畢業(yè)設(shè)計(jì) —dvd生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱設(shè)備設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　專 業(yè)：機(jī)械制造工藝教育 </p><p>　　班級(jí)學(xué)號(hào)： 機(jī)制0711 - 18 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 教授 </p><

2、p><b>　　二〇一二年六月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作。

3、本文簡要地介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念,機(jī)械手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和座標(biāo)型式,氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn),PLC特點(diǎn)，機(jī)械手現(xiàn)狀及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。機(jī)械手的主要作用是用于生產(chǎn)線設(shè)備抓取、運(yùn)送物料。首先，本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì),確定了機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度,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)械手的手臂結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了手臂伸縮,升降用氣壓；然后選擇合適的傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式；選取了合適的PLC型號(hào)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的

4、基本搬運(yùn)功能，達(dá)到了預(yù)期要求，具有一定的應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；機(jī)械手；氣動(dòng)；</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In today's large-scale manufacturing enterprises to improve production efficie

5、ncy, ensure product quality, the general emphasis on the degree of automation of the production process, an important member of the industrial robots as automated production line, and gradually the enterprise identity an

6、d use.At present, the industrial robot is mainly responsible for welding, spraying, handling and stacking, repeatability and labor intensity greatly. This article briefly describes the concept of indust</p><p&

7、gt;　　Key Words：Industrial robot；Manipulator；Pump </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1選題背景及意義1</p><p>　　1.2工業(yè)機(jī)械手概述1<

8、/p><p>　　1.3機(jī)械手組成2</p><p>　　1.4機(jī)械手分類5</p><p>　　1.5 PLC特點(diǎn)7</p><p>　　1.6現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r8</p><p>　　1.7工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟9</p><p>　　2 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)10</p>

9、;<p>　　2.1類型和自由度的選擇10</p><p>　　2.2驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.3控制方案設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.4手部結(jié)構(gòu)方案確定14</p><p>　　2.5手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.6主要參數(shù)14</p>&l

10、t;p>　　2.7技術(shù)參數(shù)列表14</p><p>　　3 機(jī)械手部件設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.1 手指的形狀與分類16</p><p>　　3.2 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題16</p><p>　　3.3 手部夾緊氣缸的選擇17</p><p>　　3.4 手部受力分析19</p>&

11、lt;p>　　3.5 升降缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核21</p><p>　　3.5.1 氣缸的分類21</p><p>　　3.5.2 升降缸的尺寸與校核22</p><p>　　3.6伸縮氣缸的選擇與設(shè)計(jì)25</p><p><b>　　結(jié) 論29</b></p><p><

12、;b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　附 錄31</b></p><p><b>　　致 謝43</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1選題背景及意義</p>

13、<p>　　由于工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展的要求，迫使生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度及生產(chǎn)效率提高，使產(chǎn)品生產(chǎn)贏得時(shí)間也就贏得了市場(chǎng)，因而設(shè)計(jì)制造一套“自動(dòng)裝箱設(shè)備是很有必要的。DVD生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、自動(dòng)化程度高，能大大提高裝箱的質(zhì)量及速度。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支,在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境

14、中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　DVD生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱機(jī)的核心部分是自動(dòng)裝箱機(jī)械手，它的功能是將生產(chǎn)線上傳送的DVD夾持住，抬起，放在指定的箱子位置。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。這個(gè)工序雖然簡單，但工人操作時(shí)，因速度較快，是一項(xiàng)繁重的體力勞動(dòng)，一般只能連續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)，工作效率太低，因此發(fā)明一個(gè)機(jī)械手代替人工搬運(yùn)DVD裝入箱子是很有必要和意義

15、的。</p><p>　　在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(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)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。</p>

16、;<p>　　在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：</p><p>　　1．以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度。</p><p>　　2．以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故。</p><p>　　3. 以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。</p><p>　　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)。</p>

17、<p>　　1.2工業(yè)機(jī)械手概述</p><p>　　隨著世界經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，人類活動(dòng)的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)用正迅速向社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展，也從制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)向非制造領(lǐng)域，各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品隨之出現(xiàn)。像海洋開發(fā)、宇宙探測(cè)、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂等行業(yè)都提出了自動(dòng)化各機(jī)器人化的要求。隨著機(jī)器人的產(chǎn)生和大量應(yīng)用，很多領(lǐng)域，許多單一、重復(fù)的機(jī)械工作由機(jī)器人（也稱機(jī)械手）來完成。</p

