搬運(yùn)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
49頁(yè) 19000字?jǐn)?shù)+論文說(shuō)明書+任務(wù)書+9張CAD圖紙【詳情如下】
PLC仿真.zip
PLC監(jiān)控仿真.zip
任務(wù)書.doc
大臂.dwg
小臂.dwg
底座.dwg
手爪.dwg
搬運(yùn)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc
搬運(yùn)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書.doc
整體裝配圖.dwg
機(jī)械手手臂聯(lián)結(jié)座.dwg
機(jī)械手支座.dwg
法蘭盤.dwg
腰部結(jié)構(gòu)圖.dwg
搬運(yùn)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1 緒論 3
1.1前言 3
1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 3
1.3工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 3
1.3.1 建造旋轉(zhuǎn)零件(轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類)自動(dòng)線 3
1.3.2 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 3
1.3.3 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 3
1.4 機(jī)械手的組成 4
1.4.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 4
1.4.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 4
1.4.3 控制系統(tǒng)分類 5
1.5工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 5
1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容 6
1.7 本章小結(jié) 6
2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 7
2.1 機(jī)械手基本形式的選擇 7
2.2機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) 8
2.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 9
2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 9
2.5 本章小結(jié) 9
3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 9
3.1 手部設(shè)計(jì)基本要求 9
3.2 典型的手部結(jié)構(gòu) 9
3.3機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 9
3.3.1選擇手抓的類型及夾緊裝置 9
3.3.2 手抓的力學(xué)分析 10
3.3.3 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 11
3.3.4 手抓夾持范圍計(jì)算 12
3.4 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 13
3.5彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 14
3.6 本章小結(jié) 16
4 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
4.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 17
4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 17
4.2.1典型的腕部結(jié)構(gòu) 17
4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 18
4.3 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 18
4.3.1 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) 18
4.3.2 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 18
4.3.3 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 19
4.3.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 20
4.3.5動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 21
4.4 本章小結(jié) 22
5 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 23
5.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 23
5.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 24
5.2.1 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 24
5.2.2 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 24
5.3 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 24
5.3.1 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 24
5.3.2 手臂慣性力的計(jì)算 26
5.3.3 密封裝置的摩擦阻力 26
5.4 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 26
5.5 本章小結(jié) 28
6 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 29
6.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 29
6.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 30
6.3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 34
6.3.1 手臂偏重力矩的計(jì)算 34
6.3.2 升降不自鎖條件分析計(jì)算 35
6.3.3 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 36
6.4 軸承的選擇分析 36
6.5 本章小結(jié) 37
7 ADAMS 模型的建立與仿真 38
7.1虛擬樣機(jī)技術(shù) 38
7.2 ADAMS軟件 38
7.3 手部模型的建立 40
7.4 本章小結(jié) 44
1 緒論
1.1前言
用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為 。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,是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。
工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。
機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí):其一、它能部分的代替人工操作;其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求,遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸;其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配,從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件,顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而,受到很多國(guó)家的重視,投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合,應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展,并且取得一定的效果,受到機(jī)械工業(yè)的 。
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。
1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史
現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初,是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更,具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化 。
機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是:機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂,端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu),控制系統(tǒng)是示教型的。
1962年,美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate(即萬(wàn)能自動(dòng))。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔,臂回轉(zhuǎn)、俯仰,用液壓驅(qū)動(dòng);控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司(Unimaton),專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。
1962年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手,原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn),臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng),控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初,但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。
1978年美國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)機(jī)械手,裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,用于裝配作業(yè),定位誤差可小于±1毫米。
美國(guó)還十分注意提高機(jī)械手的可靠性,改進(jìn)結(jié)構(gòu),降低成本。如Unimate公司建立了8年機(jī)械手試驗(yàn)臺(tái),進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間(注:故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間),由400小時(shí)提高到1500小時(shí),精度可提高到±0.1毫米。
德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從1970年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手,主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手,采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。
瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手,采用示教方法編制程序。
瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。
