螺栓裝配機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

螺栓裝配機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),螺栓裝配機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),螺栓,裝配,機(jī)械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大 連 大 學(xué) 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )開題報告 論 文 題 目： 螺栓裝配機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 、班 級： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 機(jī)英 145 學(xué) 生 姓 名： 段毅立 指導(dǎo)教師（職稱）： 王建維（副教授） 2018 年 1 月 12 日 填 1 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報告要 求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域； 2.論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）； 3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。 四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通 過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相 關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1.開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2.開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論 文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參 加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 2 一、選題依據(jù) 1、研究領(lǐng)域 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， CAD。 2、 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價值 機(jī)械手 正處于一個蓬勃發(fā)展 的階段， 它 實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化與商品化，在先進(jìn)的工業(yè)發(fā) 達(dá)國家里，機(jī)械手 的開發(fā)與研制正在形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)。 機(jī)械手是自動執(zhí)行工作的 機(jī)器裝置， 是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過 程中機(jī)械手被廣泛的運(yùn) 用于自動生產(chǎn)線 中，機(jī)械手的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi) 迅速發(fā)展起來的一門技術(shù)。機(jī)械手操作 的準(zhǔn)確性和 在 各種環(huán)境中 完成作業(yè)的能力， 在 國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機(jī)械手己廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)部門應(yīng)用最多 的 是 汽車工業(yè)和電子工業(yè)，在金屬加工、塑料成型、機(jī)械制造等行業(yè)也有普遍應(yīng)用。 機(jī)械手的應(yīng)用可以改善勞動條件、避免人身事故；在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰 塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中應(yīng)用；可以 減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn) ， 可以改善勞動條件、減少安全事故 ；可以提高經(jīng)濟(jì) 效益， 便于有節(jié)奏的生產(chǎn)， 減少人工勞動力引起的支出；可以提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量， 使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高精度、高質(zhì)量的生產(chǎn)；可以增加產(chǎn)品的生產(chǎn)速度 ， 提高生產(chǎn)過程的自動 化程度 ，提高了生產(chǎn)效率。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 在裝配線上，螺栓的裝配是一項(xiàng)很繁瑣的工作。對于裝配螺栓的機(jī)械工具，國內(nèi) 外研究成果顯著。包括手動扳手、電動扳手、液壓扳手、氣動扳手、 裝配機(jī)械手等 工具，這些工具不僅節(jié)省人力，而且方便實(shí)用。眾多國內(nèi)外學(xué)者針對如何利用機(jī)械工 具代替人工完成螺栓連接的裝配這一繁瑣工作展開了深入研究。國內(nèi)對于擰螺栓工具 以及機(jī)械手的研究亦獲得了相當(dāng)多的成果。機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測 裝置和控制系統(tǒng)和復(fù)雜機(jī)械等組成。機(jī)械手大致可以分為以下幾種，按用途分：專用 機(jī)械手、通用機(jī)械手；按主要功能分：操作機(jī)械手、移動機(jī)械手、信息機(jī)械手、人機(jī) 機(jī)械手；按坐標(biāo)系統(tǒng)來分：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型；按受控方 式分 : 點(diǎn)位控制型、連續(xù)控制型；按驅(qū)動方式分 : 液壓傳動機(jī)械手、氣壓傳動機(jī)械手、 電力傳動機(jī)械手等。 