18、><p>　　工業(yè)機(jī)器人是一種能進(jìn)行自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作機(jī),廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。</p><p>　　機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按

19、設(shè)定的程序來抓取、搬運(yùn)工件或夾持工具，機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)機(jī)的上下料、數(shù)控設(shè)備的自動(dòng)換刀裝置中。機(jī)械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能組成，主要完成移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、抓取等動(dòng)作。</p><p>　　控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它通過控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測(cè)其正確與否?？删幊炭刂破鳎≒LC）是

20、一種數(shù)定運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它將邏輯運(yùn)算、順序控制、時(shí)序、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等控制程序，用指令形式存放在存儲(chǔ)器中，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。與繼電器控制線路相比，PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；編程簡單、使用方便；設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少；功能完善、通用性強(qiáng)；體積小、能耗低等特點(diǎn)。因此，機(jī)械手控制系統(tǒng)越平越多的由可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人是能模仿人體某些

21、器官的功能（主要是動(dòng)作功能）、有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、可以改變工作程序和編程的多用途自動(dòng)操作裝置。工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人

22、還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)機(jī)器人有3至6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1至3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人示意圖控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng);圓柱坐標(biāo)型的臂部可做升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作；求坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)。工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的

23、控制機(jī)能，又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上</p><p><b>　　1.3 機(jī)械手組成</b></p><p>　　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。</p><p>　　各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示。</p><p>　　

24、圖1-1 機(jī)械手的組成方框圖</p><p><b>　　(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　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)。</p><p><b>　　1、手部</b></p><p>　　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部

25、。</p><p>　　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。</p><p>　　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)

26、和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的: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。</p><p>　　而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多，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。</p><p>　　吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物

27、件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁盤兩類。</p><p>　　對(duì)于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。</p><p>　　對(duì)于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。</p><p>　　用負(fù)壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、

28、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。</p><p>　　此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機(jī)械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機(jī)床上下料機(jī)械手的手部)等型式.</p><p><b>　　2、手腕</b></p><p>　　是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì))。</p><

29、p><b>　　3、手臂</b></p><p>　　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.</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、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)。</p&g

30、t;<p>　　手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)如下:</p><p>　　手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要有導(dǎo)向裝</p><p>　　置，以保證手指按正確方向運(yùn)動(dòng)。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)、制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動(dòng)部件</p><p><b>　　受力狀態(tài)簡單。</

31、b></p><p>　　導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。</p><p><b>　　4、立柱</b></p><p>　　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)械手的立往通常為固定不動(dòng)的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，

32、即稱為可移式立柱。</p><p><b>　　5、行走機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　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</p><p>　　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)。滾滾輪輪式式布行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種。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。</p><

33、;p><b>　　6、機(jī)座</b></p><p>　　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)</p><p>　　座上，故起支撐和連接的作用。</p><p><b>　　(二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　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，

34、通常由動(dòng)力源、控制調(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)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。</p><p><b>　　(三)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　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。</p><p>　　控制系統(tǒng)有電氣控制和射

35、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)。</p><p><b>　　(四)位置檢測(cè)裝置</b></p><p>　　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

36、控制</p><p>　　系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。</p><p>　　機(jī)械手如下示意圖所示:</p><p>　　圖1-2 機(jī)械手示意圖</p><p><b>　　1.4機(jī)械手分類</b></p

37、><p>　　工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(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。</p><p><b>　　按用途分</b></p><p>　　機(jī)械手可分為專業(yè)機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種：</p><p><b>　　專用機(jī)械手</b></p>

38、;<p>　　專用機(jī)械手是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(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)簡單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手等。</p><p><b>　　通用機(jī)械手</b></p><p>　　通用機(jī)械手是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。

39、各性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(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)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種：簡易型以“開-關(guān)”式控制系統(tǒng)，一般的伺服型機(jī)械手屬于數(shù)控類型。</p><p><b>　　按驅(qū)動(dòng)方式分</b></p><p><b>　　1、液壓傳動(dòng)機(jī)械手</b></p><p

40、>　　液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(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，不然油的泄露對(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，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。</p><p><b>　　2、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手<

41、/b></p><p>　　氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(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)來源極為方便，輸出力小，氣壓動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，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。</p><p><b

42、>　　3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　4、電力傳動(dòng)機(jī)械手</b><

