搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(例)

1、 海峽理工學(xué)院海峽理工學(xué)院機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)題目： 專專 業(yè)：業(yè)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 姓姓 名：名： 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 課課程程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任任務(wù)書(shū)務(wù)書(shū)一、題目：一、題目：搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)：二、研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)：本設(shè)計(jì)主要的研究?jī)?nèi)容是1. 用 proe 繪制搬運(yùn)機(jī)械手三維立體圖2. 用 proe 轉(zhuǎn)配搬運(yùn)機(jī)械手及制作仿真動(dòng)畫(huà)并生成仿真視頻制作3. 利用 PLC 實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（1 份）目標(biāo)： 讓搬運(yùn)機(jī)械手能搬運(yùn)物品，掌握機(jī)械手的設(shè)計(jì)原理和控制過(guò)程三、研究方法：三、研究方法

2、：通過(guò)不斷地查找資料，研究工業(yè)機(jī)械手的作用，并不斷分析最后制作出工業(yè)上需要的機(jī)械手。四、主要參考文獻(xiàn)：四、主要參考文獻(xiàn)：（至少（至少 5 5 篇）篇）1 劉明保，呂春紅等主編.機(jī)械手的組成機(jī)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定.河南高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004.120-1342 李超主編.氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā).陜西科技大學(xué)，2003.103-1213 陸祥生，楊繡蓮主編.機(jī)械手.中國(guó)鐵道出版社,1985.56-584 張建民主編.工業(yè)機(jī)械人.北京：北京理工大學(xué)出版社,1992.76-795 李允文主編.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社,1996.6 蔡自興主編.機(jī)械人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略.機(jī)械人技術(shù),

3、2001.12-157 金茂青，曲忠萍，張桂華等主編.國(guó)外工業(yè)機(jī)械人發(fā)展的態(tài)勢(shì)分析.機(jī)械人技術(shù)與應(yīng)用,2001.23-248 王雄耀主編.近代氣動(dòng)機(jī)械人（機(jī)械手）的發(fā)展及應(yīng)用.液壓氣動(dòng)與密封,1999.31-329 李明主編.單臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手設(shè)計(jì).制造技術(shù)與機(jī)床，2004. 64-6610張軍，封志輝主編.多工步搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì).機(jī)械設(shè)計(jì),2004.27-28目錄第一章 緒論.21.1 工業(yè)機(jī)器人的簡(jiǎn)介.21.2 機(jī)械手概述.31.3 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì).41.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì).51.6 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)原理.7第二章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)混合式搬運(yùn)機(jī)械手方案設(shè)計(jì).82.1 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)

4、動(dòng)式搬運(yùn)機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述.82.2 液壓式搬運(yùn)機(jī)械手方案設(shè)計(jì).82.2.1 設(shè)計(jì)要求.82.2.2 總體方案擬定.92.3 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成.102.3.1 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求.122.3.2 設(shè)計(jì)具體采用方案.122.4 機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).132.4.1 機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)要求.132.4.2 設(shè)計(jì)具體采用方案.142.5.1 機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求.152.5.2 設(shè)計(jì)具體采用方案.162.6.1 機(jī)械手末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)要求.162.6.2 設(shè)計(jì)具體采用方案.172.7.1 機(jī)器人電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)器.172.7.2 設(shè)計(jì)具體采用方案.18第三章 尺寸設(shè)計(jì)

5、與校核.193.1 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核.193.1.1 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì).193.1.2 導(dǎo)向裝置.203.1.3 平衡裝置.203.2 手臂升降液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核.203.3 腰部傳動(dòng)負(fù)載作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核.213.3.1 腰部電機(jī)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和校核.21第四章 機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .254.1 PLC 的工作原理 .254.2 可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程.264.3 可編程序控制器的使用步驟.274.4 機(jī)械手可編程序控制器控制方案.28第五章 四自由度機(jī)械手運(yùn)動(dòng)仿真.305.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真過(guò)程及定義分析.30結(jié) 論.33致 謝.33參考文獻(xiàn)：.3

6、40搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要摘要 用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。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。共業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門(mén)新興的學(xué)科機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在

7、不同環(huán)境中的工作。 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)。 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。本課題要設(shè)計(jì)一套 4 自由度電機(jī)和液壓混合搬運(yùn)機(jī)械手（主要用來(lái)搬運(yùn)圓柱狀的物體如車(chē)輪）主要的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)方面：根據(jù)裝配生產(chǎn)線搬運(yùn)機(jī)械手的特點(diǎn)，確定液壓搬運(yùn)機(jī)械手的總體方案，保證機(jī)械手在空間有限位置的定位。然后根據(jù)考慮的總體方案確定機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，可采用模塊化的設(shè)計(jì)，將機(jī)械手分為若干個(gè)模塊，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，最

