機(jī)械畢業(yè)設(shè)計-三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計（含CAD圖紙全套）,機(jī)械,畢業(yè)設(shè)計,自由度,液壓,機(jī)械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計,cad,圖紙,全套 附件1：外文資料翻譯譯文 具有動態(tài)特性約束的高速靈活的機(jī)械手優(yōu)化設(shè)計 摘要：本文提出了一種強(qiáng)調(diào)時間獨立和位移約束的機(jī)器手優(yōu)化設(shè)計理論，該理論用數(shù)學(xué)編程的方法給予了實現(xiàn)。將各元件用靈活的連桿連接起來。設(shè)計變量即為零件橫截面尺寸。另用最關(guān)鍵的約束等量替換時間約束。結(jié)果表明，此方法產(chǎn)生的設(shè)計結(jié)果比運用Kresselmeier-Steinhauser函數(shù)，且利用等量約束所產(chǎn)生的設(shè)計方案更好。建立了序列二次方程基礎(chǔ)上的優(yōu)化設(shè)計方案，且設(shè)計靈敏度通過總體有限偏差來評定。動態(tài)非線性方程組包含了有效運動和實際運動的自由度。為了舉例說明程序，設(shè)計了一款平面機(jī)器人，其中利用某一特定的方案并且運用了不同的等量約束進(jìn)行了設(shè)計。 版權(quán)屬于 1997年埃爾塞維爾科技有限公司 1． 導(dǎo)論 目前對高速機(jī)器人的設(shè)計要求越來越高，元件質(zhì)量的最小化是必不可少的要求。傳統(tǒng)機(jī)器手的設(shè)計取決于靜態(tài)體系中運動方式的多樣化，但這并不適合于高速系統(tǒng)即應(yīng)力和繞度均受動力效應(yīng)控制的系統(tǒng)。為了防止失敗，在設(shè)計的時候必須考慮到有效軌跡和實際運動軌跡之間的相互影響。 在暫態(tài)負(fù)載下對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計已經(jīng)開始展開研究，該研究是基于下面幾個不同的等量約束條件下進(jìn)行的，分別為對臨界點的選擇上[1] ， 反約束的時間限制[2] ，和Kreisselmeier - Steinhauser函數(shù)[3,4]的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。在選擇臨界點時，假定臨界點的位置的時間是固定的，然而這種假設(shè)不適合高速系統(tǒng)。第二個辦法的缺點是等量約束在可行域內(nèi)幾乎為0，因此現(xiàn)在還沒有跡象表明這些約束是否重要。使用Kreisselmeier - Steinhauser函數(shù)在可行域中產(chǎn)生了非零的等量約束，但它定義了一個保守的約束，從而產(chǎn)生了一個過于安全的設(shè)計方法。 在設(shè)計機(jī)器手的時候，常規(guī)方法是考慮多靜態(tài)姿態(tài)[5-7]，而不是考慮時間上的約束。這種方法并不適合高速系統(tǒng)，原因是一些姿態(tài)不能代表整個系統(tǒng)的運動，此外，位移和應(yīng)力的計算也是不準(zhǔn)確的，這是因為在計算的時候省略了剛性和彈性運動之間的聯(lián)系。事實上，這種聯(lián)系是靈活多體分析中最基本的[8-10] 。 在這項研究中，開發(fā)了一種設(shè)計高速機(jī)械手的方法，這種方法考慮了系統(tǒng)剛性彈性運動之間的聯(lián)系及時間獨立等約束。把最關(guān)鍵的約束作為等量約束。 最關(guān)鍵的約束的時間點可能隨著設(shè)計變量值的變化而變化。反應(yīng)靈敏度由整體偏移所決定，設(shè)計的最優(yōu)化取決于序列二次方程式。為了說明程序， 對雙桿平面機(jī)器手的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計結(jié)果與那些采用了Kreisselmeier - Steinhauser函數(shù)的機(jī)器手進(jìn)行對比。 2、設(shè)計理念 在這一節(jié)中，機(jī)器手的優(yōu)化設(shè)計方法使用用于計算強(qiáng)度和剛性的非線性數(shù)學(xué)編程方法。機(jī)器手由N個活動連桿組成，每一個連桿由Ek個有限零件柱組成。其目的是盡可能的減小機(jī)械手的質(zhì)量。與強(qiáng)度關(guān)聯(lián)的約束主要是應(yīng)力元素和剛性約束。這些約束將使得有效運動的位移產(chǎn)生偏移。設(shè)計變量就是連桿和零件的截面特性。 從數(shù)學(xué)上來說，目標(biāo)函數(shù)應(yīng)滿足這樣的約束: （1）其中和分別是第k個機(jī)構(gòu)的第i個零件的密度和體積，x是設(shè)計變量的矢量，是時間約束總數(shù)。在驗證位移和應(yīng)力的時候，參考文獻(xiàn)[10]中的遞推公式可用來計算機(jī)器手有效軌跡與實際軌跡。 將連桿的變形與連桿參照系聯(lián)系起來，其中在一定邊界約束條件下做完整運動。這樣通過縮小模型就可以減少每個連桿的實際自由度數(shù)了。 系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)系是由連桿變量和模塊變量組成的。微粒P的運動速度可表式為 (2) 其中和是相互制約的系數(shù)。 