袋裝料碼垛機(jī)械手畢業(yè)論文

1、. . . . 1前言1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義機(jī)械手自問世以來，經(jīng)過了40多年的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)械手最早應(yīng)用于制造工業(yè)，常用于噴漆、焊接、搬運(yùn)和上下料。機(jī)械手可代替人從事危險(xiǎn)、有毒、有害、高溫、高壓、重載、噪音、粉塵和低溫等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成單調(diào)重復(fù)和繁重的勞動，不僅減少了人力資源的浪費(fèi)，減輕了勞動強(qiáng)度，而且大大改善了工人的勞動條件，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)自動化水平。目前機(jī)械手主要用于以下幾個(gè)方面。(1)惡劣的工作環(huán)境和危險(xiǎn)的工作在核工業(yè)中，核反應(yīng)堆具有較強(qiáng)的放射性，為了人員的安全，經(jīng)常需要機(jī)械手來完成相關(guān)的清理工作，另外在壓鑄、沖壓、熱處理、鍛造、噴漆車間以與有強(qiáng)烈紫外

2、線照射的電弧焊等危險(xiǎn)領(lǐng)域的作業(yè)中也經(jīng)常需要用到機(jī)械手。(2)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域目前研制出了搬運(yùn)機(jī)械手、碼垛機(jī)械手、汽車座椅裝配機(jī)械手、點(diǎn)膠機(jī)械手等各類工業(yè)機(jī)械手，主要用于生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)自動化。如當(dāng)末端夾持焊槍時(shí)，可以對汽車或摩托車的車體進(jìn)行點(diǎn)焊或弧焊作業(yè)；當(dāng)末端安裝噴槍時(shí)可以進(jìn)行噴涂作業(yè)；當(dāng)末端安裝手鉗時(shí)，可以給壓鑄機(jī)或成型機(jī)進(jìn)行上下料作業(yè)或者用來裝配機(jī)械零部件。目前我國已經(jīng)建成的自動生產(chǎn)線有很多，如水泵廠的環(huán)類深井泵軸承體加工自動線、動力機(jī)廠的箱體類氣缸蓋加工自動線、電機(jī)廠的軸類4號和5號電動機(jī)軸加工自動線、拖拉機(jī)齒輪廠的盤類齒坯加工自動線等等1。(3)在特殊作業(yè)場合進(jìn)行極限作業(yè)在一些極地探索、火山

3、探險(xiǎn)、空間探索、深海探密等領(lǐng)域經(jīng)常要用到機(jī)器人去探索，目前研制出了螃蟹機(jī)器人，用于水下勘測任務(wù)操作，它的身體結(jié)構(gòu)接近于螃蟹，能夠完成指定的指令，也可以用于海洋搜尋與石油天然氣的勘測。還有用于國際空間站的機(jī)器人，可以對空間站的外表面進(jìn)行檢測。(4)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目前研制出了太陽能農(nóng)用機(jī)器人，他可以找到隱藏在農(nóng)作物中的雜草，這主要依賴于它的視覺系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有別于農(nóng)作物的植物時(shí)，它便利用數(shù)據(jù)庫提供的植物的特性與目標(biāo)植物加以比較，當(dāng)確定為雜草時(shí)，就會用機(jī)械手割斷雜草，同時(shí)還可以噴灑除草劑。(5)軍事應(yīng)用在軍事應(yīng)用中，軍人執(zhí)勤經(jīng)常會遇到危險(xiǎn)，這就需要機(jī)器人幫助完成執(zhí)勤任務(wù)，給機(jī)器人配備軍用機(jī)槍，利用機(jī)器人完成

4、炸彈清除工作。機(jī)械手在控制器的控制下，可以、仿人的手、腕、臂的動作，按照固定的動作流程進(jìn)行工作。我國絕大多數(shù)農(nóng)民工就業(yè)于勞動密集型行業(yè)，勞動密集型行業(yè)中絕大多數(shù)工作是簡單的、重復(fù)性作業(yè)，這些工作沒有多少技術(shù)，農(nóng)民工很容易學(xué)會，但這些工作對從業(yè)者的體力反應(yīng)靈敏度或操作精確度有比較高的要求，因此，青年農(nóng)民工從事這些工作時(shí)勞動生產(chǎn)率比較高，但是非技術(shù)農(nóng)民工進(jìn)入中年后，體力、反應(yīng)靈敏度和操作精確度下降，勞動生產(chǎn)率逐年降低。因此使用機(jī)械手，不但降低了人的體力勞動，減少人力資源的浪費(fèi)，減輕了勞動強(qiáng)度，而且大大改善了工人的勞動條件，提高了工作效率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效

5、益，更有利于企業(yè)的發(fā)展。尤其是在高溫、高壓、重載、粉塵、噪音以與帶有放射性和污染的危險(xiǎn)環(huán)境中應(yīng)用更為普遍。1.2機(jī)械手國外研究現(xiàn)狀工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代，最初是用來示教再現(xiàn)，這類機(jī)械手沒有任何的傳感器，它的工作路徑和運(yùn)動參數(shù)都是操作人員通過編程來設(shè)定的。后來出現(xiàn)了感覺型機(jī)械手，這類機(jī)械手配備了簡單的、外部傳感器，具有部分適應(yīng)外部環(huán)境的能力，可以感知部分物理量并進(jìn)行反饋。再后來出現(xiàn)了智能型機(jī)械手，這類機(jī)械手可以對外部環(huán)境信息進(jìn)行感知、提取、處理并做出適當(dāng)?shù)臎Q策，可以自主的完成某一項(xiàng)任務(wù)，至今仍處于研究和發(fā)展階段。目前，機(jī)械手在技術(shù)水平上優(yōu)勢集中于日美等幾個(gè)發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家。1958年，

