自動(dòng)化生產(chǎn)線六工位機(jī)械手的設(shè)計(jì)【8張CAD圖紙+畢業(yè)論文+開(kāi)題報(bào)告】

自動(dòng)化生產(chǎn)線六工位機(jī)械手的設(shè)計(jì)

44頁(yè) 20000字?jǐn)?shù)+論文說(shuō)明書+8張CAD圖紙【詳情如下】

右手指尖.dwg

定位架.dwg

手指.dwg

手部總圖.dwg

支承板.dwg

支撐套.dwg

液壓緩存器裝配圖.dwg

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自動(dòng)化生產(chǎn)線六工位機(jī)械手的設(shè)計(jì)論文.doc

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu).dwg

自動(dòng)化生產(chǎn)線六工位機(jī)械手的設(shè)計(jì)

目錄

摘要 I

ABSTRACT II

第一章  緒 論 1

1.1 工業(yè)機(jī)械手 1

1.1.1工業(yè)機(jī)械手概述 1

1.1.2選題背景 1

1.1.3設(shè)計(jì)目的 2

1.2 機(jī)械手的組成和分類 3

1.2.1機(jī)械手的組成 3

1.2.2 機(jī)械手的分類 6

1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 7

1.4  課題的提出及主要任務(wù) 9

1.4.1課題的提出 9

1.4.2課題的主要任務(wù) 10

第二章  機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 11

2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度 11

2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 13

2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 13

2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 14

2.5 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 16

2.5.1機(jī)械手氣壓驅(qū)動(dòng) 17

2.5.2機(jī)械手氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 17

2.6 機(jī)械手的緩沖方案設(shè)計(jì) 19

2.7 機(jī)械手的主要參數(shù) 20

2.8 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 20

第三章  手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22

3.1夾持式手部結(jié)構(gòu) 22

3.2手指的形狀和分類 22

3.3設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 23

3.4手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 23

第四章  手臂伸縮，升降，橫移的尺寸設(shè)計(jì)與校核 28

4.1手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 28

4.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì) 28

4.1.2 尺寸校核 28

4.1.3.導(dǎo)向裝置 29

4.1.4 平衡裝置 29

4.2 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 30

4.2.1 尺寸設(shè)計(jì) 30

4.2.2 尺寸校核 30

4.3手臂橫移氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 31

4.3.1 尺寸設(shè)計(jì) 31

4.3.2 尺寸校核 31

第五章   機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33

5.1  系統(tǒng)工作原理圖 33

5.2系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制 34

第六章  結(jié)論 36

致 謝 37

參考文獻(xiàn) 38

摘要

本文簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)機(jī)械手的概念，機(jī)械手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和坐標(biāo)形式，氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，繼電器控制的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。

本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖，對(duì)氣壓系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行了研究，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量。

利用繼電器程序控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的電磁繼電器，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了繼電器程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖，并繪制了繼電器程序控制器的控制程序。

關(guān)鍵詞： 機(jī)械手，氣動(dòng)，繼電器程序控制器

ABSTRACT

At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the eler.  dray information of the development briefly . What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic.

  The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator , tells out the free-degree and the form of coordinate . At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,

  The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator , 

This paper designs the structure of  the wrist , computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.

The paper designs the structure of the arm.

  The paper designs the system of air pressure drive and draws the work principle chart , the manipulator uses to control . The paper institutes two control schemes of PLC according to the work flow of the manipulator . The paper draws out the work time sequence chart and the trapezia chart . 

KEY WORDS :   manipulator , pump , air pressure drive .

第一章  緒 論

1.1 工業(yè)機(jī)械手

1.1.1工業(yè)機(jī)械手概述

本課題是研究設(shè)計(jì)一種在自動(dòng)化生產(chǎn)線上能實(shí)現(xiàn)組裝功能的六工位機(jī)械手。該機(jī)械手在氣缸生產(chǎn)線、汽車生產(chǎn)線等自動(dòng)化生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用。例如氣缸生產(chǎn)線組裝單元采用該機(jī)械手可以分別抓取已加工好的缸體、活塞、彈簧、缸蓋分別放到組裝工位進(jìn)行組裝，然后把組裝好的汽缸抓取放到分檢單元分類檢測(cè)。

   要求：

1. 設(shè)計(jì)合理選擇機(jī)器的驅(qū)動(dòng)裝置；

2. 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)；

3. 選擇機(jī)器人的控制方式；

4. 設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)；

工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。

1.1.2選題背景

機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。機(jī)械手越來(lái)越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個(gè)重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時(shí)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對(duì)路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。而目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。

1.1.3設(shè)計(jì)目的

本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，完成一個(gè)特定功能、特殊要求的多工位自動(dòng)化生產(chǎn)線上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動(dòng)手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

目前，在國(guó)內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上多工位自動(dòng)化生產(chǎn)線裝卸工件仍由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化大生產(chǎn),針對(duì)具體生產(chǎn)工藝,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計(jì)用一臺(tái)裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來(lái)越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。

各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速.凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速.這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果尚好。如手臂伸縮氣缸在搜近氣缸處安裝兩個(gè)快速排氣閥，可加快起動(dòng)速度.也可調(diào)節(jié)全程上的速度。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降.其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁潤(rùn)排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來(lái)完成。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來(lái)調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。

    為簡(jiǎn)化氣路，減少電磁閱的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器，這樣可以省去電磁閥和切換竹流悶或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。

電磁閥的通徑.是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計(jì)算出所需壓縮空氣流最.與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來(lái)確定的。

5.2氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制

在使用AutoCAD繪制氣動(dòng)原理圖的時(shí)候.我們經(jīng)常需要大量使用泵、閥等符號(hào)。例如.在本機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖中，頻繁使用了氣缸、二位五通換向闊等元件。在下面的過(guò)載保護(hù)回路中使用了氣缸、二位四通換向閥、順序閥、二位三通換向閥等元件。作為通用軟件，AutoCAD未提供這些符號(hào)。若每次繪圖時(shí)都重復(fù)繪制，非常麻煩，效率很低，即使采用塊插入，也難以做到統(tǒng)一、規(guī)范。因此，我們?cè)贏utoCAD菜單攔中添加“氣動(dòng)符號(hào)”菜單，以油足氣動(dòng)原理圖繪制中對(duì)專用符號(hào)的需求。

