球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)

球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì),球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì),坐標(biāo),工業(yè),機(jī)械手,設(shè)計(jì) 寧XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)所在學(xué)院專 業(yè)班 級(jí)姓 名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)老師 2014年 月 日摘 要機(jī)械手是在在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展的一種新型裝置,使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置。機(jī)械手能代替人類、重復(fù)枯燥完成危險(xiǎn)工作，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力,減輕人勞動(dòng)強(qiáng)度。該裝置涵蓋了位置控制技術(shù)可編程控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù),可代替人工在高溫危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，。關(guān)鍵詞：機(jī)械手, 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手，抓取，提升40AbstractThe manipulator is a new device developed in the mechanization, automation of production process, a grasping and moving the workpiece function of automation device use. The manipulator can repeat boring to do dangerous work instead of humans, improve labor productivity, reduce labor intensity. The device covers the position control technology of programmable control technology, detection technology. The material of hydraulic manipulator this subject to the grasping be up in space objects, flexible, any changes to the relevant parameters according to the change and the movement flow requirements, but instead of manual operation in high risk areas,.Key Words: manipulator, hydraulic manipulator, crawl, enhance目 錄摘 要2Abstract3目 錄41 緒 論71.1 課題背景及目的71.2 機(jī)械手的定義71.3 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的組成71.4 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用82 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)要求與方案92.1 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)要求92.2 基本設(shè)計(jì)思路92.2.1 系統(tǒng)分析92.2.2 總體設(shè)計(jì)框圖102.2.3 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的基本參數(shù)102.3 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)112.4 機(jī)械手材料的選擇112.5機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)方式122.6 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的選擇122.7 動(dòng)作要求分析132.8 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型133 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)153.1夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核153.1.1 夾持器種類153.1.2 夾持器設(shè)計(jì)計(jì)算163.1.3 夾持器校核173.2 升降方向設(shè)計(jì)計(jì)算173.2.1 初步確系統(tǒng)壓力173.2.2 升降油缸計(jì)算183.2.3 活塞桿的計(jì)算校核193.2.4 液壓缸工作行程的確定213.2.5 活塞的設(shè)計(jì)213.2.6 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算213.2.7 端蓋和缸底的計(jì)算校核223.2.7 缸體長(zhǎng)度的確定233.2.8 緩沖裝置的設(shè)計(jì)233.3 水平方向設(shè)計(jì)計(jì)算233.3.1 水平方向計(jì)算233.3.2 油缸的選型243.4 底座回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算243.4.1 回轉(zhuǎn)部位負(fù)載計(jì)算校核243.4.2 油馬達(dá)的選型263.5機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)校核273.5.1 油馬達(dá)的選擇273.5.2螺柱的設(shè)計(jì)與校核273.5.3機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)293.6 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性確定293.6.1 常用的定位方式293.6.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素293.6.3 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置303.6.4 繪制液壓系統(tǒng)圖313.6.5 計(jì)算和選擇液壓元件323.6.6 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算334 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)344.1 機(jī)械手的工藝過(guò)程344.2 PLC 控制系統(tǒng)354.3 PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)36總結(jié)與展望39參考文獻(xiàn)40致 謝41 1 緒 論1.1 課題背景及目的畢業(yè)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)在校學(xué)習(xí)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)四年大學(xué)學(xué)習(xí)的繼續(xù)深化和檢驗(yàn)，即有實(shí)踐性又有綜合性，是其他單一課程所不能替代的，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)更能提高綜合訓(xùn)練能力，為即將走向工作崗位，提高實(shí)際工作能力起到十分重要的作用。以達(dá)到如下目的：（1）綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能，提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。（2）接受工程師必須的綜合訓(xùn)練，提高實(shí)際工作能力。如調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)和收集資料并進(jìn)行分析的能力；制訂設(shè)計(jì)或試驗(yàn)方案的能力；設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖能力；總結(jié)提高撰寫(xiě)論文的能力。（3）檢驗(yàn)綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力。1.2 機(jī)械手的定義目前，工業(yè)機(jī)械手的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)械手協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)械手下的定義：工業(yè)機(jī)械手是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。1.3 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的組成執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部、腕部、臂部、機(jī)身機(jī)座等，其中最主要是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。手部是夾緊（或吸附、托持）與松開(kāi)工件或工具 的部件，由手指（或吸盤），驅(qū)動(dòng)元件和傳動(dòng)元件等組成。時(shí)間、速度和加速度等參數(shù)。球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手與主機(jī)及其它有關(guān)裝置之間的聯(lián)系3。1.4 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用按球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手布局形式分可分為：架空式球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手、附機(jī)式球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手、落地式球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手三種。