6、創(chuàng)建世界上第一個(gè)機(jī)器人公司的Joseph F.Engel Berger 被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”，他參與設(shè)計(jì)了第一臺機(jī)器人-Unimate機(jī)器人，后來AMF公司研制的Versatran機(jī)器人也相繼問世，它主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸，20世紀(jì)60年代，美國斯坦福研究所研制了機(jī)器人Shakey。1986年，美國研制出了第一臺擬人型兩足步行機(jī)器人SD-2，8個(gè)自由度，可以靜態(tài)行走，1987年，Pacific Northwest實(shí)驗(yàn)室研制出38個(gè)自由度的液壓驅(qū)動擬人機(jī)器人2。隨后，在美國的工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)械手得到了大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用，日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了20世紀(jì)60年代的搖籃期、70年代的實(shí)用化時(shí)

7、期以與80年代的普與期三個(gè)時(shí)期。1967年，日本東京機(jī)械貿(mào)易公司從美國AMF公司引進(jìn)了Versatran機(jī)器人，后來日本川崎重工業(yè)公司從美國引進(jìn)了Unimation機(jī)器人，1980年被日本人稱為“日本的機(jī)器人元年”，在這一年，日本的機(jī)器人技術(shù)得到了極大的成功和普與。1997年，日本本田公司研制出了世界上第一臺類人型步行機(jī)器人樣機(jī)，2002年，該公司又研制出Asimo機(jī)器人?，F(xiàn)在，日本擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量約占世界總數(shù)量的65%。我國的工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：70年代的萌芽期、80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。1990年，國防科技大學(xué)研制出

8、了我國第一臺類人型機(jī)器人，命名為：先行者。1989年，我國成功的將自主研發(fā)的水下機(jī)器人出口到美國。1990年，我國又成功研制出了深潛6000米的水下機(jī)器人，同年我國自主開發(fā)的機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)AGV 技術(shù)出口國3。近幾年，我國實(shí)施了“863”計(jì)劃，培養(yǎng)了一大批機(jī)器人方面的專業(yè)技術(shù)人員，我國又斥資5800萬元在建立機(jī)器人“機(jī)器人技術(shù)國家工程研究中心”和“智能機(jī)器人中心”，這充分說明了我國對工業(yè)機(jī)器人的重視。目前我國建立了多條工業(yè)機(jī)械手生產(chǎn)線，包括：弧焊機(jī)械手生產(chǎn)線、裝配機(jī)械手生產(chǎn)線、噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線等，我國的機(jī)械手技術(shù)取得了許多前所未有的成果。但是盡管如此，我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)與其工程應(yīng)用的水

9、平和國外相比還有一定的差距，因此，我國應(yīng)該加快工業(yè)化進(jìn)程，提高關(guān)鍵技術(shù)，培養(yǎng)更多的專業(yè)化人才。1.3 設(shè)計(jì)的容本課題旨在設(shè)計(jì)一種袋裝料碼垛機(jī)械手，該機(jī)械手抓取的物料為袋裝物料，尺寸為，袋裝物料重量小于5Kg，機(jī)械手工作圍為：工作半徑1.0m。其工作過程如下：通電后，機(jī)械手先行復(fù)位，然后機(jī)械手臂下降至物品處，手部抓住物品，機(jī)械手臂上升將物品拿起，然后機(jī)身旋轉(zhuǎn)至一定角度，機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn)到指定位置，手臂下降，手腕旋轉(zhuǎn)至物料正確位置，然后手部開將物品放下，機(jī)械手臂上升，復(fù)位。至此，一個(gè)工作周期結(jié)束。但是還要將物品堆垛起來，就要求放置物品時(shí)要按照一定的規(guī)律放到相應(yīng)的筐。設(shè)計(jì)時(shí)需要設(shè)計(jì)出機(jī)械手的手部、腕部和

10、臂部等，使其能夠完成相應(yīng)的功能，畫出機(jī)械手的裝配圖和部分零件圖，通過分析袋裝料碼垛機(jī)械手系統(tǒng)的工作過程，選擇運(yùn)動控制器，設(shè)計(jì)出其控制系統(tǒng)。1.3.1 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)表1.1 機(jī)械手技術(shù)參數(shù)表結(jié)構(gòu)形式平面關(guān)節(jié)式自由度數(shù)4負(fù)載能力（Kg）5末端重復(fù)精度（mm）±0.1最大展開半徑（mm）1000高度（mm）973本體重量（Kg）<45供電電源單相220V、50Hz運(yùn)動精度（脈沖當(dāng)量/轉(zhuǎn)）關(guān)節(jié)11000000關(guān)節(jié)299000關(guān)節(jié)32983關(guān)節(jié)4800000每軸最大運(yùn)動速度(rad/s)關(guān)節(jié)11.57關(guān)節(jié)23.14關(guān)節(jié)33.14關(guān)節(jié)43.14每軸最大運(yùn)動圍（°）關(guān)節(jié)1

11、77;120關(guān)節(jié)2±130關(guān)節(jié)40360安裝要求安裝方式水平安裝安裝環(huán)境溫度（°C）：045濕度（%RH）：2080震動（G）：<0.5避免接觸易燃腐蝕性液體或氣體，遠(yuǎn)離電器噪聲源2 總體方案設(shè)計(jì)2.1功能與性能要求分析 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手的功能是將袋裝物料從流水線上依次搬運(yùn)到相應(yīng)的筐，并進(jìn)行堆垛。這就要求機(jī)械手具有靈活的運(yùn)動關(guān)節(jié)和準(zhǔn)確的定位，手部要抓住物料，臂部要能移動到指定位置并具有升降功能，當(dāng)手部到達(dá)指定位置時(shí)，很可能袋裝物料并未處于正確的位置，就需要手腕具有旋轉(zhuǎn)功能，將物料旋轉(zhuǎn)到正確位置然后放入相應(yīng)的筐。袋裝物料的尺寸為，重量小于5Kg，因此設(shè)計(jì)手部時(shí)就需要考慮