日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后,大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道,1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1976年個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門用在機(jī)械手的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元,產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半,達(dá)222億日元,是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元,比1978年增長(zhǎng)50%。智能機(jī)械手約為17億日元,為1978年的6倍。截止1979年,機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位,約占70%,并以每年50%~60%的速度增長(zhǎng)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè),其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將有55萬(wàn)機(jī)器人在工作。
第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力,甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器,把感覺(jué)到的信息反饋,使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。
第三代機(jī)械手(機(jī)械人)則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。
隨著工業(yè)機(jī)器手(機(jī)械人)研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大,國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍,歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多。
7.4 本章小結(jié)
通過(guò)本章,對(duì)機(jī)械手的手部進(jìn)行了建模,并對(duì)結(jié)果以曲線的形式輸出仿真結(jié)果。對(duì)于ADAMS建模,在ADAMS/View提供有零件庫(kù),可以創(chuàng)建各種基本的物體。對(duì)于復(fù)雜形狀的物體,可以使用ADAMS/Exchange模塊從其它CAD軟件(如:Pro/e)中輸入零件模型。
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì),是老師考慮到學(xué)生日后的研究方向而特意為我安排的。通過(guò)這次訓(xùn)練,提高了自己的動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力和編程水平,為學(xué)生日后順利進(jìn)入機(jī)器人這一深邃的科研領(lǐng)域作下了鋪墊。本次畢業(yè)設(shè)計(jì),學(xué)生收獲頗多,這與于老師的悉心指導(dǎo)是分不開(kāi)的。老師公務(wù)繁忙,但是還是經(jīng)常抽時(shí)間來(lái)視察學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度,就畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題給予耐心指導(dǎo),敦敦教誨,身體力行,實(shí)在令學(xué)生欽佩感動(dòng)不已!特此,學(xué)生鄭重向于老師表示感謝!
另外,學(xué)生還要感謝師兄,他們?cè)趯W(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中給出了許多有益的建議,特此表示感謝!
參考文獻(xiàn)
[1] Craig, John J. Introduction to robotics. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社,2006
[2] Basilio Bona and Aldo Curatella. Identification of Industrial Robot Parameters for Advanced Model-Based Controllers Design Proceedings of the 2005 IEEE
International Conference on Robotics and Automation. Barcelona, Spain, April 2005
[3] 索羅門采夫. 工業(yè)機(jī)器人圖冊(cè). 北京 機(jī)械工業(yè)出版社,1993
[4] 周伯英. 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì). 北京 機(jī)械工業(yè)出版社,1995
[5] 郭洪紅 賀繼林 田宏宇 席巍. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù). 西安電子科技大學(xué)出版社,2006
[6] 三浦宏文. 機(jī)電一體化實(shí)用手冊(cè). 科學(xué)出版社 OHM社,2001
[7] 陳國(guó)聯(lián) 王建華 夏建生. 電子技術(shù). 西安交通大學(xué)出版社,2002
[8] 沈???嚴(yán)武升 楊庚辰. 電機(jī)與電器. 北京理工大學(xué)出版社,2002
[9] 羅建軍 朱丹軍 顧剛 劉路放. 大學(xué)C++程序設(shè)計(jì)教程. 北京:高等教育出版社,2004
[10] 羅建軍 崔舒寧 楊琦. 大學(xué)Visual C++程序設(shè)計(jì)案例教程. 北京:高等教育出版社,2004
1 搬運(yùn)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 緒論 .............................................................................................................................................. 3 言 ...................................................................................................................................... 3 業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 ............................................................................................................. 3 業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 ............................................................................................. 3 造旋轉(zhuǎn)零件(轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類)自動(dòng)線 .................................................... 3 實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 ......................................................................................... 3 、鍛、焊熱處理等熱加工方面 ......................................................................... 3 械手的組成 ..................................................................................................................... 4 行機(jī)構(gòu) .................................................................................................................. 4 動(dòng)機(jī)構(gòu) .................................................................................................................. 4 制系統(tǒng)分類 .......................................................................................................... 5 業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) ..................................................................................................... 5 文主要研究?jī)?nèi)容 ............................................................................................................. 6 章小結(jié) ............................................................................................................................. 6 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 ................................................................................................................ 7 械手基本形式的 選擇 .................................................................................................... 7 械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) ................................................................................................. 8 動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 .................................................................................................................. 9 械手的技術(shù)參數(shù)列表 .................................................................................................... 9 章小結(jié) ............................................................................................................................. 9 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................................................................................. 9 部設(shè)計(jì)基本要求 ............................................................................................................. 