【正文】 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )機械手的設(shè)計 機械手的設(shè)計 本文簡要地介紹了工業(yè)機器人的概念機械手的組成和分類機械手的自由度和座標(biāo)型式氣動技術(shù)的特點 PLC 控制的特點及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 本文對機械手進行了總體方案設(shè)計確定了機械手的座標(biāo)型式和自由度確定了機械手的技術(shù)參數(shù)同時分別設(shè)計了機械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)以及吸附式手部結(jié)構(gòu)設(shè)計了機械手的手腕結(jié)構(gòu)計算出了手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩設(shè)計了機械手的手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計了手臂伸縮升降用液壓緩沖器和手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器 設(shè)計出 了機械手的氣動系統(tǒng)繪制了機械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖利用可編 程序控制器對機械手進行控制選取了合適的 PLC 型號根據(jù)機械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案畫出了機械手的工作時序圖和梯形圖并編制了可編程序控制器的控制程序 關(guān)鍵詞工業(yè)機器人機械手氣動可編程序控制器 PLC Design on the Currency Pneumatic Loading and Unloading Manipulator ABSTRACT At firstthe paper introduces the conception of the industrial robot and the elertary information of the development briefly Whats morethe paper accounts for background and the primary mission of thetopic The paper introduces the functionposing and classification of the manipulatortells out the freedegree and the form of coordinateAt the same timethe paper gives out the primary specification parameter of this manipulator This paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulatorand analyzes the error of the orientation of the fingers The paper designs the structure of the wristputes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump The paper designs the structure of the armand designs the hydraulic pressure buffer when the manipulators arm flexesascenddescend and wheels The paper designs the system of air pressured rive and draws the work principle chair The manipulator uses PLC to controlThe paper institutes two controls chemes of PLC acordine to the work flow of the manipulatorThe paper draws out the work time sequence chart and the trapezia chartWhats morethe paper work out the control program of the PLC KEY WORDS industrial robot manipulator pump air pressure drive PLC 第一章 緒 論 1112 機械手的組成和分類 121 機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成各系統(tǒng)相互之間的 關(guān)系如方框圖 21 所示 圖 11 機械手的組成方框圖 Figl1 Pane Chart of Composition of Manipulator 一 執(zhí)行機構(gòu) 包括手部 手腕手臂和立柱等部件有的還增設(shè)行走機構(gòu) 1 手部 即與物件接觸的部件由于與物件接觸的形式不同可分為夾持式和吸附式手部 夾持式手部由手指 或手爪 和傳力機構(gòu)所構(gòu)成手指是與物件直接接觸的構(gòu)件常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單制造容易故應(yīng)用較廣泛平移型應(yīng)用較少其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜但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(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀被抓部位 是外廓或是內(nèi)孔 和物件的重量及尺寸常用的指形有平面的 V2 手腕 是連接手部和手臂的部件并可用來調(diào)整被抓取物件的方位 即姿勢 3 手臂 手臂是支承被抓物件手部手腕的重要部件手臂的作用是帶動手指去抓取物件并按預(yù)定要求將其搬運到指 定的位置 工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件 如油缸氣缸齒輪齒條機構(gòu)連桿機構(gòu)螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等 與驅(qū)動源 如液壓氣壓或電機等 相配合以實現(xiàn)手臂的各種運動 手臂可能實現(xiàn)的運動如下 手臂在進行伸縮或升降運動時為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動都需要有導(dǎo)向裝 置以保證手指按正確方向運動此外導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運動時在啟動制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩使運動部件 受力狀態(tài)簡單 導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式常用的有單圓柱雙圓柱四圓柱和 V 形槽燕尾槽等導(dǎo)向型式 4 立柱 立柱是支承手臂的部件立柱也可以是手臂的一 部分手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降 或俯仰 運動均與立柱有密切的聯(lián)系機械手的立往通常為固定不動的但因工作需要有時也可作橫向移動即稱為可移式立柱 