【正文】 ........................................................14 臂部結(jié)構(gòu) ...............................................................................14 ： .........................................................................15 手部結(jié)構(gòu)： ...........................................................................15 夾緊力計(jì)算： .......................................................................15 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..................................................................16 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸內(nèi)徑計(jì)算 ： .............................................17 .............................................................................18 .................................................................20 總結(jié) ……………………………………………………………. 22 致謝 ……………………………………………………………. 23 II 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………. 24 1 第一章 緒論 機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r 發(fā)展歷史 1954年，被稱為“機(jī)器人之父”的美國(guó)科學(xué)家 Gee Devol取得了附有重放記憶裝置的第一臺(tái)機(jī)械手的專利權(quán)，該設(shè)備能執(zhí)行從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的受控運(yùn)動(dòng) (即點(diǎn) 點(diǎn)運(yùn)動(dòng) )，這被認(rèn)為是機(jī)器人時(shí)代的開始。五年后，普蘭耐特公司 (Pla Corp.)出售第一臺(tái)工業(yè)用 機(jī)器人。 60年代中期，隨著機(jī)器人學(xué)這一新領(lǐng)域的發(fā)展，在麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、斯坦福研究所 (SRI)，以及蘇格蘭愛丁堡大學(xué)這樣的理工學(xué)院中，出現(xiàn)了好幾個(gè)研究中心，并出現(xiàn)了涉及人工智能的研究課題。 1970年，機(jī)器人學(xué)界早期的改革家之一， Victor Schenman在 斯坦福大學(xué)演示一種計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)械手，這就是非常著名的斯坦 機(jī)械手。它非常先進(jìn)，技術(shù)很復(fù)雜，迄今還被很多研究中心使用。 70年代以后，機(jī)械手和以機(jī)械手為核心的自動(dòng)化設(shè)備在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其在日本，有了廣泛的應(yīng)用。由工業(yè)機(jī)械手與其它設(shè)備組成 的生產(chǎn)線極大的提高了企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高和穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，大大縮短了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期。這些應(yīng)用在很大程度上激發(fā)了人們對(duì)機(jī)械手的研究和開發(fā)，它的技術(shù)也因此取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 80年代，人們?yōu)榱俗寵C(jī)器人技術(shù)向各行各業(yè)擴(kuò)展、應(yīng)用，于有了用于社會(huì)服務(wù)、海洋開發(fā)、宇宙空間、地下采礦、軍事作戰(zhàn)、救災(zāi)搶險(xiǎn)等領(lǐng)域的機(jī)器人。應(yīng)用于這些領(lǐng)域的機(jī)器人，絕大多數(shù)都是由機(jī)械手和與之對(duì)應(yīng)的安裝平臺(tái)組成的。 到了上世紀(jì) 90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展和它們之間的相互整合，機(jī)械手技術(shù)得到了飛速發(fā)展。除了 2 工業(yè)機(jī) 械手水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的特種機(jī)械手也有了長(zhǎng)足的進(jìn)展?，F(xiàn)代控制理論使得機(jī)械手控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高。傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用大大的提高了機(jī)械手的作業(yè)性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)機(jī)械手的協(xié)調(diào)工作，也使得機(jī)械手山過去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機(jī)械手的可靠性有了很大的提高。還有通過諸如模態(tài)分析、有限元分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，某些領(lǐng)域的機(jī)械手己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在這個(gè)方面做的比較突出的是德國(guó)的 KUKA公司。 近年來，隨著人類 活動(dòng)領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大，人們對(duì)非制造業(yè)用機(jī)械手的研究空前活躍起來。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點(diǎn)是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和不確定性，因而對(duì)機(jī)械手的要求更高，需要機(jī)械手具有對(duì)外感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等。美國(guó)的 AUSS、俄羅斯的 MT8法國(guó)的 EPAVLARD等裝有水下機(jī)械手的機(jī)器人系統(tǒng)己用于海洋石油開采，海底勘探、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護(hù)等方面，形成了有纜水下機(jī)器人和無纜水下機(jī)器人兩大類。核工業(yè)用機(jī)械手，國(guó)外的研究主要集中在機(jī)構(gòu)靈巧，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重量輕、剛度好、便于裝卸與 維修的高性能伺服手。己完成的典型系統(tǒng)，如美國(guó) ORML基于機(jī)器人的放射性儲(chǔ)罐清理系統(tǒng)、反應(yīng)堆用雙臂操作器，加拿大研制成功的輻射監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，德國(guó)的 C7靈巧手等。目前，機(jī)器人技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家都在競(jìng)相開發(fā)地下機(jī)械手、醫(yī)用機(jī)械手、建筑用機(jī)械手和 軍用機(jī)械手，并已經(jīng)取得了一些卓有成效的結(jié)果 。 現(xiàn)代研究趨勢(shì) 目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)械手共性技術(shù)的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下幾個(gè)方面 : 1)工業(yè)機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù) :探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載 / 自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。 2)機(jī)械手控制技術(shù) :重點(diǎn)研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)械手控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò) 3 化，以及從于 Pc機(jī)網(wǎng) 絡(luò)式控制器己成為研究熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。 3)多傳感器系統(tǒng) :為進(jìn)一步提高機(jī)械手的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器信息融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器信息融合算法。另一 個(gè)問題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。 4)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。 5)機(jī)械手遙控及監(jiān)控技術(shù)，半自主和自主技術(shù)，多個(gè)機(jī)械手和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)械手遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。 6)虛擬機(jī)械手技術(shù)，基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的虛擬遙控操作和人機(jī)交互。 7)多智能體調(diào)節(jié)控制技術(shù) :這是目前機(jī)械手研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、 群體行為控制等方面進(jìn)行研究。 8)軟機(jī)械手技術(shù) :主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂場(chǎng)合。傳統(tǒng)機(jī)械手設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機(jī)械手技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)械手意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安個(gè)，機(jī)器人對(duì)人是友好的。 9)仿人和仿生技術(shù) :這是機(jī)械手技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究。 1. 1. 3 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)的機(jī)械手研究與開發(fā)工作起步較早，曾經(jīng)有過一些成果，但在產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用上， 一直步履維艱。改革開放以來，通過 “七五 ”、 “八五 ”科技攻 關(guān)，目前基本掌握了機(jī)械手的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng) 4 學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)械手關(guān)鍵元器件，開發(fā)出了噴漆、弧焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)械手 .但是，我國(guó)的機(jī)械手技術(shù)及其應(yīng)用程度和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距，如 :可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品 。機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距 。在應(yīng)用規(guī)模上遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上發(fā)達(dá)國(guó)家。以上原因主要是沒有實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的高度產(chǎn)業(yè)化。當(dāng)前我國(guó)機(jī)械手的生產(chǎn)幾乎都是應(yīng)用戶的要求， “一個(gè)客戶，一次重新設(shè)計(jì)，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本高 ，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 應(yīng)用舉例 移動(dòng)機(jī)器人的研究始于 60 年代末期。斯坦福研究院 (SRI)的 Nils Nilssen 和 Charles Rosen 等人，在 1966 年至 1972 年中研制出了取名 Shakey 的自主移動(dòng)機(jī)器人。目的是研究應(yīng)用人工智能技術(shù)，在復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器