我國從第七個五年計(jì)劃開始， 政府大大加大了 機(jī)械手 的重視程度，并且為此項(xiàng)目 投入大量的資金，在眾多學(xué)者及研究人員的參與下， 研究開發(fā)并且制造一系列的 機(jī)械 3 手 ，其中有 北京機(jī)械自動化研究所設(shè)計(jì)制造的噴涂機(jī)械手 ，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī) 床研究所合作設(shè)計(jì)的電焊 機(jī)械手 ，大連機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造的氬弧焊 機(jī)械手，沈陽工 業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制造的裝卸載機(jī)械手 等。這些 機(jī)械手 的控制器，都是由中國科學(xué)院沈陽自 動化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)的。與此同時，一系列的 機(jī)械手 關(guān)鍵部 件也被開發(fā)出來，如 機(jī)械手 專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī)等，編碼器等。我國 機(jī)械手的起步較晚，相信在不久的將來，機(jī)械手在我國會被廣泛應(yīng)用。作為國產(chǎn)自主 創(chuàng)新品牌的廣東拓斯達(dá)機(jī)械手目前在國內(nèi)制造 業(yè)市場中份額每年逐漸攀升，廣東拓斯 達(dá)機(jī)械手榮獲廣東省名牌產(chǎn)品，并且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，以及 戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)制造業(yè)產(chǎn)品。 國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制模塊化、 智能 化 的機(jī)械手。使它具有一定的 傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，既能更 正并自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定的成績。視覺功 能即在機(jī)械手上安裝有點(diǎn)視照相機(jī)和光學(xué)測距儀以及微型計(jì)算機(jī)。觸覺功能是在機(jī)械 手上安裝有觸覺反饋控制裝置；隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一 步提高 。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變 目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 目前裝配機(jī)械手的發(fā)展趨勢是： （ 1）向多元化、高精度發(fā)展； （ 2）向精密、自動化、智能化方向發(fā)展； （ 3）向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展； （ 4）機(jī)電一體化發(fā)展。 總之國內(nèi)企業(yè)只有不斷引進(jìn)吸收國外先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行自主創(chuàng)新并在機(jī)械手機(jī)構(gòu) 加大研發(fā)力度，國內(nèi)螺栓裝配設(shè)備才能取得長足發(fā)展，才能走向世界。 4 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問題 （ 1）螺栓裝配機(jī)械手 總體 結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) （ 2）螺栓裝配機(jī)械手的詳 細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路） （ 1）收集裝配機(jī)械手相關(guān)的文獻(xiàn)資料，掌握其機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成及工作原理， 各部件功能； （ 2）根據(jù)機(jī)械手的初始條件，確定了機(jī)械手的總 體方案的設(shè)計(jì)，機(jī)械手的坐標(biāo) 形式和自由度的確定，運(yùn)動空間的計(jì)算等 ； 螺栓裝配機(jī)械手的工作過程： 1 基座 2 立柱 3 手臂 4 手腕及手爪 圖 1 螺栓轉(zhuǎn)配機(jī)械手的方案簡圖 手臂 3 繞立柱 2 轉(zhuǎn)動 90 度； 手爪在抓取螺栓頭并保持夾緊狀態(tài)； 手臂 3 繞著立柱 2 轉(zhuǎn)回 90 ； 機(jī)械手整體沿著導(dǎo)軌水平運(yùn)動，手臂 3 在沿著立柱 2 移動；通過水平方向與 垂直方向?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械手的手抓位置調(diào)節(jié)，從而保證螺栓與螺栓孔的精確定位； 手爪的旋轉(zhuǎn)帶動螺栓轉(zhuǎn)動，同時手臂沿著軸線方向進(jìn)給，將螺栓旋緊； 手爪張開，手臂 3 回到初始位置，循環(huán)到下一個裝配動作。 （ 3）對機(jī)械手的驅(qū)動方式、動力機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、移動機(jī)構(gòu)、手爪執(zhí)行機(jī)構(gòu)等 進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì) 與計(jì)算，包括電機(jī)的選型，軸承的選擇，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等做了具體計(jì) 算 ； 5 （ 4）繪制裝配圖及主要零件圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。 3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 （ 1）一套完整的螺栓裝配機(jī)械手的裝配圖及零件圖； （ 2）一份螺栓裝配機(jī)械手的設(shè)計(jì)說明書； （ 3）一篇外文文獻(xiàn)翻譯。 