機械手畢業(yè)設(shè)計文獻綜述

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. 吉林化工學(xué)院 文 獻 綜 述 300X200X120物料機械手的設(shè)計 300X200X120 Material mechanical arm design 性 質(zhì): R畢業(yè)設(shè)計 □畢業(yè)論文 教 學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 系 別： 機械電子工程系 學(xué)生學(xué)號： 11410209 學(xué)生姓名： 吉國光 專業(yè)班級： 機自1102 指導(dǎo)教師： 王集思 職 稱： 實驗師 起止日期： 2015.3.1～2015.3.28 吉 林 化 工 學(xué) 院 Jilin Institute of Chemical Technology . . 摘要：在工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高勞動生產(chǎn)率和自動化程度，工業(yè)機械手被廣泛應(yīng)用。工業(yè)機械手可以用于機床間傳送工件；各類有自動夾緊、進刀、退刀和松開的功能半自動車床，上下料操作；還可以用于對人體有害的工作環(huán)境。它具有對環(huán)境適應(yīng)性強、持久耐勞、動作準(zhǔn)確、通用性好、靈活性好等優(yōu)點。而工業(yè)機械手技術(shù)的高低更是一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。工業(yè)機械手的設(shè)計能較鮮明地體現(xiàn)機電一體化的設(shè)計構(gòu)思。所謂機電一體化技術(shù)，是機械工程技術(shù)吸收微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、傳感技術(shù)等而形成的一種新的綜合集成技術(shù)。工業(yè)機械手的設(shè)計更是對所學(xué)知識的綜合運用。 本設(shè)計對程控通用機械手進行了較為詳細(xì)的設(shè)計計算。分手部、手腕、手臂、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)五部分，每部分都對各部分的結(jié)構(gòu)進行了較為詳細(xì)的設(shè)計計算，根據(jù)要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行了部件材料和器件的選擇。 關(guān)鍵詞: 機械手；手部；手腕；手臂 引言： 在當(dāng)前的物料搬運設(shè)備中，可分為對大型物件和對小型物件。這兩者的搬運設(shè)備選擇主要針對搬運設(shè)備能提起的重量。對于小型物件而言，又可分為不易損壞和易損壞兩個類型。在之前的生產(chǎn)搬運過程中，傳統(tǒng)的搬運設(shè)備往往不能滿足易損壞物品的要求。 因為易損壞的物品對搬運設(shè)備的力度、精度、軌跡有著嚴(yán)格的控制，所以企業(yè)往往采用人工搬運的方式。人工搬運雖然可以滿足易損壞物件的安全，但是這種搬運方式往往效率低，費用高。這阻礙企業(yè)實現(xiàn)自動化和提高自身競爭力。但隨著20世紀(jì)50年代一種類似于人手的機械手的興起， 給這種易損壞物品在搬運方式上帶來全新的改變。機械手的靈活多變，精確度高深受企業(yè)的喜愛。 機械手現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴大，在海洋開發(fā)和宇宙探測有著十分出彩的變現(xiàn)。應(yīng)該說，機械手正改變著傳統(tǒng)的搬運方式。機械手是近年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，其中物料抓取機械手就是較為典型的一種機械手。要讓機器人像人一樣抓取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似手指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機構(gòu)—執(zhí)行機構(gòu)。在物流快遞搬運過程中，由于貨物尺寸變化較大，需要機械手能夠適應(yīng)不同物體的抓取需要，調(diào)整機械手的抓取運動幅度，基于此本文設(shè)計了一種多自由度機械手，滿足不同貨物的抓取需要。 1.機械手的研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)外針對機械手的發(fā)展定義三代機械手。通過輸入相關(guān)程序，定義機械手的動作，近而使機械手重復(fù)進行作業(yè)的機械手稱為第一代機械手。 在機械手的搬運路徑過程中，安放不同的傳感器，利用傳感器傳遞的信息控制機械手稱為第二代機械手。第三代機械手就是 “智能機器人”，盡管盡管歐美和日本等許多國家都投入了大量人力物力，但仍處于發(fā)展階段[1]。 1.1 國外研究現(xiàn)狀 國外的機械手在物料搬運的應(yīng)用上發(fā)展的比較快。目前已經(jīng)開發(fā)出具有多個自由度且精度高的機械手。除了在物料搬運方面，國外的機械手也應(yīng)用于點焊、噴漆等方面。目前在物料搬運方面，主要是研究更加智能的機械手，使之具有感應(yīng)物件材料的能力，并能通過查找信息庫，自動設(shè)定相應(yīng)的夾持方式和搬運參數(shù)，實現(xiàn)搬運的高度自動化。目前國外的機械手已經(jīng)向電子信息、航天航空、生物技術(shù)、深海探測等方面發(fā)展。除了在自由度方面的突破，現(xiàn)在的機械手的定位精度已經(jīng)可滿足微米甚至是亞微米級的要求。 1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)機械手目前的發(fā)展還比較滯后。在物料搬運領(lǐng)域中，主要還是依賴于國外的進口。特別是在要求定位精度高的搬運機械手。