第六章  結(jié)論

1、本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)專用機(jī)械手，相對(duì)于通用機(jī)械手，專用機(jī)械手的自由度不可變，控制程序不可調(diào)，因此只能在專屬的設(shè)備上使用。

2、采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。

不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會(huì)污染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。

3、通過(guò)對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度，節(jié)省了大量時(shí)間和避免了不必要的重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。

4、機(jī)械手采用繼電器程序控制，具有可靠性高、改變較方便等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是進(jìn)行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)

致 謝

歷時(shí)近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成，在這這段時(shí)間里，我運(yùn)用大學(xué)四年的專業(yè)知識(shí)比較成功的完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中通過(guò)方案論證，理論設(shè)計(jì)計(jì)算，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，工程圖的繪制，設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，已經(jīng)使個(gè)人理論水平和實(shí)際動(dòng)手能力有了一次飛躍，鍛煉了個(gè)人在設(shè)計(jì)、分析，動(dòng)手實(shí)踐等方面的能力，同時(shí)使所學(xué)專業(yè)知識(shí)得到一次全面的鞏固和加強(qiáng)。

此次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成，我得到了很多老師、同學(xué)的關(guān)心、幫助和支持，在此本人首先向他們表示感謝。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我的指導(dǎo)老師給予很多專業(yè)方面的幫助。在設(shè)計(jì)前期的準(zhǔn)備時(shí)，張老師就非常關(guān)注我的選題，指明選題方向，幫助分析題目的可行性和實(shí)際中可能出現(xiàn)的問(wèn)題以及需要注意的事項(xiàng)；在進(jìn)行方案選擇時(shí)，為我指出所需要重點(diǎn)掌握的知識(shí)范圍，并幫助我分析相應(yīng)知識(shí)難點(diǎn)的原理，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能順利進(jìn)行。

同時(shí)，我也要感謝大學(xué)四年所有教過(guò)和沒(méi)有教過(guò)但給我很多幫助的老師，是他們的教導(dǎo)讓我能在這里學(xué)到很多的專業(yè)知識(shí)，給我以后工作和學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，是他們的諄諄教誨使我明白了更多為人處事的道理，給我今后的人生足跡烙下更深的印跡，在此我衷心地感謝所有幫助過(guò)我的老師。此外，非常感謝許多其他同學(xué)，他們很多想法和建議對(duì)我啟發(fā)很大。在此一并致謝！

由于時(shí)間和個(gè)人知識(shí)及能力水平有限，論文中難免會(huì)有一些紕漏或錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。不勝感謝！