此外，還有安裝在自動(dòng)線料道上或料道旁，實(shí)現(xiàn)工件上、下料、傳遞轉(zhuǎn)位、轉(zhuǎn)向等用途的球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手，他們具有運(yùn)動(dòng)單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位置靈活及精度一般要求較低的特點(diǎn)。 2 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)要求與方案2.1 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)要求坐標(biāo)形式:球坐標(biāo)坐標(biāo)系抓重自由度伸縮X升降Z球坐標(biāo)250N4350mm，300mm/s150mm，300mm/s橫移Y回轉(zhuǎn)俯仰小臂俯仰2250mm，300mm/s0210，90/s045，90/s回轉(zhuǎn)手指夾持范圍0180，90/s棒料，直徑4060，長(zhǎng)度4501200mm2.2 基本設(shè)計(jì)思路2.2.1 系統(tǒng)分析機(jī)械手是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的一種有力工具。要在一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，需要對(duì)各種機(jī)械化、自動(dòng)化裝置進(jìn)行綜合的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析，從而判斷機(jī)械手是否合適。所以要完成機(jī)械手的設(shè)計(jì)，一般要先做如下工作：(1) 根據(jù)機(jī)械手的使用場(chǎng)合，明確機(jī)械手的目的和任務(wù)。(2) 分析機(jī)械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境。(3) 認(rèn)真分析系統(tǒng)的工作要求，確定機(jī)械手的基本功能和方案，如機(jī)械手的自由度數(shù)目、動(dòng)作速度、定位精度、抓取重量等。進(jìn)一步根據(jù)抓取、液壓物體的質(zhì)量、形狀、尺寸及生產(chǎn)批量等情況，來(lái)確定機(jī)械手爪的形式及抓取工件的部位和握力大小。對(duì)此，我進(jìn)行如下分析：(1) 本設(shè)計(jì)課題為物料球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)，是通過(guò)機(jī)械手進(jìn)行兩地物料運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械手。而機(jī)械手的使用場(chǎng)合，非常廣泛，要涉及到物料的狀態(tài)，運(yùn)作流水線的環(huán)境等等因素，相較于我所掌握的理論知識(shí)和能力，我選擇非批量生產(chǎn)的小型物體加工流水線上的物料球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手。(2) 由于我所選擇的機(jī)械手是非批量生產(chǎn)的小型物體加工流水線上的物料球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手，所以，機(jī)械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境一定是工廠，要求精度高，容錯(cuò)率低，速度快。2.2.2 總體設(shè)計(jì)框圖圖2 總體設(shè)計(jì)框圖如圖2為總設(shè)計(jì)框圖，說(shuō)明如下：(1) 控制系統(tǒng)：任務(wù)是根據(jù)機(jī)械手的作業(yè)指令程序和傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)，控制機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。主要設(shè)計(jì)目標(biāo)為CPU的選擇，CPU程序的編寫(xiě)調(diào)試等。(2) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作的驅(qū)動(dòng)裝置。(3) 機(jī)械系統(tǒng)：包括機(jī)身、機(jī)械臂、手腕、手爪。需要確定其自由度、坐標(biāo)形式，并計(jì)算得出具體結(jié)構(gòu)。(4) 感知系統(tǒng)：即傳感器的選擇及具體作用。2.2.3 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的基本參數(shù)1. 機(jī)械手的最大液壓物料的重量是它的主參數(shù)。本論文物料球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手所液壓的物料質(zhì)量可設(shè)定為1噸。2. 運(yùn)動(dòng)速度直接影響機(jī)械手的動(dòng)作快慢和機(jī)械手動(dòng)作的穩(wěn)定性，所以運(yùn)動(dòng)速度也是是物料物料球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的一個(gè)主要的基本參數(shù)。設(shè)計(jì)速度過(guò)低的話，會(huì)無(wú)法滿足機(jī)械手的動(dòng)作功能，限制機(jī)械手的使用范圍。設(shè)計(jì)的速度過(guò)高又會(huì)加重機(jī)械手的負(fù)載并影響機(jī)械手動(dòng)作的平穩(wěn)性。 3. 伸縮行程和工作半徑是決定機(jī)械手工作范圍及整機(jī)尺寸的關(guān)鍵，也是機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。3.定位精度也是機(jī)械手的主要基本參數(shù)之一。機(jī)械手精度太低，就完成不了功能，精度太高又意味著成本的增加。綜合考慮，該物料球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的定位精度設(shè)定為士0.5到士1mm之間。物料球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的各個(gè)部分的基本參數(shù)可以由上面已經(jīng)知道的物料球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手各關(guān)節(jié)的行程和時(shí)間分配來(lái)決定。2.3 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式：機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械臂的升降。根據(jù)上文所說(shuō)的，機(jī)械手按照坐標(biāo)的分類情況，選擇圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手更為妥當(dāng)。2.4 機(jī)械手材料的選擇機(jī)械手手臂的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作狀況來(lái)進(jìn)行選擇，并滿足機(jī)械手的設(shè)計(jì)和制作要求。從設(shè)計(jì)的思想出發(fā)，機(jī)械手手臂要完成各種運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)材料的一個(gè)要求是作為運(yùn)動(dòng)的部件，它應(yīng)是輕型材料。另一方面，手臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這必然大大降低它的運(yùn)動(dòng)精度。所以在選擇材料時(shí)，需要對(duì)質(zhì)量、剛度、阻尼進(jìn)行綜合考慮，以便有效地提高手臂的動(dòng)態(tài)性能。此外，機(jī)械手手臂選用的材料與一般的結(jié)構(gòu)材料不同。機(jī)械手手臂是一種伺服機(jī)構(gòu)，要受到控制，必須考慮它的可控性。在選擇手臂材料時(shí)，可控性還要和材料的可加工性、結(jié)構(gòu)性、質(zhì)量等性質(zhì)一起考慮?？傊x擇機(jī)械手手臂的材料時(shí)，要綜合考慮強(qiáng)度、剛度、重量、彈性、抗震性、外觀及價(jià)格等多方面因素。下面介紹幾種機(jī)械手手臂常用的材料：(l)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等高強(qiáng)度鋼:這類材料強(qiáng)度好，尤其是合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度增加了45倍、彈性模量E大、抗變形能力強(qiáng)，是應(yīng)用最廣泛的材料;(2)鋁、鋁合金及其它輕合金材料:其共同特點(diǎn)是重量輕、彈性模量E不大，但是材料密度小，則E/p之比仍可與鋼材相比;(3) 陶瓷:陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大，可加工型不好，與金屬等零件連接的接合部需要特殊設(shè)計(jì)。然而，日本己試制了在小型高速機(jī)械手上使用的陶瓷機(jī)械手手臂的樣品;從本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手的角度來(lái)看，在選用材料時(shí)不需要很大的負(fù)載能力，也不需要很高的彈性模量和抗變形能力，此外還要考慮材料的成本，可加工性等因素。在衡量了各種因素和結(jié)合工作狀況的條件下，初步選用鋁合金作為機(jī)械臂的構(gòu)件。2.5機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)方式常見(jiàn)的機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)形式有五種: SCARA型、直角坐標(biāo)型極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型和圓柱坐標(biāo)型。根據(jù)主要的運(yùn)動(dòng)參數(shù)選擇運(yùn)動(dòng)形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。同一種運(yùn)動(dòng)形式為適應(yīng)不同生產(chǎn)工藝的需要，可采用不同的結(jié)構(gòu)。位置具體選用哪種形式，必須根據(jù)作業(yè)要求、工作現(xiàn)場(chǎng)、以及液壓前后工件中心線方向的變化等情況，分析比較并擇優(yōu)選取。這類機(jī)械手一般由2個(gè)肩關(guān)節(jié)和1個(gè)肘關(guān)節(jié)進(jìn)行定位，由2個(gè)或3個(gè)腕關(guān)節(jié)進(jìn)行定向。其中，一個(gè)肩關(guān)節(jié)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)肩關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)俯仰。