目前國內(nèi)的機械手主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面。在實際的生產(chǎn)過程中，國內(nèi)機械手的驅(qū)動方式、定位精度大部分無法滿足易脆易損壞物品的需要[2]。 2.物料搬運機械手 本物料搬運機械手將適用于所設(shè)想的物料搬運與管理系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，由于所設(shè)計的搬運系統(tǒng)精度高、自動化高，主要針對昂貴的易損、易摔的物品，如花瓶古董、工藝品。該系統(tǒng)主要將之前的研究成果與物料管理系統(tǒng)有機結(jié)合，使企業(yè)在物料管理上自動化程度大大提高，對提高搬運效率和降低出錯率，減少工作人員勞動強度，提高搬運調(diào)度管理水平具有重要作用。對類似于物料搬運與管理系統(tǒng)的開發(fā)具有重要借鑒作用。這個系統(tǒng)包括物料搬運和物料管理兩個方面。其中機械手裝置是整個系統(tǒng)的核心。其工作流程如下，首先通過檢測物料獲得相應(yīng)的物料信息，通過物料信息確定物料是否需要進行再包裝。在通過查找物料搬運信息庫，確定物料的搬運方式，近而設(shè)定機械手的工作參數(shù)。針對于設(shè)計的物料搬運機械手不僅要滿足機械手搬運物件的基本要求，更是要與存放物料的倉庫管理方式相適應(yīng)。物料搬運機械手能實現(xiàn)的功能應(yīng)有：①在本系統(tǒng)中給機械手提供四個自由度的選擇，可根據(jù)實際物料情況選擇自由度；②利用傳感器掃描物料，獲得物料的基本特征（形狀、尺寸、重量、材料等）；③提供物料是否在加工包裝確定；④提供物料信息庫查詢和搬運物料方式信息庫查詢；⑤提供二維碼生成服務(wù)，即給掃描后的物料根據(jù)其特征由物料搬運方式信息庫生成相應(yīng)信息的二維碼； ⑥提供機械手執(zhí)行機構(gòu)抓取物件的選擇（夾持型、托持型、吸附型）；⑦提供機械手驅(qū)動方式的選擇（根據(jù)精度和重量選擇液壓、氣壓、電氣、機械驅(qū)動）；⑧提供機械手控制方式工作順序和運動速度的選擇；⑨提供機械手控制方式選擇（點位控制和連續(xù)軌跡控制）。物料搬運機械手各部分的說明如下： 2.1 執(zhí)行部分 執(zhí)行部分主要由手部、手臂、軀干組成。其中在手部中，手指的關(guān)節(jié)由電機帶動軸轉(zhuǎn)動。在手指處裝有傳感器當(dāng)檢測到三個手指都已經(jīng)夾持住物件，電機停止轉(zhuǎn)動。執(zhí)行部分能實現(xiàn)的動作應(yīng)包括水平伸出、夾持物件、豎直上升、豎直下降、順向轉(zhuǎn)動、逆向轉(zhuǎn)動、松開物件等動作[3]。 2.2 驅(qū)動部分 機械手常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。在選擇的過程中，更根據(jù)物件的特點選擇相應(yīng)的驅(qū)動方式。重量大、抓取速度快的東西采用液壓、體積大、堅固的東西采用氣壓、精度高的東西選擇電氣驅(qū)動、動作要求可靠，成本低的東西選用機械驅(qū)動[4]。 2.3 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是物料搬運機械手的核心部分。本系統(tǒng)主要可根據(jù)機械手本身的裝置（傳感器、光電增碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器、伺服電機）選擇機械手的工作順序、到達(dá)位置、動作時間、運動速度、加減速度、點位或連續(xù)控制。其中運動速度和定位精度是搬運過程中的重要參數(shù)。運動速度過低，無法保證機械手的運動時間和運動范圍。運動速度過高，無法保證機械手搬運物料的平穩(wěn)性。定位精度過低，無法保證物料搬運位置的準(zhǔn)確性。 定位精度過高，會使搬運的成本提高， 降低企業(yè)的利潤[5]。 2.4 機械手工作過程 按復(fù)位按扭后，PLC控制轉(zhuǎn)盤電機、橫軸和豎軸步進電機使機械手運行到初始位置。按啟動按扭后，PLC控制轉(zhuǎn)盤電機正轉(zhuǎn)，通過底盤光電傳感器記數(shù)到達(dá)設(shè)定位置后驅(qū)動轉(zhuǎn)盤電機反轉(zhuǎn)，運行到設(shè)定位置1后，PLC控制橫軸和豎軸步進電機，橫軸通過PLC內(nèi)部脈沖記數(shù)， 豎軸通過豎軸光電傳感器記數(shù)，運行到設(shè)定位置2后，PLC控制單向電控閥使手爪抓緊物料，手爪電機正轉(zhuǎn)若干秒之后，PLC控制橫軸和豎軸電機按原路線返回到設(shè)定位置1后松開物料，PLC控制手爪電機反轉(zhuǎn)若干秒后又按原路運行到位置2搬運第2個物料到位置1，結(jié)束以后機械手運行到初始位置0，一個循環(huán)結(jié)束。在搬運的過程中有4個接近開關(guān)實時檢測障礙物信號，如遇到障礙物，馬上改變運行路線以避開障礙物[6]。 2.5機械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 物料抓取機械手主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動-傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)組成。機械手的水平工作空間為6.8m6.8 m，待抓取貨物垂直運動位移為2m，基于此設(shè)計各部件的外廓尺寸，本文所設(shè)計的物料抓取機械手執(zhí)行機構(gòu)主要由工作臺、底座總成、旋轉(zhuǎn)臺總成、連桿、中臂和手爪等組成.底座總成固定在工作臺上，通過內(nèi)部的驅(qū)動電機帶動旋轉(zhuǎn)臺總成實現(xiàn)整個機械手結(jié)構(gòu)總成在水平面上的旋轉(zhuǎn)運動，通過主電動推桿驅(qū)動大臂的前后傾斜運動， 通過副電動推桿帶動副連桿和主連桿，使機械手靠近待抓取的貨物，小臂和中臂之間通過電機驅(qū)動實現(xiàn)小臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)運動，從而調(diào)整小臂相對貨物的位置，手爪總成和小臂之間通過電機，調(diào)整小臂和手爪座之間的夾角。