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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告及工作實(shí)施計(jì)劃 院 系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年級(jí) 、 班級(jí) 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 開(kāi)題報(bào)告日期 填 表 須 知 1、開(kāi)題報(bào)告由學(xué)生本人領(lǐng)取后，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下填寫此表； 2、工作實(shí)施計(jì)劃應(yīng)由指導(dǎo)教師填寫； 3、本表一式三份，一份交院（系）教務(wù)部門，一份 由教研室保存，一份裝訂到畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料袋中。 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目 自動(dòng)化生產(chǎn)線 六工位機(jī)械手的 設(shè)計(jì) 研 究 方 向 機(jī)械設(shè)計(jì) 與控制系統(tǒng) 課 題 來(lái) 源 國(guó)家 部委 省 市 廠礦 自選 備注 √ 課 題 類 型 理論 研究 應(yīng)用 研究 工程 技術(shù) 跨學(xué)科 研 究 其他 √ 一、 課題綜述及研究意義 六工位 機(jī)械手是目前在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、軍事等領(lǐng) 域都能夠見(jiàn)到它的身影。盡管他們的形態(tài)各不相同，但它們都能夠接受指令 ,精確地定位到三維（或二維）空間上的某一點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)。 六工位機(jī)械手主要完成 六 個(gè)工位的轉(zhuǎn)運(yùn)及裝配 。汽缸生產(chǎn)線組裝單元采用六工位機(jī)械手可以分別抓取已加工好的缸體、活塞、彈簧、缸蓋分別放到組裝工位進(jìn)行組裝，然后把組裝好的汽缸抓取放到分檢單元進(jìn)行分類檢測(cè)。 該機(jī)械手是一種能在自動(dòng)化生產(chǎn)線上能實(shí)現(xiàn)組裝功能的六工位機(jī)械手，在汽缸生產(chǎn)線、汽車生產(chǎn)線等自動(dòng)化生產(chǎn)線上應(yīng)用廣泛。 六工位機(jī)械手的研究意義： 六工位機(jī)械手具有智能型、通用型 ,并可模擬人的手、臂等部分動(dòng) 作的特點(diǎn) ,在裝配過(guò)程中極大地提高工作效率、產(chǎn)品的性能和質(zhì)量并節(jié)約成本。同時(shí)滿足用戶的不同使用特性和生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)批量要求 ,且交貨期短 ,適用市場(chǎng)要求的多變性 ,提高市場(chǎng)占有率 ,從而提高產(chǎn)品的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 六工位機(jī)械手 可 以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 ， 可 以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 ， 也 可以減輕人力 并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 。因此設(shè)計(jì)研究六工位機(jī)械手具有 重要 意義。 綜上所述，有效的應(yīng)用 六工位 機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的 必然趨勢(shì)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能讓我對(duì)機(jī)械手的設(shè)計(jì)步驟有一定的 了解 ，也能基本掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法 ， 綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的理論知識(shí) ， 全面復(fù)習(xí)繪圖技巧，并較好的運(yùn)用于畢業(yè)設(shè)計(jì)繪圖上。 二、課題擬采取的研究方法和技術(shù)路線 研究方法： 1、 深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，深入 學(xué)習(xí)、調(diào)查，查閱資料掌握 機(jī)械手的 設(shè)計(jì)與 控制 的有關(guān)技術(shù)資料和參數(shù) . 2、 學(xué)習(xí) 機(jī)械 設(shè)計(jì)和 液壓與氣壓傳動(dòng)及 件進(jìn)行 機(jī)械手 設(shè)計(jì)與 控制 等方面的知識(shí)，查閱有關(guān)資料和有關(guān)知識(shí)中的典型實(shí)例，依據(jù)自己在工廠中看到實(shí)際使用情況，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，對(duì)產(chǎn)品的合理設(shè)計(jì)和 控制 做出合理性的分析。 3. 收集、分析、消化原始資料。 4、 初定設(shè)計(jì)方案，選擇合理可行具有實(shí)際可操作性的設(shè) 計(jì)方案 。 5、對(duì)內(nèi)部件設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化、對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、選擇、確定。 6、 用 制 機(jī)械手 零件圖。 7、編制畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 8、準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 技術(shù)路線： 1、收集、分析原始資料 ，設(shè)計(jì)方案、確定結(jié)構(gòu) 2、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（機(jī)械設(shè)計(jì)部分） 設(shè)計(jì) 機(jī)械手 的結(jié)構(gòu) 3、 機(jī)械手 液壓 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求正確選擇液壓元件 2）合理設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng) 4、 控制單元部分（ 電氣控制采用 1）選擇所用檢測(cè)元件及所用 ）合理分配 I/O 接口 3）設(shè)計(jì) 制梯形圖 5、 序設(shè)計(jì) 6、寫畢業(yè)論文說(shuō)明書 7、檢查圖紙和說(shuō)明書的錯(cuò)誤和不足 8、 全面檢查 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 三、主要參考文獻(xiàn) [1] 王積偉主編 第二版 . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 2] 張建民 .《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 等教育出版社， 2001年 [3] 丁樹(shù)模主編 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 [4] 常曉玲主編 北京 :機(jī)械工 業(yè)設(shè) ,2004 [5] 鐘肇新，范建東主編 . 可編程控制器原理及應(yīng)用 第三版 . 廣州 ：華南理大學(xué)出版社， 6] 孫恒主編 高等教育出版社 7] 孫訓(xùn)方 ,方孝淑編著 人民教育出版社 [8] 邢邦圣：機(jī) 械工程制圖 2003 年 4 月 [9] 楊叔子等：機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 第五版 10]李全利主編 動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)踐 11]張利平編著 化學(xué)工業(yè)出版社 [12]張紀(jì)元編著 人民交通出版社 [13] 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 1994 年 10 月 [14] 齊占慶、王振臣：機(jī)床電氣控制技術(shù) 第四版，機(jī)械工業(yè)出版社 [15] 劉鴻文：材料力學(xué) 第四版 1 月 [16] 湯天浩：電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 2009 年 4 月 [17] 齊 邱宣懷：機(jī)械設(shè)計(jì) 第四版 1997 年 7 月 [18] 鄭文緯、吳克堅(jiān)：機(jī)械原理 第七版 1996 年 [19]齊樂(lè)華：工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ) 高等教育出版社 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作實(shí)施計(jì)劃 （一）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的理論分析 與軟硬件要求及其應(yīng)達(dá)到的水平與結(jié)果 理論分析： 本次設(shè)計(jì)要以機(jī)械設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以機(jī)械設(shè)計(jì)為中心 ，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，設(shè)計(jì)合理選擇機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置以及 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，選擇機(jī)器人的控制方式及其控制系統(tǒng)。 并且采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的思想，從而設(shè)計(jì)及控制的可靠性。 軟硬件要求： 計(jì)方面 :具備中等復(fù)雜程度的 機(jī)械 設(shè)計(jì)能力。 形表達(dá)清晰、無(wú)重大錯(cuò)誤；具有較高的制圖能力。 熟練使用 公自動(dòng)化軟件。 說(shuō)明書文字不少于 5000字 。 （二）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度與安排 起訖日期 工 作 內(nèi) 容 和 要 求 備 注 集資料， 大量閱讀參考文獻(xiàn)， 確定課題名稱及其 制定 項(xiàng)目計(jì)劃并撰寫開(kāi)題報(bào)告 做好論文準(zhǔn)備 善開(kāi)題報(bào)告與立題卡， 確定設(shè)計(jì) 六工位機(jī)械手的 總體方案及 分析 六工位機(jī)械手的 主要功能 據(jù) 六工位 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 設(shè)計(jì)選擇機(jī)器人的驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng) ，安排下一階段任務(wù) 于六工位機(jī)械手的 具體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （機(jī)械設(shè)計(jì)部分） 于 六工位機(jī)械手 液壓 部分的 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，繪出關(guān)于液壓部分的系統(tǒng)圖 擇機(jī)器人的控制 方式 ，采用 制 計(jì)機(jī)器人的 控制 系統(tǒng) ， 控制 系統(tǒng)圖的繪畫 序設(shè)計(jì)及編寫程序 查 仔細(xì) 全面修改 論文 并出圖 計(jì) 撰寫 完成 說(shuō)明書 據(jù)老師指導(dǎo) 具體修改， 準(zhǔn)備資料 答辯 三、對(duì)開(kāi)題報(bào)告的審閱意見(jiàn) 指導(dǎo)教師綜合意見(jiàn) 該同學(xué)所作的開(kāi)題報(bào)告經(jīng)審閱，研究方法和技術(shù)路線切實(shí)可行 ，畢業(yè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)度安排合理，故批準(zhǔn)該同學(xué)所作的 自動(dòng)化生產(chǎn)線六工位機(jī)械手的設(shè)計(jì) 的開(kāi)題報(bào)告。 