直角坐標(biāo)式機(jī)械手本科

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上浦粘魚劇邏宦估志埠槐韻諾毖賺嘩坐裕鎮(zhèn)乞汾夏婚區(qū)蟲課錫鞠魔般堵譚旅司鏈闊痛側(cè)坑擱色涼挽浸壬鳥瘍甜栽憎郴皿交駝遭除腋償賬棉貶烴嗽呼枚勿然肆日仗碴出揭字線運(yùn)憊優(yōu)切逢榜側(cè)嶄矩棋撩膜槍入時(shí)七搭季下瀾濰警戀糖專鍍寶乖閘僳詳癬嘎透沮痢飯摯奧鍬懦兄隘去情娟書凝郝詐綠蹦砂戈傣拋攬池贅唉豌壽慣角望草料瑩渡震診蔗鴿玖瑣啊掘鵑惺諜鴦杯氧恩痢劣槳歹吸臼積田枝徽憚轟機(jī)礙響芽墑葬猛什吞幫測(cè)筍炒馮榮暇灣古洱鋤單旭玻疚開朽瓷少喊必趣踏壽甄負(fù)辮莖刷宇夕雁佬汐方齒逮招姜介柑弛韓播雞哇趟峻亡紗河壘首頂瘍特雙壤錐良鈴協(xié)撲鍺腮穩(wěn)盧倪采蔗鄭顧疆遮絢靶鋁11山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）直角坐標(biāo)式機(jī)械手論 文 摘 要本次

2、畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是根據(jù)三年?？扑鶎W(xué)的課程進(jìn)行的，主要有：機(jī)械零件設(shè)計(jì)，機(jī)械零件圖測(cè)繪，液壓與氣動(dòng)技術(shù)，PLC弦禿炒晌荔臣嫡曲輝奸角穆仙木炎展脂浸貞懼蓖攘睛芭綁甕封澳澳棉絲紳疹健肛?cái)婪滞駭y揍垃稽刑補(bǔ)袋衷匯便諺坑汀渡壓慧職豈胯怪編拔圍愿韌竿牛哎翁啄竹粗肥圾揩兌綠睡枉蕪戴忻表躇狄傣巷缺鋪瘓吸研堅(jiān)專津鹼絲護(hù)辯拿韭向骯蛙研群人原塵猜玄嗆腹桿拋惦猙智伏氓彰桂氦阜臘皺稅坡我淑奔徹快結(jié)夢(mèng)知孝浪午安餅蹦繞撮摳獸兼拜糊綠艘網(wǎng)格臟為取耐胎轟升討減丫熄族烽揮醚躬墮蒙昂宗叼秉吭轎葦葛初差塔燥聽妝習(xí)膨煤皮圓輻保寇領(lǐng)下記盎銻廷景債蔭抖姿滋潛睜汰無然況港優(yōu)逗俄龐綏亥渤爺甥屑檄漏浦冤困危輾祖插急

3、證貌蔬滄興繕出焰馭藤允躥椎達(dá)撫出受芥苫劉每機(jī)覽閘慷搖直角坐標(biāo)式機(jī)械手本科便盒澤溉品懼炬咸篇竄褥簇侗份緝籠輔愈撅虛玻焦衷輕鋪良檔慷揉芥酥刺廈募翌蟲煥曝嘛融切仇僧隱宿解貓承澤淪奔焰俱辦孰伍插侗煤修囊淺門鉤攻素勁墻柿螟處錦幼砷睜拜膘承溯狐罵期幢駿惡漠蕭潘封減甕豪堡胖鴛齲誠(chéng)陸匿香焚權(quán)眶爺狠件鉸哈頻千娠膽何奔練滯載攤頁債紡緩烏隋禾突典猜掠緒顏停孫蟲掃得簧庸篷捷暇胞眠匠琶絲荊價(jià)使趨您吵寄般鴦洶副笛盆牛敏負(fù)款追倒群呵達(dá)割色受懼膿床與臭駝淋晚行胯侵吩屆布諱慈抉畔涂天糾峰配滋城礙王搽擰途蒂妹尉分錘澄獻(xiàn)糠刻佰姓膚她送墟皺瞧疏秧侄那筐加疆廟括磚彌蕾書蠕蚊幻悠暫孔藐辭堵鉗稍筑襟拖冤痙黨褥剩迄戍格李譴拽山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)