43、/p><p>　　電力傳動(dòng)機(jī)械手既有特殊結(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)的機(jī)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)簡單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長、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。</p><p><b>　　按控制方式分</b></p><p><b>　　點(diǎn)位控制<

44、/b></p><p>　　點(diǎn)位控制的運(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。</p><p><b>　　連續(xù)軌跡控制</b></p><p>　　連續(xù)軌跡控制的運(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)

45、為無限的，整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下，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。</p><p><b>　　1.5 PLC特點(diǎn)</b></p><p>　　PLC可編程控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、

46、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC可編程控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。</p><p>　　PLC可編程控制器的特點(diǎn)</p><p>　　1、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　PLC可編程控制器用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電

47、器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC可編程控制器由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。</p><p>　　2、硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、

48、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了

49、位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。</p><p>　　3、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎</p><p>　　PLC可編程控制器作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開

50、關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。</p><p><b>　　4、容易改造</b></p><p>　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間

51、比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。</p><p>　　5、體積小，重量輕，能耗低</p><p>　　以超小型PLC可編程控制器為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)

52、于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。</p><p>　　1.6現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：</p><p>　　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）

53、，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬美元降至03年的5.3萬美元。</p><p>　　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)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。</p><p>　　3．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度高，控

54、制柜日見小巧，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。</p><p>　　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，力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺，聲覺，力覺，觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(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。</p><p>　　5．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在

55、機(jī)器人中的作用已從仿真，預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，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)境中的感覺來操縱機(jī)器人。</p><p>　　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。</p><p&

56、gt;　　1.7工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的步驟包括以下：</p><p>　　1．根據(jù)機(jī)械手的功能要求，選定其的類型</p><p>　　2．分析機(jī)械手的工作情況，確定作用在機(jī)械手上的載荷。</p><p>　　3．根據(jù)工作情況分析，判定機(jī)械手的失效形式，從而確定其計(jì)算準(zhǔn)則。</p><

57、p>　　4．進(jìn)行主要的參數(shù)選擇，根據(jù)計(jì)算準(zhǔn)則求出零件的主要尺寸，選擇材料，考慮熱處理及結(jié)構(gòu)工藝性要求。</p><p>　　5．進(jìn)行對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析。</p><p>　　6．繪制零件圖，制訂技術(shù)要求。</p><p>　　2機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾-放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有

58、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，定位精度等要求，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，本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動(dòng)機(jī)械手，是一種模擬小中型場(chǎng)合工作的機(jī)械搬運(yùn)設(shè)備

59、。</p><p>　　2.1類型和自由度的選擇</p><p>　　手臂的機(jī)構(gòu)基本上決定了操作機(jī)的工作空間范圍，按機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)的不同運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)形式和形態(tài)來進(jìn)行分類，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。下面分別論述其特點(diǎn)，然后確定運(yùn)動(dòng)形式。</p><p>　　1.直角坐標(biāo)型機(jī)器人 </p><p>　　直角坐標(biāo)型機(jī)

60、器人的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-1所示，它在x,y,z軸上的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，3個(gè)關(guān)節(jié)都是移動(dòng)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線相互垂直，它主要用于生產(chǎn)設(shè)備的上下料，也可用于高精度的裝卸和檢測(cè)和作業(yè)。這種形式的主要特點(diǎn)是：</p><p>　　(1)在三個(gè)直線方向上移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易想象。</p><p>　　(2)計(jì)算比較方便。</p><p>　　(3)由于可以兩端支撐，對(duì)于給定的結(jié)構(gòu)長度，其剛性最

61、大。</p><p>　　(4)要求保留較大的移動(dòng)空間，占用空間較大。</p><p>　　(5)要求有較大的平面安裝區(qū)域。</p><p>　　(6)滑動(dòng)部件表面的密封較困難，容易被污染。</p><p>　　2.圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人</p><p>　　圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-2所示，R、θ和x為坐標(biāo)系的三個(gè)

62、坐標(biāo)，其中R是手臂的徑向長度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。這種形式的主要特點(diǎn)是：</p><p>　　(1)容易想象和計(jì)算。</p><p>　　(2)能夠伸入形腔式機(jī)器內(nèi)部。</p><p>　　(3)空間定位比較直觀。</p><p>　　(4)直線驅(qū)動(dòng)部分難以密封、防塵及防御腐蝕物質(zhì)。</p><p&