6 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)） (1) 根據(jù)螺栓裝配的工藝要求，設(shè)計(jì)一種 四個 自由度機(jī)械手實(shí)現(xiàn)對螺母 的抓取、定 位、旋緊等一系列動作，確定機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而采用傳統(tǒng)的理論力 學(xué)計(jì)算方法和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法對機(jī)械手各 組成 部件完成設(shè)計(jì)。 (2)機(jī)械手主要的參數(shù) 夾持力 ： 250N； 機(jī)械手的移動速度 ： 5m/min； 手爪夾持 螺母的尺寸范圍： M10-M40； 自由度 ： 4個； 機(jī)械手結(jié)構(gòu)類型：采用圓柱 坐標(biāo)式與直角坐標(biāo)式組合的形式。 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 第 1-4 周 :根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，收集參考文獻(xiàn)資料，撰寫開題報告等； 第 5 周 :擬定螺栓裝配機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案； 第 6-8 周 :機(jī)械手的 動力 機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，移動機(jī)構(gòu)，夾持機(jī)構(gòu) 及關(guān)鍵元器件 的選擇計(jì)算 ； 第 9-10 周 :繪制機(jī)械手的裝配圖，各零部件的圖紙； 第 11-12 周 :繪制裝配機(jī)械手組件或部件 3D 圖； 第 13 周 :書寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，翻譯與本設(shè)計(jì)相關(guān)的英文文獻(xiàn)； 第 14 周 :準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 7 四 、 需要閱讀的參考文獻(xiàn) 1 王世偉，自抗擾控制器參數(shù)整定方法研究及其在螺栓裝配機(jī)械手中的應(yīng)用 D. 蘭州交通大 學(xué)碩士論文 . 2015. 2 舒志斌 ,謝福亮 ,鄭之開 .專用機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 J.南京工業(yè)大學(xué) ,2013. 3 張博 ,圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J.北京大學(xué)工程訓(xùn)練中心 ,2014. 4 汪新中 .平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人擰螺釘手抓的研究 J.機(jī)電工程 ,2015,25(9):18-20. 5 楊育林 ,包倩倩 ,段昌生 ,趙楠楠 . 車輪裝配機(jī)械手氣動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J. 制造技術(shù)與機(jī) 床 ,2017,(08):131-134. 6 郭洪武 .淺析機(jī)械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢 D.山西華電廣靈風(fēng)力發(fā)電有限公司， 2012. 7 趙云偉 ,耿德旭 .氣動柔性五指機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)及抓持能力 J. 機(jī)器 , 2014,36(2):171-178. 8 張兆陽 . 一種適合狹窄空間下零部件裝配機(jī)械手的設(shè)計(jì)與研究 D.燕山大學(xué) ,2013. 9 陳國良 ,黃心漢 ,周祖德 .微型裝配機(jī)器人系統(tǒng) J.機(jī)械工程學(xué)報 ,2014,45(2):288-293. 10 羅璟 ,劉克定 ,陶湘廳等 .工業(yè)機(jī)器人 的控制策略探討 J.機(jī)床與液壓 ,2016,36(10):95-100. 11 楊帥 , 鄒智慧 .多自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的研究 J.制造業(yè)自動化 ,2013, 35(5):117-121. 12 陶珍軍 , 陳坤 , 螺栓裝配自動化的關(guān)鍵技術(shù)研究 J. 華南理工大學(xué)學(xué)報， 2014, 22 (4):36-39. 13 李玉航 ,梅江平 ,劉松濤等 . 一種新型 4 自由度高速并聯(lián)機(jī)械手動力尺度綜合 J.機(jī)械工程 學(xué)報 , 2014,50(19):32-40. 14 Alexander Winkler, Jozef Suchy. Robot Force/Torque Control in Assembly TasksJ. IFAC Proceedings Volumes, 2013,46(9):796-801. 15 Afshin T, Jorge A, Larry L. Constraint-wrench analysis of robotic manipulatorsJ. Multibody System Dynamic, 2013, 29:139-168. 16Han Yuan, Zheng Li. Workspace analysis of cable-driven continuum manipulators based on static modelJ. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2017,49(2): 240-252. 17 Han Y, Eric C, Dominique D. Static and dynamic stiffness analyses of cable-driven parallel robots with non-negligible cable mass and elasticityJ. Mechanism and Machine Theory, 2015, 85(12):64-81. 8 附：文獻(xiàn)綜述 文獻(xiàn)綜述 1.機(jī)械手的目的與意義 機(jī)械手是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編 排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代 人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。