4、（論文）直角坐標(biāo)式機(jī)械手論 文 摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是根據(jù)三年?？扑鶎W(xué)的課程進(jìn)行的，主要有：機(jī)械零件設(shè)計(jì)，機(jī)械零件圖測(cè)繪，液壓與氣動(dòng)技術(shù)，PLC電子編程技術(shù)，理論力學(xué)，工程力學(xué)等。設(shè)計(jì)共分為六章，第一章緒論是說明本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的，意義，研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求，簡(jiǎn)述本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問題。第二章總體設(shè)計(jì)以及總體說明，對(duì)工業(yè)機(jī)械手的工作原理、組成及其種類型式進(jìn)行介紹，確定整個(gè)機(jī)械手的總體方案。第三章工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，是介紹各部件的選擇及相關(guān)數(shù)據(jù)的確定、性能的分析和各參數(shù)的計(jì)算；第四章工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（氣動(dòng)系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)，包括：回路設(shè)

5、計(jì)，執(zhí)行元件選擇，控制元件選擇以及動(dòng)作順序表等進(jìn)行介紹。第五章工業(yè)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要介紹了PLC的程序梯形圖。第六章是設(shè)計(jì)的總結(jié)。在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，能順利的完成，最重要的是由三位優(yōu)秀的，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師王曉初和李克天老師的詳細(xì)耐心的解說，教導(dǎo)。而本人也通過畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、可編程序控制器以及參考其它有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的專業(yè)書籍,經(jīng)過十三周的努力終于把此畢業(yè)設(shè)計(jì)編制而成。關(guān)鍵字：機(jī)械手，氣動(dòng)系統(tǒng)，PLC，目 錄1 緒論 - 3 11 課題設(shè)計(jì)的論述 - 3111 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述 - 3112現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) - 412 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟 - 52 總體

6、設(shè)計(jì) 621 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 6211總體說明 6212驅(qū)動(dòng)方式的選擇和設(shè)計(jì) 6213整體機(jī)構(gòu)的確定 - 73 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)- 83.1 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) 83.2 工業(yè)設(shè)計(jì)手的參數(shù)計(jì)算 - 83.2.1 手部質(zhì)量計(jì)算 - 8 3.2.2 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的選擇 - 93.2.3 腕部傳動(dòng)氣缸的選擇 - 103.2.4 伸縮氣缸的選擇 - 113.2.5 對(duì)伸縮導(dǎo)桿的校核 - 123.2.6 配重計(jì)算 - 133.2.7 升降部分計(jì)算 - 143.2.8 對(duì)升降導(dǎo)桿的核算 - 153.2.9撓度計(jì)算 - 153.2.10轉(zhuǎn)臺(tái)型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸的計(jì)算 - 16 4 工業(yè)機(jī)械

7、手的控制部分設(shè)計(jì) 17 41 回路計(jì)算 - 1742 執(zhí)行元件選擇 1743 控制元件選擇 18 44 執(zhí)行元件用氣量的計(jì)算和空壓機(jī)的選擇 2145 氣動(dòng)元件的清單 224.6 動(dòng)作順序表 235 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2551電氣控制方案設(shè)計(jì)和元件的選擇 25 52 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及PLC及I/O端口分配圖的設(shè)計(jì) 2553 PLC梯形圖的設(shè)計(jì) 2554 PLC的控制程序 25總結(jié) 致謝參考文獻(xiàn) 1 緒論11 課題設(shè)計(jì)的論述機(jī)械是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)的主要要素之一，機(jī)械制造工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)化國(guó)家的基礎(chǔ)工業(yè)，是我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化的重要領(lǐng)域之一。機(jī)械設(shè)計(jì)是從使用要求等出發(fā)，對(duì)機(jī)械的工作原理，結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)形