9 型的手部結(jié)構(gòu) ................................................................................................................. 9 械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..................................................................................................... 9 擇手抓的類型及夾緊裝置 .................................................................................. 9 抓的力學(xué)分析 ................................................................................................... 10 緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ....................................................................................... 手抓夾持范圍 計(jì)算 ............................................................................................... 12 械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 .................................................................................. 13 簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................................................................ 14 章小結(jié) ........................................................................................................................... 16 4 腕部的設(shè) 計(jì)計(jì)算 ........................................................................................................................ 17 部設(shè)計(jì)的基本要求 ...................................................................................................... 17 部的結(jié)構(gòu)以及選擇 ...................................................................................................... 17 2 型的腕部結(jié)構(gòu) .................................................................................................... 17 部 結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 ............................................................................... 18 部的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................................................................................... 18 部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) ........................................................................................... 18 部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 ........................................................................................... 18 部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ............................................................................................... 19 壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 ........................................................................................... 20 片和輸出軸間的連接螺釘 ................................................................................ 21 章小結(jié) ........................................................................................................................... 22 5 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 ............................................................................................................ 23 部設(shè)計(jì)的基本要求 ...................................................................................................... 23 臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 .................................................................................. 24 臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) ........................................................................................... 24 臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 ........................................................................................... 24 臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 .......................................................................................... 24 臂摩擦力的分析與計(jì)算 ................................................................................... 24 臂慣性力的計(jì)算 ............................................................................................... 26 封裝置的摩擦阻力 ........................................................................................... 26 壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 ...................................................................................... 26 章小結(jié) ........................................................................................................................... 28 6 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................................................................................................ 29 身的整體設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 29 身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................................................................. 30 身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 ...................................................................................................... 34 臂偏重力矩的 計(jì)算 ........................................................................................... 34 降不自鎖條件分析計(jì)算 ................................................................................... 35 臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 .......................................................... 36 承的選擇分析 ............................................................................................................... 36 章小結(jié) ........................................................................................................................... 37 7 型的建立與仿真 ...................................................................................................... 38 擬樣機(jī)技術(shù) .................................................................................................................... 38 件 .................................................................................................................... 38 部模型的建立 ............................................................................................................... 40 章小結(jié) ........................................................................................................................... 