機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)-車床上料機(jī)械手的設(shè)計(jì)（含CAD圖紙全套）
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外文翻譯
Design and Development of a Competitive Low-Cost Robot Arm with Four Degrees of Freedom
一個(gè)具有競爭力的低成本的四自由度機(jī)械人手臂的設(shè)計(jì)與開發(fā)
院 、 部： 機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名：
學(xué) 號：
指導(dǎo)老師：
摘 要
這項(xiàng)工作的主要重點(diǎn)是設(shè)計(jì)，開發(fā)和實(shí)施具有競爭力的機(jī)器人手臂具有增強(qiáng)控制和粗短的成本。機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)采用四自由度和才華來完成精確簡單的任務(wù)，如光材料處理，這將被整合到了作為一個(gè)助理為工業(yè)勞動(dòng)力的移動(dòng)平臺。機(jī)器人手臂上配有數(shù)個(gè)伺服電機(jī)的臂之間做鏈接和執(zhí)行的手臂動(dòng)作。伺服電機(jī)編碼器包括使沒有控制器實(shí)施?？刂莆覀兪褂肔abVIEW ，它執(zhí)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算和串行通信的適當(dāng)?shù)慕嵌?，以一個(gè)微控制器，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，修改的位置，速度和加速度的能力的機(jī)器人。機(jī)器人手臂的測試和驗(yàn)證，進(jìn)行和結(jié)果表明，正常工作。關(guān)鍵詞：機(jī)器人手臂，低成本，設(shè)計(jì)，驗(yàn)證，四自由度，伺服電機(jī)， Arduino的的機(jī)器人控制， Labview的機(jī)器人控制
目 錄
1引言 1
2機(jī)械設(shè)計(jì) 1
3機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng) 6
4最終選擇效應(yīng) 6
5機(jī)械手的控制 7
5.1逆運(yùn)動(dòng)學(xué)控制 8
5.2 手動(dòng) 9
6測試和驗(yàn)證 10
7結(jié)果與討論 11
7.1伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)范圍 11
7.2 電流消耗 12
7.3 最大負(fù)載 12
7.4 最終位置 12
8 結(jié)論 13
參考文獻(xiàn) 14
1引言
機(jī)器人實(shí)際上是定義為研究，設(shè)計(jì)和使用機(jī)器人系統(tǒng)的制造[1]。機(jī)器人通常用于執(zhí)行不安全的，危險(xiǎn)的，高度重復(fù)的，和單調(diào)的任務(wù)。它們具有許多不同的功能，如材料處理，組裝，電弧焊接，電阻焊接，機(jī)床的裝載和卸載功能，刷涂，噴涂等。主要有兩種不同類型的機(jī)器人：一個(gè)服務(wù)機(jī)器人以及工業(yè)機(jī)器人。服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人，工作半或完全自主地去履行服務(wù)，有用的福祉人類和設(shè)備，但不包括生產(chǎn)操作[2] 。工業(yè)用機(jī)器人，在另一方面，被正式通過ISO定義的自動(dòng)控制和多用途可編程操縱器在三個(gè)或更多個(gè)軸[3]。工業(yè)機(jī)器人是移動(dòng)的材料，零件，工具，或通過可變的程式動(dòng)作的專門設(shè)備來執(zhí)行各種任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)不僅包括工業(yè)機(jī)器人，但也能夠執(zhí)行其任務(wù)以及測序或監(jiān)視通信接口需要對機(jī)器人的任何設(shè)備和/或傳感器。2007年全球市場增長了3％，約114,000新安裝的工業(yè)機(jī)器人。截至2007年底，全國共有大約一萬個(gè)工業(yè)機(jī)器人的使用，估計(jì)有50,000服務(wù)機(jī)器人用于工業(yè)用途比較[3] 。由于增加使用工業(yè)機(jī)器人手臂，演變到該主題開始試圖模仿人類動(dòng)作的細(xì)節(jié)模式。例如一組學(xué)生在韓國做創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，為舞蹈的手，舉重，中國書法和顏色分類機(jī)械臂考慮[4] 。另一組工程師在美國開發(fā)八個(gè)自由度機(jī)械臂。該機(jī)器人是能夠把握多個(gè)對象與很多從筆形狀的一球，也模擬人類的手[5]。在空間上，航天飛機(jī)遙控器系統(tǒng)，被稱為SSRMS或Canadarm ，其繼任者是例子多度已經(jīng)用來執(zhí)行各種使用專門部署熱潮的任務(wù)，例如航天飛機(jī)的檢查自由機(jī)械臂有攝像頭和連接在末端執(zhí)行器和衛(wèi)星的部署和檢索演習(xí)從貨艙航天飛機(jī)傳感器[6] 。
在墨西哥，科學(xué)家們已經(jīng)上了軌道設(shè)計(jì)和發(fā)展許多機(jī)器人的手臂，墨西哥政府估計(jì)，在墨西哥有在不同的工業(yè)應(yīng)用中使用了大約11,000機(jī)械臂。不過，專家認(rèn)為，機(jī)器人手臂的最高點(diǎn)，不僅質(zhì)量更高，而且準(zhǔn)確，可重復(fù)性和粗短的成本。 大多數(shù)機(jī)器人都設(shè)置了一個(gè)操作的示教和重復(fù)技術(shù)。在這種模式下，一個(gè)訓(xùn)練有素的操作者（編程器）通常使用的便攜式控制裝置（示教）手動(dòng)教機(jī)器人的任務(wù)。在這些編程會(huì)話機(jī)器人的速度很慢。 目前的工作是一個(gè)兩階段的項(xiàng)目，這需要一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人能夠運(yùn)送工具從存儲(chǔ)室到工業(yè)單元的一部分。在這個(gè)階段中的項(xiàng)目，該項(xiàng)目開展了在科技，墨西哥蒙特雷大學(xué)，主要的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)， 制定和實(shí)施了工業(yè)機(jī)器人手臂粗短的成本，準(zhǔn)確和優(yōu)越的控制。這個(gè)機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)采用四自由度和才華來完成簡單的任務(wù)，如光隊(duì)友里亞爾處理，這將被整合到移動(dòng)平臺的形式，作為一個(gè)助理為工業(yè)勞動(dòng)力。
2機(jī)械設(shè)計(jì)
機(jī)器人手臂的機(jī)械設(shè)計(jì)是基于一個(gè)機(jī)器人操作器具有類似功能的一個(gè)人的手臂[6-8]。這樣的操縱器的鏈接是由關(guān)節(jié)，允許旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和操縱器的鏈接被認(rèn)為形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈連接。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)鏈的業(yè)務(wù)最終被稱為末端效應(yīng)器或臂端的 - 工具，它是類似于人的手。圖1顯示了自由體圖的機(jī)器人手臂的機(jī)械設(shè)計(jì)。
圖1 機(jī)械手的自由體圖
如圖所示，端部執(zhí)行器不包括在設(shè)計(jì)，因?yàn)槭惺鄣膴A持器被使用。這是因?yàn)槎瞬繄?zhí)行器是系統(tǒng)中最復(fù)雜的部分之一，并且，反過來，這是很容易和經(jīng)濟(jì)地使用商業(yè)化生產(chǎn)它。 圖2示出了機(jī)器人手臂的工作區(qū)域。
圖2 機(jī)械手工作區(qū)域圖
這是一個(gè)機(jī)器人臂具有四個(gè)自由度（DOF 4）的典型的工作空間。機(jī)械設(shè)計(jì)僅限于4自由度，主要是因?yàn)椋@樣的設(shè)計(jì)允許大部分必要的運(yùn)動(dòng)，并保持 成本和機(jī)器人競爭的復(fù)雜性。因此，關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被限制，其中旋轉(zhuǎn)的肩完成圍繞兩個(gè)軸和周圍只有一個(gè)在肘和手腕上，參見圖1。 機(jī)器人手臂的關(guān)節(jié)通常是由驅(qū)動(dòng)的電氣馬達(dá)。伺服電動(dòng)機(jī)被選擇，因?yàn)樗鼈儼ň幋a器，它可以自動(dòng)提供反饋給電動(dòng)機(jī)并相應(yīng)地調(diào)整位置。但是， 這些電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)范圍小于180?跨度，從而大大減小了臂和可能的位置到達(dá)該區(qū)域的[9]。的基礎(chǔ)上，選定了伺服電機(jī)的資格 由結(jié)構(gòu)和可能的負(fù)載所需的最大扭矩。在目前的研究中，用于構(gòu)造的材料是丙烯酸樹脂。 圖3示出用于負(fù)載計(jì)算的力的圖。的計(jì)算均只對具有最大負(fù)荷關(guān)節(jié)，由于其他關(guān)節(jié)將具有相同的電機(jī)，即電機(jī)可以移動(dòng)的鏈接沒有問題。計(jì)算考慮了權(quán)重 的電動(dòng)機(jī)，約50克，除電機(jī)在關(guān)節(jié)B的重量，因?yàn)樗峭ㄟ^鏈接的BA。圖4示出了力示意圖上鏈路CB，它包含接頭（B和C）具有最高的負(fù)載（攜帶了該書的DC和ED）和計(jì)算如下進(jìn)行。
圖3 機(jī)械手負(fù)載分布圖
圖4 CB段負(fù)載分布圖
用于扭矩計(jì)算的值：
WD= 0.011千克（體重鏈接的DE）
WC= 0.030千克（體重鏈接的CD）
WB= 0.030千克（體重鏈路的CB）
L = 1千克（負(fù)載）
CM = Dm為0.050公斤（重電機(jī)）
LBC為0.14米（公元前鏈路的長度）
液晶顯示屏為0.14米（鏈接的CD長度）
斯α= 0.05米（LINK DE的長度）
執(zhí)行力之和在Y軸，用負(fù)載，如圖4中，并求解CY和CB，見方程（1） - （4）。同樣，執(zhí)行的時(shí)刻周圍的點(diǎn)C的總和，式（5），和點(diǎn)B，方程
化（6），以獲得在C和B，等式（7）和（8），分別在轉(zhuǎn)矩。
（6）
（7）
（8）
該被選擇的基礎(chǔ)上，計(jì)算在伺服馬達(dá)，是Hextronik HX12K ，其具有280盎司/英寸的扭矩。該電動(dòng)機(jī)被推薦，因?yàn)樗热魏纹渌姍C(jī)與同樣規(guī)格便宜得多。由于我們需要更大的扭矩在關(guān)節(jié)B，見公式（8） ，我們使用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)在點(diǎn)B處，以符合扭矩要求;然而，一個(gè)馬達(dá)是不夠的其它關(guān)節(jié)。采用兩臺電機(jī)的合資B比使用一個(gè)大電機(jī)560盎司/英寸便宜得多。
圖 5 伺服電機(jī)
可以在圖5中示出，其他有關(guān)的特征是，它們可以轉(zhuǎn)動(dòng)60度，在130毫秒和它們有各自47.9克的重量。一旦被定義為機(jī)器人手臂和電機(jī)的初始尺寸，設(shè)計(jì)進(jìn)行了使用SolidWorks平臺;設(shè)計(jì)應(yīng)仔細(xì)考慮丙烯酸類片材的厚度和該塊將被彼此連接的方式。用于使機(jī)器人的聚丙烯酸酯片材是1/8厚度和該薄片的選擇，因?yàn)樗菀准庸ず透p的重量以良好的抗性。在設(shè)計(jì)過程中，我們面臨著由于強(qiáng)烈的加盟薄亞克力部分的方式有些困難。它是需要工具來燒，并加入丙烯酸零件和未提供的和球隊(duì)認(rèn)為機(jī)械結(jié)基于螺釘和螺母會(huì)比其他的替代品，如膠如多強(qiáng)。為了做到這一點(diǎn)，一個(gè)小的特征，設(shè)計(jì)這允許緊固用螺母，螺栓，而不必在薄的丙烯酸層的螺絲。這個(gè)過程的結(jié)果是在圖6所示立體設(shè)計(jì)。
圖 6 機(jī)械手3D模型
按照設(shè)計(jì)的結(jié)束，每個(gè)部分被印在滿刻度的硬紙板，然后我們核實(shí)了所有尺寸和組件的接口。反過來，我們建立了機(jī)器人手臂的第一個(gè)原型。接著，上述機(jī)器人手臂的部件從使用圓鋸和皮膚的工具的聚丙烯酸酯片材進(jìn)行機(jī)械加工。的詳細(xì)說明在各部分被做在一個(gè)專業(yè)工場因?yàn)闄C(jī)器人手臂的部分太小，這并不是一件容易的實(shí)現(xiàn)這種小而準(zhǔn)確的切割。在組裝機(jī)器人部件的電機(jī)，幾個(gè)問題彈出。有報(bào)道說，沒有抵抗所述緊固，并且，反過來，可能會(huì)破裂的臨界點(diǎn);因此，在這些點(diǎn)援軍進(jìn)行了審議。機(jī)器人手臂的最終結(jié)果示于圖7。