由于要抓取的貨物尺寸大小并不固定， 但形狀均為長方體，因此可以通過手爪電動推桿伸長量的調(diào)整，來控制左右手爪的相對位置，滿足不同尺寸貨物的夾持需要，同時通過調(diào)整手爪電動推桿的驅(qū)動力矩大小實現(xiàn)不同夾持力矩的控制，既可以避免貨物夾不緊而導(dǎo)致的脫落，也可以避免因為夾持力矩過大，造成的貨物損壞[7]。 3.結(jié) 語 未來的物料搬運機械手將朝重復(fù)高精度、模塊化、無給油化、機電一體化這四個方向發(fā)展。重復(fù)高精度主要指的是在搬運過程中機械手的定位精度?，F(xiàn)在的普遍機械手只有實現(xiàn)三四次的可靠定位。如果未來機械手能實現(xiàn)多次可靠的定位精度，將極大地減少設(shè)備的維修和物料的二次搬運。模塊化指的是未來機械手的搬運裝置將各部分實現(xiàn)的相近功能為一個模塊。如在設(shè)想的機械手物料搬運裝置過程中將分為四個模塊：物料信息采集模塊、物料再處理模塊、物料搬運裝置模塊、搬運裝置自檢測模塊。模塊化可以使得裝置的維修更加方便，更加高效。無給油化是為了適應(yīng)搬運要求更為嚴(yán)格的物料需要而產(chǎn)生的。在日常的搬運過程中，有些物品如藥物、紡織等不能接觸油液。這使得需要油液潤滑的裝置做出進一步的改變。如果未來的物料搬運機械手能實現(xiàn)無給油潤滑，那么將極大地豐富機械手的應(yīng)用范圍。機電一體化指的是將傳統(tǒng)的搬運裝置與電氣、軟件、電子等高新裝置結(jié)合起來，提高機械手的自動化程度，解放勞動力的重復(fù)操作。物料搬運是企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，提高物料搬運的自動化對提高企業(yè)的自身競爭力有重要的影響。在未來，將有更多的物料采用機械手進行搬運。這對于機械行業(yè)是個機遇， 也是個挑戰(zhàn)。 參考文獻： [1] 菜自興.機器人學(xué)的發(fā)展趨勢和戰(zhàn)略[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用，2001（4）：11-16. 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The industry manipulator can be used to convey the part between the machines. Various kind have voluntarily to nip tight and feeds and moving back knife and merit loosening can the semi-automatic lathe, and high and low operates by the material .Still can be used to the work in the environment what is harmful to the human body .The merits such as it possesses to environment adaptability strongly and lasting able to endure hardships and the action is accurate and the commonality is good and the flexibility is good etc. And the height of industry manipulator technology is the mark of nation industry development standard . The design of industry manipulator can brighter embody the design conception of mechanical and electrical integration .The so-called mechanical and electrical integration technology, is the mechanical engineering technology absorb microelectronics and information processing technology and passes the sense technology etc and one kind of new synthetically integration technology that forms. The design of industry manipulator is the synthetically application to knowledge. This design has been carried on the comparatively detailed design calculation to the SPC universal machine tool hand. Saying good-bye to grab and trick , arm , hydraulic pressure drive system and five parts electrical equipment control systems , every part has all been carried on the comparatively detailed design calculation to the structure of various part , and according to asks and the correlation standard has carried on the selection of material and parts . Keyword ：Manipulator； finger ； trick ； arm .