【正文】 is 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(jī)械手的組成和分類 121 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)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(jī)械手的組成方框圖 Figl1 Pane Chart of Composition of Manipulator 一 執(zhí)行機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)動(dòng)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(shí)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(shì) 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(dòng)手指去抓取物件并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指 定的位置 工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件 如油缸氣缸齒輪齒條機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等 與驅(qū)動(dòng)源 如液壓氣壓或電機(jī)等 相配合以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng) 手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)如下 手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)都需要有導(dǎo)向裝 置以保證手指按正確方向運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的慣性力矩使運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)和升降 或俯仰 運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系機(jī)械手的立往通常為固定不動(dòng)的但因工作需要有時(shí)也可作橫向移動(dòng)即稱為可移式立柱 5 行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作或擴(kuò)大使用范圍時(shí)可在機(jī)座上安 裝滾輪軌道等行走機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)滾滾輪輪式式布行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置 6122 機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)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(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類 一 按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 1 專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置專用機(jī)械 手具有動(dòng)作少工作對(duì)象單一結(jié)構(gòu)簡單使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)適用于大 批量的自動(dòng)化生產(chǎn)如自動(dòng)機(jī)床自動(dòng)線的上下料機(jī)械手和加口工中心 附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手 2 通用機(jī)械手 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的程序可變的動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手在規(guī)格性能范圍內(nèi)其動(dòng)作程序是可變的通過調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和 控制系統(tǒng)是獨(dú)立的通用機(jī)械手的工作范圍大定位精度高通用性強(qiáng)適用于 不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn) 通用機(jī)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(diǎn)位控制 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)可以是點(diǎn)位的也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類 型 二 按驅(qū)動(dòng)方式分 1 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液 壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手其主要特點(diǎn)是抓重可達(dá)幾 百公斤以上傳動(dòng)平穩(wěn)結(jié)構(gòu)緊湊動(dòng)作靈敏但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格不然油 的泄漏對(duì)機(jī)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(jī)械 手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制使機(jī)械手的通用性擴(kuò)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(dòng)機(jī)械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手其主要特點(diǎn)是介質(zhì)李源極為方便輸出力小氣動(dòng)動(dòng)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(jī)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(jìn)行工作 3 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 如凸輪連桿齒輪和齒條間歇機(jī)構(gòu)等 驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠動(dòng)作頻率大但結(jié)構(gòu)較大動(dòng)作程序不可變它常被用于工作主機(jī)的上下料 4 電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長維護(hù)和使用方便此類機(jī)械手目前 還不多但有發(fā)展前途 三 按控制方式分 1 點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡若欲控制的點(diǎn)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(jī)械手均屬于此類 2 連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)并且使用范圍廣但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制 13 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì) 1 工業(yè)機(jī)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(jī)價(jià)格不斷下降平均單機(jī)價(jià)格從 91 年的 103 萬美元降至 97 年的 65 萬美元 2 機(jī)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(jī)減速機(jī)檢測(cè)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(jī)器人整機(jī)國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市 3 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)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(jī)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(jī)器人還應(yīng)用了視 覺力覺等傳感器而遙控機(jī)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(jìn)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(shí)技術(shù)在機(jī)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(jī)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(jī)器人 6 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)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(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段美國發(fā)射到火星上的索杰納機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例 7 機(jī) 器人化機(jī)械開始興起從 94 年美國開發(fā)出虛擬軸機(jī)床以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域 我國的工業(yè)機(jī)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(jī)器人操作機(jī)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)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件開發(fā)出噴漆弧焊點(diǎn)焊裝配搬運(yùn)等機(jī)器人其中有 130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線 站 上獲得規(guī)模應(yīng)用弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上但總的來看我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的 水平和國外比還有一定的距離如可靠性低于國外產(chǎn)品機(jī)器人應(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)與國外比有差距在應(yīng)用規(guī)模上我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái)約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求一客戶一次重新設(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成本也不低而且質(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)程我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在 863 計(jì)劃的支持下也取得了不少成果其中最為 突出的是水下機(jī)器人 6000m 水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人爬壁機(jī)器人管道機(jī)器人等機(jī)種在機(jī)器人視覺力覺觸覺聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人智能裝配機(jī)器人機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步與國外先進(jìn)水平差距較大需要在原有成績的基礎(chǔ)上有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品以期在十五后期立于世界先進(jìn)行列之中 14 課題的提出及主要任務(wù) 141 課題的提出 隨著 工 業(yè) 自動(dòng)化 程度的提高工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多易燃易爆等高危及重體力勞動(dòng)場(chǎng)合必將由機(jī)器人所代替這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率例如目前在我國的許多中小型汽車生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn)中往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料既費(fèi)時(shí)費(fèi)力又影響效率為此我們把上下料機(jī)械手作為我們研究的課題 現(xiàn)在的機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn) 1 液壓傳動(dòng)在工作過程中常有較多的能量損失 摩擦損失泄露損失等 液壓傳動(dòng)易泄漏不僅污染工作場(chǎng)地限制其應(yīng)用范圍可能引起失火事故而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性 2 工作時(shí)受 溫度變化影響較大油溫變化時(shí)液體粘度變化引起運(yùn)動(dòng)特性變化 3 因液壓脈動(dòng)和液體中混入空氣易產(chǎn)生噪聲 4 為了減少