有些人認(rèn)為，最高級的機(jī) 械手要做 的和人一模一樣，其實(shí)非也。實(shí)際上，機(jī)械手是利用機(jī)械傳動、現(xiàn)代微電子 技術(shù)組合而成的一種能模仿人某種技能的機(jī)械電子設(shè)備，他是在電子、機(jī)械及信息技 術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。然而，機(jī)械手的樣子不一定必須像人，只要能獨(dú)立完成一些 人類的技能或有一定危險性的工作，就屬于機(jī)械手大家族的成員。 機(jī)械手己廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)部門應(yīng)用最多 的市汽車工業(yè)和電子工業(yè)，在金屬加工、塑料成型、機(jī)械制造等行業(yè)也有普遍應(yīng)用， 并逐漸向纖維加。食品工業(yè)、家用產(chǎn)品制造等行業(yè)發(fā)展。焊接作業(yè)包括點(diǎn)焊和弧焊， 是機(jī)械手用得最多的作 業(yè)之一 。 機(jī)械手對于改善勞動條件、減少安全事故 ，減少人 受危險環(huán)境的傷害等方面都有顯著的效果。蘭州交通大學(xué)王世偉 【 1】 提出 鑒于螺栓裝 配與拆卸作業(yè)是制造業(yè)中重復(fù)性高、勞動強(qiáng)度大的一項(xiàng)工作 ,因此有必要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)螺栓 自動裝配的工業(yè)機(jī)器人 。 2 .機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成 機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復(fù)雜機(jī)械等組成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)械手本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機(jī)構(gòu)，其中的運(yùn)動副常稱 為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個數(shù)通常即為機(jī)械手的自由度數(shù)。出于擬人化的考慮，常將機(jī)械手本體 的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部 、手部和行走部等。 驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動 力元件使機(jī)械手進(jìn)行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機(jī)械手使用 的驅(qū)動裝置主要是電力驅(qū)動裝置，此外也有采用液壓、氣動等驅(qū)動裝置。 檢測裝置的作用是實(shí)時檢測機(jī)械手的運(yùn)動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系 統(tǒng)，與設(shè)定信息進(jìn)行比較后，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)械手的動作符合預(yù)定的 要求。 控制系統(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制，即機(jī)械手的全部控制由一臺微型計(jì)算 機(jī)完成。另一種是分散式控制，即采用多臺微機(jī)來分擔(dān)機(jī)械手的 控制。根據(jù)作業(yè)任務(wù) 要求的不同，機(jī)械手的控制方式又可分為點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制和力控制。 3. 機(jī)械手的分類 （ 1）按用途分： 專用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。 專用機(jī)械手具有動作少、工作對象單 一、結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用可靠和造價低等特點(diǎn)，適用 于大批量的自動化生產(chǎn)。 南京工業(yè)大學(xué)舒志斌 【 2】 等人指出 專用機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 與分析 。 通用機(jī)械手：它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機(jī)械 9 手。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用 性強(qiáng)，適用于不斷變化生產(chǎn)品種的 中小批量自動化的生產(chǎn)。 （ 2）按坐標(biāo)系統(tǒng)來分： 直角坐標(biāo)型：只具有移動關(guān)節(jié)，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，適用于主機(jī) 位置成行排列的場合。但是由于占地面積大而工作范圍小以及靈活性差，限制了它的 使用范圍 。 圓柱坐標(biāo)型：具有一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、其余為移動關(guān)節(jié)的機(jī)械手。它與直角坐標(biāo)式相 比較，占地面積小且活動范圍大，結(jié)構(gòu)較簡單，并能達(dá)到較高的定位精度，因此應(yīng)用 較廣泛。但由于機(jī)械手結(jié)構(gòu)的關(guān)系，移動的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的 物件 。 北京大學(xué)工程訓(xùn)練中心張博 【 3】 指出了 圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié) 構(gòu)與控制系統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 。 球坐標(biāo)型：具有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、其余為移動關(guān)節(jié)的機(jī)械手。