【正文】 袋裝料碼垛機械手是工業(yè)生產(chǎn)中非常實用的機電產(chǎn)品，它代替人完成繁重的勞動，在生產(chǎn)流水線上被廣泛使用，本文設(shè)計的袋裝料碼垛機械手基本可以實現(xiàn)所需功能，機械手手部為可拆裝結(jié)構(gòu)，如果物料的形狀和特性發(fā)生變化，手部也可以隨之變化，例如：手部可以變成夾鉗式手部，用于夾持棒料或方形硬性工件；手部也可以變成磁吸附式取料手，用于吸附帶磁的工件；也可以為手部安裝多指靈巧手等。第二步是關(guān)節(jié)運動的伺服控制，這一步需要在線完成，就是跟蹤執(zhí)行第一步所生成的關(guān)節(jié)變量伺服指令[13]。 ： 端 子 板計算機運動控制器驅(qū) 動 器 + 電 動 機 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 總體硬件電路通過分析機械手的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，畫出總體硬件電路，： 總體硬件電路圖5 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 控制系統(tǒng)的軟件主要包括運動軌跡規(guī)劃算法和關(guān)節(jié)伺服算法與相應(yīng)的動作程序。帶緩沖區(qū)的速度前瞻及小線段預(yù)處理功能等特別適用于高速、高精度運動控制要求的場合，初選運動控制器的型號為GE—300—SV—PCI，端子板型號為GC2—X00—ACC2—G，控制的軸數(shù)為X=4，控制電機為步進電動機，控制方式為開環(huán)，輸出方式為模擬量輸出，反饋輸入為4軸編碼器輸入。這類控制器具有開放程度高、信息處理能力強、通用性好、運動軌跡控制準確等特點。初選PC機加插卡式運動控制器，比較如下： 1）以單片機為核心的運動控制器。控制系統(tǒng)的作用就是對機械運動部件的位置、速度等進行實時的控制管理，使其按照規(guī)定的運動參數(shù)和預(yù)期的運動軌跡進行運動[9]。代入數(shù)據(jù)得： (W) 2)選擇帶型初選帶型為L型。4）傳動效率計算： （） 式中：—絲杠螺旋長升角，查表知為； —摩擦角，滾珠絲杠螺母副的滾動摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。 設(shè)計結(jié)果選用步進電機驅(qū)動，軸的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)功能，步進電動機的型號為20BY001，軸的長度為478mm，最小軸徑為48mm，選用圓錐滾子軸承，平鍵截面，鍵的長度選為20mm。2)校核軸的強度軸的應(yīng)力為： （） 式中：—軸的計算應(yīng)力（）； —軸所受的彎矩（）； —軸所受的扭矩（），其中 —軸的抗彎截面系數(shù)（），其中 —折合系數(shù)，取。軸上安裝滾動軸承，滾動軸承具有功率消耗少，起動容易，摩擦阻力小等優(yōu)點。用步進電動機的轉(zhuǎn)動來帶動腕部轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)功能。為了使噴嘴出口處的壓力低于L處的壓力，就要在臨界以后加一段漸擴段，使噴嘴出口處獲得的流速比音速還要大，稱為超音速，并在該處建立低壓區(qū)域，這樣C處的氣體就會被高速氣流不斷地帶走，使其腔內(nèi)的壓力下降而形成負壓，在C處連接橡膠吸盤，就可以吸住物料了。（2）容易實現(xiàn)自動控制，成本比較低。為機械手配備專用的操作器就可以使其完成各種不同的工作，如給機械手安裝擰螺母機，就可以使其成為一臺裝配機械手，如給機械手安裝焊槍就可以使其成為一臺焊接機械手，目前末端操作器有擰螺母機、焊槍、拋光頭、電磨頭、電銑頭、激光切割機等，可以使機械手完成各種工作。（5）基座。3 機械部分的設(shè)計 機械部分的組成和作用機械手要實現(xiàn)所需功能，必須具有四個自由度，按照設(shè)計的要求，機械部分由手部、腕部、大臂、小臂和基座組成，各部分作用如下：（1） 手部。比較如下： （1）步進電動機。主要適用于慣量大、承載能力大的工業(yè)機械手中。 通過特點比較可知：平面關(guān)節(jié)型機械手具有兩個并聯(lián)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個做垂直運動的滑動關(guān)節(jié)，并且所占的空間體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，符合設(shè)計的要求，在此基礎(chǔ)上增加腕部的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)即可，因此選用平面關(guān)節(jié)型機械手。這種機械手有兩個滑動關(guān)節(jié)和一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成，可以旋轉(zhuǎn)一定的角度，它所占的空間尺寸較小，手部可獲得較高的速度，但是手部外伸離中心軸越遠，其切向線位移分辨精度越低。手臂旋轉(zhuǎn)的距離也是不一樣的。