圖 7 機(jī)械手總體裝配圖
3機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)
為了驗(yàn)證機(jī)械臂的定位準(zhǔn)確，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算進(jìn)行。這樣的計(jì)算來獲得每個(gè)電機(jī)從通過使用直角坐標(biāo)系，
圖 8 坐標(biāo)系
如圖8所示的位置上的角度各電動(dòng)機(jī)將具有特定功能：位于A結(jié)合的位置的馬達(dá)，在y的最終元件軸，馬達(dá)B和C的位置在x和z軸的最后一個(gè)元件。該問題已經(jīng)通過使用xz平面簡化，如圖9在其下面的已知值被定義在[9] ：LAB ：前臂長度。LBC ：臂長。Z：在z軸上的位置。X：在x軸的位置。Y：在y軸的位置。利用三角關(guān)系，如圖9所示， θ2和θ1可以得到，如在方程（9）可見，（10）的馬達(dá)角度。
圖9 XZ平面
馬達(dá)B將使用θ1和馬達(dá)C被打算用θ2。的角度為馬達(dá)A的計(jì)算公式為EEN在等式（11）。通過這些計(jì)算，伺服電機(jī)的角度得到，從而他們采取的行動(dòng)，整個(gè)結(jié)構(gòu)移動(dòng)到特定位置。
4最終選擇效應(yīng)
端部執(zhí)行器可能是該系統(tǒng)的最重要和最復(fù)雜的部分之一。明顯的，它是非常容易和經(jīng)濟(jì)地使用商業(yè)人比構(gòu)建它。端部執(zhí)行器主要是根據(jù)應(yīng)用和機(jī)器人臂完成的任務(wù)而變化;它可以是氣動(dòng)，電動(dòng)或液壓。由于我們的機(jī)器人手臂是基于在電力系統(tǒng)中，我們可以選擇末端效應(yīng)器的電基礎(chǔ)。此外，本系統(tǒng)的主要應(yīng)用是處理，因此，我們的末端執(zhí)行器的推薦類型是一個(gè)夾持器，如圖10。
圖 10 夾持器與伺服
5機(jī)械手的控制
該機(jī)器人手臂能自動(dòng)或手動(dòng)控制。在手動(dòng)模式下，訓(xùn)練有素的操作人員（程序員）通常使用的便攜式控制裝置（示教）教一個(gè)機(jī)器人做手工任務(wù)。在機(jī)器人的速度這些編程會(huì)話是緩慢的。在目前的工作中，我們所包圍的兩種模式。一個(gè)微控制器，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)臺電腦化用戶界面：三個(gè)層次的呈現(xiàn)機(jī)器人手臂的控制基本上由。該系統(tǒng)具有獨(dú)特的特點(diǎn)，允許靈活的編程和控制方法，它是利用逆實(shí)施運(yùn)動(dòng)學(xué);此外它也可以在全手動(dòng)模式下實(shí)現(xiàn)?？刂频碾娮釉O(shè)計(jì)示于圖11。
圖11 控制器的電子方案
用微控制器是一個(gè)的Atmega 368 ，它有一個(gè)名為“ Arduino的”發(fā)展規(guī)劃板，如圖12 。
圖12 Arduino的微控制器板 圖13 伺服控制器驅(qū)動(dòng)器
編程語言非常類似于C ，但包括幾個(gè)庫，幫助在I / O端口，定時(shí)器的控制和串行通信。該微控制器被選中因?yàn)樗哂械偷膬r(jià)格，這是很容易重新編程，該編程語言是簡單的，并且中斷可用于這個(gè)特定的芯片。所使用的驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)六通道微大師伺服控制器板。它支持三種控制方式： USB直接連接到一臺計(jì)算機(jī)， TTL串口與嵌入式系統(tǒng)，如Arduino的微控制器和內(nèi)部腳本中使用自包含和主機(jī)無需控制器的應(yīng)用。這個(gè)控制器，如圖13所示，包括位置和內(nèi)置的速度和加速度控器0.25微秒分辨率
用戶界面取決于所使用的控制方法，即，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)或全手動(dòng)模式。在下文中，每個(gè)接口描述：
5.1逆運(yùn)動(dòng)學(xué)控制
在這種控制方法中，用戶輸入的坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置，其中夾爪應(yīng)。至于后果，接口與LabVIEW通過一個(gè)可視化的用戶生成的，如圖14
圖14 Labview的用戶界面
程序?qū)⒆詣?dòng)執(zhí)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算，以得到每個(gè)電機(jī)應(yīng)具有的角度，然后發(fā)送一個(gè)命令要么到微控制器，或直接將機(jī)器人移動(dòng)到指定的位置的驅(qū)動(dòng)器。通信是通過RS- 232協(xié)議進(jìn)行。在下文中，您可能會(huì)看到Labview的用戶界面的輸入和輸出。LabVIEW的用戶界面輸入：X軸位置。y軸的位置。Z軸位置。夾持器打開。叼紙牙攻角。串行端口。LabVIEW的用戶界面輸出是：
電機(jī)A角。
電機(jī)B1角度。
電機(jī)B2角度。
電機(jī)?角。
攻角。
姿勢角度
這樣的輸出變量進(jìn)行處理，并通過適當(dāng)?shù)姆绞桨l(fā)送的，這樣的信息可以在一個(gè)正確的方式來解釋。該輸出是通過其連通于控制器串行端口發(fā)送。當(dāng)按鈕“移動(dòng)”被點(diǎn)擊時(shí)，一個(gè)過程將發(fā)生，如圖15
圖15 程序流程
在圖15中，隨著這個(gè)動(dòng)作，所述機(jī)器人臂將根據(jù)所輸入的值改變其位置。此外，它有一個(gè)待機(jī)按鈕，停止該通信控制器。
這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是，它使用移動(dòng)的有效方法，并提供進(jìn)一步的功能，可以實(shí)現(xiàn)，比如位置和順序?qū)W習(xí)。的缺點(diǎn)，另一方面，是使
具有有效的角度逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算之后可能的位置是非常有限的，因?yàn)樗欧姍C(jī)有180?一個(gè)約束。
5.2 手動(dòng)
這種類型的控制是我們的系統(tǒng)，在特定的位置有用多了一種選擇。在強(qiáng)制的情況下持倉逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模式不能計(jì)算其有效的角度，我們可以用手動(dòng)控制來代替。
基本上，手動(dòng)控制包括一系列模擬輸入，諸如電位器，一種是與這將解釋該值并發(fā)送一個(gè)命令到伺服驅(qū)動(dòng)器的微控制器相連。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，一個(gè)控制板，如圖16
圖16 電位器板
應(yīng)該被構(gòu)建為一個(gè)接口與用戶的工作?？赡軐?shí)現(xiàn)包括教學(xué)功能，使微控制器存儲(chǔ)在內(nèi)存中，并通過鍵盤或系列交換機(jī)，我們可能還記得這些職位的職位。
6測試和驗(yàn)證
若干測試是驗(yàn)證該機(jī)器人臂和它的組件。測驗(yàn)涉及的特定元件和整個(gè)系統(tǒng)的，如圖17所示。
圖17 機(jī)械手測試
微控制器測試是由軟件發(fā)送不同的命令給單片機(jī)，檢查這是連接到開啟或關(guān)閉取決于命令伺服電機(jī)的輸出發(fā)生變化。伺服電動(dòng)機(jī)分別通過發(fā)送不同的直接脈沖到每個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)和驗(yàn)證移動(dòng)到合適的位置的響應(yīng)之后進(jìn)行測試。我們使用的標(biāo)記知道在哪里的初始位置是和最終電機(jī)的位置是通過與微控制器發(fā)送信號，并且，反過來，它是由伺服解釋和比較，由編碼器提供的信號，從而在旋轉(zhuǎn)到所需的位置來確定。在測試過程中，伺服電動(dòng)機(jī)是因?yàn)椴徽_的極化的不一致性與機(jī)器人臂系統(tǒng)。 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中使用LabVIEW軟件發(fā)送命令到發(fā)送的特定命令其中有一臺電機(jī)連接根據(jù)稱道改變位置的驅(qū)動(dòng)微控制器也測試。要注意到，在這一點(diǎn)很重要開始一個(gè)項(xiàng)目的不同的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器被選中，但與他們和微控制器之間的通信幾個(gè)問題都存在。所以，我們選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，允許數(shù)據(jù)被直接從計(jì)算機(jī)發(fā)送到它與只有一個(gè)USB線，所以，微控制器將僅在箱子的使用實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。其他測試，以驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的功能，
圖 18 機(jī)器人手臂的動(dòng)作
如顯示在圖18中通過引入在LabVIEW界面中的特定位置和測量，以驗(yàn)證一個(gè)參考點(diǎn)和最后點(diǎn)之間的距離發(fā)生了那些測試：該從逆正確變換到正運(yùn)動(dòng)學(xué)，指定的角度和馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)之間的關(guān)系。機(jī)器人手臂的測試和驗(yàn)證是需要細(xì)長時(shí)間，因?yàn)樾枰獛状蔚娜蝿?wù)之一。在我們的測試中，很多問題出現(xiàn)的：錯(cuò)誤的角度計(jì)算，電機(jī)的錯(cuò)誤校正，問題與物理角度和位置測量，因?yàn)檫@是沒有預(yù)料過載燒毀伺服電機(jī)之一。
7結(jié)果與討論
7.1伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)范圍
伺服電機(jī)的極限得到規(guī)范，因?yàn)檫@種類型的電機(jī)都包含有小于180度的跨度。實(shí)際范圍為所有電機(jī)被發(fā)現(xiàn)是在范圍125 - 142度，如表1所示的這清楚地表明，機(jī)器人手臂的實(shí)際操作是從機(jī)架的情況下不同。
表1 電機(jī)角的范圍
電動(dòng)機(jī) 角度范圍
電機(jī)A 130?
電機(jī)B1 135?
電機(jī)B2 140?
電機(jī)? 142?
電機(jī)攻擊角度 125?
7.2 電流消耗
消耗電流取決于負(fù)載和機(jī)器人臂的運(yùn)動(dòng)的類型。在目前的研究中，有4個(gè)級別的電流消耗為：
? 低（從0到200 mA）。這種消費(fèi)發(fā)生時(shí)，機(jī)器人處于靜止?fàn)顟B(tài)（不運(yùn)動(dòng)的情況下）。
正常（從200到500 mA）。這件事發(fā)生時(shí)，機(jī)器人手臂移動(dòng)與能力去目標(biāo)沒有很大的扭矩需求。
高（500 mA到900毫安）。達(dá)到按賬面負(fù)載的開頭這個(gè)范圍。通過克服的慣性載荷的初始瞬間，在正常范圍內(nèi)發(fā)生的地方。
過電流（超過900 MA）。負(fù)荷太重，電機(jī)不能動(dòng)彈。為在此條件下被用于多于一分鐘，將馬達(dá)燒毀，也就是說，它是不可能使用的任何多
7.3 最大負(fù)載
這些結(jié)果是用不同的權(quán)重得到的;一袋玉米被用于與規(guī)模來決定包的體重。結(jié)果進(jìn)行了使用機(jī)器人手臂拿起袋子，并將其移動(dòng)到特定位置。表2presents的電流消耗袋玉米的不同權(quán)重。從表2中可以看出，該機(jī)器人可在負(fù)載沒有問題的移動(dòng)超過50克以下。在負(fù)載60克，機(jī)器人手臂開始有困難，并通過80克后發(fā)生嚴(yán)重的情況，其中憤怒可逆的損害可發(fā)生在馬達(dá)。
7.4 最終位置
結(jié)果表明，該機(jī)器人臂的精度移動(dòng)至不同的重量（<50克），結(jié)果列于表3 ，如圖所示，在機(jī)器人手臂能夠執(zhí)行移動(dòng)到指定的位置。然而，這種移動(dòng)不平滑，有時(shí)馬達(dá)沒有足夠的力，尤其是當(dāng)負(fù)載很重。此外，一些問題可能會(huì)由于同步兩個(gè)底部的電機(jī)。兩個(gè)電機(jī)的步驟是不重合而引起的丙烯酸部位張力，這在箱子被過多會(huì)破壞的部分。