63、gt;　　(5)手臂端部可以達(dá)到的空間受限制，不能到達(dá)靠近立柱或地面的空間。</p><p>　　3.極坐標(biāo)型機(jī)器人 </p><p>　　極坐標(biāo)型機(jī)器人又稱為球坐標(biāo)機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示，R，θ和β為坐標(biāo)系的坐標(biāo)。其中θ是繞手臂支撐底座垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角，β是手臂在鉛垂面內(nèi)的的擺動(dòng)角。這種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所形成的軌跡表面是半球面。其特點(diǎn)是：</p><p>　　(1

64、)在中心支架附近的工作范圍較大。</p><p>　　(2)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封。</p><p>　　(3)覆蓋工作空間較大。</p><p>　　(4)坐標(biāo)系較復(fù)雜，較難想象和控制。</p><p>　　(5)直線驅(qū)動(dòng)裝置仍存在密封問題。</p><p>　　(6)存在工作死區(qū)。</p><

65、p><b>　　4.多關(guān)節(jié)機(jī)器人 </b></p><p>　　多關(guān)節(jié)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-4所示，它是以其各相鄰運(yùn)動(dòng)部件之間的相對(duì)角位移作為坐標(biāo)系的。θ、α和φ為坐標(biāo)系的坐標(biāo)，其中θ是繞底座鉛垂軸的轉(zhuǎn)角，φ是過底座的水平線與第一臂之間的夾角，α是第二臂相對(duì)于第一臂的轉(zhuǎn)角。這種機(jī)器人手臂可以達(dá)到球形體積內(nèi)絕大部分位置，所能達(dá)到區(qū)域的形狀取決于兩個(gè)臂的長度比例。其特點(diǎn)是：</p&g

66、t;<p>　　(1)動(dòng)作較靈活，工作空間大。</p><p>　　(2關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)處容易密封防塵。</p><p>　　(3)工作條件要求低，可在水下等環(huán)境中工作。</p><p>　　(4) 適合于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　(5)運(yùn)動(dòng)難以想象和控制，計(jì)算量較大。</p><p>　　(6)不適于液

67、壓驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　圖2-1 直角坐標(biāo)型 圖2-2 圓柱坐標(biāo)型</p><p>　　圖2-3 極坐標(biāo)型 圖2-4 多關(guān)節(jié)型 </p><p><b>　　選擇方案的準(zhǔn)則</b></p><

68、;p>　　滿足設(shè)計(jì)要求：機(jī)械手進(jìn)行三個(gè)直線方向上移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易想象。</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單，便于計(jì)算分析。</p><p>　　分析比較以上四種運(yùn)動(dòng)形式，確定選用直角坐標(biāo)型機(jī)器人。</p><p>　　由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及抓取運(yùn)動(dòng)，在操作機(jī)中主動(dòng)關(guān)節(jié)的數(shù)目應(yīng)等于操作機(jī)的自由度，因此，采用直角座標(biāo)型式，相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度。&

69、lt;/p><p><b>　　2.2驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　工業(yè)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源可分為液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)三種基本驅(qū)動(dòng)類型。三種驅(qū)動(dòng)有不同的適用范圍和特點(diǎn)，現(xiàn)將工業(yè)機(jī)器人三種基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)作簡要介紹。</p><p><b>　　1.液壓驅(qū)動(dòng)</b></p><p&

70、gt;　　機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)液壓容易達(dá)到較高的壓力（常用液壓為2.5～6.3MPa），體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　(2)液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；</p><p>　　(3)液壓傳動(dòng)中，力、速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；</p>

71、<p>　　(4)液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機(jī)械效率，使用壽命長。</p><p>　　液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的不足之處是：</p><p>　　(1)油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃爆炸等危險(xiǎn)；</p><p>　　(2)液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價(jià)較高；</p>

72、<p>　　(3)需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則會(huì)引起故障。</p><p>　　液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　　2.氣壓驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是：</p><p>

73、;　　(1)壓縮空氣粘度小，容易達(dá)到高速；</p><p>　　(2)利用工廠集中的空氣壓縮站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備；</p><p>　　(3)空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無污染，使用安全，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)；</p><p>　　(4)氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。</p><p><b>　　它的不足之處是：</b&

74、gt;</p><p>　　(1)壓縮空氣常用壓力為0.4～0.6MPa，若要獲得較大的力，其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大；</p><p>　　(2)空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難；</p><p>　　(3)壓縮空氣的除水問題是一個(gè)很重要的問題，處理不當(dāng)會(huì)使鋼類零件生銹，導(dǎo)致機(jī)器人失靈。此外，排氣還會(huì)造成噪聲污染。</p>