12、手部的大小和驅(qū)動力的大小。機(jī)械手工作圍為：工作半徑1.0m，因此設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮整體的工作半徑。為了防止機(jī)械手運(yùn)動的距離太遠(yuǎn)或者太近，需要在機(jī)械手的各個(gè)軸上加磁性開關(guān)，當(dāng)完成一次任務(wù)時(shí)，機(jī)械手回到初始位置。設(shè)計(jì)時(shí)還要求將物料堆垛起來，因此放置物料時(shí)要按照一定的規(guī)律放到相應(yīng)的筐，每次機(jī)身旋轉(zhuǎn)的角度是不一樣的。手臂旋轉(zhuǎn)的距離也是不一樣的。二者必須協(xié)調(diào)工作將物料放到指定位置。為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、運(yùn)動控制和軌跡規(guī)劃，機(jī)械手需要具有控制系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)檢測各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動量、移動量和位置信息，就需要在機(jī)械本體上安裝位置檢測裝置，它將這些信息反饋給控制系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制系統(tǒng)的控制下，通過驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)

13、的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)指定動作。 綜上分析，該袋裝料碼垛機(jī)械手組成框圖如圖2.1所示：控制系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置檢測裝置工件 圖2.1 機(jī)械手組成框圖2.2設(shè)計(jì)方案比較、分析與確定2.2.1 機(jī)械手基本形式的選擇為了滿足設(shè)計(jì)的要求，本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手需要四個(gè)自由度，即：手腕的旋轉(zhuǎn)；小臂的升降；小臂的旋轉(zhuǎn)和大臂的旋轉(zhuǎn)。因此需要三個(gè)并聯(lián)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)做垂直運(yùn)動的滑動關(guān)節(jié)，初選機(jī)械手的基本形式為平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手。比較如下：（1）直角坐標(biāo)型機(jī)械手。這種機(jī)械手具有三個(gè)移動關(guān)節(jié)，在X、Y、Z軸上的運(yùn)動是獨(dú)立的，它的優(yōu)點(diǎn)是定位精度高、軌跡求解容易、控制起來比較簡單，但是它的操作圍比較小，占地面積比較大，運(yùn)動速度比較

14、低4。（2）圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手。這種機(jī)械手有兩個(gè)滑動關(guān)節(jié)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成，可以旋轉(zhuǎn)一定的角度，它所占的空間尺寸較小，手部可獲得較高的速度，但是手部外伸離中心軸越遠(yuǎn)，其切向線位移分辨精度越低。（3）球坐標(biāo)型機(jī)械手。這種機(jī)械手有一個(gè)滑動關(guān)節(jié)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間尺寸小。但是它的坐標(biāo)比較復(fù)雜，難以控制。（4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)械手。這種機(jī)械手的關(guān)節(jié)都是旋轉(zhuǎn)的，具有結(jié)構(gòu)緊湊、所占空間體積小、工作空間大等特點(diǎn)。（5）平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手。這種機(jī)械手是關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)械手的特例，具有兩個(gè)并聯(lián)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)做垂直運(yùn)動的滑動關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線共面。 通過特點(diǎn)比較可知：平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手具有兩個(gè)并聯(lián)的旋轉(zhuǎn)關(guān)

15、節(jié)和一個(gè)做垂直運(yùn)動的滑動關(guān)節(jié)，并且所占的空間體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，符合設(shè)計(jì)的要求，在此基礎(chǔ)上增加腕部的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)即可，因此選用平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手。2.2.2 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇要使機(jī)械手完成相應(yīng)的動作，必須有驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下，機(jī)械手才會具有動力，從而完成一系列的動作。機(jī)械手需要實(shí)現(xiàn)碼垛功能，對位置的精確度要求較高，因此就要求驅(qū)動機(jī)構(gòu)具有很大的精確性。又由于袋裝物料重量小于5Kg，因此應(yīng)該選用適用于中等負(fù)載機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)要考慮減小機(jī)械手的體積，減輕驅(qū)動裝置的重量，初選電動驅(qū)動系統(tǒng)，比較如下：（1）液壓驅(qū)動系統(tǒng)。這類驅(qū)動系統(tǒng)具有動力大、快速響應(yīng)高、可以直接驅(qū)動的特點(diǎn)。液壓技術(shù)是一種比

16、較成熟的技術(shù)，通過流量控制，可以改變運(yùn)動速度，通過換向控制，可以改變運(yùn)動方向。通過壓力控制，可以實(shí)現(xiàn)無級控制。主要適用于慣量大、承載能力大的工業(yè)機(jī)械手中。（2）氣動驅(qū)動系統(tǒng)。這類驅(qū)動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、速度快、體積小、價(jià)格低、維修方便等特點(diǎn)。對使用環(huán)境無特殊要求，通過向缸體供給壓縮空氣使活塞做往復(fù)運(yùn)動將動力傳出，在上下料和沖壓機(jī)械手中應(yīng)用較多，適用于輕負(fù)載的工業(yè)機(jī)械手中。（3）電動驅(qū)動系統(tǒng)。這類驅(qū)動系統(tǒng)具有電源方便、驅(qū)動力大、控制方式靈活、精確度高、響應(yīng)快、信號檢測與傳遞方便等特點(diǎn)，主要適用于中等負(fù)載的工業(yè)機(jī)械手中。 通過比較可知，電動驅(qū)動系統(tǒng)的精確度高，可以準(zhǔn)確的達(dá)到機(jī)械手所需的位置，并且適用