8、后把這些模塊拼裝起來(lái)組成機(jī)械手。以機(jī)械手代替人工來(lái)提高工作效力，減輕勞動(dòng)力提高生產(chǎn)力。本課題設(shè)計(jì)的目的就是采用低成本、抓取力量大和易于控制的液壓來(lái)組成液壓搬運(yùn)機(jī)械手，最終實(shí)現(xiàn)裝配生產(chǎn)線上工件的自動(dòng)搬運(yùn)。大概寫(xiě) 200-300 字1第一章第一章 緒論緒論1.1 工業(yè)機(jī)器人的簡(jiǎn)介工業(yè)機(jī)器人的簡(jiǎn)介工業(yè)機(jī)器人是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起形成的一種機(jī)電一體化的產(chǎn)品，從其誕生起就受到人們的關(guān)心與重視。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)很成熟。工業(yè)機(jī)器人已從最初在解決勞動(dòng)密集型工業(yè)中單調(diào)、重復(fù)的體力勞動(dòng)發(fā)展到滿足制造業(yè)自動(dòng)化規(guī)模生產(chǎn)需要的工作。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò) 大，從最初主要應(yīng)用于汽

9、車(chē)工業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在涉及制造業(yè)的各個(gè)行業(yè)。目前我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，先進(jìn)制造業(yè)已進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段1。隨著經(jīng)濟(jì)全球化和我國(guó)加入 WTO，中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的局面。如何適應(yīng)快速變化的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求，如何以高質(zhì)量、低成本、快速反應(yīng)的手段在市場(chǎng)中取得生存和發(fā)展，已是我國(guó)企業(yè)不容回避的問(wèn)題，這些問(wèn)題為工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用提供了大的市場(chǎng)需求，促使中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用市場(chǎng)日趨成熟。近幾年來(lái)，國(guó)外著名的工業(yè)機(jī)器人制造廠商紛紛加大了在我國(guó)的投資和應(yīng)用技術(shù)的投入，對(duì)我國(guó)的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。我國(guó)政府非常重視機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，從“七五”科技攻關(guān)及實(shí)施 863 計(jì)劃開(kāi)始，就有

10、計(jì)劃地組織和發(fā)展工業(yè)機(jī)器人事業(yè)，經(jīng)過(guò) 20 多年的研制和應(yīng)用，目前在工業(yè)機(jī)器人的一些機(jī)種方面，如噴漆機(jī)器人、焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人和特種機(jī)器人都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，基本掌握了工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造技術(shù)和機(jī)器人應(yīng)用中單元和生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，有了一支具有一定水平的技術(shù)隊(duì)伍，奠定了我國(guó)獨(dú)立自主發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。但是，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在總體技術(shù)上與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有很大差距，僅相當(dāng)于國(guó)外九十年代中期的水平。目前工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)規(guī)模仍然不大，多數(shù)是單件小批生產(chǎn)，關(guān)鍵配套的單元部件和器件始終處于進(jìn)口狀態(tài)，工業(yè)機(jī)器人的性價(jià)比較低。我國(guó)整體裝備制造水平不高，制約了我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的形成和實(shí)現(xiàn)

11、規(guī)模化的發(fā)展。盡管中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的需求在逐年增加，但要能為用戶提供高質(zhì)價(jià)廉的工業(yè)機(jī)器人商品，目前在我國(guó)尚有較長(zhǎng)的路程。首先為了促進(jìn)中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須在以市場(chǎng)需求為主的前提下，國(guó)家在政策上鼓勵(lì)企業(yè)在技術(shù)投入和技術(shù)改造方面應(yīng)用國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人。同時(shí)轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的機(jī)制，建立以適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)所需的工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)基地。其次，在國(guó)家的科技發(fā)展規(guī)劃中，應(yīng)繼續(xù)對(duì)工業(yè)機(jī)2器人的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用關(guān)鍵、基礎(chǔ)部件的研究和產(chǎn)品化給予支持，形成產(chǎn)品和自動(dòng)化制造裝備同步協(xié)調(diào)發(fā)展的新局面。第三，結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，加強(qiáng)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的開(kāi)發(fā)，使之與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相結(jié)合。經(jīng)過(guò)近十年的努力，我國(guó)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的開(kāi)