這種機(jī)械手手臂的俯 仰運(yùn)動能抓取地面上的物件，為了使手部能適應(yīng)被抓取物件方位的要求，常常設(shè)有手 腕上下擺動，使其手部保持水平位置或其它狀態(tài)。這種機(jī)械手具有動作靈活，占地面 積小而工作范圍大等特點(diǎn)，它適用于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動形式。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 此外手臂擺角的誤差通過手臂會引起手部中心處的誤差放大 。 關(guān)節(jié)型：具有三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的機(jī)械手。它的特點(diǎn)是工作范圍大，動作靈活，通用 性強(qiáng)，能抓取靠近機(jī)座的物件，并能繞過機(jī)體和工作主機(jī)之間的障礙物去抓取物件 。 但是關(guān)節(jié)式機(jī)械手的手指定位是由各個關(guān)節(jié)相互轉(zhuǎn)角來決定的，所以定位精度較差， 控制裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)比其它形式的機(jī)械手均復(fù)雜。杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 汪 新中 【 4】 設(shè)計(jì)了一種擰螺釘多關(guān)節(jié)機(jī)械手，其手部采用結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的機(jī)械夾持實(shí)現(xiàn)螺 釘?shù)膴A持，保證螺釘?shù)臏?zhǔn)確定位和高可靠性 。 （ 3）按受控方式分 : 點(diǎn)位控制型：它的運(yùn)動為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動，只能控制運(yùn)動過程中幾個點(diǎn)的 位置，不能控制其運(yùn)動軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性 。 連續(xù)控制型：它的運(yùn)動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的， 整 個移動過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動，并且使用范圍廣，但電氣 控制系統(tǒng)復(fù)雜。 （ 4）按驅(qū)動方式分 : 液壓傳動機(jī)械手：其主要特點(diǎn)是抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、 動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大影響， 且不宜在高溫、低溫下工作 。 氣壓傳動機(jī)械手：其主要特點(diǎn)是介質(zhì)來源較方便、氣動動作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、成 本低。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低， 適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作；燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院楊育林 等 【 5】 提出針對不同重量車輪的裝配問題 ,提出了一種新型機(jī)械手氣動控制系統(tǒng) ,該控制 系統(tǒng)通過對減壓閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良 ,僅用一個平衡回路完成空載和負(fù)載之間的無級切 換 。 電氣傳動機(jī)械手：即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū) 動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線 電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。 4.國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 機(jī)械手首先是從美國開始研制的， 美國聯(lián)合控制公司 首先 研制出第一臺機(jī)械手， 它的結(jié)構(gòu)是 ： 機(jī)體上安裝一個回轉(zhuǎn)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制 系統(tǒng)是 10 示教形的，隨著計(jì)算機(jī)和 自動控制技術(shù) 的迅速發(fā)展 ,農(nóng)業(yè)機(jī)械將進(jìn)入高度自動化和智能 化時期，機(jī)械手機(jī)器人的應(yīng)用可以提高勞動生產(chǎn)率和 產(chǎn)品質(zhì)量 ,改善 勞動條件 ,解決勞 動力不足等問題構(gòu)成。 從第七個五年計(jì)劃開始，我國政府大大加大了工業(yè)機(jī)器人的重視程度，并且為此 項(xiàng)目投入大量的資金，在眾多學(xué)者及研究人員的參與下，研究開發(fā)并且制造一系列的 工業(yè)機(jī)器人，其中有北京機(jī)械自動化研究所設(shè)計(jì)制造的噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所 和北京機(jī)床研究所合作設(shè)計(jì)的電焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造的氬弧焊機(jī)器 人，沈陽 工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制造的裝卸載機(jī)器人等。這些機(jī)器人的控制器，都是由中國科 學(xué)院沈陽自動化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)的。與此同時，一系列的機(jī) 器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機(jī)器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī)等，編碼 器等。我國機(jī)械手的起步較晚，相信在不久的將來，機(jī)械手在我國會被廣泛應(yīng)用。