44 3 1 緒論 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為 ? ?1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 ? ?2工 業(yè) 機(jī) 械 手 。 工業(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,是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的 發(fā)展空間。 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí):其一、它能部分的代替人工操作;其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求,遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸;其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配,從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件,顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而,受到很多國(guó)家的重視,投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合,應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展,并且取得一定的效果,受到機(jī)械工業(yè)的 ? ?3重 視 。 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。 業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20世紀(jì) 50年代初,是基于示教再現(xiàn)和主 從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更,具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化 ? ?4產(chǎn) 品 。 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。 1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是:機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂,端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu),控制系統(tǒng)是示教型的。 2 1962年,美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 萬(wàn)能自動(dòng) )。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔,臂回轉(zhuǎn)、俯仰,用液壓驅(qū)動(dòng);控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個(gè)基 礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司( ,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962 年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫 械手,原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn),臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng),控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初,但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978 年美國(guó) 司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種工業(yè)機(jī)械手,裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,用于裝配作業(yè),定位誤差可小 于± 1毫米。 美國(guó)還十分注意提高機(jī)械手的可靠性,改進(jìn)結(jié)構(gòu),降低成本。如 年機(jī)械手試驗(yàn)臺(tái),進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間(注:故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間),由 400小時(shí)提高到 1500 小時(shí),精度可提高到± 德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手,主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國(guó) 司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手,采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 瑞士 用示教方法編制程序 。 瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自 1969 年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后,大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道, 1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá) 50多個(gè)。 1976年個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門用在機(jī)械手的研究費(fèi)用 42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 443億日元,產(chǎn)量為 14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半,達(dá) 222億日元,是 1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67億日元,比 1978年增長(zhǎng) 50%。智能機(jī)械手約為 17 億日元,為 1978年的 6倍。截止 1979年,機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá) 56900臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位,約占 70%,并以每年 50%~60%的速度增長(zhǎng)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè),其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到 1990年將有 55萬(wàn)機(jī)器人在工作。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力,甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器,把感覺(jué)到的信息反饋,使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。 第三代機(jī)械手(機(jī)械人)則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為 柔性制造系統(tǒng) 柔性制造單元 (重要一環(huán)。 隨著工業(yè)機(jī)器手(機(jī)械人)研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大,國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍,歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多。 3 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作,如搬物、裝配、切割、噴染等等,應(yīng)用非常廣泛 ? ?5廣 泛 。 在現(xiàn)代工業(yè)中,生 產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高,現(xiàn)代化加工車間,常配有機(jī)械手,以提高生產(chǎn)效率,完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作??稍跈C(jī)械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹,美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中,有 75%是小批量生產(chǎn);金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下,零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。從這里可以看出,裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有:注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并 將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序;機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料;澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對(duì)象。下面具體說(shuō)明機(jī)械手在工業(yè)方面的應(yīng)用。 造旋轉(zhuǎn)零件(轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類)自動(dòng)線 一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳遞零件。國(guó)內(nèi)這類生產(chǎn)線很多,如沈陽(yáng)永泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線(環(huán)類),大連電機(jī)廠的 4 號(hào)和 5 號(hào)電動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)線(軸類),上海拖拉機(jī)廠的齒坯自動(dòng)線(盤類)等。 加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線,一般采用隨行夾具傳送工件,也有采用機(jī)械手的,如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣蓋 加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手 。 實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 各類半自動(dòng)車床,有自動(dòng)加緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開(kāi)的功能,單仍需人工上下料;裝上機(jī)械手,可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn),一人看管多臺(tái)機(jī)床。目前,機(jī)械手在這方面應(yīng)用很多,如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手,大連第二車床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿行車床機(jī)械手,沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的 海第二機(jī)床廠的滾銑花鍵機(jī)床機(jī)械手等。由于這方面的使用已有成功的經(jīng)驗(yàn),國(guó)內(nèi)一些機(jī)床廠已在這類產(chǎn)品出廠是就附上機(jī)械手,或?yàn)橛脩舭惭b機(jī)械手提供條件。