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摘 要 在社會不斷發(fā)展的今天，機器人在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用也越來越廣泛，用機器的力量 代替人力，而將人類從繁重的體力勞動中解放出來是歷史發(fā)展的趨勢。 近十幾年來，機器人的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十 分廣闊。 在工業(yè)上，自動控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動化機床控制，計算機系統(tǒng)， 機器人等。而工業(yè)機器人是相對較新的電子設(shè)備，它正開始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。 本設(shè)計的機械手是基于提高勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益，減輕工人勞動強度 而設(shè)計的。在某些勞動條件極其惡劣的條件下，工人難以用手工工作，可用本機械手代 替人力勞動。 本設(shè)計為四自由度圓柱坐標型工業(yè)機械手，其工作方向為兩個直線方向和兩個旋轉(zhuǎn) 方向。 本設(shè)計中的四自由度棒料搬運機械手，主要是針對質(zhì)量少于 2KG 的圓形棒料的搬運。 通過氣爪手指的不同選擇可滿足直徑小于 60mm 的棒料的搬運。 在控制器的作用下，機械手執(zhí)行將工件從一條流水線拿到另一條流水線并把工件翻 轉(zhuǎn)過來這一簡單的動作。 關(guān)鍵詞：四自由度；機械手；搬運；工業(yè)機器人 Abstract Today that develop continuously in the society, The robot are more and more Using at industry scene application. Replaces the manpower with the machine strength, It‘s the historical development tendency that liberates the humanity from the arduous physical labor. In the recent several years, the robot development not only more and more optimizes, but also moreover has covered many domains. Industrially, automatic control systems are found in numerous applications, such as automation machine tool control, computer systems and robotics. Industrial robots are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry. This paper design for enhances the labor productivity, product quality, economic efficiency and reduces the worker labor intensity. Some job working at extremely bad environment, that people can’t work in hand, so the robots can replace worker to do it. This scheme introduced a cylindrical robot for four degree of freedom. It is composed of two linear axes and two rotary axis current This paper mainly use at the transporting of circular good material that quality is short to 2KG. The different fingernail finger was Choice for transporting the good material that diameter is smaller than 60mm. Under controller function the robot move the components from one assembly line to other assembly line and turn over it in space, perform relatively simple takes. Key words: four degrees of freedom; robot; transporting; Industrial robot 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................IV Abstract...........................................................................................................................................V 目 錄..............................................................................................................................................................VII 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 工業(yè)機器人的技術(shù)與發(fā)展 ..................................................................................................1 1.2 本設(shè)計中的四自由度棒料搬運機械手所實現(xiàn)的功能 ......................................................2 1.3 本設(shè)計中的四自由度棒料搬運機械手設(shè)計的意義 ..........................................................2 2 機械手的總體設(shè)計 .....................................................................................................................3 2.1 設(shè)計要求 ...............................................................................................................................3 2.2 機械手的組成 ......................................................................................................................3 2.3 總方案的擬定 ......................................................................................................................4 2.4 機器人的工作空間 ...............................................................................................................4 2.5 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 ......................................................................................................5 2.5.1 機械手驅(qū)動器 ...............................................................................................................5 2.5.2 機械手傳動機構(gòu) ...........................................................................................................5 3 機械手的傳動設(shè)計 .....................................................................................................................7 3.1 滾珠絲杠的選擇 ..................................................................................................................7 3.2 諧波齒輪減速器參數(shù)的確定 ..............................................................................................8 4 機械手的各電機選擇 ...............................................................................................................12 4.1 機械手手臂升降步進點擊的選擇 ....................................................................................12 4.2 機械手底座回轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機的選擇 ................................................................................14 5 機械手各氣動件的設(shè)計計算 ...................................................................................................18 5.1 氣爪夾緊力的起算與氣爪的選擇 ....................................................................................18 5.1.1 氣爪夾緊力的要求 .....................................................................................................18 5.1.2 缸徑的確定 .................................................................................................................19 5.1.3 行程的確定 .................................................................................................................20 5.1.4 氣缸的動速度 .............................................................................................................20 5.1.5 擺動氣缸的選擇 .........................................................................................................21 5.2 手臂伸縮氣缸的選擇 ........................................................................................................23 6 機器人控制系統(tǒng)的設(shè)置 ...........................................................................................................26 6.1 機械手控制器的選擇 ........................................................................................................26 6.2 機械手控制系統(tǒng)的特點及對控制功能的基本要求 ........................................................26 6.3 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 ........................................................................................................27 7 手臂驗算與機械手參數(shù)...........................................................................................................................29 7.1 手臂平衡的驗算 ................................................................................................................29 7.2 機械手參數(shù) ........................................................................................................................30 8 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................31 8.1 結(jié)論 ....................................................................................................................................31 8.2 不足之處及未來展望 ........................................................................................................31 致 謝 ...........................................................................................................................................32 參考文獻 .......................................................................................................................................33 四自由度棒料搬運機械手設(shè)計 1 1 緒論 1.1 工業(yè)機器人的技術(shù)與發(fā)展 機器人（又稱機械手，機械人，英文名稱：Robot） ，在人類科技發(fā)展史上其來有自， 早在三國時代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革 命，機器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。 機器人的研究從一開始就是擬人化的，所以才有機械手、機械臂的開發(fā)與制作，也 是為了以機械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險。但近十幾年來，機器人的開 發(fā)不僅越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。 工業(yè)機器人是典型的機電一體化高技術(shù)產(chǎn)品。在許多生產(chǎn)領(lǐng)域，它對于提高生產(chǎn)自 動化水平，提高勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益，改善工人勞動條件的作用日見顯著。 不少勞動條件惡劣、生產(chǎn)要求苛刻的場合，工業(yè)機器人代替人力勞動已是必然的趨勢。 工業(yè)機器人是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自 動化程度高的自動操作機械。主要用于加工自動線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或 夾具。 工業(yè)機器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運 更重的東西，而且定位精度相當高，它可以根據(jù)外部來的信號，自動進行各種操作。 工業(yè)機器人的發(fā)展，由簡單到復(fù)雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為 三代： 第一代工業(yè)機器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人，它主要由手部、 臂部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教 存貯信息，工作時讀出這些信息，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操 作。 第二代工業(yè)機器人是帶感覺的機器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進行反饋的能力。 其控制方式較第一代工業(yè)機器人要復(fù)雜得多，這種機器人從 1980 年開始進入了實用階段， 不久即將普及應(yīng)用。 第三代工業(yè)機器人即智能機器人。這種機器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠 根據(jù)人給出的指令認識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別 自動選擇程序進行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應(yīng)工作 環(huán)境的功能。這種機器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用。 世界上工業(yè)機器人萌芽于 50 年代的美國，經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，已被不斷地應(yīng)用于 人類社會很多領(lǐng)域，正如計算機技術(shù)一樣，機器人技術(shù)正在日益改變著我們的生產(chǎn)方式。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 進入 90 年代，世界機器人工業(yè)繼續(xù)穩(wěn)步增長，每年增長率保持在 10%左右，世界上已擁 有機器人數(shù)量達到 70 萬臺左右，1992、1993 年世界機器人市場曾一度出現(xiàn)小的低谷，近 年除日本外，歐美機器人市場也開始復(fù)蘇，并日益興旺。與全球機器人市場一樣，中國 機器人市場也逐漸活躍，1997 年上半年，我國從事機器人及相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品研制、生產(chǎn)的