這兩個(gè)肩關(guān)節(jié)軸線正交。肘關(guān)節(jié)平行于第二個(gè)肩關(guān)節(jié)軸線，考慮到機(jī)械手的作業(yè)特點(diǎn)，即要求其動(dòng)作靈活、有較大的工作空間、且要求結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小等特點(diǎn)，故選用關(guān)節(jié)型機(jī)械手。如圖所示。這種構(gòu)形動(dòng)作靈活、工作空間大、在作業(yè)時(shí)空間內(nèi)手臂的干涉最小、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、關(guān)節(jié)上相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位容易密封防塵。但是這類機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)比較復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)學(xué)的反解比較困難;確定末端桿件的姿態(tài)不夠直觀，且在進(jìn)行控制時(shí)，計(jì)算量比較大。2.6 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的選擇機(jī)械手常用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)四種基本形式。但與液壓驅(qū)動(dòng)相比，功率較小，液壓驅(qū)動(dòng)的能源、結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單速度不易控制，精度不高。油馬達(dá)傳動(dòng)能源簡(jiǎn)單，速度和位置精度都很高，使用方便，噪聲低，機(jī)構(gòu)速度變化范圍大，效率高，控制靈活。液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是功率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可省去減速裝置，響應(yīng)快，精度較高。但是需要有液壓源，而且容易發(fā)生液體泄漏。起初，我先選擇電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，但是考慮到機(jī)械手的升降運(yùn)動(dòng)運(yùn)用純機(jī)械結(jié)構(gòu)并不能達(dá)到理想傳動(dòng)效果。而機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn)如若使用液壓或者液壓傳動(dòng)，就必須帶有旋轉(zhuǎn)液壓或者旋轉(zhuǎn)液壓缸，相對(duì)來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不利于設(shè)計(jì)。故改良方案，將驅(qū)動(dòng)方式分成兩個(gè)部分。其中，機(jī)械臂的回轉(zhuǎn)采用傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)油馬達(dá)帶動(dòng)齒輪鏈進(jìn)行旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)；而機(jī)械臂的伸縮、升降和機(jī)械手抓的抓取，都采用液壓驅(qū)動(dòng)方式。2.7 動(dòng)作要求分析動(dòng)作一：送 料動(dòng)作二：預(yù)夾緊動(dòng)作三：手臂上升動(dòng)作四：手臂旋轉(zhuǎn)動(dòng)作五：小臂伸長(zhǎng)動(dòng)作六：手腕旋轉(zhuǎn) 預(yù)夾緊 手臂上升 手臂旋轉(zhuǎn) 手臂伸長(zhǎng) 手臂轉(zhuǎn)回 手腕旋轉(zhuǎn) 圖2.2 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作簡(jiǎn)易圖2.8 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型本課題所設(shè)計(jì)的球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手為通用型的球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手，其中坐標(biāo)系為圓柱坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)，油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用于機(jī)座的旋轉(zhuǎn)和手臂的上下移動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)用于手臂的伸縮和球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的夾取和翻轉(zhuǎn)3。 3 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)3.1夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核3.1.1 夾持器種類1.連桿杠桿式手爪這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運(yùn)動(dòng)，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧聯(lián)合使用。2.楔塊杠桿式手爪利用楔塊與杠桿來(lái)實(shí)現(xiàn)手爪的松、開(kāi)，來(lái)實(shí)現(xiàn)抓取工件。3.齒輪齒條式手爪這種手爪通過(guò)活塞推動(dòng)齒條，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開(kāi)動(dòng)作。4.滑槽式手爪 當(dāng)活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑槽通過(guò)銷子推動(dòng)手爪合并，產(chǎn)生夾緊動(dòng)作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，手爪松開(kāi)。這種手爪開(kāi)合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。5.平行杠桿式手爪不 需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運(yùn)動(dòng)采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，因此，比帶有導(dǎo)軌的平行移動(dòng)手爪的摩擦力要小很多結(jié)合具體的工作情況，采用連桿杠桿式手爪。驅(qū)動(dòng)活塞 往復(fù)移動(dòng)，通過(guò)活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條 使手指張開(kāi)或閉合。手指的最小開(kāi)度由加工 工件的直徑來(lái)調(diào)定。本設(shè)計(jì)按照所要捆綁的重物最大使用 的鋼絲繩直徑為50mm來(lái)設(shè)計(jì)。a有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。b有足夠的開(kāi)閉范圍工作時(shí)，一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變化量稱為開(kāi)閉范圍。夾持類手部的手指都有張開(kāi)和閉合裝置?？捎瞄_(kāi)閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍，手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān)c力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。手部處于腕部的最前端，工因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。d手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度因此送料，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，根據(jù)工件的形狀，松開(kāi)時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。液壓缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，液壓缸右腔進(jìn)油時(shí)松開(kāi)工件。3.1.2 夾持器設(shè)計(jì)計(jì)算手爪要能抓起工件必須滿足： （3-6）式中，-為所需夾持力；-安全系數(shù)，通常取1.22；-為動(dòng)載系數(shù)，主要考慮慣性力的影響可按估算，為機(jī)械手在搬運(yùn)工件過(guò)程的加速度，為重力加速度；-方位系數(shù)，查表選??；-被抓持工件的重量 250N；帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得： ；理論驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算： （3-7）式中，-為柱塞缸所需理論驅(qū)動(dòng)力；-為夾緊力至回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的垂直距離；-為扇形齒輪分度圓半徑；-為手指夾緊力；-齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，此處選為0.92；其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得 計(jì)算驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為： （3-8）式中，-為計(jì)算驅(qū)動(dòng)力；-安全系數(shù)，此處選1.2；-工作條件系數(shù)，此處選1.1； 而液壓缸的工作驅(qū)動(dòng)力是由缸內(nèi)油壓提供的，故有 （3-9）式中，-為柱塞缸工作油壓；-為柱塞截面積；選取缸內(nèi)徑為50mm3.1.3 夾持器校核活塞桿直徑查液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時(shí)，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，一般選取d/D=0.5-0.7。本設(shè)計(jì)選擇d/D=0.7，d=35 mm=961625N37700N計(jì)算所得的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需要的力，所以滿足要求。