顶部机械手设计

1、顶部机械手设计    5.6.1 包装盒运动设计的要求从上面的设计要求，可以看出在整个包装过程中需要一些辅助动作（如涂胶和翻转包装盒纸板两边的楞边），因此辅助安装了两只机械手。由于实际功效可以根据实际工作要求和包装盒的尺寸来控制。由于篇幅有限，并且不是本课题设计机构设计的重点，所以后续的电机控制和软件编程部分未作进一步的详细研究。 5.6.2 机械手的组成工业机械手的结构有简单的也有复杂的。但从结构形式分析，主要有执行机构、驱动系统、位置检测装置和控制系统等组成16。 图5-16 机械手结构示意图

2、0;（一）执行机构它包括手部、腕部、臂部、立柱和基体等构件组成：1手部是夹持工件的构件。它由于爪和夹紧装置两部分组成。手爪具有夹紧和松开动作。夹持式手爪的形式与人的手指相仿。另外还有真空和电磁吸盘(相当于手爪)，用来吸取表面光滑的零件或薄板。有的手爪还可以夹持一些专用工具，如喷枪、扳手、焊接工具等。2腕部是联接于部和臂部的构件，起支撑手部的作用。它可以有俯仰、左右摆劝和回转三个运动。特殊情况可以增加一个横向移动。有的机械于没有手腕动作。3臂部是支撑手部、腕部的构件。机械手的臀部是为取代人的手臂而研究设计的，但它却达不到象人臂的灵巧和适应功能。因此，只有把结构简化，把运动轨迹分为沿三坐标轴线方向

3、往复移动和绕三坐标轴线进行回转。一般手何又有前后伸缩、左右回转、上下升降或上下摆动等几个运动。根据需要可选其中一个、二个或三个运动。4立柱是支撑手臂等构件的。一般机械手的立柱为固定不动的，也有的因工作需要立柱作横向移动，此种称可移动式立柱。5行走机构在机械手要求完成较远距离的操作时，可增加滚轮、滚道等行走机构。(二)驱动系统驱动系统是驱动臂部、腕部、手部的动力源。它有气动、液压、电力和机械式等四种形式，由直线缸、回转缸、各种阀、管及管接头等组成。(三)控制系统控制系统是机械手的重要组成部分，它是支配机械手按规定程序、行程和速度进行运动的装置。它必须保存或记忆人们给予机械手的指令信息（如动作顺序

4、，到达位置和时间信息）。机械手工作时根据这些信息对机械手的执行机构按程序发出控制指令，必要时还可对机械手的动作进行监视，当动作错误或发生故障时可发出管报信号。(四)行程位置检测装置行程位置检测装置的作用是控制机械手每个动作的运动位置，或将运动系统的位置反馈约控制系统，再由控制系统进行调节，使机械手实现位置精度的要求。(五)辅助装置1基体是机械手的基础部分基体上，它起支承作用，机械手的执行机构各部件，驱动系统都安装在基体上，它起支承作用。2油箱用来存油和供油的装置，并使油散热和杂质沉淀。3气缸贮存压缩空气17。 5.6.3机械手的自由度机械手的运动可分整机运动、本体运动、臂部运动、腕部

5、运动。每个运动坐标称为自由度。一个机械手有几个运动就叫做有几个自由度。手爪的抓取动作(指的是手爪的夹紧和松开)不计在自由度数目内。1整机运动，是指整个机械手作为一个整体运动走运动。2本体运动，是指机械手的本体部分的运动，如本体横向运动(整个手臂沿Y坐标轴的移动)，可参见下图。 图5-17 机械手运动坐标表达法 3臂部运动，臂部一般有三个自由度，即臂部直线移动、回转运动和上下摆动运动。它分四种坐标形式，即： 图5-18 四种坐标形式示意图标表达法4腕部运动， 基本上行三个自由度。统X轴运动叫做回转运动；绕Y轴转动叫俯仰运动；绕Z轴运动叫左右摆动。

6、要确定抓取工件的空间点位及方位坐标，有臂部三个自由度和腕部三个自由度就足够了。所以从上诉的原理可知，为了达到包装盒的需要三自由度的机械手，而三自由度的机械手主要由三个互相正交转动的转动副组成。而其中，选择有许多。但是考虑到包装盒前后部分需要一个快速移动的回转副，因此将顶部的安装一个由电机控制的基座。带动下面的部件，可以快速地从前端转向后端。 图5-19 顶部机械手 5.6.4 机械手的工作空间工作空间范围是指机器人手臂末端中心所能达到所有点的集合，也叫做工作区域。由于末端执行器的形状和尺寸是多种多样的，为真实反映机器人的特征参数，所以工作范围是指不安装末

7、端执行器是的工作区域。工作范围的形状和大小是十分重要的，机器人在执行某种工作是可能会因存在手部不能达到的死区（dead zone）而不能完成任务15。本课题所设计的机械手是由顶部的基座，1号回转台该回转台有电机控制。下面的2号杆长350mm可以在垂直于纸面的平面内旋转，关于中心轴线对称。最下面的3号执行端长270mm可以在平行于纸面的平面内旋转。从下图可以清楚的看出机械手三个自由度的作用范围和转角大小。 图5-20 机械手的工作范围 机器人的工作空间是衡量机器人性能的重要指标。机器人工作空间分析的方法有两种：数值求解方法和解析方法。对于 上图所示的n自由度串联机器

8、人，坐标系按照D-H原则建立，各参数如图1所示。令手部参考点P在基础坐标系中的位置向量为则灵可表示为个广义坐标的函数                     (5-8)式中：为n个运动副的广义坐标，若运动副为转动副，则；若运动副为移动副，则。而和分别为的最小极限值和最大极限值18。根据上述理论，本课题所设计的机械手，具有串联的三自由度。各构件极限位置所合成的极限点的集合就是机械手末端的极限工作空间。所以可以画出杆3执行端的工作范围是的半圆，极限位置是-90°至+90°的半圆弧。2