機(jī)器人給機(jī)床自動(dòng)上下料設(shè)計(jì)

1、機(jī)器人給機(jī)床自動(dòng)上下料設(shè)計(jì)摘 要由于機(jī)器人一詞帶有“人”字，再加上科幻小說(shuō)和影視作品的宣傳，人們往往把機(jī)器人想象成為外貌象人的機(jī)電裝置，例如美國(guó)大片終結(jié)者、變形金剛、機(jī)器警察等等為我們形象的塑造了各種令人印象深刻的機(jī)器人形象。然而科幻片終究只是人類(lèi)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想，其實(shí)在現(xiàn)實(shí)中，特別是工業(yè)機(jī)器人，與人的外貌毫無(wú)相象之處。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，工業(yè)機(jī)器人被定義為：“一種能自動(dòng)定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。它能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)?！睓C(jī)器人賴(lài)以完成各種作業(yè)的機(jī)械實(shí)體被定義為：“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其他操作的機(jī)械裝置?！笨梢?jiàn)，工業(yè)機(jī)器人是一

2、機(jī)電系統(tǒng)，它的靈活程度和動(dòng)態(tài)性能，直接影響著機(jī)器人系統(tǒng)的工作質(zhì)量。搬運(yùn)機(jī)器人不但能夠代替人的某些功能和動(dòng)作，有時(shí)還能超過(guò)人的體力能力?？梢?4小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)重復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以承受各種惡劣環(huán)境進(jìn)行物體搬運(yùn)作業(yè)，超過(guò)限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來(lái)完成。因此，在惡劣的環(huán)境中、重復(fù)性操作的工作一般可由機(jī)器人來(lái)代替。 關(guān)鍵詞： 1、機(jī)器人 2、搬運(yùn) 3、代替人工 目 錄一、概 述11.1 機(jī)器人的發(fā)展概況11.2國(guó)外機(jī)器人研究現(xiàn)狀11.3國(guó)內(nèi)機(jī)器人研究現(xiàn)狀21.4 機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)類(lèi)型41.5 工業(yè)機(jī)器人的組成6二、 機(jī)器人給機(jī)床自動(dòng)上下料設(shè)計(jì)82.1 設(shè)計(jì)的相關(guān)信息82.2 自動(dòng)線設(shè)計(jì)布局82.3 夾爪設(shè)

3、計(jì)92.4 機(jī)器人選型102.5 機(jī)器人外部軸設(shè)計(jì)13三、搬運(yùn)機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)15四、結(jié)論16致謝17參考文獻(xiàn)18一、概 述1.1 機(jī)器人的發(fā)展概況自從20 世紀(jì)60 年代初美國(guó)人創(chuàng)造了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。 目前，汽車(chē)制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機(jī)器人密度最高的行業(yè)。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的

4、發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車(chē)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。此外，在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越多，如無(wú)人偵察機(jī)(飛行器)、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用實(shí)例。機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類(lèi)指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類(lèi)工作的工作

5、，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。有些人認(rèn)為，最高級(jí)的機(jī)器人要做的和人一模一樣，其實(shí)非也。實(shí)際上，機(jī)器人是利用機(jī)械傳動(dòng)、現(xiàn)代微電子技術(shù)組合而成的一種能模仿人某種技能的機(jī)械電子設(shè)備，他是在電子、機(jī)械及信息技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。然而，機(jī)器人的樣子不一定必須像人，只要能獨(dú)立完成一些人類(lèi)的技能或有一定危險(xiǎn)性的工作，就屬于機(jī)器人。1.2 國(guó)外機(jī)器人研究現(xiàn)狀以德國(guó)KUKA公司為代表的機(jī)器人公司，已將機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機(jī)器人的工作范圍，加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的性能。此外采用先進(jìn)的諧波減速器及交流伺服電機(jī)，使機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。并聯(lián)機(jī)器人：采用并

6、聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量及加工，這是機(jī)器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和數(shù)控技術(shù)一體化奠定了基礎(chǔ)。控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高，已由過(guò)去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，并且實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。人機(jī)界面更加友好，基于圖形操作的界面也已問(wèn)世。編程方式仍以示教編程為主，但在某些領(lǐng)域的離線編程已實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。 傳感系統(tǒng)：激光傳感器、視覺(jué)傳感器和力傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線上物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。網(wǎng)絡(luò)通信功能：日本YASKAWA和德國(guó)KUKA公司