12、發(fā)方面已具有相當(dāng)?shù)膶?shí)力，已有一支了解企業(yè)的需求，能開(kāi)發(fā)出符合實(shí)際使用條件應(yīng)用工程，成本低，服務(wù)及時(shí)，具備與國(guó)外公司的競(jìng)爭(zhēng)能力，因此加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的開(kāi)發(fā)，并圍繞應(yīng)用工程的需要進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，使之具有一定的規(guī)?；a(chǎn)能力，這樣可以促進(jìn)我國(guó)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和提高競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用也可形成具有一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。如果說(shuō) 20 世紀(jì) 90 年代機(jī)床創(chuàng)新的最大成就是發(fā)明并聯(lián)機(jī)床的話，那么當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人在機(jī)床上的應(yīng)用已成為發(fā)展的一大趨向。機(jī)器人與機(jī)床相結(jié)合，以往主要是解決工件自動(dòng)上下料搬運(yùn)問(wèn)題，致使機(jī)床得以無(wú)人化 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。如擅長(zhǎng)專機(jī)制作的意大利 COMAU 公司，他們比較

13、成熟地將缸體及缸蓋生產(chǎn)線中的零件搬運(yùn)，設(shè)計(jì)成由機(jī)器人完成。當(dāng)然，對(duì)工件的拋光打磨、清洗及其它臟、累活也是機(jī)器人表現(xiàn)的舞臺(tái)。去年 9 月在漢諾威 EMO2005 展覽會(huì)上，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用非常搶眼，而且它應(yīng)用的領(lǐng)域也在擴(kuò)大。然而在這次CCMT2006 展覽會(huì)上，值得一機(jī)器人應(yīng)用是當(dāng)今機(jī)床發(fā)展的一大趨向提的是 1 號(hào)館 W 1 - 9 1 6 意大利意沃樂(lè) EVOLUT 公司，這個(gè)歐洲最大的機(jī)器人應(yīng)用與集成公司，他們的一臺(tái) DC-5 機(jī)器人修邊、倒角裝置特別引人注目。該機(jī)器人可以裝夾工具對(duì)主軸上零件修邊去毛刺，甚至機(jī)器人可以加裝動(dòng)力源用刀具對(duì)零件進(jìn)行加工，因此它已將機(jī)械人傳統(tǒng)的搬運(yùn)、噴漆、焊接工作

14、范圍擴(kuò)展到了金屬切削及拋光領(lǐng)域。工作單元還可以配備各種上料方式：如帶視頻裝置可抓取隨機(jī)擺放的工件，或以旋轉(zhuǎn)臺(tái)擺放，或以傳送帶擺放等等。DC-5 工作單元可以處理的最大負(fù)荷為120/150kg。適宜加工的金屬材料為鋁鎂合金、銅、鉛、鑄鐵等?？梢源嬷辽偎膫€(gè)工人的工作量。3 D 編程軟件將以往 8 小時(shí)編程時(shí)間縮減為 15 分鐘，為小批量多品種的工件提供最好的解決方案。意沃樂(lè)公司除此以外最常涉足的領(lǐng)域還有用于壓鑄單元、車(chē)、銑中心單元、復(fù)合機(jī)床單元、零件拋光單元上的各種機(jī)械人應(yīng)用等等。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，勢(shì)必勞動(dòng)力的成本將越來(lái)越高，對(duì)環(huán)保及安全的要求將越來(lái)越嚴(yán)，所以工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用必將與時(shí)俱進(jìn)

15、。而且，由機(jī)器人干出的工件，譬如說(shuō)打磨，其零件的一致性肯定比人工來(lái)得好，因此歐洲有些名牌汽車(chē)制造商甚至對(duì)某些零件的某些工步，規(guī)定必須由機(jī)器人來(lái)操作。由此看來(lái)，工業(yè)機(jī)器人在機(jī)床上的應(yīng)用會(huì)將越來(lái)越廣。31.2 機(jī)械手概述機(jī)械手概述機(jī)械手是在機(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(mén)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大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已

16、受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：（1）機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車(chē)床、組合機(jī)床上使用較為普遍。（2）在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來(lái)裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來(lái)組裝零部件。（3）可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。（4）可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。（5）宇宙及海洋的開(kāi)發(fā)。（6）軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。由于以上諸多原因，因此在裝配生產(chǎn)線上我們用液壓自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)完成目的。1.3 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(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、

17、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10.3萬(wàn)美元降至97年的6.5萬(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PC機(jī)的開(kāi)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4采用視覺(jué)、聲覺(jué)、

18、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)

19、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(chē)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)

20、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.我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“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，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(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)、觸有了一定

21、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)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。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)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5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。1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨

22、勢(shì)目前，在國(guó)內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢(shì)如下：A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)。B工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開(kāi)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。C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)行決策控制；多傳感器融合配

23、置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。D關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門(mén)式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開(kāi)發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)； E焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真?？偟膩?lái)說(shuō)，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對(duì)具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場(chǎng)化、模塊化的元件目前國(guó)