75、<p>　　氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)多用于點(diǎn)位控制、抓取、開關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人。</p><p><b>　　3.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型

76、機(jī)器人。伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)輸出力矩相對(duì)小，控制性能好，可實(shí)現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機(jī)器人。交、直伺服電動(dòng)機(jī)一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場(chǎng)合。</p><p>　　由以上可知，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的性能要求、控制功能、運(yùn)行的功耗、應(yīng)用環(huán)境及作業(yè)要求、性能價(jià)格比以及其他因素綜合考慮。在充分考慮各驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在保證機(jī)器人性能規(guī)范

77、可靠性和可行性的前提下，做出決定。</p><p>　　本文選取氣壓傳動(dòng)作為機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式。氣壓傳動(dòng)在精度要求不高的有限點(diǎn)位控制的機(jī)械手中，以其快速的響應(yīng)和低廉的成本，完全可以應(yīng)付搬運(yùn)機(jī)械手的需要。</p><p><b>　　2.3控制方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器（

78、PLC）對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。本機(jī)械手采用了西門子S7-200的PLC（CPU 224CN）進(jìn)行編程控制。</p><p>　　2.4手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　手部（亦稱抓取機(jī)構(gòu)）是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面處理等的不同，則機(jī)械手的手部機(jī)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部

79、結(jié)構(gòu)式根據(jù)特定的工件要求而設(shè)計(jì)的。常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分為夾持式和吸附式兩大類。本設(shè)計(jì)由于需要夾持的是DVD工件，所以采用常用的夾鉗式手部結(jié)構(gòu)，它是最常見的夾持式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.5手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的升降、收縮和平移運(yùn)動(dòng)。手臂的升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱，導(dǎo)桿氣缸來實(shí)現(xiàn)的，平移運(yùn)動(dòng)是通過水平

80、氣缸（無桿氣缸），手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來實(shí)現(xiàn)。手臂的伸縮是有手指氣缸來實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2.6主要參數(shù)</b></p><p>　　1.機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)要求抓取的工件質(zhì)量為2.5公斤。</p><p>

81、;　　2. 基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及平移的速度。</p><p>　　除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和

82、比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為170mm,手臂升降行程定為120mm。</p><p><b>　　2.7技術(shù)參數(shù)列表</b></p><p><b>　　一、用途</b></p><p>　　用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等內(nèi)容研究</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：</b&

83、gt;</p><p><b>　　1、抓重</b></p><p><b>　　2.5公斤</b></p><p><b>　　2、自由度數(shù)</b></p><p><b>　　3個(gè)自由度</b></p><p><b>

84、;　　座標(biāo)型式</b></p><p><b>　　直角座標(biāo)</b></p><p><b>　　手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p><b>　　伸縮行程170mm</b></p><p>　　伸縮速度400mm/s</p><p><

85、;b>　　升降行程120mm</b></p><p>　　伸降速度400mm/s</p><p><b>　　手指夾持范圍</b></p><p>　　方料：430-470mm</p><p><b>　　定位方式</b></p><p><b>

86、　　行程開關(guān)</b></p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)方式</b></p><p><b>　　氣壓傳動(dòng)</b></p><p><b>　　控制方式</b></p><p>　　點(diǎn)位程序控制（采用PLC）</p><p>　　3 機(jī)械手的機(jī)

87、械部件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 手指的形狀和分類</p><p>　　夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;

88、同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。</p><p>　　3.2 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題</p><p>　　夾鉗式手部設(shè)計(jì)的基本要求：</p><p>　　應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力&

89、lt;/p><p>　　手指握力（夾緊力）大小要合適，力量過大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)，甚至?xí)p壞工件；力量過小則夾持不住或產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。在確定握力時(shí)，除考慮工件總量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，亦保證工件夾持安全可靠。對(duì)于手部的驅(qū)動(dòng)裝置來說，應(yīng)有足夠的驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)指出，由于機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力比不同，在一定的夾持力條件下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動(dòng)力的大小是不同的的。</p><p