7、的最新機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn)了與Canbus、Profibus總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機(jī)器人由過(guò)去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機(jī)器人由過(guò)去的專(zhuān)用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。 可靠性：由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。過(guò)去機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性MTBF一般為幾千小時(shí)，而現(xiàn)在已達(dá)到5萬(wàn)小時(shí)，基本上可以滿足任何場(chǎng)合的需求。 經(jīng)過(guò)五十多年的飛速發(fā)展，國(guó)外的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，形成了多家擁有高端技術(shù)的機(jī)器人企業(yè)。根據(jù)其算法和自身特點(diǎn)，可分為兩個(gè)派系，一個(gè)是以高精度、高性能的歐美機(jī)器人，代表性的公司如德國(guó)的KUKA、RIES，瑞典的ABB、史陶比爾等；

8、另一個(gè)派系則是以精度、可靠性更具性價(jià)比的日本系機(jī)器人，比較有代表性的公司有FANUC、川崎、安川、那智不二越等。1.3 國(guó)內(nèi)機(jī)器人研究現(xiàn)狀我國(guó)工業(yè)機(jī)器人是從二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始起步，經(jīng)過(guò)二十多年的努力，已經(jīng)形成了一些具有競(jìng)爭(zhēng)力的工業(yè)機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)。先后研發(fā)出弧焊、電焊、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓及噴漆等工業(yè)機(jī)器人。近幾年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人及含工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線相關(guān)的產(chǎn)品的年銷(xiāo)售額已突破10億元。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)年需求量在3000臺(tái)左右，年銷(xiāo)售額在20億元以上。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)市場(chǎng)上工業(yè)機(jī)器人總共擁有量盡萬(wàn)臺(tái)，占全球總量的0.56%，其中完全國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)集中度占30%左右，其余都是從日

9、本、美國(guó)、瑞典、德國(guó)、意大利等20多個(gè)國(guó)家引進(jìn)的。國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人目前主要以國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用為主，年出口量為100臺(tái)左右，年出口額為0.2億元以上。目前，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域主要有弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬用、噴漆、檢測(cè)、碼垛、研磨拋光和激光加工等復(fù)雜作業(yè)。在我國(guó)，工業(yè)機(jī)器人的最初應(yīng)用是在汽車(chē)和工程機(jī)械行業(yè)，主要用于汽車(chē)及工程機(jī)械的噴涂及焊接。目前，由于機(jī)器人技術(shù)及研發(fā)的落后，工業(yè)機(jī)器人還主要應(yīng)用在制造業(yè)，非制造業(yè)使用的較少。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近幾年國(guó)內(nèi)廠家所生產(chǎn)的哦工業(yè)機(jī)器人有超過(guò)一半是提供給汽車(chē)行業(yè)。由此可見(jiàn)，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人增長(zhǎng)的原動(dòng)力之一。進(jìn)入80年代后，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，隨著

10、改革開(kāi)放的不斷深入，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間，國(guó)家投入資金，對(duì)工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開(kāi)發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。1986年國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）開(kāi)始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過(guò)幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。 從90年代初期起，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個(gè)根本轉(zhuǎn)變時(shí)期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步，先后研制出了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施

11、了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。在機(jī)器人操作方面機(jī)制方面：已開(kāi)發(fā)出一些先進(jìn)的操作機(jī)和特種機(jī)器人，如AVG、壁面爬行機(jī)器人，重復(fù)定位精度為0.024mm的裝配機(jī)器人，可潛入海底6000m的水下機(jī)器人，移動(dòng)機(jī)器人，移動(dòng)遙控機(jī)器人等，有些已達(dá)到實(shí)用化水平并應(yīng)用于實(shí)際工程。在應(yīng)用工程方面：目前國(guó)內(nèi)已建立了多條弧焊機(jī)器人生產(chǎn)線，裝配機(jī)器人生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線和焊接生產(chǎn)線。國(guó)內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)研發(fā)力量已達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平，而整體價(jià)格僅為國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的三分之二甚至一半，具有很好的性能價(jià)格比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。然而，我們的機(jī)器人事業(yè)起步較晚，在發(fā)展的過(guò)程中同樣受

12、到世界上多個(gè)大機(jī)器人企業(yè)的市場(chǎng)排擠，發(fā)展也并非一帆風(fēng)順。目前仍然有些難點(diǎn)需要我們克服，例如RV減速機(jī)的制造、伺服馬達(dá)、機(jī)器人的控制系統(tǒng)等。在有壓力的同時(shí)也有動(dòng)力，不肯服輸?shù)闹袊?guó)人也有一些做得比較好的機(jī)器人品牌，如新松、廣數(shù)等。1.4 機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)類(lèi)型工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下。141.直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度。但是，直角坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)講

13、，是比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類(lèi)型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長(zhǎng)方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式，龍門(mén)式，天車(chē)式三種結(jié)構(gòu)。下圖為直角坐標(biāo)機(jī)器人：142.圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。示意圖如下：3. 球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。其工