經(jīng)計(jì)算，所需的油壓約為： (后續(xù)章節(jié)進(jìn)行介紹)3.2 升降方向設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1 初步確系統(tǒng)壓力表3-1 按負(fù)載選擇工作壓力1負(fù)載/ KN50工作壓力/MPa1.25，滿足最低速度的要求。2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算： 90mm （4-4）式中 許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中）3活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動(dòng)油馬達(dá)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。4.活塞桿的密封與防塵活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等6。采用薄鋼片組合防塵圈時(shí)，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計(jì)和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。3.2.4 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長(zhǎng)度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表4-4中的a、b、c選用。表4-4（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80）62550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表4-4（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80）6 40 6390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表4-4（c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80）6240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300034003800根據(jù)設(shè)計(jì)要求知快速接近工件，行程根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，根據(jù)表3-8，可選取液壓缸的工作行程為1050mm。3.2.5 活塞的設(shè)計(jì)由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過(guò)緊，也不能間隙過(guò)大。配合過(guò)緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過(guò)大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能?？紤]選用O型密封圈。3.2.6 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定 當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度1。影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)液壓缸最大行程為L(zhǎng),缸筒直徑為D時(shí),最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為: （4-5）一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在缸徑小于80mm時(shí)取A=(0.61.0)D，當(dāng)缸徑大于80mm時(shí)取A=(0.61.0)d.。活塞寬度B取B=(0.61.0)D。若導(dǎo)向長(zhǎng)度H不夠時(shí),可在活塞桿上增加一個(gè)導(dǎo)向套K(見(jiàn)圖4-1)來(lái)增加H值。隔套K的寬度。圖4-1 液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度1因此:最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，取H=9cm；導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A=活塞寬度B=2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。3.2.7 端蓋和缸底的計(jì)算校核 在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過(guò)的端蓋叫端蓋，無(wú)活塞桿通過(guò)的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)的不好容易損壞。1.端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算端蓋厚h為：式中 D1螺釘孔分布直徑，cm； P液壓力，； 密封環(huán)形端面平均直徑，cm； 材料的許用應(yīng)力，。2.缸底的設(shè)計(jì) 缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。3.2.7 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還需要考慮到兩端端蓋的厚度1。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的2030倍。取系數(shù)為5,則液壓缸缸體長(zhǎng)度：L=5*10cm=50cm。3.2.8 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)具有很大的動(dòng)量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時(shí)，會(huì)引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會(huì)嚴(yán)重影響液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。當(dāng)液壓缸中活塞活塞運(yùn)動(dòng)速度在6m/min以下時(shí)，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn)動(dòng)速度在12m/min以上時(shí)，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中，動(dòng)力滑臺(tái)的最大速度為4m/min,因此沒(méi)有必要設(shè)計(jì)緩沖裝置。3.3 水平方向設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 水平方向計(jì)算當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，擺動(dòng)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重250N，長(zhǎng)度l =1000mm。如圖3.4所示。工件圖3.4 受力簡(jiǎn)圖(1)計(jì)算扭矩4 (2)液壓缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 4F =250N S =50mm（最大行程時(shí)）帶入公式2.9得=250501 =12500（Nmm） 由于水平方向的油缸與升降方向的有些類似，在此不在一一列舉3.3.2 油缸的選型速易可目前主要產(chǎn)品有：無(wú)桿油缸、滑臺(tái)油缸、止動(dòng)油缸、回轉(zhuǎn)油缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導(dǎo)桿油缸、帶鎖油缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型油缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)氣動(dòng)輔助零組件。3.4 底座回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)0210，90/s3.4.1 回轉(zhuǎn)部位負(fù)載計(jì)算校核.若傳動(dòng)負(fù)載作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)負(fù)載額定功率： （3-24）負(fù)載加速功率： （3-25）負(fù)載力矩（折算到油馬達(dá)軸）： （3-26）負(fù)載GD（折算到油馬達(dá)軸）： （3-27）起動(dòng)時(shí)間： （3-28）制動(dòng)時(shí)間： （3-29） 式中，-為額定功率，KW；-為加速功率，KW；-為負(fù)載軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；-為油馬達(dá)軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；-為負(fù)載的速度，m/min；-為減速機(jī)效率；-為摩擦系數(shù)；-為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載軸），；-為油馬達(dá)啟動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩，；-為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（折算到油馬達(dá)軸上），；-為負(fù)載的，；-為負(fù)載（折算到油馬達(dá)軸上），；-為油馬達(dá)的，；具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)椴竭M(jìn)油馬達(dá)是驅(qū)動(dòng)腰部的回轉(zhuǎn)，傳遞運(yùn)動(dòng)形式屬于第二種。下面進(jìn)行具體的計(jì)算。 因?yàn)檠炕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有； （3-30）式中，-為滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)，取0.005；-為機(jī)械手本身與負(fù)載的重量之和，取25(250N)；-為回轉(zhuǎn)軸上傳動(dòng)大齒輪分度圓半徑，R=240；帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得 =0.12； 同時(shí)，腰部回轉(zhuǎn)速度定為=5r/min；傳動(dòng)比定為1/120；且， 帶入數(shù)據(jù)得： =10.45667。將其帶入上（3-24）（3-30）式，得： 啟動(dòng)時(shí)間 ； 制動(dòng)時(shí)間 ；折算到油馬達(dá)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：。