90、>　　手指應(yīng)具有一定的開閉范圍</p><p>　　手指應(yīng)具有足夠的開閉角度或開閉距離，以便于抓取或退出工件。</p><p>　　應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度</p><p>　　應(yīng)保證每個(gè)被夾持的工件，在手指內(nèi)都有準(zhǔn)確地相對(duì)位置。這對(duì)一些有方位要求的場(chǎng)合更為重要，如曲拐、凸輪軸一類復(fù)雜的工件，在機(jī)床上安裝的位置要求嚴(yán)格，因此機(jī)械手的手部在夾持工件后應(yīng)保持相

91、對(duì)的位置精度。</p><p>　　要求結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、效率高</p><p>　　在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。</p><p>　　應(yīng)考慮通用性和特殊要求</p><p>　　一般情況下，手部多事專用的，為了擴(kuò)大它的適用范圍，提高它的通用化程度，以適應(yīng)夾持不同尺寸和形狀的工件需要，通常采取

92、手指可調(diào)整的辦法，如更換手指甚至更換整個(gè)手部。此外，還要考慮能適應(yīng)環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕、能承受鍛錘沖擊力等。</p><p>　　3.3手部夾緊氣缸的選擇</p><p>　　對(duì)于氣動(dòng)手爪，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)特殊的手爪，也可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求從已有的標(biāo)準(zhǔn)手爪中選取。由于設(shè)計(jì)滿足特殊要求的氣動(dòng)手爪需要大量的時(shí)間和精力，在這里為了簡化設(shè)計(jì)，我們選擇從已有的標(biāo)準(zhǔn)氣動(dòng)手爪中選取。<

93、/p><p>　　初步選定直線導(dǎo)軌MHZ2系列為末端執(zhí)行手爪。該系列結(jié)構(gòu)簡單，型號(hào)齊全（各種尺寸，各種行程都有；手指開寬、閉寬類型多），夾持力大，重復(fù)精度高，工作壓力適中，帶防塵罩，能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。 </p><p>　　具體的，我們選擇的型號(hào)為:</p><p><b>　　大小16mm;</b></p>&l

94、t;p>　　手指開寬為12.6，閉寬為6.6mm;</p><p><b>　　行程為6mm;</b></p><p><b>　　手爪受力如圖，</b></p><p>　　其中Ff為手爪所受的總的摩擦力，f1、f2分別為手爪兩側(cè)的摩擦力，，F(xiàn)N為夾持力。G物為工件重力。為手爪與工件之間的摩擦系數(shù)，取0.3。<

95、;/p><p>　　3.4 手部受力分析</p><p><b>　　1.垂直上升的情況</b></p><p>　　如圖3-2所示，工件以加速度a垂直上升，要使工件不掉下，下式必須成立.</p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，得

96、</b></p><p>　　圖3-2 工件垂直上升時(shí)受力分析圖</p><p><b>　　2.水平旋轉(zhuǎn)的情況</b></p><p>　　機(jī)械手部繞垂直軸以半徑r作水平旋轉(zhuǎn)，工件夾緊面與旋轉(zhuǎn)圓弧切線方向平行，如圖3-3所示。</p><p><b>　　切線方向：</b></

97、p><p><b>　　主法線方向：</b></p><p><b>　　副法線方向：</b></p><p><b>　　聯(lián)立上式，求解得</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，得</b></p><p><b>　

98、　后指：</b></p><p>　　由于是機(jī)械手部機(jī)構(gòu)，QF=QR,所以結(jié)果Q必須滿足下式</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，得</b></p><p>　　圖3-4 工件水平直進(jìn)時(shí)受力分析圖</p><p><b>　　綜上所述，得</b></p><p>

99、;　　由于考慮到設(shè)計(jì)的機(jī)械手的安全問題，應(yīng)再乘上一個(gè)安全系數(shù)S。</p><p>　　3.5升降缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　3.5.1 氣缸的分類</p><p>　　普通氣缸的結(jié)構(gòu)組成見下圖.主要由前蓋、后蓋9、活塞6、活塞桿4、缸筒5 其他一些零件組成。</p><p>　　氣缸的種類很多。一般按壓縮空氣作用在活塞面上的方向、

100、結(jié)構(gòu)特征和安裝方式來分類。</p><p><b>　　氣缸的類型：</b></p><p><b>　　單作用氣缸</b></p><p><b>　　雙作用氣缸</b></p><p><b>　　特殊氣缸</b></p><p&g