24、內(nèi)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 6國(guó)外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、

25、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來(lái)完成規(guī)定的操作。國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。目前世界高端工業(yè)機(jī)械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到 3M/S，量新產(chǎn)品達(dá)到 6 軸，負(fù)載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG。更重要的是將機(jī)械 手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時(shí)，隨著機(jī)械手的小型化和微型化，其

26、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)突破傳統(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。1.6 液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)傳動(dòng)原理傳動(dòng)原理液壓傳動(dòng)中所需要的元件主要有動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。其中液壓動(dòng)力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來(lái)工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見(jiàn)的一種液壓泵，它通過(guò)兩個(gè)嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得液體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時(shí)候主要需要注意的問(wèn)題包括消耗的能量、效率、降低噪音。液壓執(zhí)行元件是用來(lái)執(zhí)行將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)是與液壓泵

27、做相反的工作的裝置，也就是把液壓的能量轉(zhuǎn)換稱為機(jī)械能，從而對(duì)外做功。液壓控制元件用來(lái)控制液體流動(dòng)的方向、壓力的高低以及對(duì)流量的大小進(jìn)行預(yù)期的控制，以滿足特定的工作要求。正是因?yàn)橐簤嚎刂圃骷撵`活性，使得液壓控制系統(tǒng)能夠完成不同的活動(dòng)。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。7第二章第二章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)混合式搬運(yùn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)混合式搬運(yùn)機(jī)械手方案設(shè)計(jì)機(jī)械手方案設(shè)計(jì)2.1 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)式搬運(yùn)機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)式搬運(yùn)機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述概述機(jī)械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制檢測(cè)系統(tǒng)及智能系統(tǒng)幾部分組成：(1) 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行

28、系統(tǒng)是機(jī)械手完成鋅錠堆碼，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件，它包括手部、機(jī)身、機(jī)架等。 手部：機(jī)械手為了進(jìn)行作業(yè)而配置的操作機(jī)構(gòu)，又稱手爪或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取鋅錠。機(jī)身：機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，起支撐作用，是支撐手臂的部件，其作用是帶動(dòng)臂部自轉(zhuǎn)、位移。機(jī)架：機(jī)身的支撐部件，其作用是使機(jī)身按其預(yù)定軌道實(shí)現(xiàn) Y 方向的位移。(2) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)的裝置。用的有液壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)。(3) 控制系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(4) 檢測(cè)系統(tǒng)：作用是通過(guò)各種檢測(cè)裝置、傳感裝置檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)需要反饋給控制

29、系統(tǒng)，與設(shè)定進(jìn)行比較，以保證運(yùn)動(dòng)符合要求。82.2 液壓式搬運(yùn)機(jī)械手方案設(shè)計(jì)液壓式搬運(yùn)機(jī)械手方案設(shè)計(jì)2.2.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求通過(guò)設(shè)計(jì)機(jī)械手，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本理論、基本知識(shí)和基本方法分析能力和解決問(wèn)題的能力。該機(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)的操作空間，手臂在水平方向的移動(dòng)行程為，手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)行程范圍為 360，腰部機(jī)構(gòu)升降行mm130程為。抓取工件為圓柱形軸，外形尺寸為直徑，長(zhǎng)度mm150mmd25。該機(jī)械手在 PLC 控制下可實(shí)現(xiàn)單步、連續(xù)動(dòng)作兩種工作方式。mmh102.2.2 總體方案擬定總體方案擬定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定總體方案：機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)型，具有 4 個(gè)自由度

30、的液壓搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：液壓傳動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)：PLC 控制與其他類型的機(jī)械手相比，液壓和電機(jī)驅(qū)動(dòng)混合式機(jī)械手具有反應(yīng)迅速、抓取力量大、易于控制、定位精度高等特點(diǎn)，它綜合了單獨(dú)液壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的不足，把兩者的有點(diǎn)融合在一起。本課題擬設(shè)計(jì)一套 4 自由度液壓搬運(yùn)機(jī)械手，該機(jī)械手是應(yīng)用于某企業(yè)的裝配生產(chǎn)線的搬運(yùn)機(jī)械手。本設(shè)計(jì)中的四由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的有關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 2-1圖 2-1 機(jī)械手整體構(gòu)造圖9表表 2-12-1 技術(shù)參數(shù)表機(jī)械手類型四由度圓柱坐標(biāo)型抓取重量30Kg自由度4（1 回轉(zhuǎn) 3 個(gè)移動(dòng)）機(jī)座內(nèi)部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角 0-360，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)腰部機(jī)構(gòu)伸縮運(yùn)動(dòng)，升降范圍 15