17、于中等負(fù)載的機(jī)械手，因此選用電動驅(qū)動系統(tǒng)。所設(shè)計(jì)的機(jī)械手盡量要求電路簡單，容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，性價(jià)比較高，初選步進(jìn)電動機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)。比較如下： （1）步進(jìn)電動機(jī)。步進(jìn)電機(jī)不需要反饋控制，容易用計(jì)算機(jī)控制，電路簡單，維護(hù)比較方便，停止時(shí)能保持轉(zhuǎn)矩，精確度高，但是它的工作效率比較低，容易引起失步。 （2）直流伺服電動機(jī)。直流伺服電動機(jī)使用簡單，體積小，質(zhì)量輕，啟動轉(zhuǎn)矩大，具有優(yōu)良控制特性，只需要把直流電機(jī)的端子接到直流電源上就可以使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但是它的壽命比較短，噪聲比較大。 （3）交流伺服電動機(jī)。交流伺服電動機(jī)響應(yīng)速度快，質(zhì)量輕，慣性小，可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。通過比較分析，步進(jìn)電動機(jī)容易用計(jì)算機(jī)控制

18、，并且性價(jià)比較高，可以滿足所需性能，因此選用步進(jìn)電動機(jī)。3 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械部分的組成和作用機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)所需功能，必須具有四個(gè)自由度，按照設(shè)計(jì)的要求，機(jī)械部分由手部、腕部、大臂、小臂和基座組成，如圖3.1所示，各部分作用如下：（1） 手部。機(jī)械手的手部又稱為末端操作器或手爪，是用來抓取、握緊、吸附物體的部件，安裝于機(jī)械手手臂的前端，是重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（2）腕部。機(jī)械手腕部位于手部和臂部之間，具有獨(dú)立的自由度，它可以使機(jī)械手變得更靈巧，主要作用是改變物料的空間方向，使物料旋轉(zhuǎn)至正確位置。（3）大臂。大臂要實(shí)現(xiàn)的功能就是改變手部的空間位置，滿足機(jī)械手的作業(yè)空間，將物料旋轉(zhuǎn)到指定位置。（4

19、）小臂。小臂的作用就是使物料具有升降動作，并且協(xié)助大臂將物料旋轉(zhuǎn)至指定位置。（5）基座?；饕鸸潭ㄗ饔?，將基座固定到工作臺上，使機(jī)械手更加穩(wěn)定。 腕部 小臂 大臂 手部 基座圖3.1機(jī)械手機(jī)械部分組成3.2 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)機(jī)械手的手部抓取的物料為袋裝物料，袋裝物料容易被抓破，而且物料比較軟，抓取的時(shí)候不穩(wěn)定，容易發(fā)生變形，因此設(shè)計(jì)手部結(jié)構(gòu)時(shí)就需要避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，初選吸附式取料手，分析如下：（1）夾鉗式取料手。它一般有手指、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、連接與支承元件組成，通過手爪的開閉動作實(shí)現(xiàn)對物體的夾持，主要用于夾持軸、盤、套類零件。（2）吸附式取料手。它靠吸附力取料，利用吸盤的壓力和

20、大氣壓力之間的壓力差來吸附物體，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。分為氣吸附和磁吸附兩種，主要用于大平面、易碎、易破、微小不易抓取的物體。（3）專用操作器與轉(zhuǎn)換器。為機(jī)械手配備專用的操作器就可以使其完成各種不同的工作，如給機(jī)械手安裝擰螺母機(jī)，就可以使其成為一臺裝配機(jī)械手，如給機(jī)械手安裝焊槍就可以使其成為一臺焊接機(jī)械手，目前末端操作器有擰螺母機(jī)、焊槍、拋光頭、電磨頭、電銑頭、激光切割機(jī)等，可以使機(jī)械手完成各種工作。（4）仿生多指靈巧手。對形狀復(fù)雜、不同材質(zhì)的物體。無法用普通的取料手進(jìn)行抓取，就需要有一個(gè)運(yùn)動靈活、動作多樣的靈活手。它有多個(gè)手指，可以模仿人手完成各種復(fù)雜的動作。通過分析比

21、較發(fā)現(xiàn)，吸附式取料手吸附物料時(shí)，物料不容易破碎，不會發(fā)生變形，由于物料沒有磁性，不能使用磁吸附，因此選用氣流負(fù)壓式取料手。氣流負(fù)壓式取料手利用了流體力學(xué)的原理，當(dāng)需要抓取物體時(shí)，壓縮空氣就會高速流經(jīng)噴嘴，使其出口處的氣壓低于吸盤腔的氣壓，從而使腔的氣體被高速氣流帶走而形成了負(fù)壓，以此完成取物動作，當(dāng)物料到達(dá)目的地時(shí)，就切斷壓縮空氣，使物料釋放。這種取料手的特點(diǎn)是：（1）適用于表面相當(dāng)平整和光滑的材料，但材料性質(zhì)不受限制5。（2）容易實(shí)現(xiàn)自動控制，成本比較低。（3）結(jié)構(gòu)簡單，但是要求吸引邊緣和工件表面不能有碎屑堆積，否則就吸不起來。（4）使用壽命比較短。（5）由于管子和閥門容量有限，達(dá)到所需要的

