三自由机械手结构设计.doc

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1、轻型平动搬运机械手的设计及运动仿真三自由度机械手的结构设计一、引言随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更

2、快捷、便利。随着工业自动化程度的提高，机械手的应用领域越来越广。机械手能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具。机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度、提高生产效率。在自动化装配电镀生产线上,机械手能将单个或多个工件快速的从一个位置准确地抓取移动到目标位置。机械手的应用大大提高了生产效率,也更容易实现自动化控制,同时其还能使操作人员免受电镀环境对于人身健康的影响。目前应用较多的机械手有二自由度机械手和三自由度机械手。1.1机械手概述机械手也被称为自动手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定

3、程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。1.1.1三自由度机械手的基本形式三自由度机械手又称3D机械人,能够实现三个自由度方向（水平、垂直和旋转）的抓取或放置物品,具有操作范围大,灵活性好,应用广泛等特点。机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式和机械式机械手。本文的三自由度机械手属于混合式机械手,它综合了电动

4、式和气动式机械手的优点,达到了简便操作和精确定位的目的。它有这两种基本的形式摇臂式自动取料机械手和横行式自动取料机械手（1）摇臂式自动取料机械手　　典型的摇臂式自动取料机械手,其运动由X,Y两个相互垂直方向的直线运动与一个摆动运动组合而成摇臂式自动取料机械手一般为小型机械手。　这种机械手的运动过程如下:　(1)动作1当执行下降取料命令后,机械手抓取装置沿Z轴方向垂直下降,如图1中轨迹1所示,抓取动作可以通过吸盘、气动手指和杠杆机构等完成;　(2)动作2抓取镀件的机械手沿Z轴反方向运行到原点,如图中轨迹2所示;　(3)动作3机械手绕Z轴旋转一定角度为下一次

5、运动做准备,如图中轨迹3所示;　(4)动作4机械手沿X轴方向将镀件运行到释放点上方,再通过Z轴的下降运动将镀件释放到指定地点;　(5)动作5机械手沿上述轨迹反方向运动到原点,开始下一个循环。　根据控制要求,旋转运动和X轴方向的直线运动可以同时进行。（2）横行式自动取料机械手典型的横行式自动取料机械手,其运动由X,Y,Z3个相互垂直方向的直线运动组合而成,也称为三自由度平移机械手。　(1)运动形式　横行式自动取料机械手的手臂结构与摇臂式机械手的手臂结构是类似的,所不同的是横行式自动取料机械手的运动全部为直线运动,在结构上更具有代表性,如图3所示。横行式自动

6、取料机械手的结构分为X轴、Y轴、Z轴3部分,主要在空间运动距离较大的场合使用;而摇臂式机械手则将其中一个直线运动用更简单的摆动运动所代替。　(2)运动过程分析　这种机械手在结构上主要是将X轴、Y轴、轴(主手、副手)、底座等4部分采用模块化的方式通过直线导轨机构搭接而成,其中X轴、Y轴、Z轴在相互垂直的方向上进行搭接连接。直线导轨机构不仅是运动导向部件,各部分结构的连接也是通过直线导轨机构来实现的。　这种机械手的运动过程如下:　动作1当执行下降取料命令后,机械手抓取装置沿Z轴方向垂直下降,,抓取装置包括吸盘、气动手指和杠杆机构等;　动作2机械手抓取镀件后沿

7、Z轴反向回到原点,;　动作3机械手抓取镀件沿Y轴方向移动,;　动作4根据运动需要,机械手抓取镀件沿X轴方向移动,实现跨距转移,;　动作5当镀件运行到释放点上方时,机械手执行下降命令沿轨迹5下降至释放点释放镀件,完成一次镀件的转移;　动作6、动作7、动作8这几个动作沿上述运动轨迹反向运行,回到原点位置,进人待料状态,等待下一次取料循环。　这种横向移动,根据控制和运行的要求,X轴、Y轴、Z轴的运动可以同时进行。机械手实例1.2机械手的组成和分类1.2.1机械手的组成机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓

8、持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附