【正文】 ???????????????????????? 56 機械結構和控制要求 ????????????????????? 56 系統(tǒng)硬件設計 ?????????????????????????? 57 系統(tǒng)軟件設計 ???????????????????????? 57（三）系統(tǒng)軟件設計 ?????????????????????????? 58（三）系統(tǒng)軟件設計 ?????????????????????????? 60 系統(tǒng)調試 ????????????????????????????? 61 設計總結 ????????????????????????????? 62結 論 ????????????????????????????????? 70致 謝 ?????????????????????????????????? 71參考文獻 ???????????????????????????????? 721 緒論 9 / 72 前言用于再現(xiàn)人手的的功能的技術裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產中應用的機械手被稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，并已成為現(xiàn)代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產設備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的重視。 機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于 20 世紀 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產品。機械手首先是從美國開始研制的。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。他的結構是：機體上安裝一回轉長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構，控制系統(tǒng)是示教型的。1962 年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為 Unimate(即萬能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰，用液壓驅動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產工業(yè)機械手。1962 年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫 Versatran 機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉，臂可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯(lián)合研制一種 UnimateVic10 / 72arm 型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于177。1毫米。美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結構，降低成本。如 Unimate 公司建立了 8 年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間） ，由 400小時提高到 1500 小時，精度可提高到177。 毫米。德國機器制造業(yè)是從 1970 年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。德國 KnKa 公司還生產一種點焊機械手，采用關節(jié)式結構和程序控制。瑞士 RETAB 公司生產一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自 1969 年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據(jù)報道，1979 年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達 50 多個。1976 年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用 42%。1979 年日本機械手的產值達 443 億日元，產量為 14535 臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達 222 億日元，是 1978 年的二倍。具有記憶功能的機械手產值約為 67 億日元，比 1978年增長 50%。智能機械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6 倍。截止 1979 年，機械手累計產量達 56900 臺。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。使用機械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預計到 1990 年將有 55 萬機器人在工作。 第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(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)機器手（機械人）研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。 工業(yè)機械手在生產中的應用 機械手是工業(yè)自動控制領域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛 。??5廣 泛在現(xiàn)代工業(yè)中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C械工業(yè)中，加工、裝配等生產很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的 5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產生的。11 / 72目前在我國機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生產工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠實現(xiàn)這類工作的搬運機械手為研究對象。下面具體說明機械手在工業(yè)方面的應用。 建造旋轉零件（轉軸、盤類、環(huán)類）自動線一般都采用機械手在機床之間傳遞零件。國內這類生產線很多，如沈陽永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 號電動機加工自動線（軸類） ，上海拖拉機廠的齒坯自動線（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蓋加工自動線轉位機械手。 在實現(xiàn)單機自動化方面各類半自動車床，有自動加緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，單仍需人工上下料；裝上機械手，可實現(xiàn)全自動化生產，一人看管多臺機床。目前，機械手在這方面應用很多，如上海柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二車床廠的自動循環(huán)液壓仿行車床機械手，沈陽第三機床廠的 Y38 滾齒機械手，青海第二機床廠的滾銑花鍵機床機械手等。由于這方面的使用已有成功的經(jīng)驗，國內一些機床廠已在這類產品出廠是就附上機械手，或為用戶安裝機械手提供條件。如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產線機械手（生產線中有兩臺多工位機床）和天津二注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機械手的自動裝卸工件，可實現(xiàn)全自動化生產。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 環(huán)類沖床磁力起重器殼體下料機械手和天京拖拉機廠 400t 沖床的下料機械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進輕局技術研究所制作的 120t 和 40t 多工位沖床機械手等。 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面模鍛方面，國內大批量生產的 3t、5t、10t 模鍛錘，其所配的轉底爐，用兩只機械手成一定角度布置早爐前，實現(xiàn)進出料自動化。上海柴油機廠、北京內燃機廠、洛陽拖拉機廠等已有較成熟的經(jīng)驗。 機械手的組成工業(yè)機械手是一種模仿人手動作，并按設定的程序、軌跡和要求代替人手抓取、搬運工件或操持工具或進行操作的自動化裝置。目前國內工業(yè)機械手的種類和型式比較多，但是從結構型式分析，主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。12 / 72 執(zhí)行機構 主要由手部、手腕、受臂和行走機構等運動部件組成。（1）手部 它具有人手某種單一動作的功能。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等型式。夾持式手部是由手指和傳力機構組成。手指是直接與物件接觸的構件。常用的手指運動型式有回轉型和平移型。回轉型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型手指應用較少，其原因是結構比較復雜，但是平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位（是外廓或是內孔）和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V 形面的和曲面的；手指有外夾式和內撐式；指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。 傳力機構形式教多，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、彈簧式和重力式等。 吸附式手部有負壓吸盤和電磁吸盤兩類。 對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負壓吸盤吸料。造成負壓的方式有氣流負壓和真空泵壓。 對于導磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力有直流電磁鐵和交流電磁鐵產生。 用負壓磁盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、和吸附力的大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。 此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式（如澆注機械手的澆包部分） 、托式（如冷擠齒輪機床上下料機械手的手部）等型式。（2） 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設有回轉運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結構，可以不設腕部，而直接用臂部運動驅動手部搬運工件。目前，應用最為廣泛的手腕回轉運動機構為回轉液壓（氣）缸，它的結構緊湊，靈巧但回轉角度?。ㄒ话阈∮?2700）,并且要求嚴格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結構。（3）臂部 手臂部件是機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） ，并帶動他們做空間運動。臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位） ，則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉、升降（或俯仰）運動。手臂的各種運動通常用驅動機構（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構來實現(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、動載荷，而且自身運動13 / 72較為多，受力復雜。因此，它的結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。（4） 行走機構 當工業(yè)機械手需要完成比較遠的距離的操作時，可以在機座上安裝滾輪、軌道等行走機構，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。我國的正處于仿真階段。 驅動機構驅動機構是工業(yè)機械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。采用液壓機構驅動機械手 ,結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 控制系統(tǒng)及其分類 它是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位（或機械擋塊定位）系統(tǒng)組成。在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進行點位控制。 工業(yè)機械手的分類工業(yè)機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內尚無統(tǒng)一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。按使用范圍可以分為：專用機械手和通用機械手兩大類。前者一般附屬于工作機器設備，動作程序固定，驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可以獨立，亦可附屬于工作機器設備。而后者是獨立工作的自動化機械裝置。在規(guī)格性能范圍內，其動作程序是可變的，通過調整可在不同場合使用，驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。按驅動方式可以分為：液壓傳動機械手、氣壓傳動機械手、電動傳動機械手、機械傳動機械手。 1．液壓傳動機械手 是以由油液的壓力來驅動執(zhí)行機構運動