3.4.2 油馬達(dá)的選型 根據(jù)參數(shù)，選型為BM-R100臂部運(yùn)動(dòng)的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力較復(fù)雜。球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了5。手臂的伸縮速度為200m/s行程L=1000mm(1)手臂右腔流量，公式（3.7）得： =100040 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s(2)手臂右腔工作壓力，公式（3.8） 得： （3.12）式中：F 取工件重和手臂活動(dòng)部件總重， F =1000kg，=10000N。 (4)由初步計(jì)算選油泵所需液壓最高壓力 P =10Mpa所需液壓最大流量 Q =1000ml/s3.5機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)校核臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的總體布局。本課題球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這樣球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手可以是獨(dú)立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動(dòng)，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見(jiàn)于回轉(zhuǎn)型球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動(dòng)，獲得較大的升降行程。升降過(guò)程由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了自由度的要求7-9。3.5.1 油馬達(dá)的選擇機(jī)身部使用了兩個(gè)油馬達(dá)，其一是帶動(dòng)臂部的升降運(yùn)動(dòng)；其二是帶動(dòng)機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)臂部升降運(yùn)動(dòng)的油馬達(dá)安裝在肋板上，帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的油馬達(dá)安裝在混凝土地基上。帶動(dòng)臂部升降的油馬達(dá)：初選上升速度 V =100mm/s P =6KW所以轉(zhuǎn)/分3.5.2螺柱的設(shè)計(jì)與校核螺桿是球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的主支承件，并傳動(dòng)使手臂上下運(yùn)動(dòng)。螺桿的材料選擇：從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講并能滿足要求的材料為鑄鐵。螺距 P =6mm 梯形螺紋螺紋的工作高度 h =0.5P （3.17）=3mm螺紋牙底寬度 b =0.65P=0.656=3.9mm （3.18）螺桿強(qiáng)度11 （3.19）=3050Mpa螺紋牙剪切 =40彎曲=4555(1)當(dāng)量應(yīng)力 (3.20)式中 T傳遞轉(zhuǎn)矩Nmm螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式（3.20）得： 6225025d12+11236900d16101262250250.0292+112369000.02961012即16471pa535340pa合格(2)剪切強(qiáng)度 （旋合圈數(shù)） （3.21） （3.22） =206.8103pa =0.206Mpa=40Mpa(3)彎曲強(qiáng)度=0.48Mpa=45Mpa合格3.5.3機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的油馬達(dá)：初選轉(zhuǎn)速 W =60/s N =1/6轉(zhuǎn)/秒=10轉(zhuǎn)/分由于齒輪 I =3減速器 I =30所以 n =10330=900轉(zhuǎn)/分3.6 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性確定3.6.1 常用的定位方式機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊。當(dāng)球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手經(jīng)減速運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，緊靠擋塊而定位。若定位前已減速，定位時(shí)驅(qū)動(dòng)壓力未撤除，在這種情況下，機(jī)械擋塊定位能達(dá)到較高的重復(fù)精度。一般可高于0.5mm，若定位時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)油路而去掉工作壓力，這時(shí)球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手可能被擋塊碰回一個(gè)微小距離，因而定位精度變低12。3.6.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手能否準(zhǔn)確地工作，實(shí)際上是一個(gè)三維空間的定位問(wèn)題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡(jiǎn)單情況下，單個(gè)量值可能是主要的。影響單個(gè)線量或角量定位誤差的因素如下：(1)定位方式不同的定位方式影響因素不同。如機(jī)械擋塊定位時(shí)，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時(shí)的速度等因素有關(guān)。(2)定位速度定位速度對(duì)定位精度影響很大。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣炔煌瑫r(shí)，必須耗散的運(yùn)動(dòng)部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使運(yùn)動(dòng)部件適時(shí)減速。(3)精度球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對(duì)定位精度有直接影響。(4)剛度球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時(shí)，因易產(chǎn)生振動(dòng)，定位精度一般較低。(5)運(yùn)動(dòng)件的重量運(yùn)動(dòng)件的重量包括球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量。運(yùn)動(dòng)件重量的變化對(duì)定位精度影響較大。通常，運(yùn)動(dòng)件重量增加時(shí)，定位精度降低。因此，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要減小運(yùn)動(dòng)部件本身的重量，而且要考慮工作時(shí)抓重變化的影響。(6)驅(qū)動(dòng)源液壓的壓力波動(dòng)及電壓、油溫的波動(dòng)都會(huì)影響球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手的重復(fù)定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)液壓措施。(7)控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個(gè)不相同的。這不僅是因?yàn)楦鞣N控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無(wú)有關(guān)13。本課題所采用的定位精度為機(jī)械擋塊定位。3.6.3 球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式。內(nèi)緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機(jī)械元件和液壓緩沖器。內(nèi)緩沖的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊。但有時(shí)安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點(diǎn)是安置位置靈活，簡(jiǎn)便，緩沖性能好調(diào)等，但結(jié)構(gòu)較龐大。本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到距油缸端蓋某一距離時(shí)能在活塞與端蓋之間形成一個(gè)緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時(shí)背壓阻力，以使運(yùn)動(dòng)減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置12-15。在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。設(shè)計(jì)油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時(shí)，（最大加速度）、（緩沖腔最大沖擊壓力）和（殘余速度）三個(gè)參數(shù)是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定其中一個(gè)參數(shù)，然后校驗(yàn)其余兩個(gè)參數(shù)。步驟如下：(1)選擇最大加速度通常，amax值按球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取，同時(shí)要考慮速度與載荷大小。對(duì)于重載低速球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手，- 取5m/s2以下，對(duì)于輕載高速球坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手，-取510 m/s2(2)計(jì)算沿運(yùn)動(dòng)方向作用在活塞上的外力F水平運(yùn)動(dòng)時(shí)： （3.23） =0.251033.62-7=138N(3)計(jì)算殘余速度Vr （3.24）m/s3.6.4 繪制液壓系統(tǒng)圖 本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖如圖3-1所示，它擁有垂直手臂的上升、下降，水平伸縮缸/的前伸、后縮，以及執(zhí)行手爪的夾緊、張開(kāi)三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，泵由三相交流異步電動(dòng)機(jī)M拖動(dòng)；系統(tǒng)壓力由溢流閥V1調(diào)定；1DT的得失電決定了動(dòng)力源的投入與摘除。 