磁吸式搬运机械手设计开题报告(2)
圆柱坐标式机械手的缺点是结构庞大，两个移动轴的设计比较复杂，难于其他设备协调工作。
图3直角坐标系机械手 图4圆坐标机械手
3） 球坐标型机械手
球坐标式机械手是一种自由度较多，用途较广的机械手。它是由X、θ、φ三个方向的运动组成。结构简图见表2-1。球坐标式机械手的工作范围包括：一个旋转运动；二个旋转运动；二个旋转运动加一个直线运动。
球坐标式机械手的特征是将手臂装在枢轴上，枢轴又装在叉形架上，能在垂直面内做圆弧状上下俯仰运动，它的臂可作伸缩，横向水平摆动，工作范围和人手的动作类似。它的特点是能自动选择最合理的动作路线。所以工效高。另外由于上下摆动，它的相对体积小，动作范围大。其缺点是壁障性差，有平衡问题，位置误差与臂长成正比，控制难度大。
综上所述，根据设计要求：三个自由度，运动较简单，精度要求不高，因此选圆坐标机械手，结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小。
4.2机械手的控制系统的比较与选择
机械运动选择直流伺服电机驱动控制，手抓采用气压传动
比较：
（1） 液压驱动
液压传动机械手有很大的抓取能力，抓取力可高达上百公斤，液压力可达7Mpa，液压传动平稳，动作灵敏，但对密封性要求高，不宜在高或低温现场工作，需配备一套液压系统，整体结构庞大。
（2） 气压驱动
气压传动机械手结构简单，动作迅速，价格低廉，由于空气可压缩，所以工作速度稳定性差，气压一般为0.7Mpa，因而抓取力小，只有几十牛到百牛力。
（3） 电力驱动
这种驱动是目前在机器手中用的最多的一种。早期多采用步进电动机（SM）驱动，后来发展了直流伺服电动机（DC），现在交流伺服电动机（AC）驱动也开始广泛应用。上述驱动单元有的直接驱动机构运动，有的通过减速器装置来减速，结构简单紧凑。
电动驱动的控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂。适用于中小负载、要求具有较高的位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高的机械手，如AC伺服喷涂机械手、点焊机械手、弧焊机械手、装配机械手等。
综上所述，由于本次设计机械手负载较小，对体积有一定要求，又考虑到机械手的特点和各驱动方式的优缺点，直流伺服电机体积小，控制精度高，与传动系统配合结构最为紧凑，故机械运动选择直流伺服电机驱动，手部采用气压传动。
这些都是基于PLC的机械手控制系统，控制方框图如下：
4.3 手抓的设计
本设计是磁吸式机械手的设计，常用的工业机械手手部，按握持工件的原理，分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体，适合用于本方案。通过综合考虑，本设计选择吸附式的手抓。其中真空吸盘有制造简单,价格便宜,定位精度高,被加工零件变形小和装卸零件方便等优点，因此采用真空吸附式手抓，为了使机械手能够平稳的搬动工件，选择了2个吸盘，吸盘内的磁力由电磁铁提供。
图6 真空回路 图7 真空吸盘
4.3 机械手运动学分析
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