氣動翻轉(zhuǎn)機械手部件設計[動畫仿真][PPT]
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外 文 翻 譯
畢業(yè)設計題目：氣動翻轉(zhuǎn)機械手部件設計
原文1：Compliance effects in a parallel jaw gripper
譯文1：一個平行夾爪夾持器的合規(guī)性效果
原文2：Design and feasibility tests of a flexible gripper based on inflatable rubber pockets
譯文2：一個平行夾爪夾持器的合規(guī)性效果
基于充氣橡膠袋的一個靈活機械手的設計和可行性測試
作者：Ho Choi, Muammer Koc
國籍：美國
出處：2005年密歇根大學安阿伯工程學院NSF ERC的可重構(gòu)制造系統(tǒng)
摘要：在本文中，基于對于不同類型、設計和控制范疇的現(xiàn)有夾具的文獻調(diào)查，我們展示了一個靈活的夾具設計的可行性測試結(jié)果。在報告中我們設計、分析、建立、測試了基于對符合規(guī)范的材料（如橡膠）與氣動充氣相結(jié)合使用的靈活性夾具。參數(shù)化有限元分析的進行用來調(diào)查過程和設計參數(shù)如橡膠材料，壓力，初始夾頭位移和摩擦的影響。
基于有限元分析的結(jié)果，我們設計和建造了一個簡單的，單一的橡膠袋靈活夾具?？尚行詫嶒灥倪M行展示且獲得了設計的可能性和局限性的整體理解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，我們可以抓取和放置不同的形狀（圓柱形，棱柱形和復雜形狀）、不同重量（20g-50g）、不同類型（雞蛋，鋼半球，蠟缸等）的對象，而不會失去對對象的控制。兩個不同的部分的形狀（即，棱柱形或圓柱形）的定位誤差范圍被發(fā)現(xiàn)為20-90mm（平移）和0.03-0.91mm（旋轉(zhuǎn)）。
關鍵詞：機械手設計 策略 靈活性 選擇 機器人 橡膠
1介紹：
機械手是一種應用在機器人上使用手臂末端的工具，在材料被做其他處理的時候，它具有對材料實現(xiàn)抓取、握持、升降、移動和控制的功能。人的手掌在抓取材料方面一直是最常見的、最多功能的、也是最有效和最微妙的形式，但是，在重復周期、重載荷和極端環(huán)境下，人類必須發(fā)展機械手以代替自己的手。在20世紀60年代現(xiàn)代機器人出現(xiàn)以后，機械手在更多的場合下代替了人手。盡管有由于其可靠性、耐用性和生產(chǎn)效率而帶來的初始成本和日常維護費用較高等問題，但是，我們在實踐中發(fā)現(xiàn)機械手系統(tǒng)在重復抓取和處理材料方面是極其有效的。然而，機械手的成本可能比一個機器人成本還要高20%，這要取決于機械手的具體應用和部分零件的復雜性了。如果對于制造系統(tǒng)中需要的靈活性有要求，一個合適的機械手的成本甚至可能更高，因為他們需要額外的控制器，傳感器和設計需求，以至于到能夠處理的不同部分的問題。
在21世紀全球化的影響下生產(chǎn)制造企業(yè)都需要去滿足客戶不斷變化的需求，如產(chǎn)品數(shù)量、品種繁多、快速交貨等等。靈活的和可重構(gòu)的制造系統(tǒng)（FMS，RMS）作為對不可預知的和經(jīng)常變化的市場環(huán)境的一種解決方案，已變成一種科學和工業(yè)的實踐。為了充分實現(xiàn)RMS和FMS，機械手——作為很少與最末端產(chǎn)品直接接觸的一種工具，必須設計的具有靈活性。
在機器人技術應用的初期，大多數(shù)機械手被設計為使用于專門的任務，而且形狀、尺寸、重量改變的條件下不能進行修改。后來，各種各樣靈活性的克服這些缺點的機械手被設計了出來，但除了他們普遍擁有的較高成本是一個障礙外，日常維護和一些材料和應用上的限制也是個問題。盡管機械手的不足有很多，但合適成本的”柔性的機械手設計”作為設想的FMS和RMS中的一個重要元素，一直是我們尋求的解決靈活的材料處理系統(tǒng)問題的方案。例如，許多工廠的裝配作業(yè)廣泛使用專用夾具和固定裝置。這些應用是部分特定的，因此當模式轉(zhuǎn)變時，這些裝置必須改變或替換掉。重新設計、制造、安裝和拆卸這些機械手和固定裝置的成本是很高的（汽車制造商每年個工廠需要大約1億美元的錢，但是，隨著更加靈活好用的替代品的開發(fā)，這個成本肯定會逐漸降低。
在這片論文中，第一部分介紹的是廣泛的閱讀和討論不同類型、不同設計的機械手；第二部分講的是基于規(guī)范材料和內(nèi)部壓力（如把氣沖入橡膠袋中）的一種機械手設計，這種類型的機械手用彈性夾持元件和同過加壓裝置來確定活躍自由度的方法，來確定抓取物體的形狀；在第三部分中展示了一個參數(shù)的有限元分析的結(jié)果，它描述了在不同載荷和部分條件下靈活機械手選擇的配置性能，以便確定合適的參數(shù)設置和材料；最后，在第四部分做了后原型設計和可行性表征測試，用來描述靈活機械手的缺點和優(yōu)點。
2對機械手的設計和類型進行的文獻調(diào)查
2.1機械手的設計方法
Wright等人分析比較了機械手與人手抓取系統(tǒng)，并把機械手分成與機器人手臂和控制系統(tǒng)相兼容、安全抓取和握持對象、準確的完成復雜性任務三種類別。許多工廠的機械手的例子和機械手設計指導方針也被描述進去了。Pham等人總結(jié)了機械手在不同應用環(huán)境下設計方案應該如何選擇。在他們的研究中，影響機械手如何選擇的變量如下：（a）成分，（b）任務,(c)環(huán)境，（d）機械臂和控制條件。“成分”這個變量包括幾何、形狀、重量、表面質(zhì)量和溫度，這些因素都需要考慮好。對于可重構(gòu)系統(tǒng)，他們以形狀和大小為標準又把這個變量分成了其他家族。對于“任務”這個變量，除了機械手的類型、不同組成部分的數(shù)量、準確性及周期需要考慮外，還有主要的操作處理如抓取、握持、移動和放置都要考慮。在合適的地方設計核實的機械手，必須考慮所有的因素，而且驗證性的測試必須要多做。為了減少疲勞效應，pham等人開發(fā)了一個用于選擇機械手的專家系統(tǒng)。他們建立了一個混合型專家系統(tǒng)，這是采用以規(guī)則為基礎面向?qū)ο蟮木幊谭椒ā?
2.2 機械手的分類
機械手也可以有他們的目的、大小、載荷、和驅(qū)動力來分類。通常情況下，機械手的工作機制和主要特征有驅(qū)動力的分類來定義。機械手的驅(qū)動力通常有電動、氣動、液壓，或在某些情況下有真空磁六變流體和形狀記憶等。
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