5 行走機構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作或擴大使用范圍時可在機座上安 裝滾輪軌道等行走機構(gòu)以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動滾滾輪輪式式布行走機構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置 6122 機械手的分類 工業(yè)機械手的種類很多關(guān)于分類的問題目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)在此暫按使用范圍驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類 一 按用途分 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種 1 專用機械手 它是附屬于主機的具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置專用機械 手具有動作少工作對象單一結(jié)構(gòu)簡單使用可靠和造價低等特點適用于大 批量的自動化生產(chǎn)如自動機床自動線的上下料機械手和加口工中心 附屬的自動換刀機械手 2 通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的程序可變的動作靈活多樣的機械手在規(guī)格性能范圍內(nèi)其動作程序是可變的通過調(diào)整可在不同場合使用驅(qū)動系統(tǒng)和 控制系統(tǒng)是獨立的通用機械手的工作范圍大定位精度高通用性強適用于 不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn) 通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種簡易型以 開一關(guān)式控制定位只能是點位控制 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)可以是點位的也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類 型 二 按驅(qū)動方式分 1 液壓傳動機械手 是以液 壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手其主要特點是抓重可達(dá)幾 百公斤以上傳動平穩(wěn)結(jié)構(gòu)緊湊動作靈敏但對密封裝置要求嚴(yán)格不然油 的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響且不宜在高溫低溫下工作若機械 手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制使機械手的通用性擴大但是 電液伺服閥的制造精度高油液過濾要求嚴(yán)格成本高 2 氣壓傳動機械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手其主要特點是介質(zhì)李源極為方便輸出力小氣動動作迅速結(jié)構(gòu)簡單成本低但是由于空氣具有可壓縮的特性工作速度的穩(wěn)定性較差沖擊大而且氣源壓力較低抓重一般在 30 公斤 以下在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大所以適用于高速輕載高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作 3 機械傳動機械手 即由機械傳動機構(gòu) 如凸輪連桿齒輪和齒條間歇機構(gòu)等 驅(qū)動的機械手它是一種附屬于工作主機的專用機械手其動力是由工作機械傳遞的它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠動作頻率大但結(jié)構(gòu)較大動作程序不可變它常被用于工作主機的上下料 4 電力傳動機械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)故機械結(jié)構(gòu)簡單其中直線電機機械手的運動速度快和行程長維護和使用方便此類機械手目前 還不多但有發(fā)展前途 三 按控制方式分 1 點位控制 它的運動為空間點到點之間的移動只能控制運動過程中幾個點的位置不能控制其運動軌跡若欲控制的點數(shù)多則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類 2 連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線其特點是設(shè)定點為無限的整個移動過程處于控制之下可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動并且使用范圍廣但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制 13 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢 1 工業(yè)機器人性能不斷提高 高速度高精度 高可靠性便于操作和維修 而單機價格不斷下降平均單機價格從 91 年的 103 萬美元降至 97 年的 65 萬美元 2 機械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機減速機檢測系統(tǒng)三位一體化由關(guān)節(jié)模塊連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市 3 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展便于標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)化器件集成度提高控制柜日見小巧且采用模塊化結(jié)構(gòu)大大提高了系統(tǒng)的可靠性易操作性和可維修性 4 機器人中的傳感器作用日益重要除采用傳統(tǒng)的位置速度加速度等傳感器外裝配焊接機器人還應(yīng)用了視 覺力覺等傳感器而遙控機器人則采用視覺聲覺力覺觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用 5 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人 6 當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)而是致力于操作者與機器人的人機交互控制即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)使智能機器人走出實驗室進入實用化階段美國發(fā)射到火星上的索杰納機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例 7 機 器人化機械開始興起從 94 年美國開發(fā)出虛擬軸機床以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域 我國的工業(yè)機器人從 80 年代七五科技攻關(guān)開始起步在國家的支持下通過七五八五科技攻關(guān)目前己基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件開發(fā)出噴漆弧焊點焊裝配搬運等機器人其中有 130 多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動