四自由度多用途氣動機器人（機器手）結構設計及控制實現(xiàn)

四自由度多用途氣動機器人（機器手）結構設計及控制實現(xiàn)近幾十年，隨著全球科學技術的快速進展和信息化水平不斷提高，出于解放勞動力、提高生產效率、經濟效益和削減生產成本的目的，許多工業(yè)領域開頭使用工業(yè)機器人進行生產運作。為了加深對機器人從設計到工業(yè)應用詳細是怎樣實現(xiàn)的，文章先對工業(yè)機器人的進展背景進行闡述，再對機器人（機械手）的機構設計進行介紹，其中包括手部、手腕、手臂等的設計，最終利用可編程序掌握器對機器人（機械手）進行有效掌握，使機器人（機械手）能夠正常運作，進而消失在在更多生產企業(yè)的工作線上。機器人（Robot）一詞最早消失在國外，二十世紀中后期開頭才得到人們的廣泛關注，并被人們所熟識，現(xiàn)如今，在國外，甚至國內有些工廠、企業(yè)都可以看得機器人的身影?，F(xiàn)代的工業(yè)機器人（機器手）主要有可編程、擬人化、通用性、運用廣泛這四個特點?？茖W技術的提高和不斷創(chuàng)新，使得當今的工業(yè)機器人漸漸具備行走、感知、溝通等多種力量。目前，美國和日本在機器人的研發(fā)方面處于世界領先水平，對全球機器人的進展最具影響。絕大多數(shù)工業(yè)機器人都是由主體、驅動系統(tǒng)和掌握系統(tǒng)三個部分組成。其中主機包括臂部、腕部、手部等，大多數(shù)機器人有3-6個運動自由度，文章以下以四個自由度為例進行描述。機器人（機械手）在工業(yè)生產過程中能夠代替人做些單調、頻繁或者重復率強的長時間工作，但是機器人又不是簡潔意義上的完全復制了人工的勞務，而是在綜合了人的工作性能的基礎上再結合了機器人其專有的特長。機械手是仿照人手和手臂的某些功能，在設置的特定程序下抓取、搬運物件或者操作工具的自動操作裝置。機器人的進展歷史經受了一系列階段，其中機械手則是最早消失的工業(yè)機器人，機械手在工業(yè)生產中的應用能夠有效地減省工人、提高生產效率、降低生產成本、提高產品的品質提升工廠形象，尤其是在某些特別的環(huán)境下，如高溫高壓、有毒有害、易燃易爆、放射性較大等，機器手得到了廣泛的運用。機器人（機器手）結構設計本次設計的機械手是通用氣動上下料機械手，其在工業(yè)生產有較為廣泛的運用。1.1手部結構的設計對手部結構的設計可以設計成可更換的結構，根據(jù)實際狀況使用的是夾持式手部還是氣壓吸盤式結構。夾持式常用的有兩指、多指和雙手雙指式。在設計時應當考慮手指的夾緊力，慣性力和振動性，避開由于抓力不夠而致使物品掉落，對手部結構的設計還要考慮肯定的開閉角和抓取的對象，因地制宜，這樣才能發(fā)揮出機器手的最大作用。由于手抓的物品大多數(shù)為圓柱形，所以手指外形應當設計成V型。在設計時首先計算出手部驅動力的大小，然后計算出氣缸的直徑，最終計算出缸筒的壁厚。1.2手腕結構的設計對于手腕結構的設計要充分理解手腕的工作原理，手腕是連接手部和手臂的重要部件，起到的是調整和轉變物品的方位，考慮到機器手所抓取的物品是水平放置的，所以手腕在設計的過程中，必需要設有回轉運動，而實現(xiàn)手腕回轉運動的機構是回轉氣缸。因此此次設計選擇的是回轉氣缸。對回轉氣缸的設計首先要計算出手腕轉動時所需要的驅動力矩；手腕轉動件和物品的偏重會產生一個偏重力，詳細表現(xiàn)在是對轉動軸產生的一個偏重力矩，所以這時需要計算出這個偏重力矩的大?。皇滞筠D動時也會產生摩擦，所以還需要計算出轉動軸對軸頸處造成的摩擦阻力矩；再對回轉氣缸的驅動力矩進行計算和尺寸進行校核，1.3手臂結構的設計機器手手臂作為手腕和手部的牽引部分，有三種氣缸模式，手臂伸縮氣缸、手臂升降氣缸和手臂回轉氣缸。在進行手臂結構的設計時，要計算出這三種氣缸的尺寸，并進行校核。同時在設計過程中發(fā)覺，機器手臂在伸縮運動時應當采納導向裝置，可以有效地增加手臂的剛性，避開手臂繞軸線轉動?？删幊绦蛘莆掌鲗C器人（機器手）的有效掌握可編程掌握器是在工業(yè)領域應用的一種數(shù)字運算操作的電子裝備。此次設計掌握的對象是圓柱座標氣動機械手，對機器人的有效掌握可以分成四個過程?？删幊绦蛘莆掌饔兴膫€階段，首先CPU對輸入輸出狀態(tài)暫存器清零，隨后進行自診斷，當顯示一切硬件正常工作后進入其次個階段；然后處理輸入信號，把獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息存放到輸入輸出狀態(tài)暫存器中；接著再對用戶程序進行掃描、運算和處理，將結果寫入輸出狀態(tài)暫存器中，最終把暫存器中的信號取出，送到輸出鎖存電路，驅動輸出繼電器線圈，掌握與被掌握設備進行各種相應的動作。周而復始，使機器手能夠不斷運作。文章對四自由度機器人（機器手）進行討論，提出了其結構設計和掌握實現(xiàn)的詳細方法。機器人（機器手），作為一種全新的能為企業(yè)帶