碼垛機(jī)器人

碼垛機(jī)器人,碼垛,機(jī)器人 四川大學(xué)錦江學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 工業(yè)機(jī)器人手部三指抓取的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化 學(xué)生 指導(dǎo)教師 【摘要】:隨著工業(yè)的大規(guī)模的發(fā)展，越來越多工業(yè)機(jī)器人操作手應(yīng)用于各個(gè)場(chǎng)所并逐漸受到各國開發(fā)者關(guān)注和重視。而最后執(zhí)行者作為機(jī)器人于環(huán)境互相作用的機(jī)械指已經(jīng)被提到了新的高度，文中簡要介紹機(jī)械抓取機(jī)構(gòu)的概念，機(jī)械抓取機(jī)構(gòu)的組成與分類國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展前景。調(diào)研現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器抓取機(jī)構(gòu)工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出工業(yè)機(jī)器人三指抓取機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理，然后將任務(wù)要求和對(duì)象物體的幾何物理特性以及環(huán)境信息綜合起來考慮，經(jīng)過分析建立于東學(xué)的模型，仿真各個(gè)手指在抓取時(shí)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，同時(shí)完成分析在靜平衡狀態(tài)下手指和外界環(huán)境之間的作用力。并將抓取的姿態(tài)推理出來，同時(shí)尋找抓取物體特征平面，確定出所需要抓取的平面，再在抓取的平面上進(jìn)一步規(guī)劃出三個(gè)抓取點(diǎn)，并最終完成抓取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 【關(guān)鍵詞】 工業(yè)機(jī)器人 三指抓取機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Industrial robot manipulators three fingers grab the institutional structure design 【Abstract】With the large-scale industrial development, more and more industrial robot manipulators used in various places, and gradually by the concern and attention of the Inter-developer. Mechanical means as robots interact with the environment the final implementation, has been referred to a new level. The paper briefly introduces the mechanical grab the concept of the composition and classification of mechanical grab institutions, the industrial robot refers to crawl the principle of the structure. And comprehensive task requirements and object geometrical physical characteristics, and environmental information into consideration to establish the kinematics of the model through the analysis, simulation of individual fingers crawl athletic stance, and finger to complete the analysis in the static equilibrium state and the external environment between the forces. Attitude reasoning and crawl out and grab objects by looking for characteristic plane, identified the need to capture the plane 3 crawl further planning, and then grab the plane, and the final completion of the crawl structure design. 【Key words】 Industrial robots Three fingers grab the institutional Structure design 目 錄 緒論......................................................... 1.前言???????????????? 1.1機(jī)械手概述............................................... 1.2機(jī)械手的組成和分類....................................... 1.2.1機(jī)械手的組成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.2.2機(jī)械手的分類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 2.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.2機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.3機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.4機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.5機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.6機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.7機(jī)械手的主要參數(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.8機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1.1手指的形狀和分類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1.3動(dòng)力設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4.手臂伸縮的尺寸設(shè)計(jì)與校核 4.1手臂伸縮結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4.1.1手臂尺寸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4.2 尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4.3 尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5.結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 專業(yè)相關(guān)的資料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 緒論 1.前言 1.1機(jī)械手概述： 機(jī)械手是可以模仿人手和臂的某些動(dòng)作和功能的，常常用在按固定順序抓取、搬運(yùn)物件或操作難度大的工具的自動(dòng)操作裝置。