101、t;<b>　　組合氣缸</b></p><p>　　3.5.2 升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　機(jī)械手升降手臂是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的豎直升降運(yùn)動(dòng)。按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)豎直方向300mm的升降運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)之中機(jī)械手手臂設(shè)計(jì)方案有以下兩種。</p><p>　　將升降氣缸安置在機(jī)器人機(jī)身主體立柱上。這種方案由于所有的重量都由升降氣缸承

102、受，氣缸需承受很大的彎矩（圖3-5）。</p><p><b>　　圖3-5</b></p><p>　　將升降氣缸安排在靠經(jīng)手臂部位，這種方式彎矩主要由擺動(dòng)氣缸承受，但整個(gè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以更加靈活（圖3-6）</p><p><b>　　圖3-6</b></p><p>　　初步選定升降氣缸為S

103、MC公司的CJ2系列氣缸。氣缸具體參數(shù)為缸徑D=10mm，最大行程L=200mm，速度范圍為50750mm/s.</p><p>　　題中采用的是雙作用氣缸，單活塞桿雙作用氣缸是使用最為廣泛的一種普通氣缸，因其只在活塞桿產(chǎn)生推力F1,活塞右行時(shí)產(chǎn)生F2</p><p>　　-F2 (3-1)</p><p>　　F2= （D2-d2）p

104、-Fz （3-2）</p><p>　　式中 F1—活塞桿的推力（N）</p><p>　　Fz—活塞桿的拉力（N）</p><p><b>　　D—活塞直徑（m）</b></p><p>　　d—活塞桿直徑（m）</p><p>　　p—?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ╬a）</p><

105、;p>　　Fz—?dú)飧坠ぷ骺傋枇Γ∟）</p><p>　　氣缸工作時(shí)的總阻力Fz與眾多因素有關(guān) ，如運(yùn)動(dòng)部件慣性力、背壓阻力，密封處摩擦力等。以上因素可以載荷率的形式計(jì)入公式，如要求氣缸的靜推力F1和靜拉力F2，則計(jì)入載荷率后</p><p>　　F1= D2p （3-3）</p><p>　　Fz= （D2-d2）p. （3-

106、4）</p><p>　　計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特征，若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高，且工作頻率高，其載荷率一般取=0.70.85.根據(jù)要求本次設(shè)計(jì)中，我們?nèi)?0.8.活塞桿拉力F2為克服機(jī)械手的自重和克服抓取物的重量所用的力為</p><p>　　F2=（1.5+0.5）10=20N</p><p>　　由式（3-3,3-4）可求得氣缸直徑D</p>

107、;<p><b>　　當(dāng)推力做功時(shí)</b></p><p>　　D= （3-5）</p><p>　　D= （3-6）</p><p>　　用式（3-10）計(jì)算時(shí)，活塞桿d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定，詳細(xì)計(jì)算見活塞的計(jì)算，估定活塞桿直徑可按d/D=0.20.3計(jì)算（必要時(shí)也可

108、取d/D=0.160.4）。若將</p><p>　　d/D=0.160.4代入式（3-10），則可得</p><p>　　D=（1.011.09） （3-7）</p><p><b>　　=3 cm</b></p><p>　　式中系數(shù)在缸徑較大時(shí)取小值，缸徑較小時(shí)取大值。</p><p>

109、;　　以上公式計(jì)算出的氣缸內(nèi)徑D應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。參考表3-1得D=32mm</p><p>　　根據(jù)d/D=0.20.3可估算得</p><p>　　d=0.2532mm</p><p><b>　　=8mm</b></p><p>　　3.6伸縮氣缸的選擇與設(shè)計(jì)</p><p>　　伸縮手臂為機(jī)

110、械手執(zhí)行水平伸縮運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，它是連接機(jī)械手末端執(zhí)行器和豎直升降手臂的部件，它的基本作用是完成末端執(zhí)行器的伸出和縮回運(yùn)動(dòng)。由于伸縮手臂主要承受末端執(zhí)行器和夾持物件的重力，在完全伸出時(shí)將承受較大彎矩，對(duì)伸縮手臂的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證手臂的正確方向及承受由于工件的重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩。</p><p>　　伸縮手臂在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，為防止手臂沿伸縮方向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)、加大承載能力，以及提高運(yùn)動(dòng)精度，必須設(shè)有導(dǎo)向裝置。伸縮手臂的導(dǎo)向