凱恩（Kane）等人的方程式[12]曾被用來測定一些運動方程式如 (3) 其中是整體速度向量，F(xiàn)是合成外力向量，M、Q還有分別為總質(zhì)量、柯氏力、地心引力和彈力，計算公式如下： （4） （5） (6) 其中上標(biāo)r和f分別代表有效自由度和實際自由度。K為對角矩陣，其對角線上的子矩陣是減少了的有效矩陣以連桿變量的形式出現(xiàn)的。為了驗證子矩陣在方程（4，5）中是否正確，和可表示如下： p, r=1,2,3; q=1,…,; s=1, …,12 (7a) p, r=1,2,3; q=1,…,m; s=1,…12 (7b) 其中是元件形狀函數(shù)，是連桿變量數(shù)，m是模塊變量數(shù)。方程式中的標(biāo)注即多次出現(xiàn)的下標(biāo)指數(shù)是以概括的形式出現(xiàn)的，這些下標(biāo)只不過是公式的一部分，并不表示某一含義除非特定指明。這些子矩陣可表示成： 其中和；z,u=1,2,3； s,v=1,…,12是時間變量，是第k個機(jī)構(gòu)的第i個元件的質(zhì)量。在定義和時，柯氏力和地心引力可由下列算式計算出來： 這個運動方程式綜合了變量步長和變量預(yù)測校正的算法，以獲取坐標(biāo)系和中的時間記錄。于是，有關(guān)物體參考系的節(jié)點位移可由模塊轉(zhuǎn)換公式獲得。由應(yīng)力與位移關(guān)系式計算出零件受到的壓應(yīng)力。整個參考系中各點的位移可用和機(jī)架的各節(jié)點位移算出。點的偏移可由那個點在實際運動和有效運動的位移差精確的求出。 應(yīng)當(dāng)指出的是，在運動方程式中，設(shè)計變量函數(shù)的形式有矩陣，零件的質(zhì)量和初始矢量中的、陣列。因此在對靈敏度進(jìn)行分析的時候，這些都應(yīng)與設(shè)計變量區(qū)分開來。然而，分析并且驗證靈敏度在這次研究中是個非常困難的項目。不全面的分析或是允許極小誤差的方式來研究這一問題也未嘗不是個好方法。 3.減少約束 對機(jī)器手進(jìn)行動態(tài)分析的方法就是計算個獨立點在同一時間內(nèi)的運動。因此，約束數(shù)目最好滿足 ，而且這么多的約束在優(yōu)化設(shè)計時也是不切實際的。不過有一個很有效的辦法可以使約束數(shù)控制在范圍內(nèi)又可以使約束數(shù)滿足t的所有值，這就是用Kreisselmeier - Steinhauser函數(shù)[ 3 ]等量替換單個時間約束，此函數(shù)表示如下： 其中和C是正數(shù)并由和之間的關(guān)系決定即min().這可以說明Kreisselmeier-Steinhauser函數(shù)限定了一個保守的值域[4]比如總是比min()更重要，而且c的值越大和min()之間的差就越小。這就是所謂用最關(guān)鍵的約束等量替換了諸如 （11） 之類的約束。在這一方法中，用等量約束限定了分段函數(shù)并使其由向間斷的過渡。在這一值域里盡管左右突出的構(gòu)件在過渡點有差異，但他們具有相同的標(biāo)識和梯度，因此可在過渡點自然結(jié)合。隨著時間逐步的趨近零點，等量約束也變得逐漸光滑。 上述所提到的非線性約束優(yōu)化問題可以由NLPQL[11]來解決，即運用序列二次方程的方法。這種優(yōu)化需要初始信息和，m=1,…, 這兩個可由目前研究出的有限差來計算。 4.舉例 雙桿平面機(jī)器人如圖1所示。運動原理是被動塊E沿直線從初始位置（θ1=120°，θ2=-150°）運動到終點位置（θ1=60°，θ2=-30°）。E的運動軌跡表示如下： 整個運動過程的時間T=0.5s。 每一個連桿的長度為0.6米并由兩個等長的零件連接著。其零件的外徑，其為本設(shè)計的變量，k=1,2；i=1,2。零件的厚度為0.1。物體的壓強(qiáng)和密度分別是E=72GPa,ρ=2700Kg/m-3。模塊變量縮小了形狀尺寸。最先結(jié)合的兩個模塊和最先有著固定自由的約束條件的軸也都被考慮到了。位于連接點B處的桿2質(zhì)量為2kg，被動物塊和有效載荷的總質(zhì)量為1kg。設(shè)計的約束條件如下： -75MPa≤σi≤75MPa i=1,…, δ≤0,001m 其中應(yīng)力約束由節(jié)點頂部或底部的個點來驗證。δ是E的實際運動軌跡與有效運動軌跡的偏離量（即x和y方向的最大偏移值）。初始設(shè)計變量 均為50mm. 圖1 平面機(jī)器手操作器 在這個例子里，等量約束是由最關(guān)鍵的約束組成的并且其結(jié)果與Kreisselmeier-Steunhauser函數(shù)的結(jié)果進(jìn)行了比較。后者函數(shù)中適用了c的不同值，可以發(fā)現(xiàn)c的值越小其產(chǎn)生的設(shè)計就越死板。c=50時的設(shè)計是最理想的。應(yīng)當(dāng)指出的是編譯器的限制可能會超過c的最大值，這完全取決于指數(shù)函數(shù)也就是只要設(shè)計變量的低限足夠的小。另一方面，最關(guān)鍵的約束會產(chǎn)生極小質(zhì)量的設(shè)計并且精確的迎合偏移位移量。最小的質(zhì)量，恰當(dāng)?shù)闹睆胶头磸?fù)運動的次數(shù)在表1中列出。設(shè)計軌跡見表2。表KS-c表明了由Kreisselmeier-Steinhauser函數(shù)產(chǎn)生的結(jié)果，然而MCC表示關(guān)鍵約束?？梢姂?yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許值，因此應(yīng)力約束受到了限制。連桿2中間的應(yīng)力最大（見）圖3。