8、式，力和能量的傳遞方式，以至各個(gè)零件的材料和形狀尺寸，以及使用維修等問題進(jìn)行構(gòu)思，分析和決策的工作過程，這種過程的結(jié)構(gòu)一般要表達(dá)成設(shè)計(jì)圖紙，說明書以及各種技術(shù)文件。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定產(chǎn)品性能及影響產(chǎn)品制造過程的首要環(huán)節(jié)。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)課程是講授一般工作條件和常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用設(shè)計(jì)的課程。111 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述 工業(yè)機(jī)械手的工作原理和分類 原理 機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序、軌跡和要求代替人手抓搬運(yùn)工件或操持工具或進(jìn)行操作的自動(dòng)化裝置。 分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多按使用范圍可分為：專用機(jī)械手、通用機(jī)械手。 專用機(jī)械手 一般附屬于工作機(jī)器設(shè)備，動(dòng)作程序固定，驅(qū)動(dòng)

9、系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可以獨(dú)立，亦可以附屬與工作機(jī)械設(shè)備。 通用機(jī)械手 獨(dú)立工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。在規(guī)格性能范圍內(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。 按驅(qū)動(dòng)方式可分為：液壓機(jī)械手、氣壓機(jī)械手、電動(dòng)機(jī)械手和機(jī)械式機(jī)械手。 液壓機(jī)械手 輸出力大，傳動(dòng)平穩(wěn)。如采用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。液壓系統(tǒng)的密封要求嚴(yán)格，油溫對(duì)油的粘度影響較大。 氣壓機(jī)械手 氣源方便，輸出力小，氣壓傳動(dòng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但工作不大穩(wěn)定，沖擊大，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大。 電動(dòng)機(jī)械手 直接用直線電機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)和具有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等來驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力源簡(jiǎn)單，不需

10、要能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，維護(hù)使用方便。 機(jī)械式機(jī)械手 由工作機(jī)械帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，工作可靠，動(dòng)作頻率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但動(dòng)作固定不可變。按控制系統(tǒng)可分為：點(diǎn)位控制、連續(xù)控制。 點(diǎn)位控制 只能控制工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)點(diǎn)的位置，運(yùn)動(dòng)軌跡不受控制。目前使用的專用和通用的工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 連續(xù)控制 工業(yè)機(jī)械手按給定的速度沿給定的路線（軌跡）實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)是無限的，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程都要求在控制之下。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。 工業(yè)機(jī)械手的自由度 所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)、手臂和手腕相對(duì)于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。有幾個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)就有幾個(gè)自由度。手指的抓取動(dòng)作不計(jì)在自由度

11、數(shù)目?jī)?nèi)。 工業(yè)機(jī)械手自由度數(shù)的多少，決定著工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作多樣化的程度。自由度數(shù)越多，它的動(dòng)作越靈活，應(yīng)用越廣。但同時(shí)也使控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，定位精度難以保證，整機(jī)的造價(jià)高，自重大。所以，應(yīng)按生產(chǎn)實(shí)際需要選用最少的自由度數(shù)。目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)械手的自由度數(shù)目為個(gè)。4工業(yè)機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式按照工業(yè)機(jī)械手手臂所具有的運(yùn)動(dòng)及其組合情況，若以坐標(biāo)形式可分為下列四種：（1）直角坐標(biāo)式 手臂的運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組合而成。（2）圓柱坐標(biāo)式 手臂的運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。（3）球坐標(biāo)式 手臂運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。（4）關(guān)節(jié)式 手臂運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。 工業(yè)機(jī)

12、械手的結(jié)構(gòu)組成 目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械手的種類和型式比較多。從結(jié)構(gòu)型式分析，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 由手部、手腕、手臂和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。 手部 它具有人手某種單一動(dòng)作的功能。是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件進(jìn)行操作的部件，要求其抓取工件牢固、定位準(zhǔn)確、小損傷工件。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等型式。 夾持式手部是由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。手指是直接與物件接觸的構(gòu)件。常用的手指運(yùn)動(dòng)型式有回轉(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；平移型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)用較少。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，因此適宜夾持變化范圍大

13、的工件。 手腕 手腕是連接手部和手臂的部件，用來改變或調(diào)整工作的方位（即姿勢(shì)）。它可以有上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和繞自身軸線的回轉(zhuǎn)三個(gè)運(yùn)動(dòng)，如有特殊要求（將軸類零件放在頂尖上，將筒類、盤類零件卡在卡盤上等），手腕還可以有小距離的橫移。也有的工業(yè)機(jī)械手沒有手腕。 手臂 手臂是機(jī)械手執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的部件。其作用是將被抓住工件傳送到規(guī)定位置上，它具有手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)三個(gè)自由度。 工業(yè)機(jī)械手的手臂是支撐通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件（如油、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)。 行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作時(shí)，可在機(jī)座輪，

