【正文】 ? 4 致 謝?????????????????????????????? 4 參考文獻(xiàn) ???????????????????????????? 4 第 1 章 緒論 機(jī)械手概述 機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按照給定程序、軌跡和要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手叫做“工業(yè)機(jī)械手”。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境下，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，在機(jī)械加 工、沖壓、鍛、鑄、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)外對(duì)機(jī)器人及機(jī)械手所作的定義不盡相同。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 對(duì)機(jī)器人的定義 :“機(jī)器人是一種能自動(dòng)定位、可控的可編程的多功能操作機(jī)。這類操作機(jī)具有幾個(gè)軸，在可編程序操作下，能處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。” 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) NBS 對(duì)機(jī)器人的定義 :“一種可編程，并在自動(dòng)化控制下執(zhí)行某種特定操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置?！比毡竟I(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定義 :“一種裝備 有記憶裝置和最終執(zhí)行裝置，能夠完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。”它又分為以下兩種情況來(lái)定義 : 1 工業(yè)機(jī)器人 :“一種能執(zhí)行與人的上肢類似動(dòng)作的多功能機(jī)器?！? 2 智能機(jī)器人 :“一種具有感覺(jué)和識(shí)別能力，并能夠控制自身行為的機(jī)器?！? 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩大類。專用機(jī)械手 :它作為整機(jī)的附屬部分，動(dòng)作簡(jiǎn)單，工作對(duì)象單一，具有固定 有時(shí)可調(diào) 程序，使用大批量的自動(dòng)生產(chǎn)。如自動(dòng)生產(chǎn)線上的上料機(jī)械手，自動(dòng)換刀機(jī)械手，裝配焊接機(jī)械手等裝置。通用機(jī)械手 :它是一種具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作 靈活多樣的機(jī)械手。它適用于可變換生產(chǎn)品種的中小 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)主要分單元式和模塊式兩種。將 PLC 的主要部分 包括 CPU、 I/O 圖 11 機(jī)器人的一般組成 對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺(jué)裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們 之間的相互關(guān)系如圖 12 所示。 圖 12 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系 機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng) 又叫操作機(jī) Manipulator ，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。 機(jī)械手的發(fā)展 工業(yè)機(jī)械手是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來(lái)的，始于 40 年代的美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的搬運(yùn)核原料的遙控機(jī)械操作手研究，它是一種主從型的控制系統(tǒng)。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(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)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手，命名為 Unimate 即萬(wàn)能自動(dòng) 。 1962 年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也實(shí)驗(yàn)成功 一種叫Versatran 機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)，可作點(diǎn)位和軌跡控制；該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(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)。從 60 年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機(jī)器人相繼在生產(chǎn)中開(kāi)始應(yīng)用。 1978 年美國(guó) Unimate 公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種 UnimationVicarm 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177。 lmm。聯(lián)邦德國(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)；聯(lián)邦德國(guó) Kuka 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；日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快，應(yīng)用國(guó)家最多的國(guó)家，自 1969 年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)械手后，開(kāi)始大力從事機(jī)械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機(jī)械手 機(jī)器人 應(yīng)用最多的國(guó)家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開(kāi)始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，主要用于機(jī)械化、自動(dòng)化程序較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。 我國(guó)工業(yè)機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā)始于 20 世紀(jì) 70 年代。 1972 年我國(guó)第一臺(tái)機(jī)械手開(kāi)發(fā)于上海，隨之全國(guó)各省都開(kāi)始研制和應(yīng)用機(jī)械手。從第七個(gè)五年 計(jì)劃 19861990 開(kāi)始，我國(guó)政府將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展列入其中，并且為此項(xiàng)目投入的大量的資金，研究開(kāi)發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機(jī)器人，有由北京機(jī)械自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)制造的噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī)床研究所合作設(shè)計(jì)制造的點(diǎn)焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造的氬弧焊機(jī)器人，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制造的裝卸載機(jī)器等等。這些機(jī)人的控制器，都是由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 SIA 和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開(kāi)發(fā)的，同時(shí)一系列的機(jī)器人關(guān)鍵部件也被開(kāi)發(fā)出來(lái)，如機(jī)器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī)，編碼器， DCPWM 等等。 我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手 或第一代機(jī)械手 發(fā)展主要是逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍；在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，研制出示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等?？梢詫C(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于更換工件，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。 機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，尤其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元 相結(jié)合，從而改變目前機(jī)械