作 為國產(chǎn)自主創(chuàng)新品牌的 廣東 拓斯達(dá)機(jī)械手目前在國內(nèi)制造業(yè)市場中份額每年逐漸攀 升，廣東拓斯達(dá)機(jī)械手榮獲廣東省名 牌產(chǎn)品，并且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、核心技術(shù)和關(guān) 鍵技術(shù)，以及戰(zhàn)略性 新興產(chǎn)業(yè) 、先進(jìn)制造業(yè)產(chǎn)品。 國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感 能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并 自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在 機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照 相機(jī)將物體 形象變成視頻信號，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并 發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。 工作時機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作 用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達(dá) 到自動調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一 步提高。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變 目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。山西華電廣靈風(fēng)力發(fā)電有限公 司郭洪武 【 6】 指出 了機(jī)械手的概念 ,發(fā)展歷史 ,以及機(jī)械手在國內(nèi)外的研究動態(tài) 。 國外機(jī)械手的控制類型大致可分為四類：簡易控制型機(jī)械手，定位用機(jī)械制動 器或者行程開關(guān)，這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，在一般的上下料作業(yè)中較為適用； 示教再現(xiàn)控制的機(jī)械手， UNIMATE 型機(jī)械手是示教再現(xiàn)的控制系統(tǒng)，日本川崎重 工生產(chǎn)的川崎 UNIMATE 機(jī)械手也屬于此類；用電子計(jì)算機(jī)群控多臺機(jī)械手，若在 一條生產(chǎn)線上使用多臺機(jī)械手，往往用一臺小型計(jì)算機(jī)控制幾臺機(jī)械手，這樣成本大 大降低，自動化程度反而提高；智能機(jī)械手，機(jī)械手具有視覺、 觸覺、嗅覺等感覺 機(jī)能，還能識別圖形，進(jìn)行分析判斷，可以行走等。該類機(jī)械手目前仍處于實(shí)驗(yàn)階段。 我國機(jī)械手的控制類型分為：全繼電器控制，控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都用繼電器進(jìn)行 控制，它適用于專用的或通用的具有固定程序或可變程序的機(jī)械手。定位方式采用機(jī) 械制動器，此類型控制形式都稱為簡易型，具有線路簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是動 作速度慢，體積較大，定位精度較差；無觸點(diǎn)程序控制的通用機(jī)械手，這種機(jī)械手 在國內(nèi)已經(jīng)有了比較成熟的制造經(jīng)驗(yàn)，研制單位甚多。優(yōu)點(diǎn)是通用性強(qiáng)，程序變換簡 單可靠，循環(huán)周期短，提高機(jī)械手的工作效率；簡易數(shù) 控機(jī)械手，簡易數(shù)控分為開 環(huán)和閉環(huán)兩種，優(yōu)點(diǎn)是定位精度高，反應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)停留和連續(xù)軌跡的運(yùn)動 方式。 國外機(jī)械手定位在發(fā)展初期，由于技術(shù)的不成熟，利用氣壓驅(qū)動的機(jī)械手的定位 精度很低，更無法實(shí)現(xiàn)在任意位置的起停，能靠氣缸兩個終點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的定 位，無法實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在任意位置得起停。以早期的氣動機(jī)械手不能實(shí)現(xiàn)任意位置的定 位，因此大大限制氣動工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展隨著氣動技術(shù)的發(fā)展，氣動伺服技術(shù)的出現(xiàn) 11 實(shí)現(xiàn)了氣缸在任意位置定位，世界上各國都相繼開發(fā)出了可在任意位置實(shí)現(xiàn)起停的氣 動工業(yè)機(jī)械手，且定位精度可以達(dá)到 0.5mm，如日本 SMC 公司、德國 FESTO 公司 等。氣動伺服技術(shù)的出現(xiàn)，大大提高了氣動機(jī)械手的定位精度，實(shí)現(xiàn)了氣動機(jī)械手在 任意位置的定位，擴(kuò)大了氣動機(jī)械手在自動化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。國內(nèi)應(yīng)用的機(jī)械手定 位方法 有機(jī)械方法，電氣控制方法，機(jī)械擋塊的方法。電氣定位 方法可分為簡易型與 伺服型兩類。上海電器塑料廠 15 克立式注塑機(jī)采用簡易數(shù)控機(jī)械手，能達(dá)到給定精 度約 5 毫米，重變定位精度 1 毫米左右；一機(jī)部機(jī)械院機(jī)電所與北京汽車廠合制的 CJS-1 機(jī)械手采用點(diǎn)位計(jì)檢測的定位方法，配合液壓節(jié)流緩沖，重復(fù)定位精度約為 3 毫米。 美國機(jī)械鑄造 公司也試驗(yàn)成功一種叫 Versatran 機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī) 械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是 示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基 礎(chǔ) 。