14、作空間是一個(gè)類(lèi)球形的空間。示意圖如下：4. 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。關(guān)節(jié)型機(jī)器人動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對(duì)機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類(lèi)型的機(jī)器人。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。下圖為六軸機(jī)器人：1.5 工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)一傳動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)三部分組成(如下圖所示)。1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴(lài)以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由桿件和關(guān)節(jié)組成。2）驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分，它

15、們通常與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連成一體。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常用的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪輪系。驅(qū)動(dòng)器通常有伺服電機(jī)、液壓或氣動(dòng)裝置，目前使用最多的是交流伺服電機(jī)。3）控制系統(tǒng)控統(tǒng)一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成。前者發(fā)出指令協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器之間的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要完成編程、示教再現(xiàn)以及和其他環(huán)境狀況(傳感器信息)、工藝要求、外部相關(guān)設(shè)備(如電焊機(jī))之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。二、 機(jī)器人給機(jī)床自動(dòng)上下料設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)的相關(guān)信息目標(biāo)：用機(jī)器人給四臺(tái)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上下料，全程無(wú)人參與加工。加工工件：調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈，內(nèi)徑260mm，外徑330

16、mm,重量為30KG。機(jī)床數(shù)量：四臺(tái)磨床+三臺(tái)退磁清洗機(jī)工件的加工節(jié)拍：180S/件加工工藝流程：內(nèi)圈外徑磨退磁清洗內(nèi)圈雙滾道磨退磁清洗內(nèi)圈內(nèi)徑磨退磁清洗超精滾道2.2 自動(dòng)線設(shè)計(jì)布局根據(jù)已知信息，從占地面積及工藝流程的流暢性和可行性進(jìn)行分析，作出了以下比較合理的布局方式，如下圖：圖中OP10為內(nèi)圈外徑磨，OP10為內(nèi)圈雙滾道磨，OP30為內(nèi)圈內(nèi)徑磨，OP40為超精滾道。2.3 夾爪設(shè)計(jì)一般機(jī)器人手爪，多為雙指手爪。按手指的運(yùn)動(dòng)方式，可分為回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型，按夾持方式來(lái)分，有外夾式和內(nèi)撐式兩種。機(jī)器人夾爪的驅(qū)動(dòng)方式主要有三種1.氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 是用電磁閥來(lái)控制手爪的運(yùn)動(dòng)方向，用氣流調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)其運(yùn)

17、動(dòng)速度。由于氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)價(jià)格較低并且系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，所以氣動(dòng)夾持器在工業(yè)中應(yīng)用較為普遍。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動(dòng)手爪的抓取運(yùn)動(dòng)具有一定的柔順性，這一點(diǎn)是抓取動(dòng)作十分需要的。2.電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)手爪應(yīng)用也較為廣泛。這種手爪，一般采用直流伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，并需要減速器以獲得足夠大的驅(qū)動(dòng)力和力矩。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式可實(shí)現(xiàn)手爪的力與位置控制。但是，這種驅(qū)動(dòng)方式不能用于有防爆要求的條件下，因?yàn)殡姍C(jī)有可能產(chǎn)生火花和發(fā)熱。另外，用電機(jī)作為夾爪的驅(qū)動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)體積較大且較重，不適宜安裝在負(fù)載能力有限的機(jī)器人終端軸上。3.液壓驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)剛度大，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)位置控制。但系統(tǒng)較復(fù)雜，管路較多，

18、在一定程度上會(huì)限制機(jī)器人的活動(dòng)范圍，不利于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.3.1機(jī)器人夾爪的典型結(jié)構(gòu)1.楔塊杠桿式手爪利用楔塊與杠桿來(lái)實(shí)現(xiàn)手爪的松、開(kāi)，來(lái)實(shí)現(xiàn)抓取工件。2.滑槽式手爪 當(dāng)活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑槽通過(guò)銷(xiāo)子推動(dòng)手爪合并，產(chǎn)生夾緊動(dòng)作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，手爪松開(kāi)。這種手爪開(kāi)合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。3.連桿杠桿式手爪這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（松開(kāi)）運(yùn)動(dòng)，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。4.齒輪齒條式手爪這種手爪通過(guò)活塞推動(dòng)齒條，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開(kāi)動(dòng)作。5.平行杠桿式手爪采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，因此不需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手

19、指保持平行運(yùn)動(dòng)，比帶有導(dǎo)軌的平行移動(dòng)手爪的摩擦力要小很多。2.3.2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)采用連桿杠桿式的手爪。驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)移動(dòng)，通過(guò)活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開(kāi)或閉合。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330mm來(lái)設(shè)計(jì)。手爪的具體結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：2.4 機(jī)器人選型因六軸機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)很成熟，直接采購(gòu)比自己開(kāi)發(fā)的機(jī)器人會(huì)更可靠更便宜，故機(jī)器人只需要在知名品牌中選型并購(gòu)買(mǎi)即可，無(wú)需自己設(shè)計(jì)。為了提高機(jī)器人給機(jī)床上下料的效率，在機(jī)器人的第六軸上安裝兩個(gè)夾爪，可以同時(shí)夾持兩個(gè)工件。機(jī)器人首先從上料倉(cāng)抓取一個(gè)待加工的毛坯，當(dāng)機(jī)床