指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日 開(kāi)題報(bào)告審議意見(jiàn) 教研室主任（簽名） 年 月 日 院 系 意 見(jiàn) 教 學(xué) 院 長(zhǎng)（簽名） 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告及工作實(shí)施計(jì)劃 院 系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年級(jí) 、 班級(jí) 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 開(kāi)題報(bào)告日期 填 表 須 知 1、開(kāi)題報(bào)告由學(xué)生本人領(lǐng)取后，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下填寫此表； 2、工作實(shí)施計(jì)劃應(yīng)由指導(dǎo)教師填寫； 3、本表一式三份，一份交院（系）教務(wù)部門，一份 由教研室保存，一份裝訂到畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料袋中。 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目 自動(dòng)化生產(chǎn)線 六工位機(jī)械手的 設(shè)計(jì) 研 究 方 向 機(jī)械設(shè)計(jì) 與控制系統(tǒng) 課 題 來(lái) 源 國(guó)家 部委 省 市 廠礦 自選 備注 √ 課 題 類 型 理論 研究 應(yīng)用 研究 工程 技術(shù) 跨學(xué)科 研 究 其他 √ 一、 課題綜述及研究意義 六工位 機(jī)械手是目前在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、軍事等領(lǐng) 域都能夠見(jiàn)到它的身影。盡管他們的形態(tài)各不相同，但它們都能夠接受指令 ,精確地定位到三維（或二維）空間上的某一點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)。 六工位機(jī)械手主要完成 六 個(gè)工位的轉(zhuǎn)運(yùn)及裝配 。汽缸生產(chǎn)線組裝單元采用六工位機(jī)械手可以分別抓取已加工好的缸體、活塞、彈簧、缸蓋分別放到組裝工位進(jìn)行組裝，然后把組裝好的汽缸抓取放到分檢單元進(jìn)行分類檢測(cè)。 該機(jī)械手是一種能在自動(dòng)化生產(chǎn)線上能實(shí)現(xiàn)組裝功能的六工位機(jī)械手，在汽缸生產(chǎn)線、汽車生產(chǎn)線等自動(dòng)化生產(chǎn)線上應(yīng)用廣泛。 六工位機(jī)械手的研究意義： 六工位機(jī)械手具有智能型、通用型 ,并可模擬人的手、臂等部分動(dòng) 作的特點(diǎn) ,在裝配過(guò)程中極大地提高工作效率、產(chǎn)品的性能和質(zhì)量并節(jié)約成本。同時(shí)滿足用戶的不同使用特性和生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)批量要求 ,且交貨期短 ,適用市場(chǎng)要求的多變性 ,提高市場(chǎng)占有率 ,從而提高產(chǎn)品的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 六工位機(jī)械手 可 以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 ， 可 以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 ， 也 可以減輕人力 并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 。因此設(shè)計(jì)研究六工位機(jī)械手具有 重要 意義。 綜上所述，有效的應(yīng)用 六工位 機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的 必然趨勢(shì)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能讓我對(duì)機(jī)械手的設(shè)計(jì)步驟有一定的 了解 ，也能基本掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法 ， 綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的理論知識(shí) ， 全面復(fù)習(xí)繪圖技巧，并較好的運(yùn)用于畢業(yè)設(shè)計(jì)繪圖上。 二、課題擬采取的研究方法和技術(shù)路線 研究方法： 1、 深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，深入 學(xué)習(xí)、調(diào)查，查閱資料掌握 機(jī)械手的 設(shè)計(jì)與 控制 的有關(guān)技術(shù)資料和參數(shù) . 2、 學(xué)習(xí) 機(jī)械 設(shè)計(jì)和 液壓與氣壓傳動(dòng)及 件進(jìn)行 機(jī)械手 設(shè)計(jì)與 控制 等方面的知識(shí)，查閱有關(guān)資料和有關(guān)知識(shí)中的典型實(shí)例，依據(jù)自己在工廠中看到實(shí)際使用情況，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，對(duì)產(chǎn)品的合理設(shè)計(jì)和 控制 做出合理性的分析。 3. 收集、分析、消化原始資料。 4、 初定設(shè)計(jì)方案，選擇合理可行具有實(shí)際可操作性的設(shè) 計(jì)方案 。 5、對(duì)內(nèi)部件設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化、對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、選擇、確定。 6、 用 制 機(jī)械手 零件圖。 7、編制畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 8、準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 技術(shù)路線： 1、收集、分析原始資料 ，設(shè)計(jì)方案、確定結(jié)構(gòu) 2、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（機(jī)械設(shè)計(jì)部分） 設(shè)計(jì) 機(jī)械手 的結(jié)構(gòu) 3、 機(jī)械手 液壓 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求正確選擇液壓元件 2）合理設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng) 4、 控制單元部分（ 電氣控制采用 1）選擇所用檢測(cè)元件及所用 ）合理分配 I/O 接口 3）設(shè)計(jì) 制梯形圖 5、 序設(shè)計(jì) 6、寫畢業(yè)論文說(shuō)明書 7、檢查圖紙和說(shuō)明書的錯(cuò)誤和不足 8、 全面檢查 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 三、主要參考文獻(xiàn) [1] 王積偉主編 第二版 . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 2] 張建民 .《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 等教育出版社， 2001年 [3] 丁樹(shù)模主編 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 [4] 常曉玲主編 北京 :機(jī)械工 業(yè)設(shè) ,2004 [5] 鐘肇新，范建東主編 . 可編程控制器原理及應(yīng)用 第三版 . 廣州 ：華南理大學(xué)出版社， 6] 孫恒主編 高等教育出版社 7] 孫訓(xùn)方 ,方孝淑編著 人民教育出版社 [8] 邢邦圣：機(jī) 械工程制圖 2003 年 4 月 [9] 楊叔子等：機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 第五版 10]李全利主編 動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)踐 11]張利平編著 化學(xué)工業(yè)出版社 [12]張紀(jì)元編著 人民交通出版社 [13] 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 1994 年 10 月 [14] 齊占慶、王振臣：機(jī)床電氣控制技術(shù) 第四版，機(jī)械工業(yè)出版社 [15] 劉鴻文：材料力學(xué) 第四版 1 月 [16] 湯天浩：電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 2009 年 4 月 [17] 齊 邱宣懷：機(jī)械設(shè)計(jì) 第四版 1997 年 7 月 [18] 鄭文緯、吳克堅(jiān)：機(jī)械原理 第七版 1996 年 [19]齊樂(lè)華：工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ) 高等教育出版社 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作實(shí)施計(jì)劃 （一）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的理論分析 與軟硬件要求及其應(yīng)達(dá)到的水平與結(jié)果 理論分析： 本次設(shè)計(jì)要以機(jī)械設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以機(jī)械設(shè)計(jì)為中心 ，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，設(shè)計(jì)合理選擇機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置以及 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，選擇機(jī)器人的控制方式及其控制系統(tǒng)。 并且采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的思想，從而設(shè)計(jì)及控制的可靠性。 軟硬件要求： 計(jì)方面 :具備中等復(fù)雜程度的 機(jī)械 設(shè)計(jì)能力。 形表達(dá)清晰、無(wú)重大錯(cuò)誤；具有較高的制圖能力。 熟練使用 公自動(dòng)化軟件。 說(shuō)明書文字不少于 5000字 。 （二）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度與安排 起訖日期 工 作 內(nèi) 容 和 要 求 備 注 集資料， 大量閱讀參考文獻(xiàn)， 確定課題名稱及其 制定 項(xiàng)目計(jì)劃并撰寫開(kāi)題報(bào)告 做好論文準(zhǔn)備 善開(kāi)題報(bào)告與立題卡， 確定設(shè)計(jì) 六工位機(jī)械手的 總體方案及 分析 六工位機(jī)械手的 主要功能 據(jù) 六工位 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 設(shè)計(jì)選擇機(jī)器人的驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng) ，安排下一階段任務(wù) 于六工位機(jī)械手的 具體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （機(jī)械設(shè)計(jì)部分） 于 六工位機(jī)械手 液壓 部分的 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，繪出關(guān)于液壓部分的系統(tǒng)圖 擇機(jī)器人的控制 方式 ，采用 制 計(jì)機(jī)器人的 控制 系統(tǒng) ， 控制 系統(tǒng)圖的繪畫 序設(shè)計(jì)及編寫程序 查 仔細(xì) 全面修改 論文 并出圖 計(jì) 撰寫 完成 說(shuō)明書 據(jù)老師指導(dǎo) 具體修改， 準(zhǔn)備資料 答辯 三、對(duì)開(kāi)題報(bào)告的審閱意見(jiàn) 指導(dǎo)教師綜合意見(jiàn) 該同學(xué)所作的開(kāi)題報(bào)告經(jīng)審閱，研究方法和技術(shù)路線切實(shí)可行 ，畢業(yè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)度安排合理，故批準(zhǔn)該同學(xué)所作的 自動(dòng)化生產(chǎn)線六工位機(jī)械手的設(shè)計(jì) 的開(kāi)題報(bào)告。 指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日 開(kāi)題報(bào)告審議意見(jiàn) 教研室主任（簽名） 年 月 日 院 系 意 見(jiàn) 教 學(xué) 院 長(zhǎng)（簽名） 年 月 日 自動(dòng)化生產(chǎn)線六工位機(jī)械手的設(shè)計(jì) 目錄 摘要 .................................................................... 1 ............................................................... 4 第一章 緒 論 ........................................................... 