被動物塊的偏移量δ的最佳解決方案見圖4 圖2 設(shè)計參數(shù) 表1 平面機(jī)器人控制器最佳方法 圖3 頂部連接兩個的平均壓力的最佳設(shè)計 圖4 最終效應(yīng)器偏差的最佳設(shè)計 5.總結(jié) 在研究中，高速遙控操縱器的最佳設(shè)計方案取決于動態(tài)特性。操縱器的固定軌跡與實際軌跡運動也必須考慮到。把最關(guān)鍵的約束用作等量約束。 最關(guān)鍵的約束的時間點可能隨著設(shè)計變量的改變而變化。這表明分段的等量約束并不會使設(shè)計過程產(chǎn)生缺陷。序列二次方程用于解決設(shè)計問題，其是運用整體偏差進(jìn)行靈敏度計算。 高速平面遙控操縱器已被優(yōu)化設(shè)計成在應(yīng)力和偏差限制下的最小質(zhì)量?；贙reisselmeier - Steinhauser函數(shù)產(chǎn)生的保守設(shè)計下使用等量約束，最好的設(shè)計理念就是用最關(guān)鍵的約束。 附件2：外文原文（復(fù)印件） Compurrrs 8 f 2 m Y X v Vk shown below F O I Q kf mki 4 K1 6 u R 9b where the superscripts r and f refer to rigid body and The equations of motion are integrated by using elastic degrees of freedom respectively K is a block a variable step variable order predictor corrector diagonal matrix whose diagonal submatrices are the algorithm to obtain the time history of the z u 1 2 3 s v l 12 are the time invariant matrices and mk is the mass of ith finite element of the kth body By defining L A i 1 2 of the elements are taken as the design variables The wall thickness of each element is set to be 0 1 Dni The material properties are E 72 GPa and p 2700 kg rnm3 The problem size is reduced by using modal variables The first two bending modes and the first axial mode with fixed free boundary conditions are considered The Fig 1 A planar robotic manipulator 24 0 22 0 t t 20 0 18 0 f 16 0 14 0 12 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Number of iterations Fig 2 Design histories 258 S Oral and S Kemal Ider Table 1 Optimum solutions for the planar robotic manipulator KS 10 KS 30 KS SO MCC Weight Dll 012 DZI 022 Number of N mm mm mm mm iterations 21 374 62 635 50 982 45 107 30 927 14 16 800 55 995 45 409 39 266 27 172 19 16 286 55 210 44 742 38 524 26 736 19 15 719 54 266 44 150 37 552 26 315 38 actuator of link 2 is located at joint B has a mass of 2 kg and the combined mass of the end effector and payload is 1 kg The design problem is solved under the following constraints 75MPa ai 75MPa i l n 6 0 001 m where the stress constraints are evaluated at n number of points which are the top and bottom points at each node 6 is the deviation magnitude of the resultant of deviations in x and y directions of the end effector E from the rigid motion The initial design is 50 mm for all design variables Dki In this example the equivalent constraints are formed by employing the most critical constraints and the results are compared by using the Kreisselmeier Steinhauser