22、絕對壓力應(yīng)有一段等待時(shí)間。原理圖如圖3.2所示：圖3.2 氣流負(fù)壓原理圖根據(jù)流體力學(xué)的原理，當(dāng)氣體在穩(wěn)定的狀態(tài)下流動時(shí)，單位時(shí)間氣體流經(jīng)噴嘴的每一個(gè)截面的氣體質(zhì)量均相等。所以，流速高、壓強(qiáng)低的截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有小面積，而流速低、壓強(qiáng)高的截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有大面積。按照圖3.2所示，壓縮空氣經(jīng)噴嘴進(jìn)入A后，噴嘴開始由大到小逐漸收縮，氣體流動面積逐漸降低，這時(shí)氣流的速度就會越來越大，當(dāng)噴嘴截面沿氣流流動方向收縮到臨界面積L處時(shí)，流速就會達(dá)到臨界速度，稱為音速。這時(shí)候的壓力近似為噴嘴處壓力的一半。為了使噴嘴出口處的壓力低于L處的壓力，就要在臨界以后加一段漸擴(kuò)段，使噴嘴出口處獲得的流速比音速還要大，稱為

23、超音速，并在該處建立低壓區(qū)域，這樣C處的氣體就會被高速氣流不斷地帶走，使其腔的壓力下降而形成負(fù)壓，在C處連接橡膠吸盤，就可以吸住物料了。為了使噴嘴能夠更有效的工作，噴嘴口和噴嘴套之間需要有適當(dāng)?shù)拈g隙，用于帶走被抽氣體，如果間隙過大，從噴嘴套出口處反流回來的氣體會越來越多，就會大大降低抽氣速率，如果間隙過小，被抽氣體和噴射氣流就會與套壁發(fā)生摩擦，從而使其速度降低而影響抽氣速率。所以，就要調(diào)節(jié)好噴嘴與噴嘴套之間的間隙。3.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算 吸盤吸力的計(jì)算公式為：(3.1) 式中：吸盤的吸力，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手的吸盤吸力為50N，所以取P=50N；吸盤數(shù)量，取為1；吸盤直徑；吸盤吸附工件起動時(shí)的安全系數(shù)

24、，在此取=1.5；方位系數(shù)，本橡膠吸盤為垂直吸附，在此，取=1.5。工件情況系數(shù)。吸盤在運(yùn)動過程中會由于加速運(yùn)動而產(chǎn)生慣性力影響，因此，根據(jù)工作條件的不同，一般在1-3的圍選取工件情況系數(shù)。在此，取=2；代入數(shù)據(jù)得：3.2.2 設(shè)計(jì)結(jié)果機(jī)械手手部選用氣流負(fù)壓式取料手，考慮到摩擦力作用，吸盤的直徑選為100mm。3.3 機(jī)械手腕部的設(shè)計(jì)機(jī)械手腕部需要具有回轉(zhuǎn)功能，使手部可以旋轉(zhuǎn)，由于腕部連同手部的靜、動載荷都由臂部承擔(dān)，因此設(shè)計(jì)時(shí)要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，除此之外，還應(yīng)該合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。用步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動來帶動腕部轉(zhuǎn)動，可以實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)功能。3.3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算（1）步進(jìn)電

25、動機(jī)的選擇 1)物體的轉(zhuǎn)動慣量（3.2） 2) 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量 查表可得聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量為 3）折算到電機(jī)軸上的總慣量（3.3）4)快速空載起動力矩(3.4） 加速力矩：（3.5） 式中：加速時(shí)間，??；折算到電機(jī)軸上的總慣量，約為 代入數(shù)據(jù)得： 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩：（3.6） 式中：，為摩擦系數(shù)取0.18：長度，取0.005m；總效率，取=0.8；齒輪降速比，無齒輪降速，=1。代入數(shù)據(jù)得：附加摩擦力矩：（3.7） 式中：預(yù)加載荷； 傳動效率取0.9。代入數(shù)據(jù)得：所以快速空載起動力矩：通過以上計(jì)算得出電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于0.476。3.3.2 設(shè)計(jì)結(jié)果 機(jī)械手腕部采用步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動來實(shí)

26、現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)功能，步進(jìn)電動機(jī)型號為20BY001。3.4 機(jī)械手大臂的設(shè)計(jì)機(jī)械手的大臂需要實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，大臂帶動小臂、腕部、手部整體旋轉(zhuǎn)，因此大臂的承載能力比較大，設(shè)計(jì)大臂時(shí)，要選用剛度較好的材料以提高剛度，并且自重要輕，承載能力要大，在此選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，軸的轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)功能，軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸上零件的類型、數(shù)量、尺寸以與和軸的連接方法；軸在機(jī)器中的安裝位置與形式；軸的加工工藝；軸所受到的載荷大小、方向、性質(zhì)與分布情況等。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足下列要求：軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸應(yīng)該具有良好的制造工藝性等。步進(jìn)電動機(jī)通過平鍵與軸連接。軸上

27、安裝滾動軸承，滾動軸承具有功率消耗少，起動容易，摩擦阻力小等優(yōu)點(diǎn)。初選圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承可以同時(shí)承受徑向載荷與軸向載荷，以徑向載荷為主。能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作。外圈可分離，安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙6，因此可以滿足設(shè)計(jì)要求。3.4.1 設(shè)計(jì)計(jì)算（1）步進(jìn)電動機(jī)的選擇大臂旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電動機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算類比于腕部步進(jìn)電動機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 （2）軸的設(shè)計(jì)與校核 估算軸的長度為478mm。各軸段的長度根據(jù)軸肩的定位關(guān)系以與軸承的設(shè)計(jì)來確定。1）確定軸的最小直徑7(3.8) 式中：，初選軸的材料為45鋼，查表得45鋼的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ；軸傳遞的功率，?。惠S的轉(zhuǎn)速，取 代入數(shù)據(jù)得：根據(jù)最小軸徑關(guān)系取最小