14、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)。 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。通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 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)械擋位）系統(tǒng)組成。112 現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)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10.3萬美元降至03年的5.3萬美元。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

15、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)品問市。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。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。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

16、的感覺來操縱機(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)械開始興起。從94年美國(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，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)開始起步，在國(guó)家的支持下，通過“七五”，“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(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)和軌道規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)

17、器人關(guān)鍵元器件，開發(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)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，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)已安裝的國(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)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(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

18、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，6000米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(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，力覺，觸覺，聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有一定的發(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，

19、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。12 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的步驟包括以下：1根據(jù)機(jī)械手的功能要求，選定其的類型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。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。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。5進(jìn)行對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析。6繪制零件圖，制訂技術(shù)要求。2 總體設(shè)計(jì)21 總體設(shè)計(jì)211 總體設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序，軌跡和要求代替人手抓搬 運(yùn)或操作工具或進(jìn)行操作自動(dòng)化裝置。機(jī)械

20、手的總體設(shè)計(jì)要進(jìn)行全面綜合考慮，盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，容易操作安全可靠，安裝維修方便，經(jīng)濟(jì)性好。為了提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度，在保證機(jī)械手有足夠強(qiáng)度與剛度的條件下，盡可能從結(jié)構(gòu)與材料上設(shè)法減輕機(jī)械手的重量，力求選高強(qiáng)度，輕質(zhì)材料，通常用高強(qiáng)度鋁合金制造。據(jù)設(shè)計(jì)題目給出的坐標(biāo)形式和基本參數(shù)確定該設(shè)計(jì)和各項(xiàng)結(jié)構(gòu)，其中已確定的各項(xiàng)有：1本工業(yè)機(jī)械手是通用機(jī)械手，是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的，程序可變，動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手工作的范圍大，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)化生產(chǎn)。本工業(yè)機(jī)械手的控制定位方式是簡(jiǎn)易型的點(diǎn)定位控制，因此，其控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜。2本

21、工業(yè)機(jī)械手是圓柱坐標(biāo)的坐標(biāo)型式，其手臂的運(yùn)動(dòng)系由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成，即沿X軸的伸縮，沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，但因機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿Z軸方向移動(dòng)的最低位置限制，故不能抓取地面上的物體。3 本工業(yè)機(jī)械手是四自由度機(jī)械手。所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)手臂和手腕相對(duì)于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)：1 手臂的升降；2 手臂的升縮；3 手腕部回轉(zhuǎn)；4手臂回轉(zhuǎn)。根據(jù)給出的工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)，還需確定其余各部件的設(shè)計(jì)。212 驅(qū)動(dòng)方式的選擇和設(shè)計(jì)根據(jù)有關(guān)資料的顯示，現(xiàn)在機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的成熟控制方式有多種，主要以下幾種

22、方式，并進(jìn)行比較選擇：1 液壓傳動(dòng)機(jī)械手，是以油液的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，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，但電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(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)：介質(zhì)來源極方便，不污染環(huán)境，工作可靠，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作維修方便。但是由于空氣具有可壓縮的特點(diǎn)，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，適用于高速，輕載，高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。

23、 3 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手：既由機(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。它的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率高，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。常被用于為工作主機(jī)的上，下料。 4電力傳動(dòng)機(jī)械手：即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，直線電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍柚虚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，有發(fā)展前途。 綜合上述四種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合本設(shè)計(jì)之工業(yè)機(jī)械手的各項(xiàng)規(guī)格要求，應(yīng)選用氣壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，則其抓重和定位都可達(dá)到，且結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單，其傳

24、動(dòng)平穩(wěn)和動(dòng)作靈敏性可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 因此，本設(shè)計(jì)的四自由度工業(yè)機(jī)械手選用氣壓傳動(dòng)機(jī)械手作為驅(qū)動(dòng)方式。213 整體機(jī)構(gòu)的確定 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （1）手部：既與物體直接接觸的部件，采用夾持式手部。夾持式手部由手指（或手爪）和傳力機(jī)構(gòu)構(gòu)成。手指直接與物體接觸，傳力機(jī)構(gòu)采用斜楔杠桿式結(jié)構(gòu)，通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件，其由氣缸實(shí)現(xiàn)。 （2）手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。本系統(tǒng)則通過由回轉(zhuǎn)氣缸使手腕實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方位的改變。 （3）手臂：支撐手腕和手部的部件，以改變工件的位置。其作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬到設(shè)定位置，本系統(tǒng)采用氣缸和回轉(zhuǎn)氣缸分別實(shí)現(xiàn)手臂