31、0mm，液壓缸驅(qū)動(dòng)手臂機(jī)構(gòu)伸縮運(yùn)動(dòng)，手臂 1 伸縮范圍 120mm，手臂 2 伸縮范圍 70mm 液壓缸驅(qū)動(dòng)具體運(yùn)動(dòng)可見(jiàn)仿真視頻。2.3 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖如圖1-1所示。 圖2-2機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖機(jī)械手的工作原理：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。在PLC程序控制的條件下，采用液壓傳動(dòng)方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。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)。位置檢測(cè)裝

32、置隨手部手部手腕手腕手臂手臂立柱立柱控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)（PLCPLC）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（伺服驅(qū)動(dòng)和液壓傳動(dòng)）（伺服驅(qū)動(dòng)和液壓傳動(dòng)）執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置檢測(cè)裝置位置檢測(cè)裝置10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.(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)

33、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。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。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。工業(yè)機(jī)械手的手臂

34、通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、液壓缸、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、液壓或電機(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)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。5、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。它由動(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)、 液壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。(三)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)

35、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11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。該機(jī)械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng)，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.2.3.1 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的

36、設(shè)計(jì)要求 工業(yè)機(jī)器人腰座，就是圓柱坐標(biāo)機(jī)器人，球坐標(biāo)機(jī)器人及關(guān)節(jié)型機(jī)器人的回轉(zhuǎn)基座。它是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)部分全部安裝在腰座上，它承受了機(jī)器人的全部重量。在設(shè)計(jì)機(jī)器人腰座結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意以下設(shè)計(jì)原則：1.腰座要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人在工作時(shí)整體安裝的穩(wěn)定性。2.腰座要承受機(jī)器人全部的重量和載荷，因此，機(jī)器人的基座和腰部軸及軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力。3.機(jī)器人的腰座是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它對(duì)機(jī)器人末端的運(yùn)動(dòng)精度影響最大，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意腰部軸系及傳動(dòng)鏈的精度與剛度的保證。4.腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它包括驅(qū)動(dòng)器（電動(dòng)、液壓

37、及氣動(dòng)）及減速器。驅(qū)動(dòng)裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動(dòng)器。5.腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整。腰部與機(jī)器人手臂的聯(lián)結(jié)要有可靠的定位基準(zhǔn)面，以保證各關(guān)節(jié)的相互位置精度。要設(shè)有調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)整腰部軸承間隙及減速器的傳動(dòng)間隙。6.為了減輕機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部分的慣量，提高機(jī)器人的控制精度，一般腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成，而不運(yùn)動(dòng)的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。122.3.2 設(shè)計(jì)具體采用方案設(shè)計(jì)具體采用方案腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)形式要么是電機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，要么是通過(guò)擺動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前的趨勢(shì)是用前者。因?yàn)殡妱?dòng)方式控制的精度能夠很高，而且結(jié)構(gòu)緊湊，不用設(shè)計(jì)另外的液壓系統(tǒng)及其

38、輔助元件?？紤]到腰座是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對(duì)機(jī)械手的最終精度影響大，故采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般電機(jī)都不能直接驅(qū)動(dòng)，考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，采用大傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行減速和扭矩的放大。因?yàn)辇X輪傳動(dòng)存在著齒側(cè)間隙，影響傳動(dòng)精度，故采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，采用大的傳動(dòng)比（大于100） ，同時(shí)為了減小機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)，齒輪采用高強(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加工制造，盡量減小因齒輪傳動(dòng)造成的誤差。腰座具體結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示：圖圖 2-3 腰座結(jié)構(gòu)圖腰座結(jié)構(gòu)圖2.4 機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.1 機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)要求機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)要求 機(jī)器人手臂的作用，是在

39、一定的載荷和一定的速度下，實(shí)現(xiàn)在機(jī)器人所要求的工作空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循下述原則；1.1.應(yīng)盡可能使機(jī)器人手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡(jiǎn)化，有利于機(jī)器人的控制。2.2.機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人工作空間的要求。工作空間的形狀和大小與機(jī)器人手臂的長(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)器人手13臂末端工作空間并沒(méi)有考慮機(jī)器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對(duì)機(jī)器人手腕的姿態(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。3.3.為了提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度與控制精度，應(yīng)在保證機(jī)器人手臂有足夠強(qiáng)

40、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)器人手臂。目前，在國(guó)外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)器人手臂。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)器人手臂結(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)器人手臂的重量。4.4.機(jī)器人各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機(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