28、軸徑為48mm。2)校核軸的強(qiáng)度軸的應(yīng)力為：（3.9）式中：軸的計(jì)算應(yīng)力（）；軸所受的彎矩（）；軸所受的扭矩（），其中軸的抗彎截面系數(shù)（），其中折合系數(shù)，取。 代入數(shù)據(jù)得：（3.10）根據(jù)條件，選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表查得=60。因此<，故安全。（3）鍵的選擇與校核 1）鍵的選擇 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面，鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選擇；鍵的主要尺寸為其截面尺寸和長度，查表選擇平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為40mm，鍵的長度選為20mm。2）鍵的校核假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為：（3.11）式中：傳遞的扭

29、矩；鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，此處為鍵的高度；鍵的工作長度；軸的直徑。鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的需用擠壓應(yīng)力。 代入數(shù)據(jù)得：經(jīng)查表，許用擠壓應(yīng)力為120150MPa。所以，滿足要求。3.4.2 設(shè)計(jì)結(jié)果選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，軸的轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)功能，步進(jìn)電動機(jī)的型號為20BY001，軸的長度為478mm，最小軸徑為48mm，選用圓錐滾子軸承，平鍵截面，鍵的長度選為20mm。3.5 機(jī)械手小臂的設(shè)計(jì)機(jī)械手小臂要實(shí)現(xiàn)的功能是帶動腕部和手部實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動，同時(shí)要配合大臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。升降關(guān)節(jié)要求傳動效率高，傳動精度高，選擇步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動帶動帶輪轉(zhuǎn)動，帶輪帶動同步齒形帶轉(zhuǎn)動，同步齒形帶帶動滾珠絲杠螺母副

30、轉(zhuǎn)動，來實(shí)現(xiàn)絲杠的升降，從而實(shí)現(xiàn)手部的升降運(yùn)動，同步齒形帶具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)，它通過傳動帶表面上等距分布的橫向齒和帶輪上的相應(yīng)齒槽的嚙合來傳遞運(yùn)動，同步齒形帶傳動的帶輪和傳動帶之間沒有相對滑動，能夠保證嚴(yán)格的傳動比，它對中心距與其尺寸穩(wěn)定性要求較高8。滾珠絲杠具有傳動摩擦力矩小、傳動效率高、剛性好、工作壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動精度高等特點(diǎn)，滾動導(dǎo)軌副精度高，潤滑方便，摩擦系數(shù)小，使用壽命長。通過分析發(fā)現(xiàn)，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，滾珠絲杠的傳動來實(shí)現(xiàn)腕部和手部的升降運(yùn)動，可以滿足設(shè)計(jì)要求。3.5.1 設(shè)計(jì)計(jì)算（1）滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型1) 計(jì)算進(jìn)給牽引力，選擇圓導(dǎo)軌。

31、（3.12）式中：切削力；滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，在此取0.004；主軸上的扭矩；主軸直徑。代入數(shù)據(jù)得：2）計(jì)算最大動載荷（3.13） 式中：工作壽命，以106轉(zhuǎn)為一單位，絲杠轉(zhuǎn)速，T為使用壽命，在此取T=15000h，則；運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，在此取1.2；代入數(shù)據(jù)得：3）滾珠絲杠螺母副的選型 查閱表，可采用W1L2004外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動載荷為610N，精度等級選為3級。4）傳動效率計(jì)算：（3.14）式中：絲杠螺旋長升角，查表知為；摩擦角，滾珠絲杠螺母副的滾動摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。代入數(shù)據(jù)得：5）穩(wěn)定性校核： 滾珠絲杠兩端圓錐滾子軸承，既可以承受軸向力，又可以承

32、受徑向力，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不需要做穩(wěn)定性校核。（2）步進(jìn)電動機(jī)的選擇 1）滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（3.15） 式中：長度（m），取為0.3m；直徑（m），取為0.02m。 代入數(shù)據(jù)得： 2)運(yùn)動部件向滾珠絲杠折算的慣量(3.16) 式中：質(zhì)量（kg），運(yùn)動部件的質(zhì)量取40kg；絲杠螺距（m），取0.005m。 代入數(shù)據(jù)得： 3）折算到電機(jī)軸上的總慣量（3.17） 4）快速空載起動力矩（3.18） 加速力矩： （3.19）式中：加速時(shí)間，?。徽鬯愕诫姍C(jī)軸上的總慣量，約為 代入數(shù)據(jù)得： 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩：（3.20） 式中：，為摩擦系數(shù)取0.18：長度，取0.005m；總效率，取=0.8；齒

33、輪降速比，無齒輪降速，=1。 代入數(shù)據(jù)得： 附加摩擦力矩：（3.21） 式中：預(yù)加載荷； 傳動效率取0.955。 代入數(shù)據(jù)得： 所以快速空載起動力矩： 5）快速移動時(shí)所需力矩 （3.22） 6）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩（3.23） 上面計(jì)算可以看出，、三種情況下，力矩最大，以此作為電動機(jī)選擇的依據(jù)。（3）同步齒形帶的選擇1)確定同步齒形帶的功率（3.24）式中：考慮載荷性質(zhì)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的工況修正系數(shù)，在此取=1.4；考慮增速的修正系數(shù)，在此取=0；考慮緊帶輪的修正系數(shù)，在此取=0。代入數(shù)據(jù)得：(W) 2)選擇帶型初選帶型為L型。 同步帶傳動速度為（3.25） 帶輪滿足要求。3)確定傳動中心距初選中