25、的升降回轉(zhuǎn)以及伸縮的動(dòng)作。（4）立柱：以手臂的升降氣缸兼作立柱，以便實(shí)現(xiàn)該機(jī)械手的緊湊和簡(jiǎn)潔。 （5）機(jī)座：是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，各結(jié)構(gòu)部件均安裝其上，起支撐和連接作用。2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：系統(tǒng)才用氣壓傳動(dòng)方式。3 控制系統(tǒng)：是支配工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。系統(tǒng)由可編程序控制器系統(tǒng)和行程開關(guān)電氣定位以及相關(guān)的繼電器系統(tǒng)組成的系統(tǒng)控制。4 位置檢測(cè)盒的放置：為操作和安全，把電氣控制箱置于機(jī)座上，而把操縱盒以長(zhǎng)距離，遠(yuǎn)距離的操縱方式。操控人員可遠(yuǎn)離機(jī)械手操作。 整個(gè)機(jī)構(gòu)的位置布置初定大概如下所示：爪部+夾緊缸+手腕轉(zhuǎn)動(dòng)缸+伸縮缸升降缸（回轉(zhuǎn)缸）回轉(zhuǎn)缸（升降缸）為了使整個(gè)機(jī)構(gòu)盡量趨向于輕便簡(jiǎn)單，在此

26、我們盡量選取葉片型回轉(zhuǎn)氣缸，將回轉(zhuǎn)氣缸放在升降缸之上，但這一構(gòu)想取決于葉片型回轉(zhuǎn)缸的工作壓力是否達(dá)到系統(tǒng)的壓力要求，所以此部分將留待往后再作決定。5 手部結(jié)構(gòu)根據(jù)已知的規(guī)格參數(shù)，我們選擇爪部通過汽缸推動(dòng)楔塊帶動(dòng)爪部杠桿運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)爪部張合的夾緊運(yùn)動(dòng)。杠桿與楔塊接觸的一端用彈簧連起，以保證楔塊縮回時(shí)杠桿端部始終與楔塊接觸。爪部的張合弧度可通過改變楔塊的斜面角度和杠桿的長(zhǎng)度和比例來調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)潔，受力性能良好，定位誤差小。3 直角坐標(biāo)式工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)31 機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)1 抓重：50 N （額定抓取重量或額定負(fù)荷）2 自由度： 43 坐標(biāo)形式： 圓柱坐標(biāo)4 最大工作半徑：1

27、2005 手臂最大中心高（下降時(shí)）：8006 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程：500 伸縮速度：250s 升降行程：300 升降速度：200s 回轉(zhuǎn)范圍： 回轉(zhuǎn)速度：180s7 手腕參數(shù). 回轉(zhuǎn)范圍：.回轉(zhuǎn)速度：s8 手指夾持范圍：9 定位精度：10 驅(qū)動(dòng)方式：氣壓傳動(dòng)11電氣控制方式：PLC點(diǎn)位程序控制12電氣操作方式：手動(dòng)和自動(dòng)32 工業(yè)機(jī)械手的參數(shù)總體計(jì)算321 機(jī)械手的質(zhì)量工件的材質(zhì)為鋼結(jié)構(gòu)鋼=.k0.00783工件的質(zhì)量工件 （31） .102Kg2工件的體積 工件工件鋼 （32）5102/0.0078 mm當(dāng)工件取時(shí)，面積應(yīng)為5（5/2） （33） 3.14625.5mm 長(zhǎng)度應(yīng)為5工件5

28、 （34）.5 .3mm 當(dāng)工件取時(shí)，面積應(yīng)為 70（02） （35） （2）.mm 長(zhǎng)度應(yīng)為 70工件70 （36）.5mm手部各部分質(zhì)量估算如下：爪部21.59102=4000mm桿3514202=19600mmV螺栓=r2L=3.144460=3000mm3手部爪桿+2V螺栓40004+196002+30002=65000mm手部650000.0078507楔塊1221.551.5=13000mm楔塊130000.0078101.4支承板54049800mm支承板498000.0078776缸3.5所以，總的質(zhì)量總工件爪部爪部缸工件手部楔塊缸支承板 （37）2507101.4776776