美國 Unimate 公 司 和斯 坦福大 學(xué)、 麻省 理工學(xué) 院聯(lián)合 研制 一種 Unimate-Vic-arm 型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定 位誤差小于 1 毫米。美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。 比如 Unimate 公司建立了 8 年機(jī)械手試驗(yàn)臺，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。 把故障前平均時 間，由 400小時提高到 1500 小時，精度可提高到 0.1 毫米。 德國 KnKa 公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。瑞典安莎公 司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自 1969 年從美國引進(jìn)兩種典型 機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50% 60% 的速度增長。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。 5.機(jī)械手未來的發(fā)展趨勢 機(jī)械手在許多生 產(chǎn)領(lǐng)域的使用實(shí)踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平，提高勞動生 產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用， 引起了世界各國和社會各層人士的廣泛興趣。在新的世紀(jì)，機(jī)械手工業(yè)必將得到更加 快速的發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。 山西華電廣靈風(fēng)力發(fā)電有限公司郭洪武 【 6】 淺析了機(jī) 械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢。從 近年世界機(jī)械手推出的產(chǎn)品看，未來機(jī)械手具有如下的發(fā) 展趨勢： （ 1）重復(fù)高精度 精度是指機(jī)械手達(dá)到指定點(diǎn)的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有 關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)次數(shù)多，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程 度。重復(fù)精度 比精度更重要，如果一個機(jī)械手定位不夠精確，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤 差是可以預(yù)測的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個隨機(jī)誤差的范 圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)械手來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā) 展，機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè) 等。 （ 2）模塊化 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼 裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的 安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo) 向系統(tǒng)裝置，使機(jī)械手動作自如。模塊 化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用 范圍，是機(jī)械手的一個重要的發(fā)展方向。 12 （ 3）節(jié)能化 為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求不 加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，新型材料的出現(xiàn)，構(gòu)造 特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡 單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。 （ 4）機(jī)電一體化 由“可編程控制器 傳感器 液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技 術(shù)的重要方 面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件，使液壓技術(shù)從“開關(guān) 控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制” ；節(jié)省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、 配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越 來越小，而 PLC 的輸出功率在增大，由 PLC 直接控制線圈變得越來越可能。 （ 5）控制智能化 機(jī)械人的控制智能化由引導(dǎo)教向 NC，離線編程發(fā)展，進(jìn)而發(fā)展到進(jìn)一步應(yīng)用。 隨著系統(tǒng)化、集成化生產(chǎn)的發(fā)展，基于 PC 的開放式控制系統(tǒng)將機(jī)械手控制和車間一 級控制的發(fā)展方向。 綜上所述，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是通過對 螺栓裝 配機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 研究，并分 析常用 機(jī)械手 的特點(diǎn)，確定自己所設(shè)計(jì)的 機(jī)械手 機(jī)構(gòu)，運(yùn)用 CAD 的軟件把裝配圖 及其原理圖繪制出。并進(jìn)行裝置的可實(shí)施性進(jìn)行分析判斷，最終完成本次 螺栓裝配機(jī) 械手 的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)。