5 業(yè)機(jī)械手 ................................................................ 5 ........................................................ 5 .............................................................. 6 .............................................................. 6 械手的組成和分類 ........................................................ 7 .......................................................... 7 械手的分類 ......................................................... 10 內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ........................................................... 12 課題的提出及主要任務(wù) .................................................... 13 ........................................................... 13 ....................................................... 14 第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 ............................................... 11 .................................................. 11 械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) .................................................. 13 械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) .................................................. 13 械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) .................................................. 14 械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) ..................................................... 16 械手氣壓驅(qū)動(dòng) ...................................................... 17 ................................................... 17 械手的緩沖方案設(shè)計(jì) ..................................................... 19 械手的主要參數(shù) ......................................................... 20 械手的技術(shù)參數(shù)列表 ....................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................... 22 ............................................................ 22 .......................................................... 22 ...................................................... 23 ........................................................ 23 第四章 手臂伸縮，升降，橫移的尺寸設(shè)計(jì)與校核 ........................... 28 .............................................. 28 臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì) ............................................... 28 寸校核 ............................................................. 28 ............................................................ 29 衡裝置 ............................................................. 29 臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 .............................................. 30 寸設(shè)計(jì) ............................................................. 30 寸校核 ............................................................. 30 .............................................. 31 寸設(shè)計(jì) ............................................................. 31 寸校核 ............................................................. 31 第五章 機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................... 33 系統(tǒng)工作原理圖 .......................................................... 33 ................................................ 34 第六章 結(jié)論 ........................................................... 36 致 謝 .................................................................. 37 參考文獻(xiàn) ............................................................... 38 摘要 本文簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)機(jī)械手的概念，機(jī)械手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和坐標(biāo)形式，氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，繼電器控制的特點(diǎn) 及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。 本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖，對(duì)氣壓系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行了研究，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量。 利用繼電器程序控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的電磁繼電器，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了繼電器程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的 工作時(shí)序圖，并繪制了繼電器程序控制器的控制程序。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手，氣動(dòng)，繼電器程序控制器 t of of s of of of At of of of of of of of of of to LC to of 第一章 緒 論 業(yè)機(jī)械手 業(yè)機(jī)械手概述 本課題是研究設(shè)計(jì)一種在自動(dòng)化生產(chǎn)線上能實(shí)現(xiàn)組裝功能的六工位機(jī)械手。該機(jī)械手在氣缸生產(chǎn)線、汽車生產(chǎn)線等自動(dòng)化生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用。例如氣缸生產(chǎn)線組裝單元采用該機(jī)械手可以分別抓取已加工好的缸體、活塞、彈簧、缸蓋分別放到組裝工位進(jìn)行組裝，然后把組裝好的汽缸抓取放到分檢單元分類檢測(cè)。 要求： 1. 設(shè)計(jì)合理選擇機(jī)器的驅(qū)動(dòng)裝置； 2. 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)； 3. 選擇機(jī)器人的控制方式； 4. 設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)； 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī) (機(jī)械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè) 傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝 置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備 給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率 :可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn) ;尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣 體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用 用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的 發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。機(jī)械手越來(lái)越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上 使用更普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) 機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時(shí)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對(duì)路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。而目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十 分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。 本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，完成一個(gè)特定功能、特殊要求的多工位自動(dòng)化生產(chǎn)線上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動(dòng)手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。 目前，在國(guó)內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上多工位自動(dòng)化生產(chǎn)線裝卸工件仍由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率 ,降低成本 ,并使生產(chǎn) 線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) ,適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化大生產(chǎn) ,針對(duì)具體生產(chǎn)工藝 ,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計(jì)用一臺(tái)裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來(lái)越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 一、以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減 少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒(méi)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。 