120關(guān)節(jié)2177。 設(shè)計的內(nèi)容本課題旨在設(shè)計一種袋裝料碼垛機械手，該機械手抓取的物料為袋裝物料，尺寸為，袋裝物料重量小于5Kg，機械手工作范圍為：?，F(xiàn)在，日本擁有的工業(yè)機器人數(shù)量約占世界總數(shù)量的65%。后來出現(xiàn)了感覺型機械手，這類機械手配備了簡單的內(nèi)、外部傳感器，具有部分適應(yīng)外部環(huán)境的能力，可以感知部分物理量并進行反饋。還有用于國際空間站的機器人，可以對空間站的外表面進行檢測。機械手最早應(yīng)用于制造工業(yè)，常用于噴漆、焊接、搬運和上下料。如當(dāng)末端夾持焊槍時，可以對汽車或摩托車的車體進行點焊或弧焊作業(yè)；當(dāng)末端安裝噴槍時可以進行噴涂作業(yè)；當(dāng)末端安裝手鉗時，可以給壓鑄機或成型機進行上下料作業(yè)或者用來裝配機械零部件。因此使用機械手，不但降低了人的體力勞動，減少人力資源的浪費，減輕了勞動強度，而且大大改善了工人的勞動條件，提高了工作效率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益，更有利于企業(yè)的發(fā)展。隨后，在美國的工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機械手得到了大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用，日本機器人的發(fā)展經(jīng)歷了20世紀60年代的搖籃期、70年代的實用化時期以及80年代的普及期三個時期。近幾年，我國實施了“863”計劃，培養(yǎng)了一大批機器人方面的專業(yè)技術(shù)人員，我國又斥資5800萬元在沈陽建立機器人“機器人技術(shù)國家工程研究中心”和“智能機器人中心”，這充分說明了我國對工業(yè)機器人的重視。 機械手的技術(shù)參數(shù) 機械手技術(shù)參數(shù)表結(jié)構(gòu)形式平面關(guān)節(jié)式自由度數(shù)4負載能力（Kg）5末端重復(fù)精度（mm）177。機械手工作范圍為：，因此設(shè)計時就需要考慮整體的工作半徑。比較如下：（1）直角坐標型機械手。這種機械手的關(guān)節(jié)都是旋轉(zhuǎn)的，具有結(jié)構(gòu)緊湊、所占空間體積小、工作空間大等特點。這類驅(qū)動系統(tǒng)具有動力大、快速響應(yīng)高、可以直接驅(qū)動的特點。這類驅(qū)動系統(tǒng)具有電源方便、驅(qū)動力大、控制方式靈活、精確度高、響應(yīng)快、信號檢測與傳遞方便等特點，主要適用于中等負載的工業(yè)機械手中。 （3）交流伺服電動機。大臂要實現(xiàn)的功能就是改變手部的空間位置，滿足機械手的作業(yè)空間，將物料旋轉(zhuǎn)到指定位置。它靠吸附力取料，利用吸盤內(nèi)的壓力和大氣壓力之間的壓力差來吸附物體，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、吸附力分布均勻等優(yōu)點。通過分析比較發(fā)現(xiàn)，吸附式取料手吸附物料時，物料不容易破碎，不會發(fā)生變形，由于物料沒有磁性，不能使用磁吸附，因此選用氣流負壓式取料手。所以，流速高、壓強低的截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有小面積，而流速低、壓強高的截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有大面積。吸盤在運動過程中會由于加速運動而產(chǎn)生慣性力影響，因此，根據(jù)工作條件的不同，一般在13的范圍內(nèi)選取工件情況系數(shù)。 機械手大臂的設(shè)計機械手的大臂需要實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，大臂帶動小臂、腕部、手部整體旋轉(zhuǎn)，因此大臂的承載能力比較大，設(shè)計大臂時，要選用剛度較好的材料以提高剛度，并且自重要輕，承載能力要大，在此選用步進電機驅(qū)動，軸的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)功能，軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸上零件的類型、數(shù)量、尺寸以及和軸的連接方法；軸在機器中的安裝位置及形式；軸的加工工藝；軸所受到的載荷大小、方向、性質(zhì)及分布情況等。 （2）軸的設(shè)計與校核 估算軸的長度為478mm。 —鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的需用擠壓應(yīng)力。 設(shè)計計算（1）滾珠絲杠螺母副的計算和選型1) 計算進給牽引力，選擇圓導(dǎo)軌。 代入數(shù)據(jù)得： 附加摩擦力矩： （） 式中：—預(yù)加載荷； —。（5）鍵的選擇與校核類似于大臂鍵的設(shè)計與校核，平鍵截面，鍵的長度選為20mm。為了更好的柔順控制機械手，自動檢測控制信息，需要有傳感裝置，要輸入或輸出