function In the latter different values of c have been tried It has been observed that the lower values of c resulted in highly conservative designs as expected A value of c 50 yielded a satisfactory design It should be noted that the compiler limits may be exceeded for large values of c due to the exponential function if the lower bounds on design variables are set too small On the other hand the most critical constraint approach resulted in the lightest design satisfying the deviation constraint exactly The minimum weights optimum diameters and number of iterations are tabulated in Table 1 The design histories are shown in Fig 2 The labels KS c denote the results obtained by the Kreisselmeier Steinhauser function whereas MCC denotes the use of most critical constraint approach It is seen that the stresses are far below the allowable 10 0 KS10 KS30 KS50 MCC 6 0 J 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 t w Fig 3 The stresses at the middle of link 2 at the top in the optimum designs 0 8 E 0 6 s P 0 4 0 2 Fig 4 The end effector deviation in the optimum designs High speed flexible robotic arms 259 values hence the stress constraints are inactive The stresses at the middle of link 2 at the top where the maximum stresses occur are plotted in Fig 3 The end effector deviation 6 for the optimum solution is shown in Fig 4 5 CONCLUSIONS In this study a methodology for the optimum design of high speed robotic manipulators subject to dynamic response constraints has been presented The coupled rigid elastic motion of the manipulator has been considered The large number of time de pendent constraints has been reduced by forming equivalent time independent constraints based on the most critical constraints whose time points may vary as the design variables change It has been shown that the piecewise smooth nature of this equivalent constraint does not cause a deficiency in the optimization process Sequential quadratic program ming is used in the solution of the design problem with sensitivities calculated by overall finite differ ences A high speed planar robotic manipulator has been optimized for minimum weight under stress and deviation constraints The use of equivalent con straints based on Kreisselmeier Steinhauser function yielded conservative designs while the most critical constraint approach resulted in the best design REFERENCES I W H Greene and R T Haftka Computational 2 3 4 5 6 I a 9 IO 11 12 aspects of sensitivity