本機(jī)械手主要與多工位自動(dòng)化生產(chǎn)線組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程（上料、加工、下料）的自動(dòng)化、無(wú)人化。目前，我國(guó)的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，越來(lái)越多的資金流向制造業(yè)，越來(lái)越多的廠商加入到制造業(yè)。本設(shè)計(jì)能夠應(yīng)用到加工工廠車間，從而減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約加工輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。 械手的組成和分類 械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 2 圖 2(一 )執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 1、手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型 應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、 手指有外夾式和內(nèi)撐式 ;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有 :滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 圖 1機(jī)械手手抓結(jié)構(gòu) 2、手腕 是連接手部和 手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位 (即姿勢(shì) ) 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置 油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等 )與驅(qū)動(dòng)源 (如液壓、氣壓或電機(jī)等 )相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。 4、立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立 時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。 5、行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾輪式布為有軌的和無(wú)軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。 6、機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上， 故起支撐和連接的作用。 (二 )驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。 目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)， 并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間 )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 (二 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩 種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間 )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 (四 )位置檢測(cè)裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。 械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按 使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。 (一 )按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 : 1、專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手。 2、通用機(jī)械手 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大 、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種 :簡(jiǎn)易型以“開(kāi)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制 :可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。 (二 )按驅(qū)動(dòng)方式分 1、液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是 :抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫 下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。 2、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu) (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等 )驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。 4、電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。 (三 )按控制方式分 1、點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控 制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能 控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì) : (1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均 單機(jī)價(jià)格從 91年的 7年的 65萬(wàn)美元。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī) ;國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 ;器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視 覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制 ;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系 統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 (7)機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從 94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、 運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人 ;其中有 130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線 (站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用 ，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品 :機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距 ;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)， 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種 :在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平 差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 課題的提出及主要任務(wù) 題的提出 進(jìn)入 21世紀(jì)，隨著我國(guó)人口老齡化的提前到來(lái)，近來(lái)在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平勢(shì)在必行，本設(shè)計(jì)的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手，應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運(yùn)到另外一條生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動(dòng)，同時(shí)又可以 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 現(xiàn)在的機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn) : (1)液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失 (摩擦損失、泄露損失等 ):液壓傳動(dòng)易泄漏，不僅污染工作場(chǎng)地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性。 (2)工作時(shí)受溫度變化影響較大。油溫變化時(shí)，液體粘度變化，引起運(yùn)動(dòng)特性變化。 (3)因液壓脈動(dòng)和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。 (4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價(jià)格較高 ;且使用維護(hù)需要較高技術(shù)水平。鑒于以上這些缺陷，本機(jī)械手?jǐn)M采用氣壓傳動(dòng) ，氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn) : (1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器 :介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問(wèn)題 . （ 2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過(guò)程中，阻力損失較小 (一般不卜澆塞僅為油路的千分之一 )，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。 (3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要 動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。 (4)能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。 (5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。 (6)成本低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為 :由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難 (尤其在高速情況下，似乎更難想象 )。此外氣源工作壓力較低，抓 舉力較小。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過(guò)去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。 題的主要任務(wù) 本課題將要完成的主要任務(wù)如下 : (1)機(jī)械手為多工位自動(dòng)化生產(chǎn)線機(jī)械手，因此相對(duì)于通用機(jī)械手來(lái)說(shuō)，它的適用面相對(duì)較小 . (2)選取機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度 (3)設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括 :手部、手腕、手臂等部件 的設(shè)計(jì)。工業(yè)需要的時(shí)候還可以用氣流負(fù)壓式吸盤來(lái)吸取板料工件。 (4)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本課題將設(shè)計(jì)出機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)元器件的選取，氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)，并繪出氣動(dòng)原理圖。 (5)對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行研究，提高繪圖效率，改善繪圖質(zhì)量。 (6)機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本機(jī)械手?jǐn)M采用繼電器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將繪出繼電器控制電路圖。 第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾 就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足 夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是 :充分分析作業(yè)對(duì)象 (工件 )的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件 ;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求 ;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制 一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。 手的座標(biāo)型式與自由度 工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下。 圖 2機(jī)械手的四種坐標(biāo)形式 直角坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 由于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)械手有可能達(dá)到很高的位置精度（μ 但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)講，是比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)械手 的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。 直角坐標(biāo)機(jī)械手的工作空間為一空間長(zhǎng)方體。直角坐標(biāo)機(jī)械手主要用于裝配作業(yè)及第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。 圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，種機(jī)械手構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。 3. 球坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 種機(jī)械手結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)類球形的空間。 4. 關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖 節(jié)型機(jī)械手動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對(duì)機(jī)械手本體尺寸，其工作空間比較大。此種機(jī)械手在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)械手。 關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由 于本機(jī)械手在工作時(shí)手臂具有伸縮、橫移和升降運(yùn)動(dòng)，因此，采用直角座標(biāo)型式。下圖為本次機(jī)械手的自由度以及運(yùn)動(dòng)示意圖。 圖 2械手的運(yùn)動(dòng)示意圖 械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 利用楔塊與杠桿來(lái)實(shí)現(xiàn)手爪的松、開(kāi)，來(lái)實(shí)現(xiàn)抓取工件。 當(dāng)活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑槽通過(guò)銷子推動(dòng)手爪合并，產(chǎn)生夾緊動(dòng)作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，手爪松開(kāi)。這種手爪開(kāi)合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。 這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運(yùn)動(dòng)，由于杠桿的力 放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧聯(lián)合使用。 這種手爪通過(guò)活塞推動(dòng)齒條，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開(kāi)動(dòng)作。 采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，因此不需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運(yùn)動(dòng)，比帶有導(dǎo)軌的平行移動(dòng)手爪的摩擦力要小很多。 械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 根據(jù)作業(yè)需要來(lái)設(shè)計(jì)。機(jī)械手手腕自由度數(shù)目愈多，各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度愈大，則機(jī)械手腕部的靈活性愈高，機(jī)械手對(duì)對(duì)作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。但是，自由度的增加，也必然會(huì)使腕部 結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機(jī)械手的控制更困難，成本也會(huì)增加。因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求來(lái)確定。在滿足作業(yè)要求的前提下，應(yīng)使自由度數(shù)盡可能的少。一般的機(jī)械手手腕的自由度數(shù)為 2至 3個(gè)，有的需要更多的自由度，而有的機(jī)械手手腕不需要自由度，僅憑受臂和腰部的運(yùn)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求的任務(wù)。因此，要具體問(wèn)題具體分析，考慮機(jī)械手的多種布局，運(yùn)動(dòng)方案，選擇滿足要求的最簡(jiǎn)單的方案。 設(shè)計(jì)機(jī)械手手腕時(shí)，應(yīng)力求減少其重量和體積，結(jié)構(gòu)力求緊湊。為了減輕機(jī)械手腕部的重量，腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器采用分離傳動(dòng)。腕部驅(qū)動(dòng)器一般安裝在手臂上，而不采用直接驅(qū)動(dòng)，并選用高強(qiáng)度的鋁合金制造。 此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末端執(zhí)行器。 第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 保證力與運(yùn)動(dòng)的傳遞。 減小空回間隙，提高傳動(dòng)精度。 設(shè)置硬限位，以防止超 限造成機(jī)械損壞。 機(jī)械手的手臂運(yùn)動(dòng)（包括腰座的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)），給出了機(jī)械手末端執(zhí)行器在其工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置，而安裝在機(jī)械手手臂末端的手腕，則給出了機(jī)械手末端執(zhí)行器在其工作空間中的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。機(jī)械手手腕是機(jī)械手操作機(jī)的最末端，它與機(jī)械手手臂配合運(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。 考慮到機(jī)械手的優(yōu)化，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。 械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 機(jī)械手手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實(shí)現(xiàn)在機(jī)械手所要求的工作空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行機(jī)械手手臂設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循下述原則； 互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡(jiǎn)化，有利于機(jī)械手的控制。 作空間的形狀和大小與機(jī)械手手臂的長(zhǎng)度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系。但機(jī)械手手臂末端工作空間并沒(méi)有考慮機(jī)械手手腕的空間姿態(tài)要求，如果對(duì)機(jī)械手手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小 于上述沒(méi)有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。 在保證機(jī)械手手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。力求選用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，通常選用高強(qiáng)度鋁合金制造機(jī)械手手臂。目前，在國(guó)外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)械手手臂。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高，抗振性好，比重小（其比重相當(dāng)于鋼的 1/4，相當(dāng)于鋁合金的 2/3），但是，其價(jià)格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問(wèn)題，故還未能在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)械手手 臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在保證所需強(qiáng)度與剛度的情況下，減輕機(jī)械手手臂的重量。 減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 對(duì)減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度是非常有利的。在設(shè)計(jì)機(jī)械手的手臂時(shí)，應(yīng)盡可能利用在機(jī)械手上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來(lái)減小機(jī)械手手臂的不平衡重量，必要時(shí)還要設(shè)計(jì)平衡機(jī)構(gòu)來(lái)平衡手臂殘余的不平衡重量。 具有一定緩沖能力的機(jī)械限位塊，以及驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。 結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計(jì)采用連桿杠桿式的手爪。驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)移動(dòng)，通過(guò)活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開(kāi)或閉合。手指的最小開(kāi)度由加工工件的直徑來(lái)調(diào)定。本設(shè)計(jì)按照工件的直徑為 50設(shè)計(jì)。手爪的具體結(jié)構(gòu)形式如圖 2示： 機(jī)械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸縮運(yùn)動(dòng)都為直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)一般是氣動(dòng)傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)?？