41、承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。5.5.機(jī)器人的手臂相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡，這對(duì)減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度是非常有利的。在設(shè)計(jì)機(jī)器人的手臂時(shí)，應(yīng)盡可能利用在機(jī)器人上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來(lái)減小機(jī)器人手臂的不平衡重量，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。6.6.機(jī)器人手臂在結(jié)構(gòu)上要考慮各關(guān)節(jié)的限位開(kāi)關(guān)和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。2.4.2 設(shè)計(jì)具體采用方案設(shè)計(jì)具體采用方案 機(jī)械手的垂直手臂升降和水平手臂的伸縮運(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)，液壓傳動(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，

42、考慮加工工件的質(zhì)量達(dá) 30KG，屬中型重量，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)均選擇液壓驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)液壓缸的直接驅(qū)動(dòng)，液壓缸既是驅(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；而且液壓缸實(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)橐簤合到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。因此手臂液壓缸的設(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)增大液壓缸的缸徑來(lái)增大

43、剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的。因此，在14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。圖形如下:2.5.1 機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求1.機(jī)器人手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來(lái)設(shè)計(jì)。機(jī)器人手腕自由度數(shù)目愈多，各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度愈大，則機(jī)器人腕部的靈活性愈高，機(jī)器人對(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)器人的控制更困難，成本也會(huì)增

44、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)器人手腕的自由度數(shù)為 2 至 3 個(gè)，有的需要更多的自由度，而有的機(jī)器人手腕不需要自由度，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)器人的多種布局，運(yùn)動(dòng)方案，選擇滿足要求的最簡(jiǎn)單的方案。2.機(jī)器人腕部安裝在機(jī)器人手臂的末端，在設(shè)計(jì)機(jī)器人手腕時(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)器人腕部的重量，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。3.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)

45、的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末端執(zhí)行器。154.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。 5.要設(shè)有可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減小空回間隙，提高傳動(dòng)精度。6.手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)要有限位開(kāi)關(guān)，并設(shè)置硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞。2.5.2 設(shè)計(jì)具體采用方案設(shè)計(jì)具體采用方案 通過(guò)對(duì)機(jī)械手工作場(chǎng)合和工作需求的具體分析，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，降低控制的難度，本設(shè)計(jì)手腕不增加自由度，實(shí)踐證明這是完全能滿足作業(yè)要求的，4 個(gè)自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的搬運(yùn)完全足夠。具體的手腕（手臂手爪聯(lián)結(jié)梁）結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2-4。圖圖 2-4 手爪聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)手爪聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)

46、2.6.1 機(jī)械手末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)要求機(jī)械手末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)要求機(jī)器人末端執(zhí)行器是安裝在機(jī)器人手腕上用來(lái)進(jìn)行某種操作或作業(yè)的附加裝置。機(jī)器人末端執(zhí)行器的種類很多，以適應(yīng)機(jī)器人的不同作業(yè)及操作要求。末端執(zhí)行器可分為搬運(yùn)用、加工用和測(cè)量用等。搬運(yùn)用末端執(zhí)行器是指各種夾持裝置，用來(lái)抓取或吸附被搬運(yùn)的物體。加工用末端執(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(lái)進(jìn)行相應(yīng)的加工作業(yè)。測(cè)量用末端執(zhí)行器是裝有測(cè)量頭或傳感器的附加裝置，用來(lái)進(jìn)行測(cè)量及檢驗(yàn)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(wèn)題；1.1.機(jī)器人末端執(zhí)行器是根據(jù)機(jī)器人作業(yè)要求來(lái)設(shè)計(jì)的。一個(gè)新的末端執(zhí)行器的出現(xiàn)，就可以增加

47、一種機(jī)器人新的應(yīng)用場(chǎng)所。因此，根據(jù)作業(yè)的需要和人16們的想象力而創(chuàng)造的新的機(jī)器人末端執(zhí)行器，將不斷的擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。2.2.機(jī)器人末端執(zhí)行器的重量、被抓取物體的重量及操作力的總和機(jī)器人容許的負(fù)荷力。因此，要求機(jī)器人末端執(zhí)行器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。3.3.機(jī)器人末端執(zhí)行器的萬(wàn)能性與專用性是矛盾的。萬(wàn)能末端執(zhí)行器在結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜，甚至很難實(shí)現(xiàn)，例如，仿人的萬(wàn)能機(jī)器人靈巧手，至今尚未實(shí)用化。目前，能用于生產(chǎn)的還是那些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、萬(wàn)能性不強(qiáng)的機(jī)器人末端執(zhí)行器。從工業(yè)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，應(yīng)著重開(kāi)發(fā)各種專用的、高效率的機(jī)器人末端執(zhí)行器，加之以末端執(zhí)行器的快速更換裝置，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人多種作業(yè)功能，而不主張用一

