【正文】 由于本人水平有限以 及畢業(yè)設(shè)計時間有限，本設(shè)計難免有不合理或不太準確的地方，懇請各位老師批評指正。 機械手工作能達到平衡。而氣爪，伸 縮氣缸則運用其內(nèi)部的位置傳感器作為位置的控制。 自動操作 包括單步操作和連續(xù)運行兩種操作方式。 在機器人的各類作業(yè)中，運動和控制方式主要有兩種。 ＰＬＣ有著極大的靈活性，易于模塊化 ，當機械手工藝流程改變時，只要對Ｉ／Ｏ點的接線稍作修改，或Ｉ／Ｏ繼電器重新分配，程序中作簡單修改，補充擴展即可。氣缸直接安裝在該導(dǎo)向單元上。 F1—— 氣缸的負載力（ N）。 19 l—— 工件的長度（ m），本設(shè)計為 l=50mm。 氣缸是氣爪的的驅(qū)動器，氣缸與氣爪手指的連接結(jié)構(gòu)如下圖 7。 本設(shè)計的氣爪氣缸工作主要以拉力。 電機參數(shù)表 3 Table3 Motor parameter table 電機型號 相數(shù) 步距角 /（176。 m(Kgf 將具體數(shù)據(jù)代分別代入上式中得： 32322 206 10 03 ( )0 206 10 2( )200 0 2 9( ) ( ) ( 2 9) 1 ( )aamyaaa m y aMPMPMPMP???????? ? ? ?? ? ?? ? ??? ? ?? ? ??????? ? ? ? ? ? ? ? (5) 30CrMnSiA 的力學性能如下： 1100 , 900b a s aM P M P???? ，球化處理后硬度為 24~26HRC ， 且，?。? 110 . 4 5 0 . 4 5 1 1 0 0 4 9 5 ( )0 . 2 5 0 . 2 5 1 1 0 0 2 7 5 ( )ba MPMP??????? ? ? ?? ? ? ? 柔輪正應(yīng)力安全系數(shù)和切應(yīng)力安全系數(shù)分別為： 11495 56. 103275 5 01 01aamn kn k???????????? ? ??? ? ?? ? ? ? 柔輪的安全系數(shù)： 2 2 2 23 . 5 2 9 2 3 . 3 8 3 . 4 8 93 . 5 2 9 2 3 . 3 8nnn nn?????? ? ??? (6) 此數(shù)值大于許用安全系數(shù) ，則柔輪強度滿足要求。諧波齒輪采用帶杯形柔輪的諧波傳動組合件。 圖 4 氣爪連接示圖 Fig4 Gripper connection diagram 底座的旋轉(zhuǎn)是通過步進電機聯(lián)接諧波齒輪直接驅(qū)動轉(zhuǎn)動機座轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)機械手的旋轉(zhuǎn)運動。常用的驅(qū)動器有電機、液壓和氣動等驅(qū)動裝置，其中采用電機驅(qū)動器是最常用的驅(qū)動方式，包括直流伺服電機，交流伺服電機及其步進電機等。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定機械手，利用步進電機驅(qū)動和諧波齒輪傳動來實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)運動；利用另一臺步進電機驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實現(xiàn)上下運動；考慮到本設(shè)計中的機械手工作范圍不大，故利用氣缸驅(qū)動實現(xiàn)手臂的伸縮運動；末端夾持器則選用氣爪來做夾持器，用小型氣缸驅(qū)動夾緊。本設(shè)計選用機械傳動、氣壓傳動和電機驅(qū)動。由目前的發(fā)展狀況看，在可預(yù)見的 將來它將在生產(chǎn)中扮演越來越重要的角色。 從機器人的應(yīng)用與發(fā)展來看，在很多方面 工業(yè)機器人代替人力勞動已是必然的趨勢 ，工業(yè)機器人將來必定有廣闊的發(fā)展前景 [2]。 第三代工業(yè)機器人即智能機器人。 工業(yè)機器人是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機械 。 transporting。 1 四自由度棒料搬運機械手 目 錄 摘 要 : 本設(shè)計的機械手是基于提高勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益，減輕工人勞動強度而設(shè)計的。 Industrial robot 1 前言 工業(yè)機器人的概述與發(fā)展 機器人（又稱機械手，機械人，英文名稱： Robot），在人類科技發(fā)展史上其來有 2 自 ， 早在三國時代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古 代中國人的智能結(jié)晶。 主要用于加工自動線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。這種機器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。 本設(shè)計中的四自由度棒料搬運機械手所實現(xiàn)的功能 本設(shè)計中的四自由度棒料搬運機械手，主要是針對質(zhì)量少于 2KG 的圓形棒料的搬運。本機械手就是基于此并為 提高勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益， 減輕 工人勞動 強度而設(shè)計的。 