calculations in transient structural analysis Compur Strucr 32 433 443 1989 E J Haug and J S Arora Design sensitivity analysis of elastic mechanical systems Comput Meth uppl Mech Engng 15 3562 1978 G Kreisselmeier and R Steinhauser Systematic control design by optimizing a vector performance index In Proc IFAC Symp Computer Aided Design of Control Systems Zurich pp 113 I 17 1979 R T Haftka 2 Gurdal and M P Kamat Elements of Structural Optimization Kluwer Academic Dordreicht 1990 D A Saravanos and J S Lamancusa Optimum structural design of robotic manipulators with fiber reinforced composite materials Comput Struct 36 119 132 1990 M H Korayem and A Basu Formulation and numerical solution of elastic robot dynamic motion with maximum load carrying capacities Roboticu 12 253 261 1994 J H Park and H Asada Concurrent design optimization of mechanicai structure and control for high speed robots ASME J Dyn Systems Mesmt Control 116 344 356 1994 A A Shabana Dynamics of Multibody Systems Wiley New York 1989 S S Kim and E J Haug A recursive formulation for flexible multibody dynamics Part 1 open loop systems Comput Meth appl Mech Engng II 293 314 1988 S K Ider and F M L Amirouche Nonlinear modeling of flexible multibody systems dynamics subjected to variable constraints ASME J appl Mech 56 444451 1989 K Schittkowski NLPQL A Fortran subroutine solving constrained nonlinear programming problems Ann opns Res 5 485500 1985 T R Kane P W Likins and D A Levinson Spacecraft Dynamics McGraw Hill New York 1983 CAS 6512 E 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 1102班 學(xué)生：張鐸 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容： 1.設(shè)計說明書一份 2.CAD圖紙一套（包括總裝圖、零件圖 ） 3.文獻(xiàn)綜述（不少于3000字） 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu) 起止時間： 2015年3月6日至 2015年6月5日 指導(dǎo)教師： 簽字 2015年 3 月 6 日 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述 三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 班級：機(jī)制1102 姓名：張鐸 指導(dǎo)老師：趙艷春 1.?國內(nèi)外研究現(xiàn)狀? 機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式，能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化設(shè)備，也是典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。其中，通用機(jī)械手具有獨立的控制系統(tǒng)，程序多變，動作靈活多變等特點，在中小批量的自動化生產(chǎn)中得到大量應(yīng)用。 在國外，像日本，美國，德國等國家，以微型內(nèi)置伺服電機(jī)作為控制系統(tǒng)主動力的精密機(jī)械手，則是世界自動化領(lǐng)域中更深高次的發(fā)展。相對一般的工業(yè)領(lǐng)域機(jī)械手，這種精密型的機(jī)械手具有動作精度高，體積相對小巧，高度智能化的特點，被廣泛應(yīng)用于水下精密作業(yè)，人體內(nèi)部手術(shù)作業(yè)，農(nóng)業(yè)果實采摘等領(lǐng)域。