20、加工完畢后打開(kāi)門(mén)，機(jī)器人進(jìn)入機(jī)床內(nèi)，用空的夾爪將加工好的工件取下來(lái)，然后旋轉(zhuǎn)180度，將毛坯件裝到機(jī)床夾具上，最后退出機(jī)床。在上下料的過(guò)程中動(dòng)作一貫相連，提高了自動(dòng)上下料的效率。當(dāng)兩個(gè)夾爪都夾持工件時(shí)，機(jī)器人所承受的負(fù)載最大，所以在機(jī)器人的選型過(guò)程中，一定要注意機(jī)器人的負(fù)載能力，另外還要看機(jī)器人最大的活動(dòng)范圍是否可以覆蓋機(jī)器人搬運(yùn)的目的地點(diǎn)。當(dāng)機(jī)器人兩夾爪都夾持工件時(shí)，負(fù)載G（工件重量M1+夾爪重量M2）*2+結(jié)構(gòu)件重量M3（30+10）*2+30110KG根據(jù)負(fù)載情況查看相關(guān)機(jī)器人生產(chǎn)廠家的選型手冊(cè)，我們選日本安川機(jī)器人，選擇出合理的機(jī)器人型號(hào)。通過(guò)查找對(duì)比，安川的MOTOMAN MH165

21、這款機(jī)器人比較符合以上的條件。其相關(guān)參數(shù)如下圖：2.5 機(jī)器人外部軸設(shè)計(jì)通過(guò)了增加機(jī)器人外部軸行走機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)機(jī)器人多工位操作，從而大大提高了機(jī)器人的利用率，降低設(shè)備的投入成本。行走機(jī)構(gòu)主要是由移動(dòng)板部分和行走機(jī)構(gòu)底座部分組成，移動(dòng)板部分上的伺服電機(jī)由配備該設(shè)備的機(jī)器人控制柜進(jìn)行控制，該部分可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在同工位之間的切換，該部分被稱(chēng)作機(jī)器人的外部追加直線軸。直線行走的工作原理是由安裝在移動(dòng)板上的伺服電機(jī)通過(guò)行星減速機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條，使移動(dòng)板上的六軸機(jī)器人可以精確的到達(dá)第七軸上的任意位置點(diǎn)。如下圖所示：機(jī)器人的直線行走由兩條平行的滑軌帶四個(gè)安裝滑塊進(jìn)行導(dǎo)向，確保移動(dòng)位置的

22、精度。通過(guò)計(jì)算可得到機(jī)器人加上移動(dòng)板及其他結(jié)構(gòu)件的總重量約為1.6T，根據(jù)滑軌的參數(shù)分析，選擇滑軌寬度為45mm系列。從以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，齒輪齒條的模數(shù)暫時(shí)取m=3，齒數(shù)取z=25，在此場(chǎng)合下強(qiáng)度應(yīng)該足夠。為滿足生產(chǎn)節(jié)拍的需要，現(xiàn)設(shè)定機(jī)器人行走的速度為1.5M/S,伺服電機(jī)選中貫量的，額定轉(zhuǎn)速為2000r/min,則可求出減速機(jī)的減速比：i=60v/3.14dn5.95,取整得減速比為1：6。伺服電機(jī)功率計(jì)算：電機(jī)的啟動(dòng)和停止所需的力矩必須大摩擦力和慣性力的合力。因移動(dòng)部分的重量為約1.5T，所以加速度不能取太大，暫定為1.5M/S2。合力Ff+F慣uN+ma=0.05*1.5*104+1.

23、5*1.5*103=3*103N對(duì)減速機(jī)輸出軸之矩：TF*d/2=3*103*4*10-2/2=120N電機(jī)功率：PnT/(9550*6)=4.1KW 取P5KW標(biāo)準(zhǔn)件的選型確定后，即可根據(jù)其安裝尺寸進(jìn)行其余的結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)。之后再進(jìn)行一些相關(guān)的校核工作，比如齒輪齒條的校核等。機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好后，接著就要設(shè)計(jì)后面的上料倉(cāng)，外圍的防護(hù)欄等。三、搬運(yùn)機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下10個(gè)方面：1工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、

24、可重構(gòu)方向發(fā)展。2機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開(kāi)放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。3多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問(wèn)題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。5機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器

25、人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。6虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。7多智能體（multi-agent）調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。8微型和微小機(jī)器人技術(shù)（micro/miniature robotics）:這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。過(guò)去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命，并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類(lèi)活動(dòng)的