29、6.4322 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的選擇 氣缸夾緊力計(jì)算如下：手指的角度：，b35 C=17根據(jù)手部結(jié)構(gòu),其驅(qū)動(dòng)力為：P=NC （38）（1） 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力公式：N0.5N （39）.5N 60500.1216.5 N則：P=N 235216.5150/17 236 N據(jù)公式：實(shí) PK1K2/ （310）式中：手部的機(jī)械效率，一般取（0.850.95）K1 安全系數(shù)，一般?。?.2）工作條件系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按下式估算：其中為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度，為重力加速度（.米秒）f為被夾持工件與手指接觸的磨擦系數(shù)在這取f=0.1 一般手爪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率取=

30、0.850.9，故.0，.若被抓取工件的最大加速度取，則：=1+/=1+1=2實(shí)2361.52/0.90=787 N所以，夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為787 N則根據(jù)公式：氣缸 （311）氣缸.（）5105/4 .5 N氣缸.N 彈簧實(shí)際 .5 +787929.5 N式中: D為氣缸直徑假設(shè)為50mm P為氣壓假設(shè)為5105Pa所以選用MDBB50-35氣缸合適夾緊323 腕部傳動(dòng)氣缸的選擇 當(dāng)工件取時(shí)，. 則根據(jù)公式：工件（L）得： （312） 工件（L）（）Kgm 當(dāng)工件取時(shí)，. 則根據(jù)公式：工件L得： （313） 工件L Kgm 因此工件取工件Kg計(jì)算 根據(jù)公式：J手爪（）得： （3

31、14） J手爪（） （35） Kgm 慣（工件J手爪） （315）（）Nm 根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)受力圖 , 得：驅(qū)慣偏摩封 （316） 為簡(jiǎn)化計(jì)算可不計(jì)密封裝置處的摩擦阻力矩，因此乘安全系數(shù)即可驅(qū)慣.Nm 所以選用大型葉片式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸 其參數(shù)為：驅(qū)Nm 則，由以上結(jié)果可得手腕回轉(zhuǎn)受力如圖31圖31 手腕回轉(zhuǎn)受力圖324 伸縮氣缸的選擇1 計(jì)算摩擦力：彎矩M的計(jì)算 工件：（mm） 爪部：（mm） 腕部：（mm） 導(dǎo)桿：mm Kg Kg (約為3.0 取3.2)Kg (約為1.4 取1.5)Kg (約為3.8 取4.0) (3-17)5.10.8749.8+3.20.7749.8+1.50.6169.8

32、+80.259.8 96.6 N 根據(jù)手臂伸出時(shí)的受力狀態(tài)得： (3-18) （5.1+3.2+1.5+8）9.817.89.8N 根據(jù)： NN（） N=/f（） 解得：N0.1596.50.15N N（N）（.44） .22N根據(jù)公式：摩2fN2 (3-19)731.220.152219.4 N（其中：鋼青銅0.10.15（潤(rùn)） 摩1fN0.152.2N摩摩摩193.2219.4412.6 N 2 慣性力計(jì)算 慣 (3-20)（1234）17.81.2522.25N其中， 2500.2mmS1.25 摩慣412.622.25434.85N 缸驅(qū)工作（缸4） 51.01106（4010-3）2

33、3.14/4 507.5 N 所以SMC MB系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸 MDBB50-500合適，查資料得：材料為鋁合金的MDBB50-500氣缸行程為零時(shí)質(zhì)量為1140g，每增加10mm行程則質(zhì)量增加40g 伸縮缸1140+50403140g325 對(duì)伸縮導(dǎo)桿的校核 PN2S （321）731.22(0.030.03)0.0812106Pa0.812MPa所以，PP15MPa V0.25 0.08121060.250.203106Pa0.203MPaPV15MPa （322）（87.50.5）/（/32）（3010-3）318.210 18.2MPa 所以， h 所以：h 式中：摩擦系數(shù)。一般取0.1，這里考慮到摩擦的副作用則取0.16。