设计与工件相适应的手爪。

适应工件被抓取部位的尺寸：工件被抓取部位的尺寸可能是不变的，若加工尺寸略有变化，那么钳爪应能适应尺寸变化的要求。工件表面质量要求高的，对钳爪应采取相应的措施，如加软垫等。

要适应工作位置的状况：如工作位置较窄小可用薄片形钳爪。

6.尽可能具有一定的通用性