如上海第二汽車配件廠的燈殼 沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手(生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位機(jī)床)和天津二注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán),裝上機(jī)械手的自動(dòng)裝卸工件,可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面:一是 160t 以上的沖床用機(jī)械手的較多。如沈陽(yáng)低壓開(kāi)關(guān)廠 200t 環(huán)類沖床磁力起重器殼體下料機(jī)械手和天京拖拉機(jī)廠400一是用于多工位沖床,用作沖壓件工位間步進(jìn)輕局技術(shù)研究所制作的 1200 、鍛、焊熱處理等熱加工方面 模鍛方面,國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘,其 所配的轉(zhuǎn)底爐,用兩只機(jī) 4 械手成一定角度布置早爐前,實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。 械手的組成 工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成 ? ?6組 成 。 行機(jī)構(gòu) ( 1)手部 既直接與工件接觸的部分,一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型(多為回轉(zhuǎn)型,因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單)。手部多為兩指(也有多指);根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種;也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(主要用于吸冷的,光滑表面的零件或薄板零件)和電磁吸盤。 傳力機(jī)構(gòu)形式教多,常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。 ( 2) 腕部 是連接手部和臂部的部件,并可用來(lái)調(diào)節(jié)被抓物體的方位,以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍,并使機(jī)械手變的更靈巧,適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求,有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手,為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),可以不設(shè)腕部,而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。 目前,應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓(氣)缸,它的結(jié)構(gòu)緊湊,靈 巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮? 2700) ,并且要求嚴(yán)格密封,否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下,采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 ( 3)臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部(包括工作或夾具),并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的:把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)(方位),則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此,一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求,即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。 手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(如液壓缸或者氣缸)和 各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn),從臂部的受力情況分析,它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷,而且自身運(yùn)動(dòng)較為多,受力復(fù)雜。因此,它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。 ( 4) 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu),我國(guó)的正處于仿真階段。 動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 5 制系統(tǒng)分類 在機(jī)械手的控 制上,有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制,也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制,采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置,并注意其加速度特性。 (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 7年的 (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 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)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)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) 6 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 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)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作,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 ? ? ? ?7 10中 。 文主 要研究?jī)?nèi)容 本文研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀,通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理,熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu),對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的力學(xué)模型分析,完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作(包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分)的設(shè)計(jì)工作。進(jìn)而運(yùn)用 握了機(jī)械仿真的一般過(guò)程。 章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要的介紹了機(jī)械手的基本概念。在機(jī)械手的組成上,系統(tǒng)的從執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制部分三個(gè)方面說(shuō)明。比較細(xì)致的介紹了機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) ,簡(jiǎn)要的敘述了本文研究的內(nèi)容。 2機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 7 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 本課題是輕型平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì),以及 本章中對(duì)機(jī)械手的座標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。因此,在機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù),然后通過(guò) 械手基本形式的選擇 常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài) ,按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4種 : (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手 ;(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手 ; ( 3)球坐標(biāo) (極坐標(biāo) )型機(jī)械手 ; (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小,因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo) ? ?11型 。 圖 機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖。圖中機(jī)械手的任務(wù)是將傳送帶 。 圖 械手基本形式示意 如圖所示為某自動(dòng)化生產(chǎn)車間中的自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手,用于將左工作臺(tái)上的工件搬運(yùn)到右工作臺(tái)上。機(jī)械手的全部動(dòng)作由汽缸驅(qū)動(dòng),汽缸由電磁閥控制。對(duì)于上升 /下降、左移 /右移,其運(yùn)動(dòng)由雙線 圈三位五通電磁閥控制,即上升電磁閥得電時(shí)機(jī)械手上升,下降電磁閥得電時(shí)機(jī)械手下降。對(duì)于夾緊 /放松,其運(yùn)動(dòng)由單線圈二位電磁閥控制,線圈得電時(shí)機(jī)械手夾緊,斷電時(shí)機(jī)械手放松。 2機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 8 圖 械手搬運(yùn)工件示意圖 將機(jī)械手的原點(diǎn)(即原始位置)定為左位、上位、放松狀態(tài)。在原始狀態(tài)下,當(dāng)左工作臺(tái)上有工件時(shí),機(jī)械手下降到下位,夾緊工件,上升到上位,右移到右位,在右工作臺(tái)無(wú)工件時(shí),機(jī)械手下降到下位,放松,然后上升到上位,左移回原位。該系統(tǒng)有三種工作模式,分別為:步進(jìn)、單周期 、循環(huán)。 在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后,根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù),為了滿足設(shè)計(jì)要求,本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有 5個(gè)自由度既:手抓張合;手部回轉(zhuǎn);手臂伸縮;手臂回轉(zhuǎn);手臂升降 5個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。 本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由 4個(gè)大部件和 5個(gè)液壓缸組成:( 1)手部,采用一個(gè)直線液壓缸,通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。( 2) 腕部,采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn) 0180工件 9 ( 3)臂部,采用直線缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂平動(dòng) ( 4)機(jī)身,采用一個(gè)直線缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)缸來(lái)實(shí)現(xiàn) 手臂升降和回轉(zhuǎn)。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分 , 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便,驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。