机械手设计的论文
摘要：主要从工业机械手的发展现状、机械手的应用、机械部分的设计对工业机械手设计研究等方面进行阐述。
关键词：工业机械手; 设计; 研究;
工业机械手在工业生产中起到重要作用, 工业机械手在实际工作过程中, 必须提高机械手设计的职能, 根据企业的实际需要进行科学, 合理的进行工业机械手设计, 能为企业的发展提供服务职能。工业机械手是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。采用工业机械手是提高产品质量与劳动生产率, 实现生产过程自动化, 改善劳动条件, 减轻劳动强度的一种有效手段。它是一种模仿人体上肢的部分功能, 按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术装备。
1 工业机械手的发展现状
1.1 驱动方式发展现状
现在的工业机械手驱动方式, 大多采用电机驱动。电机驱动的工业机械手, 具有精度高、驱动力大、响应快等优点。同时采用电机驱动, 必须使用减速机构, 因此, 采用电机驱动方式的机械手的成本, 会大大高于其他方式驱动的, 因而限制了电机驱动机械手的应用。随着气动技术的高速发展, 又由于气压驱动具有其他驱动方式所没有的一些优点, 如成本低、高性价比、无污染、结构简单、抗干扰能力强等, 因而越来越多的工业机械手, 采用气动控制, 因而气动技术也得到了迅速发展。
1.2 定位精度发展现状
在气动技术发展初期, 由于技术的不成熟, 利用气压驱动的.工业机械手的定位精度很低, 更无法实现在任意位置的起停, 只能靠气缸两个终点位置来实现定位, 或者采用多位气缸, 而多位气缸的定位长度, 也已经由气缸的行程确定, 同样无法实现机械手在任意位置的起停。如果要多加一个定位位置, 或者是要改变预先确定的两个定位位置之间的距离, 则需要另外再设计一个多位气缸, 这样就会导致气缸的滑块导向机构更加复杂。所以, 早期的气动工业机械手不能实现任意位置的定位, 因此限制气动工业机械手的发展。
2 机械手的应用
2.1 合单机实现自动化
生产上出现的许多高效专用加工设备 (如各种专用机床等) , 如果工件的装卸等辅助作业, 继响人工操作, 不仅会增加工人劳动强度, 同时亦不能充分发挥专用设备的效能, 必然会影响劳动生产率的提高。若采用机械手代替人工上、下料, 则可改变上述不相适应的情况, 实现单机自动化生产, 并为实现多机床看管提供了条件, 如:自动机床及其上下料机械手、冲压机械手、注塑机及其取料机械手等。
2.2 组成自动生产线
在单机自动化的基础上, 若采用机械手自动装卸和输送工件, 可使一些单机连接成自动生产线。目前在轴类和盘类工件的生产线上, 采用机械手来实现自动化生产尤为广泛。如:轴类加工自动生产线及其上下料机械手、盘类加工自动生产线及其机械手、齿轮加工机床的上下料机械手等。
3 机械部分的设计
3.1 手部
机械手的手部, 是用来抓持工件 (或工具) 的部件。手部抓持工件的迅速、准确和牢靠程度, 都将直接影响到机械手的工作性能, 是机械手的关键部件之一。
1) 手部总体确定。手部是承担抓取刀具的机构, 由手指传力机构和驱动装置等组成, 是机械手的重要组成部分之一。根据被抓起部件的材料、形状、尺寸以及一些特性的不同, 此机械手部分为手指式。2) 驱动力的计算。手指夹持工件所需要驱动力的大小, 在同一夹紧力的条件下, 随所采用的传动结构的不同而异。但其计算方法都是按照具体的传动机构进行力的分析, 根据力系平衡原理来进行的。
3.2 手腕
机械手的手腕连接于手和手臂之间, 用于调整手的方向。此机械手能旋转任何角度, 所以手腕能分别独立的绕X、Y、Z轴向实现转动, 即实现手×腕的任何角度的伸缩和转动。
手腕回转的驱动力距M通常计按下式计算:
M摩———手腕支撑处的摩擦阻力矩 (N·m) ;
M偏——工件重心偏置的偏置力矩 (N·m) ;
M惯——手腕运动的惯性力矩 (N·m) 。
3.3 手臂
手臂部是机械手的主要执行部件, 其作用是支承手部, 主要用来改变刀具的位置。手部在空间的活动范围, 主要取决于臂部的运动形式。手臂部的运动和结构形式, 对机械手的工作性能有着较大的影响。设计时应注意下列几点:
1) 刚度要好。要合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸。实践证明, 空心杆比实心杆刚度大得多。常用钢管作臂部和导向杆, 用工字钢和槽钢作支承板, 以保证有足够的刚度。2) 偏重力矩要小。偏重力矩是指臂部的总重力对其支承或回转轴所产生的力矩。其对臂部的升降运动和转动, 均将产生影响, 设计时应使臂部各部分的质量分布合理, 以减少其偏重力矩。3) 自重要轻, 惯量要小。由于机械手在高速情况下经常起停和换向, 为了减少在运动状态变化时所产生的冲击, 除了必须采取有效的缓冲装置外, 还要力求结构紧凑, 自重轻, 以减少惯性力。
参考文献
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