表2 負(fù)載與電流消耗
空載 電流損耗
20克 低
40克 正常
50克 正常
60克 高
80克 過流
100克 過流
表3 精度上的所有軸
軸 精度（ + / - ）
× 1厘米
? 2厘米
? 1厘米
8 結(jié)論
本文介紹了機(jī)器人手臂，具有天賦太一，plish簡單的任務(wù)，如光材料處理的設(shè)計(jì)，開發(fā)和實(shí)施。機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)和建造從那里伺服電機(jī)被用來進(jìn)行武器之間的聯(lián)系和執(zhí)行的手臂動(dòng)作亞克力材質(zhì)。伺服電機(jī)編碼器包括使沒有控制器實(shí)施;然而，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍小于180°范圍，從而大大減小了臂和可能的位置到達(dá)該區(qū)域。機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@是有限的四個(gè)自由度設(shè)計(jì)允許大多數(shù)必要的運(yùn)動(dòng)和保持成本和機(jī)器人競爭的復(fù)雜性。末端執(zhí)行器是不包括在設(shè)計(jì)，因?yàn)槭惺鄣膴A持器使用，因?yàn)樗歉菀缀徒?jīng)濟(jì)地使用商業(yè)1比生成它。在設(shè)計(jì)過程中，我們面臨著由于強(qiáng)烈的加盟薄亞克力部分的方式有些困難。根據(jù)螺釘和螺母的機(jī)械連接點(diǎn)被使用，并且，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，一個(gè)小的特征，設(shè)計(jì)這使與緊固螺母螺栓，而無需在薄亞克力層螺旋。到控制的機(jī)器人手臂，三種方法被執(zhí)行：一個(gè)微控制器，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，和一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的用戶界面。該系統(tǒng)具有獨(dú)特的特點(diǎn)，允許在編程和控制方法的靈活性，它利用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)施;是 - 兩側(cè)也有可能是在全手動(dòng)模式下實(shí)現(xiàn)。這個(gè)機(jī)器人手臂是與他人的對比作為多比現(xiàn)有機(jī)器人手臂更便宜，還可以控制所有從一臺計(jì)算機(jī)的動(dòng)作，使用Labview的接口。數(shù)進(jìn)行測試，以驗(yàn)證上述機(jī)器人手臂其中睪丸不但涉及特定元素和整個(gè)系統(tǒng);在不同的操作條件下的結(jié)果顯示信任的機(jī)器人手臂呈現(xiàn)的。
參考文獻(xiàn)
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15
摘要
本設(shè)計(jì)是關(guān)于車床的機(jī)械手設(shè)計(jì)，在日常工作生產(chǎn)中機(jī)械手的運(yùn)用是非常廣泛的可以說是一種必不可少的科技產(chǎn)品,機(jī)械手是一種模仿人手的結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的一種零件,在日常工作中它可以根據(jù)人們發(fā)送的指令來完成一系列的工作，所以它的靈活度十分的高運(yùn)用很廣泛。與此同時(shí)，也說明了工業(yè)機(jī)械手可以完成人們完成不了或者很危險(xiǎn)的工作，比如，工業(yè)機(jī)械手可以代替人們做一下復(fù)雜精密的工作，這不僅可以減少
失誤,還可以大大提高了工作的效率,有利于社會(huì)更快的發(fā)展，與此同時(shí)，比如一些很危險(xiǎn)的工作，比如在車床上切鋼板，如果讓人工來操作，那么就會(huì)顯的很危險(xiǎn)，所以這時(shí)候讓機(jī)械手來代替人工那么危險(xiǎn)系數(shù)會(huì)大大的降低，所以機(jī)械手的運(yùn)用必不可少。工業(yè)生產(chǎn)的大型工件的運(yùn)用和操作，此時(shí)人工來操作的話會(huì)很困難，但是如果編寫程序讓機(jī)械手來操作那么工人只要按一下按鈕就可以輕松的操作機(jī)械手來完成一系列復(fù)雜的工作了。與此同時(shí)，對于一些十分嚴(yán)酷的環(huán)境，如果人工操作的話會(huì)顯十分的。更現(xiàn)實(shí)的優(yōu)勢,具有廣闊的應(yīng)用前景。流水線車床生產(chǎn)是未來生產(chǎn)行業(yè)的一個(gè)必然的趨勢，如果把機(jī)械手運(yùn)用到這個(gè)領(lǐng)域中那么就會(huì)大大降低工作時(shí)間，大大提高工作效率，所以在目前的這個(gè)領(lǐng)域里，對于機(jī)械手的開放利用，是一個(gè)重大的商機(jī)，更是一個(gè)大的趨勢，因?yàn)樵谀壳暗纳a(chǎn)環(huán)境，該產(chǎn)品是必不可少的設(shè)備。所以就這點(diǎn)來說，我國要大力發(fā)展機(jī)械電子方面，這個(gè)領(lǐng)域在未來有著不可替代的作用，如果大力發(fā)展了這個(gè)專業(yè)那么我國未來的機(jī)械電子行業(yè)，各種高科技行業(yè)都會(huì)有著更有力的發(fā)展。另一方面人才是這個(gè)領(lǐng)域的核心，所以
要大力培養(yǎng)相關(guān)方面的人才才有可能讓我國在這個(gè)領(lǐng)域里越來越強(qiáng)大。并且通過發(fā)展自己的國家研究和開發(fā)，使其可成為機(jī)械行業(yè)的良好發(fā)展動(dòng)力。
對于這個(gè)設(shè)計(jì)來說，手的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，人類的手可以完成大量超凡復(fù)雜的工作，所以我們所制作的機(jī)械手也要這個(gè)方面的能力，有著超高的靈活度，那么機(jī)械手就可以完成一系列大量的工作，而且還進(jìn)一步的開發(fā)了電子機(jī)器人可以執(zhí)行許多操作。只有本發(fā)明，誰是從繁重的勞動(dòng)中逐漸的工對于人類來說無法完成或者危險(xiǎn)的工作，那么機(jī)械手是一個(gè)很好的代替。讓更多的人解放出來了，加入了許多機(jī)械電子零件的部分，不僅減少了人力，還大大縮小了工作的時(shí)間，對于一個(gè)企業(yè)來說這個(gè)方面的創(chuàng)新不僅可以節(jié)約成本還可以提高效率，真是兩全其美。我相信大部分的工廠都愿意做這件事情。因?yàn)檫@時(shí)不僅節(jié)省了時(shí)間，同時(shí)也降低了企成本。
這個(gè)主題的汽車計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用,機(jī)械和液壓原理設(shè)計(jì)的總體方案設(shè)計(jì),已經(jīng)清楚的坐標(biāo)機(jī)械手和自由形式和機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)械手手結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)手腕、手臂結(jié)構(gòu)。所以它可以執(zhí)行實(shí)際生產(chǎn)自動(dòng)上料運(yùn)動(dòng),根據(jù)滿足生產(chǎn)力的需求是機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手；手部設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；CAD
Abstract
This design is about lathe manipulator design, the application of manipulator in the daily work of production is a very broad is a kind of indispensable technology products, manipulator is a kind of imitating the structure and design of a part of a man's hand, it may, according to people in daily working to send instructions to complete a series of work, so it's very high use of very broad flexibility. At the same time, also explains the industrial robots can do people not be completed or dangerous work, such as industrial robots can replace people to do the sophisticated work, this can not only reduce
Error, can also greatly improve the work efficiency, promotes the development of society and faster, at the same time, such as some very dangerous work, such as on the lathe cutting steel plate, if let artificial operation, then will show is very dangerous, so this time let manipulator to replace the manual so will greatly reduce the risk coefficient, so the use of manipulator is indispensable. Industrial production of the use and operation of large workpieces, the artificial to operation will be very difficult, but if the program let manipulator operation workers just press the button can easily manipulator to complete a series of complex work. At the same time, for some very harsh environment, will show very if manual operation. The advantage of more realistic, has broad application prospects. Production line lathe is an inevitable trend of manufacturing industry future, if the manipulator used in this field would greatly reduce the working time, greatly improve the work efficiency, so in this area so far, for open using manipulator, is one of the major business opportunities, it is a big trend, because in the current production environment, the product is indispensable equipment. So, as such, our country should vigorously develop machinery and electronics, this area has an irreplaceable role in the future, if the developing the professional machinery and electronics industry in our country in the future, the development of various high-tech industry will have a more powerful. On the other hand talent is the core of the field, so
Should vigorously develop relevant talents is likely to make in this field in our country is getting stronger and stronger. And through the development state of their own research and development, make its can be a good development momentum of machinery industry.