由于這種類型的機(jī)械手更突出的要求是精密型，故其整體結(jié)構(gòu)為多關(guān)節(jié)、多驅(qū)動型，每個關(guān)節(jié)都有獨立伺服電機(jī)作為驅(qū)動源，這些伺服電機(jī)則由軀干內(nèi)部的PLC等核心處理器做統(tǒng)一控制管理，以達(dá)到靈活多變的控制要求。 現(xiàn)今使用的機(jī)械手主要可分為極坐標(biāo)型機(jī)械手和關(guān)節(jié)型機(jī)械手，這兩種機(jī)械手可以提供較大的工作空間，恰好可以滿足一般的機(jī)械手在工作空間上的要求。韓國最早開發(fā)的用于果實采摘的極坐標(biāo)機(jī)械手臂，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可以自由移動，絲杠關(guān)節(jié)可以上下移動，從而使作業(yè)空間達(dá)到3m。日本東都大學(xué)也在20世紀(jì)80年代研制出了5自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手。實驗表明這種機(jī)械手在運動空間上雖然沒有極坐標(biāo)機(jī)械手到位，且末端執(zhí)行器的可操作能力較低，但結(jié)構(gòu)相對簡單，工作更加靈活，在不需要較復(fù)雜操作的工作環(huán)境下，體現(xiàn)出一定優(yōu)勢。京都大學(xué)在此基礎(chǔ)上又開發(fā)出了7個自由度的機(jī)械手，解決了其相對極坐標(biāo)機(jī)械手在工作空間上不足的缺點，在關(guān)節(jié)型機(jī)械手領(lǐng)域達(dá)到了一個更高的高度。? 機(jī)械手可以模仿人手的某些動作和功能，用固定的程序和軌跡完成抓取、搬運物件等操作。特別是在當(dāng)前勞工緊缺，勞動力成本日益提高的社會背景下，機(jī)械手的使用可以替代人的繁重勞動，實現(xiàn)工業(yè)自動化的同時也大大減少了企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效益。同時，由于它可在高溫、高壓、多粉塵、易燃易爆、放射性等惡劣或危險環(huán)境下，替代人類作業(yè)保護(hù)工人的人身安全，因而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能工業(yè)等部門。 2．研究方向? 機(jī)械手的工作環(huán)境是非結(jié)構(gòu)的開放系統(tǒng)，涉及到多門學(xué)科知識，不同的工作場合和不同的工作對象給機(jī)械手的研制特別是末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研制帶來了無限的空間和全新的挑戰(zhàn)。機(jī)械手在某種程度和場合上代替了人類的大量工作，但是它的使用卻并沒有達(dá)到廣泛普及的程度，這主要是由于存在2個關(guān)鍵的問題：一方面，機(jī)械手的智能化程度沒有達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。工業(yè)生產(chǎn)的特點需要機(jī)械手具有相當(dāng)高的智能和柔性作業(yè)的能力以適應(yīng)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境；另一方面，購買和研制機(jī)械手成本高，會加重企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且其工作范圍較局限，機(jī)械手的使用效率并不高。? 現(xiàn)今機(jī)械手使用效率低的原因是其工作通用性不強(qiáng)，在使用上不夠靈活，更換工作場合甚至更換工作對象都需要對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)做出較大的改進(jìn)，加大了研發(fā)技術(shù)人員的工作量，也加大了研發(fā)成本。當(dāng)機(jī)械手的操作動作比較復(fù)雜的時候，由于機(jī)器人的自由度較多，雖然運動靈活，但是對其的控制也愈困難，增加了研發(fā)的難度，對技術(shù)人員的要求較高。? 因此機(jī)械手必須具有以下的特征：一方面要能夠準(zhǔn)確的定位和并抓牢物件，另一方面要能夠使機(jī)械手特別是手臂部分移動自如而不和物件或其他設(shè)備碰撞，使其結(jié)構(gòu)緊湊，容易轉(zhuǎn)彎；再者，其通用性要強(qiáng)，可以使其應(yīng)用于不同場合和不同工作對象。? 2.1機(jī)械手的驅(qū)動方式 驅(qū)動裝置是帶動機(jī)械手達(dá)到指定位置的動力源。目前使用的主要有4種驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動，氣壓驅(qū)動，直流電機(jī)驅(qū)動和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動?？紤]到提高效率的需要，機(jī)械手的動作一般都需要快速、精確且平穩(wěn)，因此液壓或氣壓傳動在這之中的應(yīng)用比較廣。相對而言，氣壓傳動可避免油液泄露和減小壓力損失，節(jié)能，高效且對環(huán)境污染小，故選用氣壓傳動的方式最為常見。? 2.1機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)? 