工業(yè)機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)使用中的也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，可代幫助我們做的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，而且能在有害環(huán)境下，操作避免人去操作降低危險(xiǎn)，所以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造冶金，工業(yè)操作，電子輕工與原子能等部門。 現(xiàn)今的生活上,在科技日新月益的進(jìn)展之之下,工業(yè)機(jī)械人手與有人類的手主要區(qū)別就在于靈活度和耐力度。也就是機(jī)械手的最大優(yōu)勢(shì)能可以重復(fù)的做同一動(dòng)作，在機(jī)械正常工作下永遠(yuǎn)也不會(huì)覺得累！機(jī)械手的使用也將會(huì)越來越廣泛,機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，機(jī)械手的工作的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力。工業(yè)機(jī)械手成了機(jī)器人的一個(gè)重要分支。 按驅(qū)動(dòng)方式來劃分，機(jī)械手可分為氣動(dòng)式、液壓式、機(jī)械式與電動(dòng)式。特點(diǎn)就是可以通過軟件編程來完成各種所需的作業(yè)，構(gòu)造和性能上兼有人和工業(yè)機(jī)械手機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn). 1.2機(jī)械手的組成和分類 1.2.1.機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。主要結(jié)構(gòu)如圖所以框圖2-1所示。 圖1-1 機(jī)械手組成方框圖:1-1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 包括手臂、手部、手臂和立柱等主要部件。 1手部: 三指可更換設(shè)計(jì)，其中包括了手指，手指拉桿34 手指固定套33 拉桿轉(zhuǎn)接件31，運(yùn)動(dòng)原理是拉桿轉(zhuǎn)接件與拉桿和電機(jī)分別固定，通過絲桿電機(jī)帶動(dòng)拉桿水平運(yùn)動(dòng)來到達(dá)三只手指的張合左右。 圖1-2 對(duì)物體接觸的部分不同形狀的物體接觸的報(bào)道，夾型吸附式的手分開這個(gè)項(xiàng)目，夾型結(jié)構(gòu)可以用手把手的類型的手指和手和力量的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成手指對(duì)象物直接接觸的部件，旋轉(zhuǎn)和平移動(dòng)型一般能用手指的活動(dòng)而形成的旋轉(zhuǎn)手指的構(gòu)造簡單，容易制作的，所以廣泛適用的翻譯很少使用，其理由是復(fù)雜，不過，翻譯型圓形部分工作夾具直徑的變化，其軸方向的位置，所以不影響工作夾具徑范圍頗適合的手指的構(gòu)造把握物體的出現(xiàn)而被逮捕的部分，概略或重量和大小的孔和對(duì)象一般形成的v形狀和表面的平面：手指夾緊支持和內(nèi)部示手指，雙鰭加型和雙重手指手指型等為目的的任務(wù)完畢為了夾具夾緊力發(fā)生通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類比一般用來：滑動(dòng)杠桿，連接桿，桿式，傘齒輪齒條型等等 2手肘: 圖1-3 手肘的作用是連接手部和手臂的模塊，并用來調(diào)整被抓取物件的角度即姿勢(shì)的作用。 3手臂: 圖1-4 機(jī)械手支持的重要部分的物體手臂，手，手臂是最重要的之一，是物體把持的手指的驅(qū)動(dòng)，把東西從一個(gè)地方搬到另一個(gè)地方”，通常缸，汽缸的手臂的可動(dòng)部驅(qū)動(dòng)，連接桿支架齒輪，螺絲機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和油壓等驅(qū)動(dòng)源，空氣或電動(dòng)馬達(dá)臂的運(yùn)動(dòng)的多樣性，實(shí)現(xiàn)調(diào)整。 4立柱: 立柱是支承手臂的部件之一，立柱是機(jī)械手臂的一部分，手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和上下或左右運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。 5機(jī)座: 機(jī)座是機(jī)械手的底部基礎(chǔ)局部，工業(yè)機(jī)械手區(qū)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件域控制模塊均裝置于機(jī)座上故起支撐和連接的作用。二驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制系統(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)力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有氣壓傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的工作要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由順序電氣定位和控制系統(tǒng)或機(jī)械擋塊定位系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制與射流控制兩種，支配著機(jī)械手按指定的順序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息如運(yùn)動(dòng)軌跡、動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出命令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)動(dòng)作有發(fā)生故障與錯(cuò)誤時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 1.2.2.機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類規(guī)范，此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。 一、按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種: 1、 專用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的具有固定順序而且無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有工作對(duì)象單一、動(dòng)作少、結(jié)構(gòu)簡單、和造價(jià)低等特點(diǎn)使用可靠，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，自動(dòng)線的上、如自動(dòng)機(jī)床、下料機(jī)械手和加工中心。 2、通用機(jī)械手 一種具有獨(dú)立控制的順序可變的動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的通用機(jī)械手的工作范圍大、通用性強(qiáng)、定位精度高，適用于不時(shí)變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為伺服型與簡易型兩種: 2、 按驅(qū)動(dòng)方式分 1液壓傳動(dòng)機(jī)械手 以液壓壓力去驅(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)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、動(dòng)作靈敏、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)。