紤]到搬運(yùn)工件的重量較大，考慮加工工件的質(zhì)量達(dá) 30中型重量 ，同時(shí)考慮到機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能及運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，安全性，對(duì)手臂的剛度有較高的要求。綜合考慮，兩手臂的驅(qū)動(dòng)均選擇氣壓驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)氣壓缸的直接驅(qū)動(dòng)，氣壓缸既是驅(qū)動(dòng)元件，又是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)件，不用再設(shè)計(jì)另外的執(zhí)行件了；而且氣壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。 因?yàn)闅鈮合到y(tǒng)能提供很大的驅(qū)動(dòng)力，因此在驅(qū)動(dòng)力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都是比較容易實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和剛度的滿足。因此手臂氣壓缸的設(shè)計(jì)原則是缸的直徑取得大一點(diǎn)（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進(jìn)行強(qiáng)度的較核。 同時(shí)，因?yàn)榭刂坪途唧w工作的要求，機(jī)械手的手臂 的結(jié)構(gòu)不能太大，若僅僅通過(guò)增大氣壓缸的缸徑來(lái)增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，小臂增設(shè)了兩個(gè)導(dǎo)桿，與活塞桿一起構(gòu)成等邊三角形的截面形式，盡量增加其剛度；大臂增設(shè)了四個(gè)導(dǎo)桿，成正四邊形布置，為減小質(zhì)量，各個(gè)導(dǎo)桿均采用空心結(jié)構(gòu)。通過(guò)增設(shè)導(dǎo)桿，能顯著提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)剛度和穩(wěn)定性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問(wèn)題。 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、橫移和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的橫移、升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 圖 2機(jī) 械手手抓部分將結(jié)構(gòu)圖 械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三大類。根據(jù)需要也可這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這三類基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下。 由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，它具有動(dòng)力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機(jī)械手。但是，液壓系統(tǒng)需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換（電能轉(zhuǎn)換成液壓能），速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低，液壓系統(tǒng)的液體泄露會(huì)對(duì) 環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪音也較高。 具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)械手中采用。但是因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械手中，如在上、下料和沖壓機(jī)械手中應(yīng)用較多。 由于低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動(dòng)器（交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器）的廣泛采用，這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)械手中被大量采用。這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的工作環(huán)境中 ，成本上也較其他兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高。但因?yàn)檫@類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此在機(jī)械手中被廣泛的使用。 設(shè)計(jì)機(jī)械手時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇，要根據(jù)機(jī)械手的用途、作業(yè)要求、機(jī)械手的性能規(guī)范、控制功能、維護(hù)的復(fù)雜程度、運(yùn)行的功耗、性價(jià)比以及現(xiàn)有的條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合上述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性后進(jìn)行最終的選擇。一般情況下： 括上下料）使用的有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)械手，重負(fù)荷的選擇液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，中等負(fù)荷的可選電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輕負(fù)荷的可選氣動(dòng)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)。沖壓機(jī)械手多采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 求具有點(diǎn)位和軌跡控制功能，需采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。只有采用液壓或電動(dòng)伺服系統(tǒng)才能滿足要求。點(diǎn)焊、弧焊機(jī)械手多采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。重負(fù)荷的任意點(diǎn)位控制的點(diǎn)焊及搬運(yùn)機(jī)械手選用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 械手氣壓驅(qū)動(dòng) 1、氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。壓力等級(jí)低、故使用安全。 2、工作介質(zhì)是取之不盡的空氣、空氣本身不花錢。排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低。 3、輸出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。 氣缸 的動(dòng)作速度一般為 50~500mm/s，比液壓和電氣方式的動(dòng)作速度快。 4、可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。電器元件的有效動(dòng)作次數(shù)約為百萬(wàn)次，而 一般 電磁閥 的壽命大于 3000 萬(wàn)次，小型閥超過(guò) 2 億次。 5、利用空氣的壓縮性，可貯存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣?？啥虝r(shí)間釋放能量，以獲得間歇運(yùn) 動(dòng)中的高速響應(yīng)?？蓪?shí)現(xiàn)緩沖。對(duì)沖擊負(fù)載和過(guò)負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。在一定條件下，可使氣動(dòng)裝置有自保持能力。 6、全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓方式相比，氣動(dòng)方式可在高溫場(chǎng)合使用。 7、由于空氣流動(dòng)損失小， 壓縮空氣 可集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送。 綜上氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 氣動(dòng)機(jī)械手采用壓縮空氣為動(dòng)力源，一般從工廠的壓縮空氣站引到機(jī)械手作業(yè)位置，也可以單獨(dú)建立小型氣源系統(tǒng)。由于氣動(dòng)機(jī)械手具有氣源使用方便、不污染環(huán)境、第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 動(dòng)作靈活迅速、工作安全可靠、操作維修簡(jiǎn)便以及適宜在惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)，因此它在沖壓加工、注塑及壓鑄等有毒或高溫條件下作業(yè)，機(jī)床上、下料，儀表及輕工行業(yè)中、小型零件的輸送和自動(dòng)裝配等作業(yè)，食品包裝及運(yùn)輸，電子產(chǎn)品輸送、自動(dòng)插接，彈藥生產(chǎn)自動(dòng)化等方面獲得大量應(yīng)用。 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在多數(shù)情況下是用于實(shí)現(xiàn)兩位式的或有限點(diǎn)位控制的中、小機(jī)械 手中的。這類機(jī)械手多是圓柱坐標(biāo)型和直角坐標(biāo)型或二者的組合型結(jié)構(gòu)； 3自由度；負(fù)荷在 200度 300s；重復(fù)定位精度為 +/5制裝置目前多數(shù)選用可編程控制器（ 在易燃、易爆的場(chǎng)合下可采用氣動(dòng)邏輯元件組成控制裝置。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大體由以下幾部分組成。 由總壓縮空氣站提供。氣源部分包括空氣壓縮機(jī)，儲(chǔ)氣罐，氣水分離器，調(diào)壓器，過(guò)濾器等。如果沒(méi)有壓縮空氣站的條件，可以按機(jī)械手及配套的其他氣動(dòng)設(shè)備需要配置相應(yīng)供氣量的氣源設(shè)備。 由分水濾氣器，調(diào)壓器，油霧器三大件組成，可以是分離式，也可以是三聯(lián)組裝式的，多數(shù)情況下用三聯(lián)組裝式結(jié)構(gòu)。不論是由壓縮空氣站供氣還是用單獨(dú)的氣源，氣動(dòng)三聯(lián)件是必備的。雖然用無(wú)潤(rùn)滑氣缸可以不用油霧器，但是一般情況下，建議也在氣路上裝上油霧器，以減少氣缸摩擦力，增加使用壽命。 氣動(dòng)閥的種類很多，在工業(yè)機(jī)械手的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，常用的閥件有電磁氣閥、節(jié)流調(diào)速閥、減壓閥等。 多數(shù)情況下使用氣缸（直線氣缸或擺動(dòng)氣缸）。直線氣缸分單動(dòng)式和雙動(dòng)式兩類。除個(gè)別用單動(dòng)式氣缸外（如手 爪機(jī)構(gòu)上用的），多數(shù)采用雙動(dòng)氣缸。為實(shí)現(xiàn)端部緩沖，要選用雙向端點(diǎn)位置緩沖的氣缸。氣缸的結(jié)構(gòu)形式以及與機(jī)械手機(jī)構(gòu)的連接方式（如法蘭連接，尾部鉸接，前端或中間鉸接，氣缸桿的螺紋連接或鉸接等）由設(shè)計(jì)機(jī)械手時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)要求而定。氣缸的內(nèi)徑，行程大小可根據(jù)對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析進(jìn)行計(jì)算。 為了確保氣缸的密封要求，同時(shí)又要盡量降低摩擦力，密封材料要選用橡膠和氟化塑料組合的密封環(huán)。無(wú)接觸感應(yīng)式氣缸目前在氣動(dòng)系統(tǒng)中已獲得廣泛的應(yīng)用，這種氣缸在活塞上裝有永久磁鐵的磁環(huán)，通過(guò)磁感應(yīng)，使在氣缸外面安裝的非接觸磁性接近 開(kāi)關(guān)動(dòng)作發(fā)訊，進(jìn)行位置檢測(cè)。除了直線氣缸外，機(jī)械手中用得比較多還有有限角擺動(dòng)氣缸，這種擺動(dòng)缸多用于手腕機(jī)構(gòu)上。 氣動(dòng)機(jī)械手的定位問(wèn)題很大程度上是如何實(shí)現(xiàn)停點(diǎn)的制動(dòng)。氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度容許達(dá) s，如果氣缸以 1m/磁氣閥以較大關(guān)閉時(shí)間 70計(jì)，那么氣缸活塞兩個(gè)停點(diǎn)的距離約為 70個(gè)停點(diǎn)的步長(zhǎng)