【正文】 tes robot hand, wrist, arm and body and other major ponents, including parts of the mechanical parts, such as ball screws, couplings, singleaxis drive conditions of use, species selection, basic design requirements, advantages Characteristics of selected structural design, basic parameters, calculation and verification, and analysis of security. There controlling each motor section of the motor model, type, profile, controlling step analysis, the preparation part of the control program, the operating characteristics of the analysis, the basic parameters of the calculation and verification. Goal ultimately include: stepper motor open loop control, crawl space anywhere through the arm actuator to achieve the hand quickly and effectively crawl objects, good sense and limit functions make every DOF on transport stop fast and accurate. Do as much as possible small size, light weight, low power consumption, easy maintenance, beautiful appearance, quick action, smooth transmission, the program is simple, run error is small. Key Words: manipulator； teaching programming。 se山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 1 1 前 言 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)，不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械設備。機械工 業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術水平的重要指標。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟戰(zhàn)略重點之一。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備，工業(yè)機械手的工業(yè)機器人的一個重要分支，它的特點是通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性，機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。 機械手 是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動化生產(chǎn)線中，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復和勞動，不知疲勞，不懼危險，抓舉重物的力量比人手大的特點，因此機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛的得到了應用。 機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置 ，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。 機械手技術涉及到力學，機械學，電氣液壓技術，自動控制技術，傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨多種學科的綜合技術。 機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 工業(yè)機械手的分類 目前，我國對工業(yè) 機械手尚無交統(tǒng)一的分類標準。一般可按機械手的規(guī)格、功能或用途等來分類。 按規(guī)格（所搬運的工件重量）分類 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 2 1）微型的 —— 搬運重量在 1kg 以下。 2）小型的 —— 搬運重量在 10kg 以下。 3）中型的 —— 搬運重量在 50kg 以下。 4）大型的 —— 搬運重量在 500kg 以下。 目前大多數(shù)工業(yè)機械手能搬運的重量為 130kg。最小的為 ，最大的已達800kg。 按功能分類 1） 簡易型工業(yè)機械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓或擋塊轉(zhuǎn)鼓控制，可變程序用插銷板或轉(zhuǎn)鼓控制來給定 程序。近年來，普遍采用可編程序控制器（ PC）組成控制系統(tǒng)。 這種機械手多為氣動或液動，結(jié)構簡單，價格便宜，改變程序較容易。只適用于程序較簡單的點位控制，但作為一般單服務的搬運作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機械手數(shù)量最多。 2） 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機械手 這種工業(yè)機械手有人工通過示教裝置領動一遍，有記憶元件（如磁盤、磁帶或存儲器）把程序記錄下來，以后機械手就自動按記憶的程序重復進行循環(huán)動作。 這是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動。與前者相比較，有較多的自由度，能進行程序較復雜的作業(yè)，通用性較強。 3） 計算機 數(shù)字控制的工業(yè)機械手 可通過更換穿孔帶或其它記憶介質(zhì)來改變工業(yè)機械手的動作程序，還可以進行多機控制（ DNC）。計算機可以是可編程序控制器或微型計算機。 4） 智能工業(yè)機械手 有計算機通過各種傳感元件等進行控制，具有視覺、熱覺、觸覺、行走機構等。 按用途分類 1） 專用機械手 附屬于主機的，具有固定的程序而無獨立的控制系統(tǒng)的機械裝置。這種機械手工作對象不變，動作固定，結(jié)構簡單，實用可靠，適用于成批、大量生產(chǎn)的生產(chǎn)自動線或?qū)C作為自動上、下料用。 2） 通用機械手 具有獨立控制系統(tǒng)、程序可變 、動作靈活多樣的機械手。通用機山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 3 械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動化生產(chǎn)。 工業(yè)機械手的組成 工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構、驅(qū)動機構和控制系統(tǒng)所組成的，各部分關系如圖（ ）所示，機械手的組成示意圖如圖（ ）所示。 控制系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 執(zhí)行機構位置檢測裝置工件 圖 工業(yè)機械手組成框圖 圖 工業(yè)機械手組成示意圖 1— 手指 2— 手部 3— 手腕回轉(zhuǎn)液壓缸 4— 導向桿 5— 手臂伸縮液壓缸 6— 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 7— 手臂升降液壓 缸 8— 液壓系統(tǒng)控制閥 9— 液壓泵電動機 10— 液壓泵 11— 油箱 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 4 執(zhí)行機構 執(zhí)行機構由抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機構等運動部件組成。 （ 1）手部 詳見第三章，即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構簡單）。手爪多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式或內(nèi)抓式兩種；也可用負壓或真空式的空氣吸盤（它主要用于吸取冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 傳力機構型式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪杠桿式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式 。 （ 2）腕部 詳見第四章，是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓物體的方位（即姿態(tài)）。 （ 3）臂部 手臂是支撐被抓物體、手部、腕部的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物體，并按預定要求將其搬運到給定的位置。 手臂有三個自由度，可采用直角坐標系（前后、上下、左右都是直線），圓柱坐標系（前后、上下直線往復運動和左右旋轉(zhuǎn)），球坐標系（前后伸縮、上下擺動和左右旋轉(zhuǎn)）和多關節(jié)（手臂能任意伸縮）四種方式。 直角坐標占空間大，工作范圍小，慣性小，所以一般不多用，只有在自由度數(shù)較少時用之。 圓柱坐標占空間較小，工 作范圍較大，但慣性也大，且不能抓取底面物體。 球坐標式和多關節(jié)式占用空間小，工作范圍較大，慣性小，所需動力小，能抓取底面物體，多關節(jié)還可以繞障礙物選擇途徑，但多關節(jié)式結(jié)構較復雜，所以也不多用。 目前常用的是球坐標式和圓柱坐標式的工業(yè)機械手。 （ 4）行走機構 有的工業(yè)機械手帶有行走機構。 驅(qū)動機構 有氣動、液動、電動和機械式四種形式。氣動式速度快，結(jié)構簡單，成本低。采用點位控制或機械擋塊定位控制時，有較高的重復定位精度，但臂力一般在 300N 以下。液動式的臂力可達 1000N 以上，且可用電液伺服機構， 可實現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在 1mm 范圍內(nèi)。目前常用的是氣動和液動驅(qū)動方式。電動式用于小型，機械式只用于動作簡單的場合。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 5 控制系統(tǒng) 有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進行點位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。 基體（機身） 基體是整個機械手的基礎。 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的作用 機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。 建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動線 一般都采用機械手在機床之間傳送工件。國內(nèi)已建成的這類自動線很多，如沈陽水泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機廠的 4號和 5 號電動機軸加工自動線（軸類），上海拖拉機齒輪廠的齒柸加工自動線（盤類）等。 加工箱體類零件的組合機床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機械手的，如上海動力機廠的氣缸蓋加工自動線轉(zhuǎn)位機械手。 在實現(xiàn)單機自動化方面 （ 1）各類半自動車床，有自動夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機械手，可實現(xiàn)全自動 生產(chǎn)，一人看管多臺機床。目前，機械手在這方面應用最多，如上海柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二機床廠的自動循環(huán)液壓仿形車床機械手，沈陽第三機床廠的 Y38 滾齒機械手，青海第二機床廠的滾齒花鍵機床機械手等。由于這方面使用已有成熟的經(jīng)驗，國內(nèi)一些機床廠已在這類機床產(chǎn)品出廠時就附上機械手，或為用戶自行安裝機械手提供條件。 （ 2）注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機械手自動裝卸工件，可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)。 （ 3）沖床有自動上下料沖壓循環(huán)，裝上機械手上下料，可實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化。目前機械手 在沖床上應用有兩個方面：一是 160t 以上的沖床用機械手的較多。如沈陽低壓開關廠 200t 沖床磁力起動器殼體下料機械手和天津拖拉機廠 400t 沖床的下料機械手等；一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進，如上海第二汽車配件廠的燈山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 6 殼沖壓生產(chǎn)線機械手（生產(chǎn)線中有兩臺多工位沖床）和天津二輕局技術研究所制作的12t 和 40t 多工位沖床機械手等。 鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面 在模鍛方面，國內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機械手成一定夾角布置在爐前，實現(xiàn)進出料自動化。上海柴油機廠、北京 內(nèi)燃機廠、洛陽拖拉機廠等已有較成熟的經(jīng)驗。 總的來說，工業(yè)機械手滿足了社會生產(chǎn)的需要，其特點是： （ 1）對環(huán)境的適應性強，能代替人從事危險、有害的操作，在長時間工作對人體有害的場所，機械手不受影響，只要跟據(jù)工作環(huán)境進行合理設計，選擇適當?shù)牟牧虾徒Y(jié)構，機械手就可以在異常的高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險環(huán)境中勝任工作。 為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鋼造、噴漆以及有強烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中，推廣工業(yè)機械手或機器人。 （ 2）由于機械手的動作準確，因為可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時又可以避免人為的操作錯誤。 （ 3）機械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人得功能。人在連續(xù)工作幾小時后，總會感到疲勞或厭倦，而機械手只要注意維護、檢修，即能勝任長時間的單調(diào)重復勞動。 （ 4）機械手特別是通用工業(yè)機械手的通用性，靈活性好，能較好的適應產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因為機械手動作程序和運動位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批 量的自動化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。 （ 5）采用機械手能明顯地提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。 工業(yè)機械手設計的目的 工業(yè)機械手設計是機械制造、機械設計和機械電子工程（機電一體化）等專業(yè)的一個重要的教學環(huán)節(jié)，是學完技術基礎課程及有關專業(yè)課以后的一次專業(yè)課程的綜合設計。通過設計提高學生的機構分析與綜合的能力、機械結(jié)構設計的能力、機電一體化系統(tǒng)設計能力，掌握實現(xiàn)生產(chǎn)過程