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的影響，、且低溫下工作與高溫不宜工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使工業(yè)機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造要求精度高，油液過濾要求嚴(yán)格。 2氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 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)是: 輸出力小，介質(zhì)李源極為方便，結(jié)構(gòu)簡單氣動(dòng)動(dòng)作迅速，，但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，氣壓壓力較低，抓重一般在30公斤以下，同樣抓重條件下它相比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如連桿、凸輪、齒條齒輪和、間歇機(jī)構(gòu)等驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。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)械傳送的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主要用在的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作順序一般不可變。 4電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)或者直線電機(jī)或直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。其中的直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快與行程長，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。 三、按控制方式分 1.點(diǎn)位控制 運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。如果要控制的點(diǎn)數(shù)多，就要肯定增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 2.連續(xù)軌跡控制 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，他的特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)可以無限的整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。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。 2. 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 對(duì)電動(dòng)機(jī)械手的基本要求可以快速、準(zhǔn)確地拾-放和搬運(yùn)物件，這就要求它具快速反應(yīng)、有高精度、需要一定的承載能力、靈活的自由度與足夠的工作空間及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。 設(shè)計(jì)電動(dòng)工業(yè)機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對(duì)象工件作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工藝和工序，而且滿足功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取或者搬運(yùn)時(shí)的尺寸，受力特性、和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的規(guī)范組件，簡化設(shè)計(jì)制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是電機(jī)工業(yè)機(jī)械手，是適合于成批或中、小批生產(chǎn)的可以改變動(dòng)作順序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，勞動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)。 2.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度 按工業(yè)機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式和組合情況，其坐標(biāo)型式可分為圓柱坐標(biāo)式、直角坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)式與球坐標(biāo)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的不足之處，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度。 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖 圖2-1 2.2機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件變成棒料時(shí)，就可以換成夾持式手部使用; 圖2-2 2.3.機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 我們考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置的關(guān)系，因此手臂必需設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手臂我們?cè)O(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)的功能。 圖2-3 2.4.機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 依照抓取工件的要求，本工業(yè)機(jī)械手的手臂要有三個(gè)自由度，即左右回轉(zhuǎn)手臂的伸縮和降或俯仰運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過模擬人的手臂通過3個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的 圖2-4 2.5.機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 由于電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)靈敏，動(dòng)作迅速和泄漏較小阻力損失，簡單，裝置和維修簡單利廉因此本機(jī)械手采用電動(dòng)傳動(dòng)方式來傳動(dòng)。 2.6.機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 我們考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，所以我采用可編程序控制器PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC順序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。 2.7.機(jī)械手的主要參數(shù) 1.工業(yè)機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是我們用電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，我們查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，所以本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)抓取的工件質(zhì)量為6公斤。 2.基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過低限制了使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。