48、個(gè)萬(wàn)能的末端執(zhí)行器去完成多種作業(yè)。因?yàn)檫@種萬(wàn)能的執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且造價(jià)昂貴。4.4.通用性和萬(wàn)能性是兩個(gè)概念，萬(wàn)能性是指一機(jī)多能，而通用性是指有限的末端執(zhí)行器，可適用于不同的機(jī)器人，這就要求末端執(zhí)行器要有標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口（如法蘭） ，使末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和積木化。5.5.機(jī)器人末端執(zhí)行器要便于安裝和維修，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。用計(jì)算機(jī)控制最方便的是電氣式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主流是電氣式，其次是液壓式和氣壓式（在驅(qū)動(dòng)接口中需要增加電-液或電-氣變換環(huán)節(jié)） 。2.6.2 設(shè)計(jì)具體采用方案設(shè)計(jì)具體采用方案結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計(jì)采用 3 爪式定位抓起的手爪。通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)張開(kāi)或縮收手爪

49、。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 25mm 來(lái)設(shè)計(jì)。手爪的具體結(jié)構(gòu)形式如圖-5 所示： 17圖圖 2-5機(jī)械手末端執(zhí)行手爪結(jié)構(gòu)圖機(jī)械手末端執(zhí)行手爪結(jié)構(gòu)圖2.7.1 機(jī)器人電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)器機(jī)器人電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)器（1）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)的控制裝置主要包括脈沖發(fā)生器，環(huán)行分配器和功率放大器等幾部分組成。 脈沖發(fā)生器可以按照起、制動(dòng)及調(diào)速要求改變頻率、以控制步進(jìn)電機(jī)。環(huán)行分配器是控制步進(jìn)電機(jī)各繞組按一定的次序通過(guò)的環(huán)節(jié)。它的作用是把脈沖發(fā)生器送來(lái)的一系列脈沖信號(hào)按照一定的循環(huán)規(guī)律依次分配給各繞組，以使步進(jìn)電機(jī)按著一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。功率放大器的作用是將環(huán)行分配

50、器輸出的毫安級(jí)電流放大成安培級(jí)電流以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。目前功率放大器多采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路。這種電路有高、低壓二組電源。當(dāng)繞組剛通電瞬間讓繞組接通高電壓，從而使各相電流迅速建立。而當(dāng)達(dá)到步進(jìn)電機(jī)額定電流時(shí)僅以低電壓給各相繞組供電。高電壓加入的時(shí)間長(zhǎng)短由控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.7.2 設(shè)計(jì)具體采用方案 具體到本設(shè)計(jì)，在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個(gè)因素。機(jī)械手腰部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要一定的定位控制精度，故采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)；因?yàn)椴捎靡簤簣?zhí)行缸來(lái)做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液壓驅(qū)動(dòng)；同時(shí)考慮隨著機(jī)床加工的工件的不同，水平手臂伸出長(zhǎng)度是不同的。因此，要求水平手臂具有伺服定位能力，故采用電液伺服液壓缸

51、進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。而手爪的張開(kāi)和夾緊通過(guò)液壓柱塞缸活塞來(lái)實(shí)現(xiàn)。18第三章第三章 尺寸設(shè)計(jì)與校核尺寸設(shè)計(jì)與校核3.1 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核3.1.1 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì) 1. 在校核尺寸時(shí)，只需校核液壓缸內(nèi)徑=60mm,半徑R=32mm的液壓缸的尺寸1D滿足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng),MPaP4 . 0 則驅(qū)動(dòng)力： 2RPF )(1286032. 014. 3104 . 026N2測(cè)定手腕質(zhì)量為50kg,設(shè)計(jì)加速度，則慣性力：)/(10sma maF 1 )(5001050N3.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),2 . 0k1.FkF

52、m )(1005002 . 0N 總受力mFFF10 )(600100500N FF 0 所以標(biāo)準(zhǔn)CTA液壓缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求。193.1.2 導(dǎo)向裝置導(dǎo)向裝置液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來(lái)確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。3.1.3 平衡

53、裝置平衡裝置在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對(duì)性能的影響，故在手臂伸縮液壓缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和液壓缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。3.2 手臂升降液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核手臂升降液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核3.2.13.2.1 尺寸設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì)液壓缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 =150mm,液壓缸內(nèi)徑為=80mm,半徑R=50mm,液壓l1D缸運(yùn)行速度，加速度時(shí)間=0.1s,壓強(qiáng)p=0.4MPa,則驅(qū)動(dòng)力：t20. RpG 2605. 014. 3104 . 0 )(3140 N3.2.2 尺寸校核1