因此,機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。 械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途:搬運(yùn) :用于車間搬運(yùn) 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) : 1、抓重 :60夾持式手部 ) 2、自由度數(shù) :5個(gè)自由度 3、座標(biāo)型式 :圓柱座標(biāo) 4、最大工 作半徑 :1600、手臂最大中心高 :1248、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程: 1200縮速度: 83mm/s 升降行程: 300降速度: 67mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 : 00 180 7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 : 00 180 章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì),選擇了機(jī)械手的基本形式以及自由度,確定了本設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng),給出了設(shè)計(jì)中機(jī)械手的一些技術(shù)參數(shù)。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將以次進(jìn)行。 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 部設(shè)計(jì)基本要求 ( 1) 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下,不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。 ( 2) 手指應(yīng)具有一定的張開(kāi)范圍,手指應(yīng)該具有足夠的開(kāi)閉角度(手指從張開(kāi)到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度) ? ? ,以便于抓取工件。 ( 3) 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高,在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下,盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,以利于減輕手臂的負(fù)載。 ( 4) 應(yīng)保證手抓的夾持精度。 型的手部結(jié)構(gòu) ( 1) 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 ( 2) 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 ( 3)平面平移型。 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì),考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù):手抓張合角?? = 060 ,夾取重量為 60常用的工業(yè)機(jī)械手手部 ,按握持工件的原理 ,分為夾持和吸附兩大類。吸附式 常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指 ,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移 型。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng) ,這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 , 適于夾持平板方料 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差零。 若 采用典型的平移型手指 , 驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上 ,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。 顯然是不合適的,因此不選擇這種類型。 通過(guò)綜合考慮,本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓,采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開(kāi)式夾緊裝置,它在彈簧的作用下機(jī)械 手手抓閉和,在壓力油作用下,彈簧被壓縮,從而機(jī)械手手指張開(kāi)。 10 抓的力學(xué)分析 下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析:滑槽杠桿 圖 a)為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 αααα αα(a) (b) 圖 槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1—— 手指 2—— 銷軸 3—— 杠桿 在杠桿 3的作用下,銷軸 2向上的拉力為 F,并通過(guò)銷軸中心 手指 1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為 2, 其力的方向 垂直于滑槽的中心線 1 2指向 o 點(diǎn),交 1F 和2F 的延長(zhǎng)線于 。 由 =0 得 12FF?=0 得 1 2 ?'11由 01M? ? ?F =0 得 '1 h 11 ?F= 2a ?( 式中 a—— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離( . ? —— 工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。 由分析可知,當(dāng)驅(qū)動(dòng)力 F 一定時(shí), ? 角增大,則握力 隨之增大,但 ? 角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大,以及手部結(jié)構(gòu)增大,因此最好 ? = 030 040 。 緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力,是設(shè) 計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來(lái)說(shuō),需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷,以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算: 1 2 3 K K G?( 式中 1K —— 安全系數(shù),通常 2k —— 工作情況系數(shù),主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估2 1 bK a??其中 a,重力方向的最大上升加速度;t?響— 運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度 — 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間,一般選取 K —— 方位系數(shù),根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。 G—— 被抓取工件所受重力( N)。 表 3壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力 F( N) 液壓缸工作壓力 用在活塞上外力 F( N) 液壓缸工作壓力 于 5000 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 5000 10000 3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 50000以上 計(jì)算:設(shè) a=100mm,b=50010 < 040 ;機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為 夾緊力 驅(qū)動(dòng)力 F 和 驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。 12 (1) 設(shè)1 2 1 bK a??= 根據(jù)公式,將已知條件帶入: ? 1 . 0 2 0 . 5 5 8 8 4 4 9 . 8? ? ( 2)根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得: ? ? 202 1 0 0 c o s 3 0 4 4 9 . 850F ???計(jì) 算=1378N ( 3)取 ? 1378 16210 . 8 5 ? ?計(jì) 算實(shí) 際 ( 4)確定液壓缸的直徑 D ? ?224F D d p???實(shí) 際選取活塞桿直徑 d=擇液壓缸壓力油工作壓力 P=? ? ? 524 4 1 6 2 1 0 . 5 8 70 . 8 1 0 0 . 7 51 0 . 5????? ? ??實(shí) 際根據(jù)表 選取液壓缸內(nèi)徑為: D=63活塞桿內(nèi)徑為 : D=63? 取 d=32 手抓夾持范圍計(jì)算 為了保證手抓張開(kāi)角為 060 ,活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為 34 手抓夾持范圍,手指長(zhǎng) 100手抓沒(méi)有張開(kāi)角的時(shí)候,如圖 a) 所示,根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),它的最小 夾持半徑1R 40?,當(dāng)張開(kāi) 060 時(shí),如圖 b) 所示,最 大夾持半徑 2R 計(jì)算如下: 002 1 0 0 3 0 4 0 c o s 3 0 9 0R t g? ? ? ?? 機(jī)械手的夾持半徑從 40 90 13 ( a) (b) 圖 抓張開(kāi)示意圖 械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確 ,抓取精度高 ,重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好 ,并有足夠的抓取能 ? ?12力 。 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件,把工件送到指定位置,不僅取決于機(jī)械手的定位精度(由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定),而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、 小批量生產(chǎn)中,為了適應(yīng)工件尺 寸在一定范圍內(nèi)變化,一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。βθ圖 抓夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 機(jī)械手的夾持范圍為 8080 14 一般夾持誤差不超過(guò) 1析如下: 工件的平均半徑: 90 402?65 手指長(zhǎng) 100l ,取 角 02 120? ? 偏轉(zhuǎn)角 ? 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定: 1 1 0060c o s c o s 4 6s i n 1 0 0 s i n 6 0???? ? ??計(jì)算 0 s i n c o s 1 0 0?? ? ?00 0 co s 4 6 0R M 2 22 2 2m a x m i n2 c o s 2 c o s 0 . 6 7 82 s i n s i n s i n s i X M A R Rl l l l? ? ?? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ?????????夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。 選擇彈簧是壓縮條件,選擇圓柱壓縮彈簧。如圖 示,計(jì)算 ? ?13過(guò) 程 如下。 圖 柱螺旋彈簧的幾何參數(shù) (1)取許用切應(yīng)力 ? ? 800? 15 (2)=8,則 4 1 0 . 6 1 54 4 6 ???? ( 4 1 0 . 6 1 54 4 6 ???? ? ?? ?4 8 1 0 . 6 1 5 1 . 1 8 34 8 4 6??? ? ??? (3)