機(jī)械手動(dòng)作停止過程的加、時(shí)有啟動(dòng)、減速度存在用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢關(guān)系更為符合速度特性。除了運(yùn)動(dòng)速度之外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還要考慮伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。太大的伸縮行程和工作半徑，肯定會(huì)帶來偏重力矩增大而剛性降低。這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮最大工作半徑約為1900定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為2MM。 2.8. 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途: 用于自動(dòng)輸送線的上下料。 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù): 1、抓重: 2、自由度數(shù):5個(gè)自由度 3、坐標(biāo)型式:圓柱坐標(biāo) 4、最大工作半徑:1800mm 5、手臂最大中心高:1800mm 6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù): 伸縮行程900mm 伸縮速度90°/s 升降行程900mm 回轉(zhuǎn)范圍0到150° 回轉(zhuǎn)速度 7、手肘運(yùn)動(dòng)參數(shù): 回轉(zhuǎn)范圍 0到270° 回轉(zhuǎn)速度 8、底盤運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍 0到270° 回轉(zhuǎn)速度90°/s 9、定位方式:行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等 10、定位精度: 11、驅(qū)動(dòng)方式:電動(dòng)傳動(dòng) 12、控制方式: 圖2-5 3. 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，我們把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成了可以更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，我就使用夾持式手部:如果有實(shí)際需要，我們還可以換成氣壓吸盤式結(jié)構(gòu)， 3.1機(jī)器人手部結(jié)構(gòu) 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指或手爪和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式與斜楔杠桿式等 圖3-1 3.1.1手部概述 1.手部是末端操作器：可以具有手指，也可以不具有手指；可以有手爪，也可以是專用工具。 2. 手部操作圖例 3. 手部組成：機(jī)身.手部.手臂（含手腕）、。手部對(duì)整個(gè)機(jī)器人完成任務(wù)的好壞起著關(guān)鍵的作用，它直接關(guān)系著夾持工件時(shí)的定位精度、夾持力的大小等。 4. 手部的設(shè)計(jì)要求： 4.1．具有足夠的夾持力。 4.2．保證適當(dāng)?shù)膴A持精度：手指應(yīng)能順應(yīng)被夾持工件的形狀，應(yīng)對(duì)被夾持工件形成所要求的約束。 4.3．考慮手部自身的大小、形狀、機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)自由度：主要是根據(jù)作業(yè)對(duì)象的大小、形狀、位置、姿態(tài)、重量、硬度和表面質(zhì)量等來綜合考慮。 4.4.智能化手部還應(yīng)配有相應(yīng)的傳感器：由于感知手爪和物體之間的接觸狀態(tài)、物體表面狀況和夾持力的大小等，以便根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)整等。 5.手指的分類 夾持式是一種最常見的方式，其中常用的有多指式與兩指式、和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式與內(nèi)漲式和外夾式兩種方式:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一是回轉(zhuǎn)型，二是回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型或稱直進(jìn)型其中以二回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時(shí)，就變成了一回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時(shí)，就成為移動(dòng)型。回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，制造容易，應(yīng)用廣泛結(jié)構(gòu)簡單，。 移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 如下圖為會(huì)轉(zhuǎn)型： 如下圖為平動(dòng)型： 如圖為平移型圖例 6.經(jīng)典結(jié)構(gòu) 6.1．機(jī)械式手爪結(jié)構(gòu)： 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)手爪：氣缸驅(qū)動(dòng)活塞平移→齒條移動(dòng)→扇形齒輪擺動(dòng)→連桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)→手爪平動(dòng) 如下圖喂氣動(dòng)手爪圖例： 其它四種機(jī)械式手爪機(jī)構(gòu)： 7.手部應(yīng)用實(shí)例 7.1平行指手爪機(jī)構(gòu)： 工作原理： 回轉(zhuǎn)動(dòng)力源1和6驅(qū)動(dòng)構(gòu)件2和5順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過平行四邊形機(jī)構(gòu)帶動(dòng)手指3和4作平動(dòng)，夾緊或釋放工件。 7.2設(shè)有檢測(cè)開關(guān)的手爪裝置： 工作原理： 手爪裝有限位開關(guān)5和7。在指爪4沿垂直方向接近工件6的過程中，限位開關(guān)檢測(cè)手爪與工件的相對(duì)位置。當(dāng)工件接觸限位開關(guān)時(shí)發(fā)信號(hào)，汽缸通過連桿3驅(qū)動(dòng)指爪夾緊工件。 3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題 一.具有足夠的握力即夾緊力 我確定手指的握力時(shí)，考慮工件重量外，我們還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，確保證工件不致發(fā)生松動(dòng)和脫落。 二.手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度我們稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入與脫開，若夾持不同直徑的工件，我們要按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開閉幅度的要求。 三.保證工件準(zhǔn)確定位 我們?yōu)槭故种负捅粖A持工件保持準(zhǔn)確的位置，所以必需根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)對(duì)應(yīng)手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V形面的手指，以便自動(dòng)定心。 四.