For the design, the design of the hand is the key of the key, the human hand can do a lot of unusual complex work, so we made the manipulator also wants the ability, has high flexibility, then manipulator can complete a series of a lot of work, but also further development of the electronic robots can perform many operations. Only the present invention, who is gradually the heavy labor work for human could not be complete or dangerous work, the manipulator is a very good instead. Let more people to liberate, joined the many mechanical parts, electronic components not only reduce the manpower, also greatly reduces the work time, the innovation for an enterprise can not only save costs but also can improve the efficiency, is the best of both worlds. I believe that most of the factories are willing to do it. Because at this moment not only saves time, but also reduce the enterprise cost.
The theme of car the application of the computer-aided design technology, overall design of mechanical and hydraulic principle design and has clear the coordinates of the manipulator and free form and technical parameters of the manipulator. And design the clamping manipulator hand structure, structure of the wrist, arm structure. So it can perform the actual production of automatic feeding movement, according to meet the needs of productivity is the rate of movement of the manipulator.
KeyWords: manipulator; handing structure ; structure design; CAD
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章緒論
目 錄
第一章緒論 1
1.1 工業(yè)機(jī)械手概述 1
1.1.1 機(jī)械手應(yīng)用性 2
1.1.2機(jī)械手的先進(jìn)性 3
1.1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及趨勢 3
1.2設(shè)計(jì)目的 3
1.3課題內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求 4
1.4 機(jī)械手的組成和系統(tǒng)工作原理 6
第二章機(jī)械手整體設(shè)計(jì)方案論證 7
2.1上料的機(jī)械手設(shè)計(jì) 7
2.1.1 整體車床上料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和類型 7
2.1.2機(jī)械人手臂的坐標(biāo)的形式以及多個(gè)自由度 8
2.1.3手臂設(shè)計(jì)的具體選用方案 9
2.2機(jī)械人手臂腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
2.2.1機(jī)械人手臂腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 9
2.2.2設(shè)計(jì)具體采用方案 11
2.3機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12
2.3.1機(jī)械臂的設(shè)計(jì) 12
2.4機(jī)械手腕部設(shè)計(jì) 13
2.4.1機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 13
2.4.2設(shè)計(jì)具體采用方案 14
2.5機(jī)械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
2.5.1機(jī)械手末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)要求 15
2.5.2機(jī)器人夾持器的運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)方式 16
2.5.3機(jī)器人夾持器的典型結(jié)構(gòu) 16
2.5.4設(shè)計(jì)具體采用方案 18
2.6機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18
2.6.1工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 18
2.6.2工業(yè)機(jī)器人常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式 19
2.6.3設(shè)計(jì)具體采用方案 19
2.7機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20
2.7.1機(jī)器人各類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 20
2.7.2工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則 20
2.7.3機(jī)器人液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 21
2.7.4機(jī)器人電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 22
2.7.5設(shè)計(jì)具體采用方案 24
第三章機(jī)械手設(shè)計(jì)計(jì)算 25
3.1 夾持式手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 25
3.1.1 手抓部力的計(jì)算 25
3.2腕部設(shè)計(jì) 26
3.2.1腕部的設(shè)計(jì)要求 26
3.3.1臂部設(shè)計(jì)要求 27
3.3.2 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 28
3.3.3臂部升降運(yùn)動(dòng) 28
3.3.4臂部升降油缸的計(jì)算 29
第四章機(jī)械手的其他部分設(shè)置 31
4.1 緩沖定位裝置 31
第五章機(jī)械手總體方案總結(jié) 32
5.1 傳動(dòng)方案的確定 32
5.2 規(guī)格參數(shù) 32
第六章畢業(yè)設(shè)計(jì)的感想 33
參考文獻(xiàn) 34
致謝 35
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院 第一章緒論
第一章緒論
在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，自動(dòng)化新技術(shù)發(fā)展迅速。它加速機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人因科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展，現(xiàn)代的科技以更好地實(shí)現(xiàn)約束力的機(jī)械化和自動(dòng)化為目標(biāo)。機(jī)器人的應(yīng)用更加模塊化，機(jī)器人可以提供各種幫助。如果普通車床加工單元可以包括大量的生產(chǎn)模式，可以節(jié)省巨大的成本，目前的機(jī)械業(yè)所制成的機(jī)械電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，功能強(qiáng)大。目前，中國的機(jī)械應(yīng)用水平和外國機(jī)器人工程學(xué)相比，還有不小的差距。產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用也有不小差距，研究和開發(fā)機(jī)器人水平直接影響到中國的自動(dòng)化，為了提高生產(chǎn)水平，考慮到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的問題，所以，我認(rèn)為，機(jī)械手這項(xiàng)研究的設(shè)計(jì)是非常重要。
1.1 工業(yè)機(jī)械手概述
可以先討論一下機(jī)械手結(jié)構(gòu)的起源。工業(yè)的機(jī)械手最開始從美利堅(jiān)合眾國開始的。一九五四年穿西奧率先給大家說出一個(gè)概念就是機(jī)械手概念。機(jī)器人的作用可以讓人們行動(dòng)示范操作可以實(shí)現(xiàn)從模擬運(yùn)動(dòng)到記錄和回放。這就是機(jī)器人教學(xué)和再現(xiàn)。
優(yōu)點(diǎn)是可以通過編程來完成通過程序達(dá)到的預(yù)定的操作任務(wù),同時(shí)在所有者和各自優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)和性能的機(jī)器。特別是反映人類的適應(yīng)性和智慧。
可以根據(jù)使用的大小的范圍可分為兩種:通用機(jī)械手,專用機(jī)械手;根據(jù)行走的軌跡控制方式可分為連續(xù)路徑控制機(jī)械手和位置控制機(jī)械手等等。
機(jī)械手的三個(gè)部分，包括控制系統(tǒng)，一方面，體育組織。一只手的一個(gè)組成部分（或工具）是由掌握工件..和特定的大小，形狀，重量，材料和基于抓取工件的要求，有多種結(jié)構(gòu)形式，如類型，夾緊，吸附，等。任何旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的建成將使手部結(jié)構(gòu)（擺動(dòng)），運(yùn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的前進(jìn)，所以調(diào)整對象的位置和姿態(tài)，抓住。電梯和運(yùn)動(dòng)機(jī)理，縮放，旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由。因?yàn)槿魏挝矬w在空間的位置和方向被抓，共有六個(gè)自由度。該機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)是自由，更靈活的匯率操縱國，更廣泛的使用，和他的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。正常情況下，一個(gè)特殊的機(jī)器人有三個(gè)自由度。每一個(gè)自由度（自由度運(yùn)動(dòng)控制）是由機(jī)器人控制的實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)接收來自傳感器的信息反饋。穩(wěn)定的閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)的核心，由單片機(jī)和其他的微控制芯片，編程實(shí)現(xiàn)所要求的功能。
1.1.1 機(jī)械手應(yīng)用性
自動(dòng)化的程度可以提高生產(chǎn)過程中傳送機(jī)器人改進(jìn)材料的應(yīng)用中，工件裝載，和工具的變化和機(jī)械組件所需的自動(dòng)化程度。進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，以加快生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化。其次，還可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。避免人身傷害。而且，如果應(yīng)用機(jī)械手可以部分或全部完成人工的作業(yè),保證人的人們的安全,改善工人的工作條件。,人們可以在一些簡單動(dòng)作的生產(chǎn)里，一些簡單的生產(chǎn)操作里,使用機(jī)械手來代替。對于一些危險(xiǎn)的環(huán)境，如果人工操作相對的危險(xiǎn)，那么可以使用機(jī)械手來操作 。