111、裝置需根據(jù)伸縮手臂的安裝形式、結(jié)構(gòu)及負(fù)荷等條件來確定。常用的有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿。</p><p>　　為使設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和簡便化，在本設(shè)計(jì)中，伸縮手臂采用新薄型帶導(dǎo)桿氣缸（如圖3-7）。該氣缸體積小、輕巧，耐橫向負(fù)載能力強(qiáng)，耐扭矩能力強(qiáng)，不回轉(zhuǎn)精度高，導(dǎo)向桿的軸承可選擇滑動(dòng)軸承或球軸承，安裝方便，二面接管位置可供選擇。</p><p>　　根據(jù)機(jī)械手的總體的受力，伸縮缸的選擇可以和升降缸使

112、用相同的尺寸。</p><p>　　根據(jù)本機(jī)械手的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，伸縮手臂的行程為200mm，氣爪抓重約為1Kg，加上氣爪和升降氣缸的重量，總質(zhì)量約為3Kg，由此，伸縮手臂的最大橫向負(fù)載F=mg=3×9.8=29.4N。</p><p>　　根據(jù)表3-1的數(shù)據(jù)，初步選定為缸徑為20mm型號(hào)為MGPL20—200的氣缸作為機(jī)械手的伸縮手臂。</p><p>　

113、　伸縮手臂作水平直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要克服的是摩擦阻力和慣性力，因此，氣缸所需要的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)由摩擦阻力和慣性力來確定。</p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　—摩擦阻力，應(yīng)包括手臂與伸縮導(dǎo)軌間的摩擦阻力，活塞與密封裝置處的摩擦阻力；</p><p>　　—手臂在啟動(dòng)過程的慣性力。</p><p>　

114、　其中—手臂移動(dòng)部件的重量（牛頓）；</p><p>　　g—重力加速度（9.8米/秒2）；</p><p>　　—啟動(dòng)或制動(dòng)前后的速度差（米/秒）；</p><p>　　—啟動(dòng)或制動(dòng)所需的時(shí)間（秒）。</p><p>　　摩擦力的計(jì)算：不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。圖3-9是機(jī)械手的伸縮手臂受力

115、示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮缸兩側(cè)。</p><p>　　圖3-7新薄型帶導(dǎo)桿氣缸</p><p>　　圖3-8伸縮手臂受力圖</p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　　圖3-9 伸縮手臂受力示意圖</p><p>　　由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均

116、衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。</p><p>　　在垂直方向，可近似認(rèn)為 FN=G總=29.4N</p><p>　　導(dǎo)桿所受到的水平方向的摩擦力 F摩=µFN </p><p>　　其中 µ—摩擦系數(shù)，氣缸導(dǎo)向桿的材料為鋼，取µ=0.2。</p>&

117、lt;p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　F摩=µFN =0.2×29.4=5.98N</p><p>　　慣性力的計(jì)算：本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)時(shí)V=200mm/s，在計(jì)算慣性力的時(shí)候，設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間=0.1s，啟動(dòng)速度V=V=200mm/s。</p><p>　　氣缸所需的驅(qū)動(dòng)力 F驅(qū)= F摩+ F慣=5.98+6=11.9

118、8N</p><p>　　氣缸的理論驅(qū)動(dòng)力 F=1/4πd2p</p><p>　　其中 d—?dú)飧谆钊麠U的直徑（米）；</p><p>　　p—?dú)飧椎墓ぷ鲏毫Γㄅ粒?lt;/p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) d=10mm，p=0.5MPa</p><p>　　代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得 F=1/4πd2p=

119、1/4×3.14×（0.01）2×0.5×106</p><p><b>　　=39.3N</b></p><p>　　由計(jì)算的結(jié)果可知 F>F需驅(qū)</p><p>　　即氣缸提供的理論驅(qū)動(dòng)力大于氣缸實(shí)際所需的驅(qū)動(dòng)力，因此，伸縮手臂的設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>

120、;<b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　通過對(duì)生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱特點(diǎn)的了解，主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)裝箱機(jī)械手，通過控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線抓取、運(yùn)送物料。本文對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程總體方案進(jìn)行了反復(fù)修改與論證，確定了機(jī)械手的座標(biāo)型式和技術(shù)參數(shù)，對(duì)于機(jī)械手手指氣缸、伸縮氣缸、升降氣缸的選擇和主要運(yùn)動(dòng)過程已詳細(xì)說明。機(jī)械手傳動(dòng)方式和驅(qū)動(dòng)方式都已簡單概括，并選取了合適的PLC型號(hào)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)