考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開(kāi)，系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個(gè)單向節(jié)流閥。當(dāng)5DT得電時(shí)，工作液體經(jīng)由節(jié)流閥V5進(jìn)入柱塞缸，實(shí)現(xiàn)手爪的輕緩抓緊；當(dāng)6DT失電時(shí)，工作液體進(jìn)入柱塞缸中，實(shí)現(xiàn)手爪迅速松開(kāi)。另外，由于機(jī)械手垂直升降缸在工作時(shí)其下降方向與負(fù)荷重力作用方向一致，下降時(shí)有使運(yùn)動(dòng)速度加快的趨勢(shì)，為使運(yùn)動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)，同時(shí)盡量減小沖擊、振動(dòng)，保證系統(tǒng)的安全性，采用V2構(gòu)成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負(fù)載。3.6.5 計(jì)算和選擇液壓元件1.液壓泵的計(jì)算（1）確定液壓泵的實(shí)際工作壓力 （3-12）式中，-計(jì)算工作壓力，前以定為； -對(duì)于進(jìn)油路采用調(diào)速閥的系統(tǒng)，可估為（0.51.5），這里取為1。因此，可以確定液壓泵的實(shí)際工作壓力為 （3-13）（2）確定液壓泵的流量 （3-14）式中，-為泄露因數(shù)，取1.1；-為機(jī)械手工作時(shí)最大流量。 （3-15）經(jīng)計(jì)算得 =3.140帶入上式得 （3）確定液壓泵電機(jī)的功率 （3-16）式中，-為最大運(yùn)動(dòng)速度下所需的流量，同前，取為3.140；-液壓泵實(shí)際工作壓力，5；-為液壓泵總效率，取為0.8；帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： =。2.控制元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過(guò)該閥的最大流量，在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取各控制元件。這部分在考慮具體的作業(yè)時(shí)根據(jù)詳細(xì)的要求再結(jié)合具體情況進(jìn)行詳細(xì)，這里暫從略。3.油管及其他輔助裝置的選擇（1）查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇油管公稱通徑、外徑、壁厚參數(shù)液壓泵出口流量以3.140L/MIN計(jì)，選??；液壓泵吸油管稍微粗些，選擇；其余都選為；（2）確定油箱的容量一般取泵流量的35倍，這里取為5倍，有效容積為 （3-17）3.6.6 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算繪制液壓系統(tǒng)圖后，進(jìn)行壓力損失驗(yàn)算。因?yàn)樵撘簤合到y(tǒng)比較簡(jiǎn)單，該項(xiàng)驗(yàn)算從略。本系統(tǒng)采用液壓回路簡(jiǎn)單，效率比較高，功率小，發(fā)熱少，油箱容量取得較大，因此，不再進(jìn)行溫升驗(yàn)算。4 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 機(jī)械手的工藝過(guò)程機(jī)械手的工作均由電機(jī) 驅(qū)動(dòng)，它的上升、下降、左移、右移都是有電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)來(lái)完成的。 分析工藝過(guò)程機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動(dòng)后按扭后，機(jī)械手將原點(diǎn)下降夾緊（T）上升右移下降放松（T）上升左移到原點(diǎn),動(dòng)作完成一個(gè)工作周期。機(jī)械手的下降、上升、右移、左移等動(dòng)作轉(zhuǎn)換，是由相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制的，而加緊、放松動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是有時(shí)間來(lái)控制的。為了確保安全，機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺(tái)上無(wú)工件時(shí)才能下降， 若上次搬到右工作臺(tái)上的工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫停，等待。為此設(shè)置了一個(gè)光電開(kāi)關(guān)，以檢測(cè)“無(wú)工件”信號(hào)。為了滿足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置了手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式，而自動(dòng)工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。1） 手動(dòng)工作方式：利用按鈕對(duì)機(jī)械手每一步動(dòng)作進(jìn)行控制。例如，按下“下降” 按鈕，機(jī)械手下降；按下“上升”按鈕，機(jī)械手上升。手動(dòng)操作可用于調(diào)整工作 位置和緊急停車后機(jī)械手返回原點(diǎn)。2） 單步工作方式：從原點(diǎn)開(kāi)始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的步序，每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。3） 單周期工作方式：按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手按工序自動(dòng)自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，返回原點(diǎn)后停止。4） 連續(xù)工作方式：按下按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)，按步序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)工作，在連 續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài)：正常停車：在正常工作狀態(tài)下停車。按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手在完成最后一個(gè) 周期的工作后，返回原點(diǎn)自動(dòng)停機(jī)。緊急停車：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時(shí)停車。按下緊急停車按鈕，機(jī)械手停止 在當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動(dòng)回到原點(diǎn)。4.2 PLC 控制系統(tǒng)1確定輸入/輸出點(diǎn)數(shù)并選擇 PLC 型號(hào)1）輸入信號(hào)位置檢測(cè)信號(hào)：下限、上限、右限、左限共 4 個(gè)行程開(kāi)關(guān)，需要 4 個(gè)輸入端 子?！盁o(wú)工件檢測(cè)”信號(hào)：用光電開(kāi)關(guān)作檢測(cè)元件，需要 1 個(gè)端子。“工作方式”選擇開(kāi)關(guān)：有手動(dòng)、單步、單周期和連續(xù) 4 種工作方式，需要4 個(gè)輸如端子。手動(dòng)操作：需要有下降、上升、右移、左移、加緊、放松 6 個(gè)按鈕，也需要6 個(gè)輸入端子。自動(dòng)工作：尚需啟動(dòng)、正常停車、緊急停車 3 個(gè)按鈕，也需要 3 個(gè)輸入端子。 以上共需要 18 個(gè)輸入信號(hào)。2）輸出信號(hào)PLC 的輸出用于控制機(jī)械手的下降、上升、右移、左移、加緊、放松以三個(gè) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制等，共需要 11 個(gè)輸出點(diǎn)。機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始工作，需要一個(gè) 原點(diǎn)指示燈，也需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)。所以，至少需要 6 個(gè)輸出點(diǎn)。由于機(jī)械手的控制屬于開(kāi)關(guān)量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型 號(hào)的小型 PLC 均可滿足要求。根據(jù)所需的 I/O 總點(diǎn)數(shù)并留有一定的備用量，可選用 FX2N-48RM，其輸入和輸出各 24 點(diǎn)，繼電器輸出型。FX2N-48RM 的各項(xiàng)工作參數(shù)已在第二章介紹，在此不在做介紹。2分配 PLC 的輸入/輸出端子PLC 的輸入輸出端子分配接線圖，如圖 5-2 所示。 圖 5-2 輸入/輸出分配接線圖所需元器件明細(xì)表4.3 PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)為了方便編程，可將手動(dòng)和自動(dòng)程序分別編出相對(duì)獨(dú)立的程序段，用跳轉(zhuǎn)指 令進(jìn)行選擇，控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖，如圖 5-3 所示。選擇手動(dòng)方式時(shí)，X3 接 同，跳過(guò)自動(dòng)程序，執(zhí)行手動(dòng)程序；選擇自動(dòng)工作方式時(shí)，X3 斷開(kāi)，執(zhí)行自動(dòng) 程序。MCB 工業(yè)的機(jī)械手論文巴雷特機(jī)械手爪可編程式可彎曲部分的搬運(yùn)和組裝摘要本文詳細(xì)介紹了巴雷特機(jī)械手爪BH8 250型的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，一個(gè)智能的，靈活的八軸夾具, 一個(gè)可以隨時(shí)進(jìn)行自我完善,改變或者中斷各種危險(xiǎn)行為的工具。機(jī)械手爪帶來(lái)巨大的價(jià)值-工廠自動(dòng)化,因?yàn)樗?降低所需機(jī)器人工作單元的數(shù)量和尺寸 (平均每項(xiàng)90,000美元不包括高成本的占地面積),從而提高了工廠的生產(chǎn)能力,通過(guò)一個(gè)可編程平臺(tái)控制整合了各種各樣的機(jī)械手抓;漸漸的改進(jìn)和推出新產(chǎn)品介紹，通過(guò)工廠里的軟件進(jìn)行國(guó)際聯(lián)網(wǎng)。