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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章緒論
1.1.2機(jī)械手的先進(jìn)性
來看一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力還有他的科學(xué)技術(shù)水平，就是看一個(gè)國家的機(jī)械發(fā)展水平。因此,所有國家發(fā)展機(jī)械行業(yè)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。人類不能單獨(dú)將連接這些不連續(xù)的生產(chǎn)過程很好的鏈接到一起這樣會(huì)很費(fèi)時(shí)并且人類再也不能忍受一個(gè)個(gè)很復(fù)雜的工作。機(jī)械手的使用很好的解決這種情況,不僅降低了作業(yè)的錯(cuò)誤度,還進(jìn)一步減少了人員傷亡。工業(yè)機(jī)器人是一種新技術(shù)，在現(xiàn)代自動(dòng)控制領(lǐng)域，是現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，要大力的發(fā)展。隨著這種新技術(shù)的飛速發(fā)展，甚至是一些重復(fù)的動(dòng)作更精確的操縱也可以達(dá)到高精度。如果機(jī)器人的操作出現(xiàn)了錯(cuò)誤。那么就可以從程序里找出原因。
1.1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及趨勢
作為最早的工業(yè)機(jī)器人,也是第一個(gè)現(xiàn)代機(jī)器人。它取代了人可以勝任任何工作，讓其在機(jī)械、冶金、電子、輕工和原子能等方面有了更好的發(fā)展。在未來發(fā)展的機(jī)械手主要是以下兩個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新:1．實(shí)現(xiàn)高精度。2．機(jī)械模塊化，讓其擁有更高的靈活度。
1.2設(shè)計(jì)目的
窗體頂端
畢業(yè)學(xué)生把這個(gè)做為畢業(yè)設(shè)計(jì)，這本身就是個(gè)一個(gè)極為重要的最終實(shí)踐教學(xué)。其基本理論作為學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識和基本技能，以解決在專業(yè)領(lǐng)域的工程問題，并進(jìn)行了基礎(chǔ)和專業(yè)訓(xùn)練。為學(xué)生開展今后的工作提供了更好的機(jī)會(huì)，讓其更好地參與今后的工作。
1.3課題內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求
（一）原始數(shù)據(jù)及資料
（1）原始數(shù)據(jù)：
A生產(chǎn)綱領(lǐng)： 100000件
B自由度 （四個(gè)自由度）
手部轉(zhuǎn)動(dòng)90o
臂伸長（收縮）500mm
臂轉(zhuǎn)動(dòng) 180o
臂上下運(yùn)動(dòng)600mm
（2）設(shè)計(jì)要求：
A上料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖、各主要零件圖（1套）
B設(shè)計(jì)的計(jì)算說明書（1份）
（3）技術(shù)上要求
主要參數(shù)和確定：
A坐標(biāo)形式： 直角坐標(biāo)系
B臂的運(yùn)動(dòng)行程： 伸縮運(yùn)動(dòng)500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)180o
C運(yùn)動(dòng)速度： 使生產(chǎn)率滿足；生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可
D控制方式：初始起止設(shè)定位置
E定位精度： ±3毫米
F手指握力： 60千克
G驅(qū)動(dòng)方式： 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
（二）分析料槽形式及動(dòng)作要求
（1）料槽的形式
窗體頂端
工作的形狀是一小部分的轉(zhuǎn)子。因此，零件的這種形狀是用來更好的活動(dòng)。例如，如圖1機(jī)械手的安裝簡易圖所示。該裝置結(jié)構(gòu)簡單。
圖1 機(jī)械手安裝簡易圖
（2）動(dòng)作要求的分析
動(dòng)作：
1手臂伸長（小段距離）至料區(qū)
2手爪夾緊
3手臂上升
4手腕旋轉(zhuǎn)
5手臂旋轉(zhuǎn)（對準(zhǔn)車床卡料區(qū)）
6小臂伸長（至車床卡料區(qū)）
7機(jī)座移動(dòng)（棒料送入卡盤）
8手部松開
9小臂縮回
10手腕回轉(zhuǎn)
11機(jī)座移回
12手臂回轉(zhuǎn)
13手臂下降
1.4 機(jī)械手的組成和系統(tǒng)工作原理
工作原理框圖（機(jī)械手的系統(tǒng)）
如圖2所示：
圖2 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章機(jī)械手整體設(shè)計(jì)方案論證
第二章機(jī)械手整體設(shè)計(jì)方案論證
2.1上料的機(jī)械手設(shè)計(jì)
2.1.1 整體車床上料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和類型
例如以下的幾種結(jié)構(gòu)
1.“直角坐標(biāo)”機(jī)器手臂的結(jié)構(gòu)
三個(gè)相互垂直的線性運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)笛卡爾機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)。 然而，該空間為相對來說是很小的。。
圖3 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)類型
圖4 機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)形式
2.1.2機(jī)械人手臂的坐標(biāo)的形式以及多個(gè)自由度
按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式（圖4）、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于車床上了機(jī)械手在上料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（圖5），因此，采用圓柱坐標(biāo)式相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度。
圖5 機(jī)械手直角坐標(biāo)系
2.1.3手臂設(shè)計(jì)的具體選用方案
對于機(jī)械手的基本要求是可以快速的進(jìn)行作業(yè)，這就要求它要有更高的精度，并且有足夠的靈活度，有大量的工作空間，有一定的剛度和強(qiáng)度。而且可以輕松的編寫程序來寫出程序來控制機(jī)械手。
圖6 通用車床上料機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)
2.2機(jī)械人手臂腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)械手對于各個(gè)部分和位置都進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)以及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.2.1機(jī)械人手臂腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
1后座有一個(gè)足夠大固定結(jié)構(gòu)，以保證機(jī)器人在工作時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2后座承擔(dān)全部重量和負(fù)載，因此，與基體的軸承結(jié)構(gòu)和腰部具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以確保它的承載能力。
3機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)接頭，對機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和操作的準(zhǔn)確性的影響最大，因此，要特別注意對這個(gè)部位進(jìn)行更加精密的設(shè)計(jì)。
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2.2.2設(shè)計(jì)具體采用方案
通過擺動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)，目前的趨勢是使用這個(gè)。由于其精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，并且由電氣控制，無需設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)等輔助設(shè)備?？紤]第一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭,腰座是影響機(jī)器人操作的最大因素，并且這個(gè)部位采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一般不能直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),考慮到特定需求的速度和轉(zhuǎn)矩,采用大型齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。
圖7 腰座具體結(jié)構(gòu)
2.3機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
根據(jù)工件的要求，機(jī)械手有三個(gè)自由度。臂和運(yùn)動(dòng)的向下轉(zhuǎn)動(dòng)通過柱實(shí)現(xiàn)，該動(dòng)作是一個(gè)橫臂橫向運(yùn)動(dòng)，由油缸運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。
2.3.1機(jī)械臂的設(shè)計(jì)
要求機(jī)械手在一定載荷要以以一定的速度，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的動(dòng)作。在機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)中，要考慮到下面的原則;
1手臂應(yīng)盡可能平行于關(guān)節(jié)軸，這樣我們就可以做反向運(yùn)動(dòng)，簡化操作，有助于控制機(jī)器人。
2整個(gè)零件的尺寸應(yīng)滿足工作條件的要求。工作空間大小和機(jī)械臂關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)范圍的形狀和尺寸的長度有密切的關(guān)系。
3為了提高速度和運(yùn)動(dòng)控制精度機(jī)械臂應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，所以可以采用一些高硬度的材料。
4 手臂要有一定的靈活度，因?yàn)樵谧ト×慵r(shí)，手要有一定的靈活度，才會(huì)更好的去按照程序進(jìn)行工作。
2.4機(jī)械手腕部設(shè)計(jì)
縱臂運(yùn)動(dòng)和提升水平（低）伸縮運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)。考慮到重量的因數(shù)，考慮到30千克加工質(zhì)量，同時(shí)，考慮到動(dòng)態(tài)性能和機(jī)器人動(dòng)作的穩(wěn)定性，安全性，所以對對臂硬度有了更高的要求。與此同時(shí)，臂的驅(qū)動(dòng)選擇液壓傳動(dòng)因?yàn)橐簤合到y(tǒng)可以提供大量的驅(qū)動(dòng)力，因此，電力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是相對容易實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和剛性。