目前，應(yīng)用最多的機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)總體可分為三大類，滑塊連桿機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)，氣動式積木機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)和純關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)。? 機(jī)械手整機(jī)可分為機(jī)身、大臂、小臂(含手腕)3部分。機(jī)身與大臂、大臂與小臂、小臂與手腕有3個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，以保證達(dá)到工作空間的任意位置，手腕中又有3個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)：腕轉(zhuǎn)、腕曲、腕擺，以實現(xiàn)末端操作器的任意空間姿態(tài)。手腕的端部為一個法蘭，以連接末端操作器，這是一個通用性接口，以供用戶配置多個手部裝置或工具。這種手臂結(jié)構(gòu)和滑塊連桿機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)型手臂類似，但缺少了連桿，動作直接由內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)控制，機(jī)動性和靈活性更強(qiáng)，但內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。 2.3機(jī)械手機(jī)座結(jié)構(gòu)? 機(jī)座除了對機(jī)械手起到固定和支撐作用外，還要確保其腰部的回轉(zhuǎn)運動。目前應(yīng)用最多的幾座分為固定式機(jī)座和移動式機(jī)座兩種。固定式機(jī)座通常作為關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂等空間自由度較多且動作相對靈活的機(jī)械手底座，通常只提供一個腰部的旋轉(zhuǎn)自由度。移動式機(jī)座則通常作為積木式機(jī)械手臂等要求結(jié)構(gòu)簡化且不需要太多自由度的機(jī)械手的底座，通常需要提供水平面上的兩個移動自由度和繞的腰部旋轉(zhuǎn)一個自由度，這種結(jié)構(gòu)可以將本該設(shè)置在機(jī)械手臂上的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到機(jī)座中，有效簡化機(jī)械手的整體設(shè)計結(jié)構(gòu)，使控制和設(shè)計都更加簡單。 2.4?機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)? 機(jī)械手的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械手能否完成抓取或其他作業(yè)動作的關(guān)鍵部分，控制最為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)也最為精細(xì)緊湊，其基本機(jī)構(gòu)取決于工作對象的特性及工作方式。選用或設(shè)計末端執(zhí)行器之前都需要預(yù)先考慮和分析操作對象的生物特性，機(jī)械特性或者理化特性，到目前為止，末端執(zhí)行器都是專用的，以避免碰傷或損壞操作對象。目前使用最多的末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)有卡盤式結(jié)構(gòu)和仿真型手指式結(jié)構(gòu)。 此類末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)適合于抓取環(huán)類或帶內(nèi)孔的工件，主要靠氣壓推動滑塊活塞向下運動，滑塊的斜面和楔形快的楔形面接觸，并使楔形塊向兩邊運動，發(fā)生脹緊，從而抓起工件。放料時氣缸退回，為防止活塞和楔形快卡死，在活塞底部采用一個復(fù)位彈簧，使活塞在放氣后能自行退回。此類機(jī)構(gòu)的功能主要由腕臂末端的滑塊活塞和楔形塊完成，其設(shè)計可以和手臂部分的設(shè)計保持相對獨立，這樣就可以針對不同的工作對象設(shè)計不同的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，增強(qiáng)了機(jī)械手的通用性。 ３．結(jié)束語?? 機(jī)械手充分利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和自動化技術(shù)，結(jié)構(gòu)愈加簡單，功能更加強(qiáng)大，可根據(jù)實際應(yīng)用要求選擇相應(yīng)功能、參數(shù)和機(jī)構(gòu)模塊，像搭積木一樣進(jìn)行組合，靈活多變。這是一種先進(jìn)的設(shè)計思想，反應(yīng)了自動化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的一個發(fā)展方向。另外，氣動技術(shù)在自動化技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，也將逐漸貫徹于機(jī)械手的開發(fā)及應(yīng)用中。實踐證明，隨著自動化水平的日益提高和普及，機(jī)械手在現(xiàn)代工業(yè)大生產(chǎn)的使用已經(jīng)逐漸占據(jù)舉足輕重的地位。