34、心距。計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度（3.26）（3.27）代入數(shù)據(jù)得： 圓整為361.95mm,則選擇長度代號為143的同步齒形帶。L型，齒數(shù)為38計(jì)算實(shí)際中心距= （3.28）（4）軸的設(shè)計(jì)與校核 類似于大臂軸的設(shè)計(jì)與校核，根據(jù)最小軸徑關(guān)系取最小軸徑為48mm，軸的長度為432mm，選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。（5）鍵的選擇與校核類似于大臂鍵的設(shè)計(jì)與校核，平鍵截面，鍵的長度選為20mm。3.5.2 設(shè)計(jì)結(jié)果選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，軸的轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)小臂的旋轉(zhuǎn)功能，步進(jìn)電動機(jī)的型號為20BY001，軸的長度為432mm，最小軸徑為48mm，選用圓錐滾子軸承，平鍵截面，鍵的長度選為20mm，設(shè)計(jì)同步齒形帶中心

35、距為380mm。4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)功能和要求分析控制系統(tǒng)的機(jī)能類似于人的大腦，它負(fù)責(zé)指揮機(jī)械手各個(gè)部分的協(xié)調(diào)動作，如吸盤的吸附，手腕的回轉(zhuǎn)，手臂的升降和回轉(zhuǎn)，以與各個(gè)動作的速度、時(shí)間等，在控制系統(tǒng)的指揮下，每一個(gè)運(yùn)動部件就會按照預(yù)先編好的程序完成各自的動作?？刂葡到y(tǒng)的作用就是對機(jī)械運(yùn)動部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使其按照規(guī)定的運(yùn)動參數(shù)和預(yù)期的運(yùn)動軌跡進(jìn)行運(yùn)動9。機(jī)械手的控制系統(tǒng)要求控制速度快，控制精度高，運(yùn)動軌跡控制準(zhǔn)確，能提供多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動控制與復(fù)雜的運(yùn)動軌跡規(guī)劃、實(shí)時(shí)的插補(bǔ)運(yùn)算。在控制步進(jìn)電動機(jī)時(shí)，控制方式為開環(huán)控制，因此不需要編碼器。4.2 控制系統(tǒng)的組成控制系

36、統(tǒng)需要有指揮機(jī)構(gòu)，它可以是控制計(jì)算機(jī)，也可以用可編程控制器等，它主要用來處理各種感覺信息，執(zhí)行控制軟件，產(chǎn)生控制指令。機(jī)械手需要實(shí)現(xiàn)記憶存儲，就需要存儲器，包括硬盤存儲器、軟盤存儲器和存儲機(jī)械手工作程序的外部存儲器。為了更好的柔順控制機(jī)械手，自動檢測控制信息，需要有傳感裝置，要輸入或輸出各種狀態(tài)和控制命令，需要有數(shù)字和模擬量輸入輸出。機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)要運(yùn)動，需要有關(guān)節(jié)驅(qū)動部分10?？刂葡到y(tǒng)的組成如圖4.1所示：控制裝置 傳感裝置 存儲器 數(shù)字和模擬量輸入輸出 小臂升降驅(qū)動器 腕部回轉(zhuǎn)驅(qū)動器 大臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動器 小臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動器圖4.1 機(jī)械手控制系統(tǒng)基本組成4.3 各組成部分的設(shè)計(jì)4.3.1 選型理由

37、（1）控制裝置的選擇控制系統(tǒng)的控制方式為開環(huán)控制，控制裝置要求控制精度高，可以實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算，運(yùn)動軌跡控制準(zhǔn)確。初選PC機(jī)加插卡式運(yùn)動控制器，比較如下： 1）以單片機(jī)為核心的運(yùn)動控制器。這類運(yùn)動控制器成本相對較低，具有體積小、功耗低、使用靈活、性能好、易于產(chǎn)品化等優(yōu)點(diǎn)，但是它的速度較慢，精度不高。應(yīng)用于只需要低速點(diǎn)位運(yùn)動控制和對軌跡要求不高的輪廓運(yùn)動控制場合11。 2）基于PLC的可編程序控制器。這類控制器設(shè)備體積小巧，維護(hù)方便，編程簡單，具有很高的工作可靠性和抗干擾能力，使用方便，但是它的控制點(diǎn)數(shù)比較小，多用于單機(jī)控制。 3）以專用芯片(ASIC)作為處理器的運(yùn)動控制器。這類運(yùn)動控制器工作于開

38、環(huán)控制方式，結(jié)構(gòu)比較簡單，但這類運(yùn)動控制器不能滿足于要求多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動和高速軌跡插補(bǔ)控制的設(shè)備。 4）基于PC總線的以DSP和FPGA作為處理器的開放式運(yùn)動控制器。這類控制器具有開放程度高、信息處理能力強(qiáng)、通用性好、運(yùn)動軌跡控制準(zhǔn)確等特點(diǎn)。可以提供多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動控制與復(fù)雜的運(yùn)動軌跡規(guī)劃，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的插補(bǔ)運(yùn)算。運(yùn)動控制器以插卡形式嵌入PC機(jī)中，形成“PC+運(yùn)動控制器”的模式。 經(jīng)過分析比較，PC機(jī)加插卡式運(yùn)動控制器可以滿足要求，故可行。1999年固高科技()在成立，他是我國第一家專業(yè)開發(fā)、生產(chǎn)插卡式運(yùn)動控制器產(chǎn)品的公司，其綜合性能已經(jīng)達(dá)到了國際一流水平。固高運(yùn)動控制器是在以高速數(shù)字信號處理器DSP