54、測(cè)定手腕質(zhì)量為100kg,則重力：mgG )(100010100N2設(shè)計(jì)加速度，則慣性力：)/(10sma 20maG 1 )(100010100N3.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)，1 . 0k1.GkGm )(10010001 . 0N 總受力mqGGGG1 )(220010010001000N 0GGq 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。3.33.3 腰部傳動(dòng)負(fù)載作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核腰部傳動(dòng)負(fù)載作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核3.3.1 腰部電機(jī)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和校核腰部電機(jī)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和校核負(fù)載額定功率： （3-1）955010LNTP負(fù)載加速功率： （3-aLLatNGDP3221035772）負(fù)載

55、力矩（折算到電機(jī)軸）： （3-lMLLTNNT3）負(fù)載 GD（折算到電機(jī)軸）： （3-222)(lMLLGDNNGD 4）起動(dòng)時(shí)間： 21 （3-)(375)(22LPMLMaTTNGDGDt5）制動(dòng)時(shí)間： （3-6）)(375)(22LPMLMdTTNGDGDt 式中，-為額定功率，KW；0P-為加速功率，KW；aP-為負(fù)載軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；lN-為電機(jī)軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；MN-為負(fù)載的速度，m/min；lV-為減速機(jī)效率；-為摩擦系數(shù)；-為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載軸） ，；lTmN -為電機(jī)啟動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩，；pTmN -為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（折算到電機(jī)軸上） ，；LTmN -為負(fù)載的，；2lGD2GD

56、2mN -為負(fù)載（折算到電機(jī)軸上） ，；2LGD2GD2mN -為電機(jī)的，；2MGD2GD2mN 因?yàn)檠炕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有； （3-7）RfGRFTfl式中，-為滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)，取 0.005；f-為機(jī)械手本身與負(fù)載的重量之和，取 100；GKG-為回轉(zhuǎn)軸上傳動(dòng)大齒輪分度圓半徑，R=240；Rmm帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得 =0.12；lTmN 22 同時(shí)，腰部回轉(zhuǎn)速度定為=5r/min；傳動(dòng)比定為 1/120；lN且， 帶入數(shù)據(jù)得： =10.45667。2mgDGDllGD2mN 將其帶入上（3-24）（3-30）式，得： ；WP3227. 1

57、0；WPa0068. 0啟動(dòng)時(shí)間 ； mssta3002962. 0制動(dòng)時(shí)間 ；mstd3折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：。0010523. 0LTmN 2324第四章第四章 機(jī)械手的機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 PLC 的工作原理的工作原理PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行狀態(tài)（RUN）與停止?fàn)顟B(tài)（STOP）狀態(tài)。PLC在運(yùn)行(RUN)工作模式時(shí)，反復(fù)不停地重復(fù)執(zhí)行圖所示的5個(gè)階段的任務(wù)；在停止(STOP)工作模式時(shí)，只執(zhí)行上面兩個(gè)階段任務(wù)。PLC這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式，或稱為掃描循環(huán)(Scan CYc1e)。 在內(nèi)部處理階段，PLC完成硬件自檢測(cè)和將監(jiān)控

58、定時(shí)器復(fù)位等內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，PLC處理與計(jì)算機(jī)、編程器和別的智能裝置的通信。響應(yīng)通信命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。在PLC的存儲(chǔ)器中設(shè)置了一片區(qū)域，用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器(見(jiàn)圖2)。 PLC梯形圖中其他的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，PLC將外部輸入電路的接通斷開(kāi)狀態(tài)讀入并輸入映像寄存器。外部輸入電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，反之亦反。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入電路的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信

59、號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。 PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中順序排列。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開(kāi)始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束。執(zhí)行指令時(shí)，從元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的01狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，最后的運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到線圈或輸出類指令對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中(見(jiàn)圖6-1)。因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。 在輸出處理階段，CPU將所有輸出映像寄存器的值送到輸出模塊。梯形圖中某一輸出繼電器的線圈 “通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為1狀態(tài)，繼電器型輸出模塊

60、中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作，反之亦反。PLC的梯形圖程序就是這樣通過(guò)輸入、輸出映象寄存器與外部輸入電路和外部負(fù)載聯(lián)系起來(lái)的。25掃描過(guò)程 PLC 的外部接線圖與梯形圖 圖 4-1執(zhí)行程序時(shí)，讀寫(xiě)的是輸入輸出映象寄存器的值，而不是直接對(duì)實(shí)際的IO點(diǎn)進(jìn)行操作，這樣做有以下好處： 1、程序執(zhí)行階段的輸入值是固定的，程序執(zhí)行完后再用輸出映象寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。 2、用戶程序讀寫(xiě)IO映象寄存 器比讀寫(xiě)IO點(diǎn)快得多，這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。 3、掃描工作方式具有較好的抗干擾能力，在一個(gè)掃描周期中， 輸入處理僅占極少部分時(shí)間，在大部分時(shí)間內(nèi)，干擾