小型物料搬運機械手的基本設計方案案例1.1驅動方式機械手常見的驅動形式主要有4種基本的驅動形式。但與氣動驅動相比，電力驅動比較昂貴，氣動驅動更為可靠，構造上相對簡便，速度低，精確性也較好。電機的能源是電力，速度與位置的高精度的，使用方便，噪音低，機關速度變化范圍大，效率高，控制柔軟。氣動機械驅動機械的主要技術特點之一是輸出動力大，結構簡單，減速制動裝置響應速度快，精準度高。但是沒有一個足夠的空氣供給來源，會動力不足，而且很容易就會造成氣體的大量泄漏。最初，我先選擇電機驅動，經常采用機械手的高速升降移位運動，而且這種驅動方式在實際應用中，是十分普遍的。機械臂在高速旋轉時必須有一個的氣缸和回轉式油缸，相對復雜的構造不同設計。所以本文的方案，分為兩個組件。其中，機器人臂是采用旋轉電動驅動的一種驅動方式，通過電機帶動的齒輪串聯帶動整個機身運行，機器人扶手的伸縮，升降和機械手抓取都是通過氣動驅動的一種方式。1.2機械手結構選型機械手的機構一般分為四種：直角坐標型這種直角坐標型簡單的來說就是類似于直角坐標系，具備三個移動的關節，分別在X，Y和Z三個方向進行移動，這種直角坐標型的結構比較簡單，但是由于其運動軌跡比較單一，所以一些有難度的工作不會選用這種類型。圓柱坐標型這種機械手的結構是有一個回轉的自由度也就是一個回轉關節，還有一個上下移動的自由度也就是上下移動的關節。剛度也比較好，但使用效率不高。球坐標型這種機械具備一個機身的回轉關節，一個上下移動的移動關節，以及一個手臂回轉的關節，這類機械手的剛度相比較前兩個而言有所不足，而且控制系統的設計具有一定的難度。關節型這類結構是比較像人上肢關節的，有三個回轉關節，也是由于類似人的上肢關節，所以這種關節型的機械手結構緊湊，控制系統的設計難度比球坐標型要更難一點。綜合各方面的優劣勢，此次搬運機械手的機構選擇圓柱坐標型。這種結構剛度好，運動軌跡相對簡單，容易控制。1.3機械手的主要參數本次選用氣壓驅動為方便計算機械手的抓重取10KG。表1.1機械手的參數動作形態圓柱坐標型自由度4可搬質量10KG位置重復精度±1mm伸縮行程300mm伸縮速度350mm/s升降行程500mm升降速度200mm/s回轉范圍0°-180°回轉速度90°/s手腕回轉范圍0°-180°手腕回轉速度90°/s1.4機械手材料的選擇機械手手臂的材料應根據機械手的實際的運動情況來挑選。選擇的機械手的材料應該滿足機械手的設計要求，而小型物料搬運機械手工作強度并不是很大，所以各零件的材料應考慮輕型材料。從另外一個方面來考慮，機械手所選擇的材料在其應該受到震動之后，對于運動精度應該受到極小的影響，甚至于沒有影響，所以選擇材料應該從質量、剛度、抗衰減等方面來綜合考慮。此外，要單獨考慮機械手的腕部機構的材料，因為手腕部位很特殊所以手腕一定要考慮到其控制性。總之，無論是采用手臂材料還是其他的手腕材料都需要綜合地考慮它們的強度、剛度、重量、耐震性等屬性，特別是采用手腕材料，以下就是我們所需要考慮到采用手腕材料的主要特點:（1）高張力鋼結構，比如碳纖維合金鋼結構，這些材料的優點是成型好、強度好，特別重要的是碳纖維合金鋼結構比普通碳纖維鋼結構的張力強度已經提高了4-5倍，彈性模量e大，抗變形的能力非常好，可以使板厚減薄，此外，這種鋼的屈服點低，復合成分多，在生活中被應用的很廣泛。（2）輕合金材料，比如鋁合金材料，這種鋁合金材料是被我們所應用于機械工業中最廣泛的一類材料，鋁合金材料的密度低，質量輕，但是它的強度很高，可塑性好。（3）陶瓷材料，優點極多。它是一種無機化的非金屬材料，高度的熔點、強度、堅韌性和良好的導熱耐磨性等特殊物理優點，讓這類陶瓷材料不僅能夠被廣泛用來直接做成各種結構性的材料、刀具。但是這種材料的脆性太大，不好加工，不太適合結合部位的材料。所以這次設計從機械手的層面考慮，不需要太特別的材料，不需要特別強的抗性材料，也不需要加工困難，成本代價大的材料，所以，綜合考慮，決定選用鋁合金材料。1.5機械手的動作要求圖1.1機械手的動作簡圖具體動作為送料、預夾緊、手臂上升、手臂旋轉、手臂伸長、手腕旋轉、手臂轉回，一共七個動作，機械手通過循環這七個動作來達到搬運物料的目的。1.6機械手的定位及平穩性確定1.6.1常用的定位方式在機械手中一般常用的定位方式是擋塊定位。擋塊定位就是指在一個行程最后行程終點上所設置的一個機械傳動擋塊。當機械手在進行減速運動持續運行至最終的減速終點時，機械手會緊靠預先設定好的定位擋塊而自動進行定位。1.6.2影響平穩性和定位精度的因素機械手是否能夠準確地進行搬運工作，實際上這就是一個關于三維空間定位的問題，是若干線量和角量定位的組合。在許多比較簡單的情況下，一個量的值很有可能就是主體。影響單個線量或者角度的定位精度誤差的因子有以下幾點REF_Ref11635\r\h[8]：（1）定位方式不同的定位方式對其定位的準確程度影響可能是不一樣的。例如在對一個機械運動擋塊本身進行碰撞定位時，定位的準確精度大小應該與機械擋塊上的剛度及其在通過碰撞連接到機械擋塊上的機械運動時加速度大小有關。（2）定位速度定位速度對定位精度的影響很大。這是因為當定位速度變得不同時，它耗散的運動部件的能量也會變得不同。通常，為了減小定位誤差，我們要合理地控制定位加快速度，例如要提高緩沖器的穩壓性能和緩沖效率，控制一個驅動系統以便于運動零部件適時地加快。（3）精度機械手在制造時的是否合格和安裝時的調速準確性都會直接影響到定位精確性。（4）剛度當機械手自身結構的剛度與接觸剛度變低時，由于容易發生振動，定位精度通常會變得要低。（5）運動件的重量運動件體重的改變對定位精準性的影響很大。通常，運動件的重量有所增加，定位精度就會有所降低。所以，在進行設計時不但需要盡可能地減小機械運動零件本身的負載，而且還需要充分考慮到在工作中抓重和溫度變化帶來的影響。（6）驅動源氣動壓力的波動和電壓、溫度波動都是可以直接影響到機械手進行定位的精度。所以，穩