39、為代表的高性能高速微處理器與大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，基于PC的開放式運(yùn)動控制器已成為當(dāng)今自動化領(lǐng)域功能最強(qiáng)、應(yīng)用最廣的運(yùn)動控制器12。因此選用固高科技的插卡式運(yùn)動控制器，初選GE系列多軸連續(xù)軌跡運(yùn)動控制器，GE系列連續(xù)軌跡運(yùn)動控制器基于計(jì)算機(jī)PCI總線，可控制24個(gè)伺服/步進(jìn)電動機(jī)。其具有多軸直線插補(bǔ)，圓弧插補(bǔ)，螺旋線插補(bǔ)等功能。帶緩沖區(qū)的速度前瞻與小線段預(yù)處理功能等特別適用于高速、高精度運(yùn)動控制要求的場合，初選運(yùn)動控制器的型號為GE300SVPCI，端子板型號為GC2X00ACC2G，控制的軸數(shù)為X=4，控制電機(jī)為步進(jìn)電動機(jī)，控制方式為開環(huán)，輸出方式為模擬量輸出，反饋

40、輸入為4軸編碼器輸入。此型號可以滿足性能要求，故可行。（2）傳感裝置的選擇機(jī)械手的傳感裝置要求精度高、重復(fù)性能好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、安裝方便可靠。機(jī)械手的手部接觸到物料時(shí)，需要用到觸覺傳感器，為了避免運(yùn)動幅度過大，并且需要位置控制，就要用到位移傳感器。（3）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的選擇步進(jìn)電機(jī)需要用到伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器要求平穩(wěn)性能好，可以驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)，初選YKA2404MA型號的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，該驅(qū)動器體積小巧、低噪音、平穩(wěn)性極好、 性能高、價(jià)格低、運(yùn)轉(zhuǎn)平滑、分辨率高，采用獨(dú)特的控制電路，有效的降低了噪音，增加了轉(zhuǎn)動平穩(wěn)性，雙極恒流斬波方式，使得一樣的電機(jī)可以輸出更大的速度和功率。 該驅(qū)動器可

41、以驅(qū)動任何4.0A相電流以下的步進(jìn)電動機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)和過流、電壓過低保護(hù)。綜上所述，該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器可以滿足性能要求。4.3.2 設(shè)計(jì)結(jié)果 控制裝置選擇PC機(jī)加插卡式運(yùn)動控制器，運(yùn)動控制器的型號為GE300SVPCI，傳感器選擇觸覺傳感器和位移傳感器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的型號為YKA2404MA。 機(jī)械手硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4.2所示： 端 子 板計(jì)算機(jī)運(yùn)動控制器驅(qū) 動 器 + 電 動 機(jī)圖4.2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.4 總體硬件電路通過分析機(jī)械手的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，畫出總體硬件電路，如圖4.3所示：圖4.3 總體硬件電路圖5 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的軟件主要包括運(yùn)動軌跡規(guī)劃算法和關(guān)節(jié)伺服算法

42、與相應(yīng)的動作程序?？刂栖浖梢杂萌魏握Z言來編制。5.1 軟件實(shí)現(xiàn)的功能機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的功能主要有如下兩點(diǎn)： （1）示教再現(xiàn)功能。示教再現(xiàn)功能是指控制系統(tǒng)通過示教盒進(jìn)行示教，將運(yùn)動速度、運(yùn)動位置、動作順序等信息預(yù)先教給機(jī)械手，將這些操作過程存儲在機(jī)械手的記憶裝置中，當(dāng)需要重復(fù)操作時(shí)，就將動作信息從機(jī)械手的存儲器中調(diào)出來，重放存儲器中的容即可。 （2）運(yùn)動控制功能。運(yùn)動控制功能是指當(dāng)機(jī)械手末端操作器從一個(gè)地方移動到另一個(gè)地方的過程中，對其速度、加速度、位姿等項(xiàng)的控制。對其運(yùn)動控制實(shí)際上是通過控制關(guān)節(jié)的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械手關(guān)節(jié)運(yùn)動控制分為兩步進(jìn)行，第一步是關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成，這一步可以離

43、線完成，就是將機(jī)械手在空間的位置和運(yùn)動轉(zhuǎn)化為由關(guān)節(jié)變量表示的時(shí)間序列隨時(shí)間變化的函數(shù)。第二步是關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制，這一步需要在線完成，就是跟蹤執(zhí)行第一步所生成的關(guān)節(jié)變量伺服指令13。運(yùn)動控制包括：初始位置、各關(guān)節(jié)的運(yùn)動速度與加減速度、每個(gè)軸的位置、緊急停止和減速停止等14。5.2 程序設(shè)計(jì)流程圖程序設(shè)計(jì)的流程主要是根據(jù)機(jī)械手的動作要求來完成的，當(dāng)接通電源、傳入程序后，不論機(jī)械手處于什么位置，都要先回到初始位置。系統(tǒng)的初始復(fù)位既包括軟件復(fù)位又包括硬件復(fù)位，軟件復(fù)位是指機(jī)械手系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置恢復(fù)到初始狀態(tài)，硬件復(fù)位是指機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)處于回位狀態(tài)15。在實(shí)際的生產(chǎn)流水線中，機(jī)械手并不是只完成一次動作就可以了，它需要連續(xù)不斷的動作，把物料從一處拿到另一處，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手需要實(shí)現(xiàn)堆垛功能，就要求每一次手臂旋轉(zhuǎn)的角度是不一樣的，編寫軟件程序時(shí)需要設(shè)定好指定的角度，同時(shí)要在機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)上加限位開關(guān)，這樣，就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手不斷地動作，直到要求其停止為止。機(jī)械手程序設(shè)計(jì)流程如圖5所示： 通電，傳入程序各關(guān)節(jié)復(fù)位？到達(dá)指定位置？是否吸附？上升到指定位置？ 是否松開旋轉(zhuǎn)到指定位置？下降到指定位置？旋轉(zhuǎn)到指定位置？ 手部下降各關(guān)節(jié)復(fù)位 腕