同時(shí)，控制和具體工作要求，臂結(jié)構(gòu)不能太長，如果只增剛度，不能滿足系統(tǒng)剛度的要求。因此，附加的設(shè)計(jì)為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，前臂加入兩個(gè)導(dǎo)桿，桿一起形成恒截面的等邊三角形，試圖以增加其剛性，臂可添加四個(gè)導(dǎo)桿，該正方形布局，減少使用中空導(dǎo)桿的素質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過將引導(dǎo)桿，可顯著改善剛性和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，更好的結(jié)構(gòu)解決了這個(gè)問題。
機(jī)器人的手臂運(yùn)動(dòng)，給出了機(jī)器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置，而安裝在機(jī)器人手臂末端的手腕，則給出了機(jī)器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。機(jī)器人手腕是機(jī)器人操作機(jī)的最末端，它與機(jī)器人手臂配合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安裝在手腕上的末端執(zhí)行器的空間運(yùn)動(dòng)軌跡與運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，完成所需要的作業(yè)動(dòng)作。
2.4.1機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求
1機(jī)器人手腕安裝在機(jī)器人手臂,在設(shè)計(jì)機(jī)器人的手腕時(shí),應(yīng)該努力減少其重量和體積,結(jié)構(gòu)緊湊。為了減少機(jī)器人手腕的重量,手腕機(jī)構(gòu)的分離運(yùn)用驅(qū)動(dòng)。一般安裝在手臂、手腕驅(qū)動(dòng)不使用直接驅(qū)動(dòng),并選擇高強(qiáng)度鋁合金制造。
2機(jī)器人手腕要與末端執(zhí)行器相聯(lián)，因此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸。
3機(jī)器人的手腕機(jī)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證力與運(yùn)動(dòng)的傳遞。
4要設(shè)有可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度。
2.4.2設(shè)計(jì)具體采用方案
通過數(shù)控機(jī)床的裝載作業(yè)的詳細(xì)分析，并考慮到數(shù)控機(jī)床的特定形式的具體要求和機(jī)器人裝載操作，會(huì)議系統(tǒng)技術(shù)的需求，以提高安全性和可靠性的前提下，那么機(jī)器人手結(jié)構(gòu)盡可能地簡單，減少控制的難度，這樣的設(shè)計(jì)不會(huì)增加手腕的自由度,實(shí)踐證明它是完全可以滿足的要求，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器下運(yùn)動(dòng)。特定的手指結(jié)構(gòu)如圖
所示。
圖8 車床上料機(jī)械手手指
2.5機(jī)械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.5.1機(jī)械手末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)要求
機(jī)器人末端執(zhí)行器被連接到用于特定的操作或任務(wù)的安裝機(jī)器人的腕部裝置。一種機(jī)器人末端執(zhí)行器很多，以適應(yīng)不同的工作要求和操作機(jī)器人。端可以分為運(yùn)輸，處理和測量等。上面的運(yùn)輸，是指被用來抓取或吸附對象處理各種方式操作。 加工時(shí)用末端執(zhí)行器是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銑刀等加工工具的機(jī)器人附加裝置，用來進(jìn)行相應(yīng)的加工作業(yè)。
在設(shè)計(jì)機(jī)器人末端執(zhí)行器時(shí)，應(yīng)注意以下問題；
1.機(jī)器人末端執(zhí)行器是根據(jù)作業(yè)機(jī)器人的要求而設(shè)計(jì)的。我們可以添加一個(gè)新的機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，根據(jù)需要和想像來創(chuàng)造新的機(jī)器人末端執(zhí)行器，我們將繼續(xù)擴(kuò)大機(jī)器人手臂的應(yīng)用。
2.重量末端執(zhí)行器，機(jī)器人端的要求EFFECTOR體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。
3.機(jī)器人末端執(zhí)行器的普遍性和特殊性是相互的。結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，甚至難以實(shí)現(xiàn)，例如，普遍的人形機(jī)器手，還沒有實(shí)用。目前，可用于生產(chǎn)是那些結(jié)構(gòu)簡單機(jī)器人手。從產(chǎn)業(yè)實(shí)踐中，我們應(yīng)該注重各種專用，高效的機(jī)械手的發(fā)展，再加上快速更換終端設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)多種作業(yè)功能，而不是制造出一種專用的機(jī)械手，這樣會(huì)提高成本。
4.多功能性和普遍性是兩個(gè)概念，普遍是指一機(jī)多能，和有限的多功能裝置的末端執(zhí)行器，適用于不同的機(jī)器人，這需要端部執(zhí)行器具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口（例如凸緣），端部執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和積木。
5.機(jī)器人手臂，方便安裝和維護(hù)，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。電腦控制的最方便的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，主流工業(yè)機(jī)器人致動(dòng)器是電動(dòng)，接著液壓和氣動(dòng)。
2.5.2機(jī)器人夾持器的運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)方式
該機(jī)器人抓取和夾持器的機(jī)器。一般工業(yè)機(jī)械爪，爪。根據(jù)手指的運(yùn)動(dòng),可以分為運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)換類型,根據(jù)夾緊方式,外夾式和內(nèi)型兩種。
機(jī)器人夾持(爪子)有三個(gè)主要類型的駕駛方式
1。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式是使用電磁閥來控制的運(yùn)動(dòng)方向爪,與空氣調(diào)節(jié)器調(diào)整速度。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),價(jià)格低所以氣動(dòng)夾具是在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。此外,由于氣體的可壓縮性,迅速開始爪抓住運(yùn)動(dòng)具有一定的靈活性,這是把握行動(dòng)是必要的。
2。電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)爪更廣泛的應(yīng)用。爪，一般的直流伺服或步進(jìn)電機(jī)，減速機(jī),需要足夠的動(dòng)力和力矩。
3。液壓傳動(dòng)傳動(dòng)剛度大的液壓傳動(dòng)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的位置控制。
2.5.3機(jī)器人夾持器的典型結(jié)構(gòu)
1。楔塊杠桿式手爪
使用楔和杠桿實(shí)現(xiàn)爪抓取工件。
2。槽式夾具
當(dāng)活塞向前，推針夾緊槽合并，從而產(chǎn)生夾緊作用和夾緊力，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)，夾爪松脫。鉗子打開和關(guān)閉行程大,適應(yīng)不同大小的現(xiàn)象。
3。連桿杠桿爪子
在推力活塞時(shí)，連桿和桿夾（放松）的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)電動(dòng)控制桿可能會(huì)產(chǎn)生更大的夾緊力。通常與溫度有關(guān)。
4。齒輪齒條式爪
鉗子的活塞移動(dòng)架、機(jī)架和齒輪旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生夾緊和放松的行為。
5。平行夾桿
在平行四邊形機(jī)構(gòu)，以確保這兩個(gè)手指爪可以平行運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)軌平行移動(dòng)的摩擦要小得多。
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2.5.4設(shè)計(jì)具體采用方案
結(jié)合具體情況,設(shè)計(jì)采用連桿杠桿式的手爪。本設(shè)計(jì)根據(jù)工件的直徑是80 - 130毫米。夾具的具體結(jié)構(gòu)如圖9所示:
圖9 手爪的具體結(jié)構(gòu)
2.6機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.6.1工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題
機(jī)器人是一個(gè)多層次的聯(lián)系和關(guān)節(jié)空間自由移動(dòng)機(jī)構(gòu)。除了直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，該機(jī)器人是每個(gè)零件，每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)由一個(gè)由各種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。使用機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和一般的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是類似的。常見的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括螺旋齒輪，齒輪，皮帶驅(qū)動(dòng)，高速帶，等等。由于驅(qū)動(dòng)構(gòu)件直接影響的機(jī)器人，穩(wěn)定和快速反應(yīng)能力的準(zhǔn)確性，因此選擇比較準(zhǔn)確的驅(qū)動(dòng)是十分重要的。
在設(shè)計(jì)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)要注意以下問題：
1。為了提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度,要求每個(gè)機(jī)器人移動(dòng)部件輕。因此，機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小。
2采用傳動(dòng)鏈和運(yùn)動(dòng)副間隙的調(diào)整機(jī)制,以減少造成的運(yùn)動(dòng)誤差。
3。傳動(dòng)部件靜摩擦力應(yīng)該盡可能小,動(dòng)態(tài)摩擦應(yīng)該盡可能小,要求高精度的。因此，傳動(dòng)部件要與低摩擦導(dǎo)向軸承組件，諸如滾珠絲杠，滾動(dòng)導(dǎo)軌軸承。
4。縮短傳動(dòng)鏈,提高軸承剛度;基于扭矩大,寬調(diào)速的直流或交流伺服電機(jī)直接連接螺母副,以減少中間傳導(dǎo)機(jī)制;螺桿的軸承設(shè)計(jì)或與兩端的軸向預(yù)加載軸承預(yù)拉伸結(jié)構(gòu),等等。
5。選擇最佳的傳動(dòng)比,提高系統(tǒng)分辨率,減少相當(dāng)于組件的輸出軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,盡可能提高加速度的能力。
2.6.2工業(yè)機(jī)器人常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式
1.齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