介紹本文介紹了一種新的方法來(lái)進(jìn)行材料處理，零件分類和構(gòu)件組裝，我們稱它為“抓”，即一個(gè)單一的嵌入式智能可重構(gòu)機(jī)械手爪，取代了獨(dú)特的，固定形狀的夾子和整個(gè)換刀庫(kù)。指導(dǎo)的目的是為了感謝巴雷特機(jī)械手爪的設(shè)計(jì)，今天我們必須探討什么是錯(cuò)誤的機(jī)器人技術(shù)，機(jī)器人在未來(lái)的巨大潛力，以及以前遺留下來(lái)的行不通的手爪的解決方案。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的優(yōu)秀解決方案，可編程的靈活性，需要沿著整個(gè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)史，從它的誕生，到現(xiàn)在。機(jī)器人手臂能夠從基礎(chǔ)的編程升級(jí)到靈活性的鈑金，讓機(jī)器人的外殼越來(lái)越薄。但即使要讓這些機(jī)器人的外殼變薄，也必須嵌入智能軟件Excel，以確保每個(gè)機(jī)器人能正常運(yùn)轉(zhuǎn)和適應(yīng)新的復(fù)雜的功能。就像在串行鏈中最薄弱環(huán)節(jié)，不靈活的爪子限制了整個(gè)工作單元機(jī)器人的生產(chǎn)力。機(jī)械爪子已經(jīng)進(jìn)行了獨(dú)特的設(shè)計(jì)，但是固定顎板的形狀還沒(méi)有確定。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一般難以預(yù)計(jì)硬盤成本和進(jìn)度的范圍。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)器人的每個(gè)形狀、方向和接近角的預(yù)期的變化，需要其他自定義，但是爪子固定的位置，存放爪子的地方和更換爪子的器械，是不容許擅自改變和增加的。相比之下，巴雷特的專利機(jī)械手爪如圖1所示，機(jī)械結(jié)構(gòu)，自動(dòng)重新配置和高度可編程性，不到一秒鐘匹配，地工作單元不停頓的數(shù)據(jù)交換量，交換手爪的幾乎任意形狀的變換功能。對(duì)于需要處理的可變等多種有效載荷的方向，提出了高度靈活性的任務(wù)，一個(gè)能讓機(jī)械手爪更安全，更快捷的安裝，以及比定做加工夾具更低的成本和大容量的存儲(chǔ)機(jī)架。不間斷運(yùn)行時(shí)，工作單元只有一個(gè)或兩個(gè)備用機(jī)械手爪可以作為應(yīng)急備份，而一個(gè)或兩個(gè)備用的手抓，是要求每個(gè)手爪都能變化 - 可能每個(gè)工作單元需要幾十人。而且，悲劇的是如果兩個(gè)手爪都系統(tǒng)備份，如果失敗，因?yàn)樗鼤?huì)存儲(chǔ)前幾天的可以識(shí)別的數(shù)據(jù)，很多自定義形狀，裝運(yùn)和自身裝配，所以會(huì)影響后面的操作。與此相反，由于機(jī)械手爪是數(shù)據(jù)相同，他們總是可以通過(guò)特定的軟件及時(shí)提供無(wú)限量的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)夾具今天的機(jī)器人，裝配零件的處理大部分是通過(guò)夾具。如果表面的條件允許，真空吸力和電磁鐵也可以應(yīng)用，例如：處理汽車擋風(fēng)玻璃和車身。作為部分尺寸開(kāi)始超過(guò)100gms，顎板的自定義形狀，以確保安全運(yùn)行。由于處理和裝配耐用的主體，這些工具沒(méi)有什么變化，因?yàn)闄C(jī)器人是從三十年以前才開(kāi)始的。夾具，可以看做簡(jiǎn)單的類似鉗子的動(dòng)作，有兩個(gè)或三個(gè)非鉸鏈?zhǔn)种?，被稱為“鉗口”，保持平行或者進(jìn)行打開(kāi)或者觀關(guān)上的運(yùn)動(dòng)，如2所示。良好的組織目錄可從制造商那里得到客戶所匹配（除了自定義形成的素具）的各種組成手爪所需要的部分任務(wù)和部分參數(shù)。大型液壓夾鉗的有效載荷的尺寸范圍從微克至100+公斤。驅(qū)動(dòng)是典型的氣動(dòng)或液動(dòng),用簡(jiǎn)單的開(kāi)/關(guān)閥控制切換全開(kāi)或全閉狀態(tài)。鉗口通常移動(dòng)1cm就可以全開(kāi)至全關(guān)。這兩只手，兩個(gè)或三個(gè)手指，被稱為“鉗口”。對(duì)鉗口部分的制造目標(biāo)是可移動(dòng)的機(jī)械軟鋼或鋁，被稱為“軟鉗口”。在特殊的情況下，工具專家設(shè)計(jì)師決定要對(duì)矩形軟鉗口件進(jìn)行自定義加工。一旦加工形狀完成，軟鉗口夾持器就要連接到各自的機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。這一過(guò)程可以采取任何數(shù)量的迭代和調(diào)整，直到系統(tǒng)正常工作。模具設(shè)計(jì)者需要時(shí)間來(lái)重復(fù)整個(gè)過(guò)程中每一個(gè)新的形態(tài)。隨著消費(fèi)者需求產(chǎn)品選擇的多元化，更加頻繁的產(chǎn)品介紹，對(duì)可調(diào)節(jié)自動(dòng)化的需求前所未有地強(qiáng)烈。然而，并沒(méi)有使機(jī)械手爪更全面，在過(guò)去幾年中機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直遵循的工具自動(dòng)來(lái)交換數(shù)控磨刀具技術(shù)的例子。但是，應(yīng)用換模型串行工具連接機(jī)器人證明是昂貴的和無(wú)效的。不同于使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外的銑床工具進(jìn)行成品切割，機(jī)器人工具設(shè)計(jì)者必須定制每一套機(jī)械爪的形狀 ， 一個(gè)耗時(shí)多、昂貴且難以確定范圍的任務(wù)。雖然機(jī)械手爪只便宜了500美元，但是每個(gè)工人努力制造機(jī)械手爪會(huì)耗資數(shù)倍。通過(guò)上面的例子，如果你要增加12個(gè)爪子的換刀架和刀具庫(kù)，那么花費(fèi)就不止10,000美元，而是劇增到20,000美元至60,000元。更嚴(yán)重的是，在定制過(guò)程中準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)成本將是未知數(shù)。因此，客戶必須提交一份包括初裝費(fèi)、所需時(shí)間和材料的成本在內(nèi)的采購(gòu)訂單，這是是交易的基礎(chǔ)。雖然在美國(guó)售價(jià)30,000美元，智能機(jī)械手爪并不便宜。然而，人們可以“定制”在某一天運(yùn)行一個(gè)小時(shí)軟件來(lái)驗(yàn)證的系統(tǒng)的性能。如果系統(tǒng)的性能不能達(dá)到目標(biāo)要求，那么那一天的勞動(dòng)是白費(fèi)的。如果系統(tǒng)成功，那么按照原訂單將沒(méi)有任何隱藏的費(fèi)用。除了成本、轉(zhuǎn)換機(jī)制的物理重量，在末端串行連接的機(jī)械臂外，限制了有效載荷和整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。該轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度增加了額外的有效載荷中心，運(yùn)動(dòng)的靈活性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)和關(guān)鍵的安全距離。巴雷特機(jī)械手爪的說(shuō)明靈活性和耐久性的簡(jiǎn)潔介紹巴雷特機(jī)械手爪在靈活性的基礎(chǔ)上，按圖3中確定的八種聯(lián)合軸連接。只有四個(gè)直流伺服電動(dòng)機(jī)，如圖4所示，需要控制所有八個(gè)關(guān)節(jié)，由智能機(jī)械耦合增強(qiáng)。由此產(chǎn)生的機(jī)械手爪是自身總共只有一點(diǎn)一八公斤重，只有8mm直徑的連接電纜提供直流電源，建立雙向串行通訊連接到機(jī)器人的主要工作單元控制器中。該機(jī)械手爪的通訊電子，五微處理器，傳感器，信號(hào)處理電路，電子換相，電流放大器，和伺服電機(jī)都整齊的安裝在機(jī)械手的體內(nèi)。巴雷特機(jī)械手爪的手掌有三個(gè)手指關(guān)節(jié)，如圖5所示，通過(guò)聯(lián)系手掌及每個(gè)手指，協(xié)調(diào)他們的動(dòng)作，能讓他們?cè)谀繕?biāo)范圍內(nèi)，牢牢的抓住物體。每個(gè)巴雷特機(jī)械手爪的三根手指都是由三個(gè)獨(dú)立伺服電機(jī)控制，如圖6所示。除了F1手指和F2手指的伸展動(dòng)作, 都是由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，F(xiàn)1、F2、F3 三個(gè)手指的內(nèi)外部的機(jī)械結(jié)構(gòu)都是用一樣的鉸鏈連接的。三個(gè)手爪的每個(gè)馬達(dá)都必須驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)軸。通過(guò)專用通道來(lái)控制扭矩，扭矩控制器如圖7所示，這些關(guān)節(jié)的作用是能讓爪子在抓東西時(shí)更安全。如圖8所示，當(dāng)手爪第一次接觸物體時(shí)，需要傳遞簡(jiǎn)單的扭矩，確定他們的接合處，關(guān)閉電機(jī)電流，并等待手抓內(nèi)部的微處理器發(fā)出進(jìn)一步的指示命令。但是，當(dāng)扭矩控制器如圖9所示時(shí)，為使安全和控制，扭矩控制機(jī)制第一次接觸物體時(shí)，用事先設(shè)置好的扭矩的上限值，再次確定物體螺紋的聯(lián)系，并當(dāng)手爪第二次接觸時(shí)，在一毫秒之內(nèi)更改第一次接觸時(shí)的所有扭矩信息。接觸順序快速確定，沒(méi)有高速攝像機(jī)的幫助下你將無(wú)法想象其中的過(guò)程。當(dāng)機(jī)械手爪放開(kāi)被抓對(duì)象時(shí)，它會(huì)讓扭矩控制器對(duì)每個(gè)手爪的扭矩的上限值進(jìn)行設(shè)定，而可控扭矩可以讓機(jī)械的停止的爪子再一次打開(kāi)。當(dāng)扭矩達(dá)到最高，那就是它的上限。這樣的話，機(jī)械手爪就有一個(gè)可抓起物體重量的準(zhǔn)確范圍。與傳統(tǒng)的機(jī)械手爪不同，這種手抓里的連接，容許每個(gè)手指的兩個(gè)一致的獨(dú)立接觸點(diǎn)來(lái)穩(wěn)固的抓住物體的表面。不管位置，速度，加速度，還是扭矩，都可以通過(guò)所有17,500種型號(hào)的編碼器進(jìn)行控制處理。當(dāng)速度和加速度設(shè)置為最大時(shí)，每個(gè)手指可以在不到一秒鐘的時(shí)間內(nèi)向任何一個(gè)的方向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。通過(guò)測(cè)量，每個(gè)手指都能夠迅速的產(chǎn)生2公斤的力。一旦確定穩(wěn)定的抓住物體時(shí)，則鏈接將自動(dòng)鎖定，并關(guān)掉電機(jī)，這樣可以節(jié)省電源，直到需要重新調(diào)整或者放開(kāi)物體時(shí)，電機(jī)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。