具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，所以要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自身重輕，并使手部的中心在手臂的回轉(zhuǎn)軸線上，確保使手臂的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 五.考慮被抓取對(duì)象的要求 根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過對(duì)比采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)三指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成凹型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。 3.1.3動(dòng)力設(shè)計(jì) 1.手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 本課題電機(jī)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 圖3-2 其工件重量G=5公斤， V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為 (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為: (2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式: 所以 (3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力: 因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的最大加 速度取時(shí)，則: 所以 所以夾持工件時(shí)所需夾緊電機(jī)驅(qū)動(dòng)力要達(dá)到為。 4.1手臂伸縮結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)與校核 4.1.1手臂尺寸 手臂伸縮為900mms所用電機(jī)為 90TDY060-3A:最大功率為70W 同步轉(zhuǎn)速為60R/min 最大轉(zhuǎn)矩為3600mN.m 自重3.2kg 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為270°，設(shè)計(jì)思路在0°到270°的2邊各安裝一個(gè)行程開關(guān)，或者紅外傳感器。 4.2.2 尺寸校核 長度設(shè)計(jì)為=900mm, 電機(jī)功率：P=1.732×U×I×cosφ 電機(jī)轉(zhuǎn)矩：T=9549×P/n ； 電機(jī)功率 轉(zhuǎn)矩=9550*輸出功率/輸出轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩=9550*輸出功率/輸出轉(zhuǎn)速 P = T*n/9550 公式推導(dǎo) 電機(jī)功率，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速的關(guān)系 功率=力*速度 P=F*V---公式1 轉(zhuǎn)矩(T)=扭力(F)*作用半徑(R) 推出F=T/R ---公式2 1．測(cè)定手腕質(zhì)量為10kg,則重力 1， 設(shè)計(jì)加速度，則慣性力 總受力 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。 4.3.2 尺寸校核 1．我們測(cè)定參和手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （） 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), 總驅(qū)動(dòng)力矩 設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。 致謝 通過對(duì)這次設(shè)計(jì)，讓我對(duì)工業(yè)機(jī)器人有了感性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也對(duì)國內(nèi)外的工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展有所了解了。根據(jù)國內(nèi)外機(jī)器人與機(jī)械手發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)狀及近幾年的動(dòng)態(tài)，也結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具體情況，機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)在開展智能機(jī)器人、機(jī)器人化及其相當(dāng)技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用。經(jīng)過努力，國已研制了許多示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人以及焊接、噴涂裝配等機(jī)器人。而國外，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展更迅速，讓機(jī)器人化機(jī)械已經(jīng)興起。 通過這次設(shè)計(jì)，讓我綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)的理論與實(shí)際知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問題的能力，并使所學(xué)的知識(shí)得到深化和擴(kuò)展，進(jìn)一步鞏固、；通過設(shè)計(jì)，讓我掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，樹立了正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力；讓我學(xué)會(huì)從機(jī)器功能的要求動(dòng)身，合理選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型，制定設(shè)計(jì)方案，如何正確計(jì)算零件的工作能力，確定它形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)及材料，并考慮制造工藝、維護(hù)、使用、經(jīng)濟(jì)與平安等問題，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。 當(dāng)然在設(shè)計(jì)過程中，也碰到許多問題。老師的指導(dǎo)和一些同學(xué)的協(xié)助下，也盡自己的努力去克服困難，最后順利地完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。由于本人缺乏經(jīng)驗(yàn)及水平有限，但是設(shè)計(jì)仍存在一些問題，如機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析以及缺少機(jī)器人的動(dòng)作模擬仿真等等，希望老師給予指正。 參考文獻(xiàn) 1.孫桓 等主編.機(jī)械原理第六版.高等教育出版社，2001 2.馬香峰 主編.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì).??冶金工業(yè)出版社,1996 3.宗光華 張慧慧譯.機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制.?科學(xué)出版社?2004 4.鄭笑級(jí) 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用[M].??北京：煤炭工業(yè)出版社，2004 5.劉慶國，劉力??編著．計(jì)算機(jī)繪圖．高等教育出版社，2003? 6.濮良貴??主編，???機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.?高等教育出版社，2006 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