但就目前而言，機(jī)械手的應(yīng)用主要停留在粗放型作業(yè)的環(huán)境中，這主要是由于世界各國對機(jī)械手精密操作這種高科技領(lǐng)域的研究與開發(fā)還很不成熟，在機(jī)械手的具體機(jī)構(gòu)設(shè)計，各部位的驅(qū)動，控制系統(tǒng)，甚至更高要求的傳感器選擇方面有待更深層次的研究。 參考文獻(xiàn) [1]江鵬.無人車間的發(fā)展趨勢[D].山西.山西電子科技大學(xué),2007. [2]李飛，王方建.先進(jìn)制造技術(shù)的研究[D].天津.南開大學(xué)濱海學(xué)院,?2003. [3]陸鑫盛.?氣動自動化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2000.? [4]張建民.工業(yè)機(jī)器人[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1996.? [5]李洪劍.西方機(jī)器人技術(shù)[D].哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2008.? [6]何存興.液壓傳動與氣壓傳動[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2000.? [7]李壽剛.關(guān)節(jié)型機(jī)械手[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2002.? [8]左鍵民.液壓與氣壓傳動[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.? [9]朱春波.氣動關(guān)節(jié)型機(jī)械手[J]液壓氣動與密封,1999. [10]何廣平.連桿型機(jī)械臂的線性分析[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.? [11]SMC(中國)有限公司.現(xiàn)代實用氣動技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.? [12]劉雙全.基于飛利浦P8XC591的CAN總線節(jié)點擴(kuò)展[J].電子設(shè)計應(yīng)用,2003. 沈 陽 化 工 大 學(xué) 科 亞 學(xué) 院 本科生畢業(yè)設(shè)計成績考核評價表 畢業(yè)設(shè)計 名 稱 三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級 1102 姓名 張鐸 評價人 權(quán)重 評價點 得分 指導(dǎo)教師 10 圖紙完備、整潔，設(shè)計說明書的撰寫質(zhì)量 5 分析、計算、論證的綜合能力 5 能綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)知識，獨立工作能力強(qiáng) 5 畢業(yè)實習(xí)表現(xiàn)、進(jìn)度表書寫情況 評閱人 10 設(shè)計的有重大改進(jìn)或獨特見解，有一定應(yīng)用價值 5 設(shè)計的難度和工作量，結(jié)合本專業(yè)情況 5 計算、圖紙、公式、符號、單位是否符合工程設(shè)計規(guī)范 5 說明書的條理性、語言、書寫、圖表水平 答辯小組 10 設(shè)計規(guī)格符合要求及答辯規(guī)范程度 10 答辯掛圖準(zhǔn)備情況 10 答辯中思維敏捷，知識面寬厚程度 10 回答問題的正確性，有無錯誤 10 是否有創(chuàng)新意識，設(shè)計是否有新意 教師、評閱人和答辯小組按以上各條的相應(yīng)評價點給出得分，合計總分?jǐn)?shù)。 在總成績分?jǐn)?shù)中，90-100分為優(yōu)秀，80-89分為良好，70-79為中等，60-69為及格，不足60分為不及格，列入本表右側(cè)成績欄中。 注意：有嚴(yán)重抄襲現(xiàn)象的學(xué)生成績應(yīng)定為不及格，有抄襲現(xiàn)象但不嚴(yán)重的學(xué)生成績應(yīng)降檔處理。指導(dǎo)教師、評閱人及答辯小組對此應(yīng)切實注意，如有不可解決的分歧，可交于院系答辯委員會裁定。 合計分?jǐn)?shù) 成績 答辯小組： 年 月 日 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯成績評定 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會于 年 月 日 審查了 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 張鐸 的畢業(yè)設(shè)計（論文）。 設(shè)計（論文）題目： 三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計（論文）專題部分： 三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計（論文）共 41 頁，設(shè)計圖紙 4 張 指導(dǎo)教師： 趙艷春 評 閱 人： 于玲 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會意見： 成績： 學(xué)院答辯委員會 主任委員（簽章） 年 月 日