控制系統(tǒng)： 通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作，當發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。氣爪的旋轉(zhuǎn)則由與氣爪連接的擺動氣缸實現(xiàn) [7]。本設(shè)計中底座的旋轉(zhuǎn)與手臂升降都是采用步進電機作為驅(qū)動器（在第 5 章計算說明步進電機的選擇），而手臂的伸縮則選用七缸作為驅(qū)動器。如下圖 5。它是由三個基本構(gòu)件構(gòu)成的，帶凸緣的環(huán)形剛輪，杯形的柔輪和柔性軸承、橢圓盤構(gòu)成的波發(fā)生器 [11]。 4 機械手的各電動機的選擇 進電動機又稱脈沖電動機，是一種把電脈 沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行電機。 cm) 最高空載啟動頻 率 /HZ 運行頻率 /HZ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 105? Kg） 電壓 /V 最大靜轉(zhuǎn)矩 /N 本設(shè)計滿足氣缸理論推力、拉力速度為 50500mm/s 的范圍，其力學計算公式為： 拉力 F= (D2d2)P 式中： D—— 氣缸直徑（ m） ,本設(shè)計初取為 ； d—— 氣缸活塞桿直徑（ m），本設(shè)計初取為 ； P—— 氣缸工作壓力（ Pa），本設(shè)計取為 ； F—— 氣缸理論推力、拉力（ N） 把以上數(shù)據(jù)代入 F= (D2d2)P 得： 2 2 6F = 0. 25 ( 0. 04 0. 01 2 ) 0. 6 10? ? ? ? ? ? 計算得的 F 為理論拉力，其實際拉力可根據(jù) Fs=η F計算。 18 圖 7 氣缸與氣爪手指的連 接結(jié)構(gòu) Fig7 The connection structure of the cylinder and the gripper fingers 行程的確定 氣缸的行程就是活塞移動的距離，對外表現(xiàn)為負載移動的距離，確定此距離時要充分考慮工況情況，應(yīng)預(yù)留出一點行程，避免活塞桿撞壞。 把以上數(shù)據(jù)帶入 22(3 )12g mJ R l??得： 222 ( 3 0 .0 2 0 .0 5 )12gJ ? ? ? 10 kgm??? 加在擺動氣缸工作上的轉(zhuǎn)動慣量為： J=Jg+Jq=124X104+= kgm2 由擺動氣缸工作轉(zhuǎn)動慣量 J= kgm2 選用預(yù)選 費斯托 (festo)公司的DSM32270PPW型氣缸。本氣缸負載較小取為 10N 把以上數(shù)據(jù)代入 14 /( )D F P??? 得： (29) 64 5 / ( 0 . 6 3 0 . 4 1 0 )D ?? ? ? ? ? = 查《機械設(shè)計手冊 氣壓傳動》表 22164 氣缸內(nèi)徑取標準為 32mm。下圖為該導(dǎo)向單元外觀圖 10 圖 10 導(dǎo)元向單 Fig10 Guide element to a single 下圖 11 為最大工作負載與導(dǎo)桿投影距離之間的關(guān)系圖 圖 11 負載特性圖 Fig11 Load characteristic diagram 由上圖表可查得本設(shè)計選用的 FENG32氣缸在最大伸長距離 320mm的情況下其最大負載為 55N。機械手的速度、電機運行所需的脈沖數(shù)都可以根據(jù)給定的要求給予置。 1）點位控制方式（ PTP控制） 這種控制方式考慮到末端執(zhí)行器在運動過程中只在某些規(guī)定的點上進行操作，因此只要求末端執(zhí)行器在目標點處保證準確的位姿以滿足作業(yè)質(zhì)量要求。操作前提是機械手須處在原點位置上； 1)單步操作 每按一次按鈕，機械手完成一步動作后自動停止； 2)連續(xù)運行 系統(tǒng)一旦啟動，機械手的動作將自動地連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。將其傳感器的信息傳遞給 PLC，以實現(xiàn) PLC對其位置的控制。 機械手參數(shù) 氣爪夾力為 表 5 機械手的最終運動設(shè)計參數(shù)： Table 5 Final motion of the manipulator design parameters : 機械手機構(gòu) 工作范圍 工作速度 底座 轉(zhuǎn)動角度 2400 轉(zhuǎn)動速度 10 /minr 伸縮手臂 伸縮距離 300mm 伸縮速度 80mm/s 手臂升降 升降距離 320mm 升降速度 35mm/s 氣爪擺動 擺動角度 1800 轉(zhuǎn)動速度 30 /minr 表 6 機械手工作精度： Table 6 Accuracy of the robot work : 26 機械手機構(gòu) 工作精度 底座 伸縮 手臂 手臂升降 氣爪擺動 通過擋塊定位 結(jié)束語 到此近 90 天的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，我大學階段的學習也將畫上句號。 參考文獻 [1] 成大先 .機械設(shè)計手冊 [M].第 3 卷 .北京：化學工業(yè)出版社 .20xx