機(jī)器人系統(tǒng)中齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)一般在機(jī)器人中常用的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。
2.6.3設(shè)計(jì)具體采用方案
具體到本設(shè)計(jì)中，因?yàn)槭褂昧藱C(jī)器人臂在水平方向和垂直液壓缸中，由于液壓缸直接驅(qū)動(dòng)。因此，沒有中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它簡化了結(jié)構(gòu)，提高了精度。腰部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須用來減緩并增加扭矩。通過分析和比較，選擇圓柱齒輪，以確保高精確度，盡可能減小齒輪傳動(dòng)誤差，而大大提高了轉(zhuǎn)矩，同時(shí)降低電機(jī)的速度，保持流暢的機(jī)器人的移動(dòng)，良好的動(dòng)態(tài)性能。所以要使用高強(qiáng)度材料的齒輪。
2.7機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.7.1機(jī)器人各類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)
1.液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，它具有功率大，響應(yīng)速度快，直接驅(qū)動(dòng)等容易實(shí)現(xiàn)的功能。適用于高負(fù)載能力，大慣量的工作和火災(zāi)和爆炸的環(huán)境中工作使用。然而，在液壓系統(tǒng)需要的能量轉(zhuǎn)換（電能被轉(zhuǎn)換成液壓能），在利用油門速度大多數(shù)情況下的速度控制，效率比電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高，液壓系統(tǒng)對環(huán)境的污染高，工作噪音較高。
2.氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
速度快，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，價(jià)格低廉。適用于小負(fù)載的工作環(huán)境。但是，因?yàn)樗请y以實(shí)現(xiàn)伺服控制，所以不經(jīng)常使用。
2.7.2工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則
機(jī)器人設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的選擇，根據(jù)該機(jī)器人工作的要求，性能規(guī)格，機(jī)器人控制的難易程度，機(jī)器人的維護(hù)和操作，節(jié)約成本的因素。請注意，對上述因素，對于各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)其合理性，可行性，經(jīng)濟(jì)性和可靠性要進(jìn)行考慮，最終選擇合適的系統(tǒng)。在正常情況下:
1。過程控制機(jī)器人，重型液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，介質(zhì)負(fù)載可選電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輕載可選氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。沖壓機(jī)械手采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)..
2。點(diǎn)焊，弧焊和噴涂機(jī)器人，需要指向和路徑控制功能，需要使用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。僅使用液壓或電動(dòng)伺服系統(tǒng)無法滿足要求。重負(fù)載的工件，可以選擇液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
2.7.3機(jī)器人液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)自1962年以來,世界上第一個(gè)機(jī)器人應(yīng)用到現(xiàn)在,已廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人。目前，雖然在很多媒體，工業(yè)機(jī)器人加載電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已有很大的比重，但是液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)十分的方便，成本低，其仍然是必不可少的一個(gè)系統(tǒng)。機(jī)器人的作用為被控制的電動(dòng)液壓系統(tǒng)將元件信號放大，液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)，位置和速度控制都由程序來控制，運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)作基于給定的機(jī)械手臂。液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)，在大多數(shù)情況下使用液壓缸或線性振動(dòng)電機(jī)，幾個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)。在工業(yè)機(jī)器人，小功率，采用速度油門轉(zhuǎn)速液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)的有高功率容量。油門控制系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)特性，但效率不高。速度控制系統(tǒng)的前量，但高效率的動(dòng)態(tài)特性。機(jī)器人液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為兩大類，項(xiàng)目控制和伺服控制。
1.程序控制機(jī)器人的液壓系統(tǒng)
（1）液壓缸設(shè)計(jì)：在密封保證的前提下，盡量使用橡膠和塑料密封結(jié)合，以減少摩擦，提高液壓缸的使用壽命。
（2）緩沖液和制動(dòng)錨點(diǎn)：因?yàn)闄C(jī)器人臂慣性比較大，所以增加緩沖墊和制動(dòng)機(jī)構(gòu)或鎖定裝置。
（3）大量的軸的運(yùn)動(dòng)的液壓缸的兩側(cè)優(yōu)選安置它的安全保護(hù)電路，防止過載而碰撞損壞機(jī)械結(jié)構(gòu)。
（4）蓄能器應(yīng)加入液壓壓力源。
2.伺服控制機(jī)器人的液壓系統(tǒng)
位置控制和工業(yè)機(jī)器人連續(xù)軌跡控制功能，需要電子--液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其電-液轉(zhuǎn)換和功率放大元件有電-液伺服閥，電-液比例閥，電-液脈沖閥等。電-液伺服動(dòng)力機(jī)構(gòu)由上面各種閥件和液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)組成。
2.7.4機(jī)器人電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
機(jī)器人壓縮空氣為動(dòng)力源，如各類機(jī)器人和伺服馬達(dá)和伺服驅(qū)動(dòng)器的快速發(fā)展，為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更新創(chuàng)造條件。由于高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大扭矩、低慣性的交流和直流電機(jī)的應(yīng)用，機(jī)器人的動(dòng)力問題得到解決,所以一般來說,重量在100公斤的工業(yè)機(jī)器人的使用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
1.機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選擇
根據(jù)機(jī)器人目的，用途，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇更加多樣化，結(jié)合各種馬達(dá)，性能，結(jié)構(gòu)特征和具有成本效益的要綜合考慮。根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軸電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，減速機(jī)，負(fù)載特性的要求來計(jì)算，選擇額定功率等參數(shù)，根據(jù)其主要特點(diǎn)和性能，在選擇合適的電機(jī)。
表1 各類驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn)
名稱
主要特點(diǎn)及性能
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
用途及使用范圍
驅(qū)動(dòng)器
慣量直流永磁伺服電動(dòng)機(jī)
電機(jī)的慣量小，理論加速度大，快速反應(yīng)是好的，和良好的低轉(zhuǎn)速，速度比可達(dá)1：10E4范圍內(nèi)，但不低的輸出扭矩
轉(zhuǎn)子直徑小，慣量小
適用于快速和苛刻的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不大的場合
可控硅直流PWM伺服驅(qū)動(dòng)變壓器驅(qū)動(dòng)器
有刷繞組永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，快速響應(yīng)性能好；轉(zhuǎn)子無鐵損，效率高；換向性能好，壽命長；負(fù)載波動(dòng)對轉(zhuǎn)速影響小，輸出力矩平穩(wěn)。
無鐵心，具有軸向平面間隙
可頻繁起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)工作，響應(yīng)迅速，適用于機(jī)器人，數(shù)控等
直流PWM伺服驅(qū)動(dòng)器，SCR變壓驅(qū)動(dòng)器
大慣量永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)
輸出力矩大，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，機(jī)械特性硬度大，可以長時(shí)間工作在堵轉(zhuǎn)條件下
又稱力矩電機(jī)，其轉(zhuǎn)子較粗
適用于驅(qū)動(dòng)力矩較大的場合，因可不用齒輪傳動(dòng)，消除了齒輪間隙
直流PWM伺服驅(qū)動(dòng)器，SCR變壓驅(qū)動(dòng)器
表2 各類驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn)
反應(yīng)步進(jìn)電 機(jī)
電脈沖信號直接進(jìn)入角，所述角是成正比的脈沖數(shù)，輸出力矩大
電機(jī)轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)租，由永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁極
作為用于數(shù)字系統(tǒng)的致動(dòng)器，如數(shù)控機(jī)床，機(jī)器人;開環(huán)控制
直流PWM伺服驅(qū)動(dòng)器SCR變壓驅(qū)動(dòng)器
同步交流伺服電動(dòng)機(jī)
定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場的速度建立了嚴(yán)格的同步;從低到高轉(zhuǎn)速，高電流通過定子繞組，所以起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不減小，可頻繁起動(dòng)和制動(dòng)
由永久磁鐵轉(zhuǎn)子，定子具有三相，轉(zhuǎn)子相對較小，
主要用于中小容量的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如數(shù)控，機(jī)器人和其他系統(tǒng)
交流PWM變頻調(diào)速器
異步交流伺服電動(dòng)機(jī)
速度總是比旋轉(zhuǎn)磁場由定子繞組產(chǎn)生，機(jī)構(gòu)簡單，高容量，低價(jià)格低
定子由對稱三相繞組組成，
用于數(shù)控機(jī)床主軸等容量大的場合
交流PWM變頻調(diào)速器