雖然手抓的張開(kāi)與收縮是擬人化，但如圖10所示，清楚的顯示了機(jī)器的非擬人化。機(jī)器伸展的動(dòng)作非常近似于靈長(zhǎng)類動(dòng)物的手指（拇指）的動(dòng)作，但是又不能替代，巴雷特機(jī)械手爪還有一種類似的手爪，整個(gè)手爪可以旋轉(zhuǎn)180度，手指中心對(duì)稱且平行于連接軸，是一種可以抓住各種夾具形狀的多功能手爪。在1/2秒內(nèi)可控制的機(jī)器在 3000位置中任意伸展。不同的是機(jī)械鎖定了手爪伸縮的運(yùn)動(dòng)，使伸縮運(yùn)動(dòng)變回了可驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，允許其控制手爪的位置，速度，加速度和扭矩。通過(guò)允許手爪的伸縮運(yùn)動(dòng)，使手指緊密的感應(yīng)物體，機(jī)械手爪的主要目的是找到一個(gè)接觸面積最大的同時(shí)耗能又是最小的地方。電子和機(jī)械的優(yōu)化可編程機(jī)器人智能靈巧的控制是成功的關(guān)鍵，不論是控制機(jī)械手臂，自動(dòng)引導(dǎo)工具，還是機(jī)械手爪。雖然智能機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)控的制通常是與處理器相關(guān)聯(lián)，很多生物系統(tǒng)，包括人類的手，一定程度上是通過(guò)大腦控制來(lái)處理一些反饋上來(lái)的獨(dú)立信號(hào)。實(shí)際上，巴雷特機(jī)械手爪通過(guò)結(jié)合現(xiàn)實(shí)世界中生物的靈活動(dòng)作，制作了一個(gè)機(jī)械程度相當(dāng)高的智能可編程微處理器，來(lái)處理反饋的信號(hào)。通過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，要求關(guān)節(jié)軸通過(guò)智能電機(jī)的控制，使每一個(gè)獨(dú)立關(guān)節(jié)都能非常靈活。如果想讓機(jī)器人變得靈活，至少需要N個(gè)獨(dú)立的伺服電機(jī)，有時(shí)會(huì)多達(dá)N+1個(gè)或者2N個(gè)，每個(gè)關(guān)節(jié)軸都需要驅(qū)動(dòng)器控制。能讓機(jī)器人靈活的最重要的組成是伺服電機(jī)，可惜的是，這個(gè)家伙非常大，非常復(fù)雜，同時(shí)也是非常昂貴的。所以，理想中的想法可能是美好的，但放到現(xiàn)實(shí)中確實(shí)一個(gè)不切實(shí)際的設(shè)計(jì)。根據(jù)定義，靈活的既不是你的手，也不是巴雷特機(jī)械手爪。當(dāng)然，其本身的良好定義是多功能的。其次，如果嚴(yán)格的定義巴雷特機(jī)械手爪的靈活性，它需要八至16個(gè)馬達(dá)，使過(guò)于笨重的，復(fù)雜的，和不牢固的機(jī)械手變得靈活起來(lái)，但實(shí)際應(yīng)用起來(lái)卻并非如此。但是，通過(guò)利用四個(gè)智能的聯(lián)合耦合機(jī)制，僅需要4個(gè)伺服電機(jī)基本上就可以讓巴雷特機(jī)械手爪變得靈活起來(lái)。在某些情況下反射控制甚至比刻意控制要好。基于對(duì)自身有兩個(gè)例子可以說(shuō)明這一點(diǎn)。假設(shè)你的手不小心摸了非常燙的表面，它本能的會(huì)立刻回縮，通過(guò)條件反射來(lái)彌補(bǔ)主觀控制。如果沒(méi)有這種反射行為，你的手將邊燃燒邊等待疼痛的感覺(jué)通過(guò)神經(jīng)纖維緩慢的從你的手傳送到到你的大腦，然后你的大腦通過(guò)相同的神經(jīng)纖維緩慢的指揮你的手臂，手腕，手指的肌肉收縮。至于第二個(gè)例子，試著動(dòng)食指的某一個(gè)關(guān)節(jié)而不出動(dòng)其他關(guān)節(jié)。如果你還是正常人的話，你將不能完成，因?yàn)槟愕氖值年P(guān)節(jié)是聯(lián)系在一起的。你的肌肉和肌腱為了精簡(jiǎn)而失去了某些靈活的功能。巴雷特機(jī)械手爪承諾，微處理器和機(jī)械智能集成的功能設(shè)計(jì)將滿足智能靈活的要求。電子控制在巴雷特機(jī)械手爪中，包含了中央監(jiān)控微處理器，協(xié)調(diào)四個(gè)專門的運(yùn)動(dòng)控制微處理器通過(guò)RS232線進(jìn)行對(duì)I / O的控制。在圖4所示部分控制電路是在70針底板上建立并運(yùn)行的。每個(gè)控制微處理器都是傳感器電子進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)動(dòng)，電機(jī)換向電子和電機(jī)功率，手指或擴(kuò)散的動(dòng)作電流放大器的電子產(chǎn)品。微處理器通過(guò)I/O命令監(jiān)視高速通過(guò)的信息，通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行通信連接到PC的工作單元 或 控制器進(jìn)行通訊。機(jī)器人的兼容性允許使用任何RS232控制器，只有8毫米直徑的電纜同時(shí)對(duì)所有電力和通信進(jìn)行限制。通過(guò)使用公開(kāi)出版的機(jī)械手爪通訊語(yǔ)言（GLS）優(yōu)化了通信速度、帶寬和所需要的時(shí)間，并處理了機(jī)械手爪遇到特殊情況所出現(xiàn)的延遲問(wèn)題。重要的是要認(rèn)識(shí)到，機(jī)械手爪一般在工作周期中是最活躍的，而其執(zhí)行手臂運(yùn)動(dòng)，手臂在一個(gè)估計(jì)的軌跡兩端活動(dòng)時(shí)所用時(shí)間是最短的。當(dāng)然機(jī)械臂在整個(gè)周期需要高控制帶寬，機(jī)械手抓就有足夠的時(shí)間接受安裝信息，因?yàn)樗咏哪繕?biāo)比較大。然后，用精確定時(shí)的控制器發(fā)布一個(gè)“觸發(fā)器”命令，如ASCII字符“C”，在幾個(gè)毫秒內(nèi)開(kāi)始執(zhí)行。機(jī)械手爪的控制語(yǔ)言(GCL)該機(jī)械手爪可以傳達(dá)和接受任何機(jī)器人的工作控制器命令，個(gè)人電腦，蘋果機(jī)，UNIX box，甚至是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的ASCII RS232 - C的掌上電腦進(jìn)行串行通信 他們都有共同的通信協(xié)議。雖然強(qiáng)大，相比USB或火線的標(biāo)準(zhǔn)， RS232有一個(gè)慢速帶寬的說(shuō)法，但其的簡(jiǎn)單導(dǎo)致了數(shù)據(jù)有一個(gè)短時(shí)間的小延遲。通過(guò)簡(jiǎn)化GCL，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了只需要以毫秒為單位就可以執(zhí)行和反饋一個(gè)命令（從控制器傳輸?shù)綑C(jī)械手爪，然后再傳回控制器）。通過(guò)最初的努力，建立了一個(gè)高度優(yōu)化的機(jī)械手爪語(yǔ)言，這樣的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)協(xié)議意味著GCL的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容協(xié)議的未來(lái)是美好的。該機(jī)械手抓有兩種控制模式：監(jiān)管模式和即時(shí)模式。監(jiān)督是通過(guò)正常的模式來(lái)控制機(jī)械手爪。它是通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的指揮體系，為了實(shí)現(xiàn)最佳的性能。監(jiān)管模式具有以下幾種語(yǔ)法結(jié)構(gòu)：對(duì)象（前綴） - 動(dòng)作（命令） - 主體（參數(shù)） - 限定（數(shù)值）.前綴是指通過(guò)1-4臺(tái)電機(jī)的ASCII數(shù)值1，2，3，4來(lái)分別對(duì)應(yīng)F1,F2,F3,F4四個(gè)手指。任何前綴號(hào)碼，可用于任何命令。如果前綴被省略，那么機(jī)械手爪的命令適用于所有可用的軸。舉一個(gè)例子，在ASCII字符“c”表示命令，驅(qū)動(dòng)相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)，以默認(rèn)（或用戶定義）的速度和加速度開(kāi)始運(yùn)行，直到運(yùn)行夠默認(rèn)（或用戶定義）的時(shí)間后停止，并鎖定這個(gè)時(shí)候機(jī)械手抓的位置1C代表關(guān)閉F1號(hào)手指。2C代表關(guān)閉F2號(hào)手指12C代表關(guān)閉F12號(hào)手指。C相當(dāng)于1234C并關(guān)閉所有手指。我們也有專門的命令“S”（取自于單詞“spread”）作為 “4”的快捷方式，“G” （取自于“grasp”）作為“123”的快捷方式，所以：GC是相當(dāng)于123C SC是相當(dāng)于4C。有類似的命令啟動(dòng)手指，移動(dòng)任何組合的四個(gè)軸的位置，打開(kāi)默認(rèn)或用戶定義的數(shù)據(jù)，讀取和設(shè)置用戶自定義的參數(shù)，并讀取（可選）相應(yīng)的三個(gè)手指。BH8-250型號(hào)的最新版本有21和28兩種命令設(shè)置參數(shù)，可以靈活的進(jìn)行各種設(shè)置。在即時(shí)模式下，如過(guò)先進(jìn)的即時(shí)遙操作控制，并且經(jīng)常通過(guò)巴雷特的用戶友好的GUI訪問(wèn)運(yùn)行Windows95/98/NT電腦。在即時(shí)模式下，用戶指定一個(gè)已有的數(shù)據(jù)包括模式和結(jié)構(gòu)。巴雷特的個(gè)人電腦軟件為用戶提供了20個(gè)連續(xù)的模式，使用戶可以通過(guò)定量細(xì)化數(shù)據(jù)包里的信息內(nèi)容。GUI可以快速的形成一個(gè)機(jī)械手抓的圖案，其中包括了速度和位置的控制。GUI也有新型“生成C + +代碼”按鈕，使一個(gè)沒(méi)有任何C或C + +編程知識(shí)人都可以成功的保存和讀取。但是，如果熟悉C + +編程，也可以根據(jù)需要自行編輯代碼。一旦即時(shí)模式啟動(dòng)，數(shù)據(jù)將全部處于ASCII字符的控制，直到發(fā)出停止即時(shí)模式或監(jiān)管模式才能返回。則該系統(tǒng)已被證明有效，并將客戶的各種應(yīng)用進(jìn)行了強(qiáng)化。結(jié)論雖然巴雷特機(jī)械手爪BH8 - 250只在1999年推出商用，已在30個(gè)企業(yè)投入使用，在全球各地每個(gè)的價(jià)格統(tǒng)一30,000美元。購(gòu)買機(jī)械手爪最集中的產(chǎn)業(yè)是日本汽車行業(yè)的制造商和供應(yīng)商，包括本田，雅馬哈摩托車， NGK（催化改裝陶瓷基板）。在這個(gè)時(shí)候，這些廠家才剛剛開(kāi)始探索這種多功能設(shè)備的功能，而諸如Fanuc Robotics公司，美國(guó)和日本空間計(jì)劃的客戶，已成為回頭客。