2.機(jī)器人電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)器
（1）直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器
直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流和脈沖寬度調(diào)制伺服驅(qū)動(dòng)程序。電源電壓是固定值,功率晶體管作為開關(guān)元件,以固定開關(guān)頻率的動(dòng)作,但脈沖寬度可以改變控制電路,改變脈沖寬度可以改變平均在電動(dòng)機(jī)的電樞電壓,從而改變電機(jī)的速度。
（2）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
步進(jìn)電機(jī)控制裝置包括：一個(gè)脈沖發(fā)生器，環(huán)形分配器，功率放大器。
2.7.5設(shè)計(jì)具體采用方案
特定于該設(shè)計(jì),具體工作要求的分析之后。機(jī)械手腰部需要步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了一定精度的定位控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ，可以有效對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。同時(shí)機(jī)械手的腰部運(yùn)動(dòng)要靠一定的定位控制精度，所以要選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章機(jī)械手設(shè)計(jì)計(jì)算
第三章機(jī)械手設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 夾持式手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1 手抓部力的計(jì)算
1．夾緊力的計(jì)算
夾緊力
KG …………………………………………………（3-1）
式中：
——安全系數(shù)一般取1.2~2；
——?jiǎng)討B(tài)負(fù)載系數(shù)，主要考慮的沖擊慣性力。
——方位系數(shù)；
——被抓取工件的重量60kg。
根據(jù)本次所設(shè)計(jì)的手爪結(jié)構(gòu)
=1.5，
……………………………………………… （3-2）
……………………………（3-3）
所以N==2.56KN
……………（3-4）
取η=0.87，η為機(jī)械傳動(dòng)效率，由摩擦等因素產(chǎn)生。
…………………………………………（3-5）
3.2腕部設(shè)計(jì)
手和胳膊的手腕是連接組件,它有獨(dú)立的自由度,機(jī)械手,以滿足需求的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。手腕運(yùn)動(dòng)在X軸運(yùn)動(dòng)稱為旋轉(zhuǎn);在Y軸運(yùn)動(dòng)稱為球場;在Z軸運(yùn)動(dòng)稱為搖擺;也可以有一個(gè)自由度沿Y方向移動(dòng)。
3.2.1腕部的設(shè)計(jì)要求
1．腕部自由度的選取
2．腕部的動(dòng)作要靈活、自重要輕
圖10 手腕回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)圖
圖11 手腕回轉(zhuǎn)油缸截面圖
3.3.1臂部設(shè)計(jì)要求
臂設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)第一次要求,為了實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作需要滿足以下幾個(gè)要求。
表3 幾種常用梁的慣性矩比較（以一種截面為例）
名稱
截 面 形 狀
截 面 積
每米重量
慣性矩
為圓鋼的幾倍
圓鋼
F=28.9
（D=6）
G=22.19
J=63.6
鋼管
F=28.3
（D=6）
（d=8）
G=22.19
J=284.5
≈4.5
工字鋼
F=28.3
（16號斷面）
G=20.5
（）
≈18
≈(1.5)
槽鋼
（20號斷面）
G=22.63
()
≈(28)
≈2
3.3.2 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
手臂運(yùn)動(dòng),除了前后伸縮運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手的設(shè)計(jì),它的設(shè)計(jì)將是一個(gè)單一的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。有些機(jī)器人,而不是一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),而是相結(jié)合的復(fù)合運(yùn)動(dòng)?？梢杂幸韵鲁绦騺硗瓿梢粋€(gè)個(gè)單一的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
3.3.3臂部升降運(yùn)動(dòng)
一些機(jī)械手的升降行程比較大，需設(shè)計(jì)立柱式結(jié)構(gòu)，支撐升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其輪廓尺寸相對比較大。
圖14 升降機(jī)構(gòu)設(shè)在機(jī)座上方
c .可伸縮的提升機(jī)制
這個(gè)平臺的組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)機(jī)器形式高度可以降低高度是機(jī)器人臂的高度，轉(zhuǎn)動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以更小，不需要額外的指導(dǎo)支持，結(jié)構(gòu)緊湊，提高的旅程。
d .線性缸升降結(jié)構(gòu)
起重機(jī)械手臂的機(jī)制設(shè)計(jì)也直接使用,其結(jié)構(gòu)如圖15所示,導(dǎo)套,導(dǎo)性能好,剛度大,工作穩(wěn)定,球鉸鏈的活塞桿和導(dǎo)向套時(shí),活塞桿的傾斜荷載撓度。
圖15 機(jī)械手的升降液壓缸結(jié)構(gòu)圖
3.3.4臂部升降油缸的計(jì)算
（1）液壓缸主要參數(shù)的確定
液壓缸的工作壓力為p=2.94Mpa，推力F=24000N
——液壓缸的機(jī)械效率，一般取=0.95
，
經(jīng)計(jì)算>7.5
（2）活塞桿直徑計(jì)算
（3）液壓缸的流量計(jì)算
中部位置檢測裝置是利用機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制的位置，或檢測設(shè)備，由控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)器人的位置。如反饋控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)整的位置控制系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)停止在規(guī)定的位置,為了確保機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的定位精度。引用一個(gè)應(yīng)用電液比例反饋控制。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章機(jī)械手的其他部分設(shè)置
第四章機(jī)械手的其他部分設(shè)置
4.1 緩沖定位裝置
專用機(jī)械手的緩沖常用的方法,一個(gè)簡單的通用機(jī)械手大致可以分為內(nèi)部和外部兩種緩沖緩沖區(qū)。鏈接在緩沖緩沖驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),例如設(shè)置緩沖電路,緩沖組件在石油、油缸設(shè)置緩沖機(jī)制。大部分的液壓機(jī)械手使用方法的內(nèi)部緩沖區(qū)。緩沖區(qū)以外的傳動(dòng)系統(tǒng),建立緩沖區(qū)的器官,如液壓緩沖。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手將空氣壓縮,速度穩(wěn)定,大多數(shù)采用緩沖的方法的特點(diǎn)。
圖17 可調(diào)式油缸端部緩沖機(jī)構(gòu)
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章機(jī)械手總體方案總結(jié)
第五章機(jī)械手總體方案總結(jié)
5.1 傳動(dòng)方案的確定
考慮到小圓柱坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)區(qū)和大范圍的特點(diǎn)，決定采用圓柱坐標(biāo)類型。機(jī)器人抓取工件外圓條，由于桿具有固定的長度，轉(zhuǎn)向要有一定的要求，它應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)器人腕部90度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人將需要解除臂，拉伸，旋轉(zhuǎn)，手腕旋轉(zhuǎn)和平移四個(gè)自由度，以滿足該材料的操作要求。
5.2 規(guī)格參數(shù)
自由度
范圍
速度
停止位置數(shù)
手臂伸縮
500毫米
200毫米/秒
2
手臂回轉(zhuǎn)
180度
30度/秒
2
手臂升降
600毫米
150毫米/秒
2
手腕回轉(zhuǎn)
90度
45度/秒
2
機(jī)座平移
400毫米
150毫米/秒
2
夾持范圍 Φ90-120毫米
坐標(biāo)形式 圓柱坐標(biāo)
驅(qū)動(dòng)源 液壓驅(qū)動(dòng)
控制方式 程序控制
定位方式 形成開關(guān)
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第六章畢業(yè)設(shè)計(jì)的感想
第六章畢業(yè)設(shè)計(jì)的感想
將近一個(gè)季度的畢業(yè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼間已經(jīng)到了掃尾階段，在這小半年的的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過程中，我取得了前所未有的長足進(jìn)步，這都要?dú)w功于這一階段幫助過我的老師和同學(xué)。
我所選的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也就是機(jī)械手的設(shè)計(jì)這個(gè)課題，是我以前從來沒有涉及過的。我覺得他完全是一個(gè)陌生者，但如今經(jīng)過指導(dǎo)老師的全力幫助以及對參考資料的翻閱和了解，我覺得已經(jīng)對機(jī)械手有了一定層次的了解。
作為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，機(jī)械自動(dòng)化它有著廣袤的市場前景，他需要廣大工程師著力研究。
機(jī)械手可以模仿人體上肢所能做出的一些動(dòng)作，因此要有一定的靈敏度。固對設(shè)計(jì)的要求比較高。我通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，大大的加強(qiáng)了我分析和解決問題的能力，擴(kuò)寬和深化了學(xué)習(xí)過的知識面，更加熟練掌握了設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法，也培養(yǎng)了我們正確使用國家標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)身材料、圖冊等工具書的能力。
畢業(yè)設(shè)計(jì)就是在模擬未來的工作。我通過這次設(shè)計(jì)，對于即將到來的未來，以及將要從事的工作都充滿了信心！
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝
致謝
此論文文章由我尊敬的侯志敏老師的悉心指導(dǎo)，經(jīng)歷過長時(shí)間刪改完成的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我收益頗豐。我覺得四年來最應(yīng)該感謝的也是我們的專業(yè)老師——侯老師，我代表我們機(jī)械系11級全體學(xué)生對侯老師致以崇高的敬意!在此課題的研究以及開發(fā)的時(shí)段，我得到了候老師的全力支持和大力幫助，同時(shí)為我提供了許多支持佐證還有專業(yè)的資料，我也是非常感謝他們對于我的幫助。四年的學(xué)習(xí)生活即將告于段落，我很感謝父母的資助與培養(yǎng)，也感謝老師和同學(xué)的鼓勵(lì)與幫助。
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