【正文】 Abstract:This paper design for enhances the labor productivity, product quality, economic efficiency and reduces the worker labor intensity. Some job working at extremely bad environment, that people can’t work in hand, so the robots can replace worker to do it. This scheme introduced a cylindrical robot for four degree of freedom. It is posed of two linear axes and two rotary axis current This paper mainly use at the transporting of circular good material that quality is short to 2KG. The different fingernail finger was Choice for transporting the good material that diameter is smaller than controller function the robot move the ponents from one assembly line to other assembly line and turn over it in space, perform relatively simple takes. Key words: four degrees of freedom。 本設(shè)計為四自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)械手，其工作方向為兩個直線方向和兩個旋轉(zhuǎn)方向。 機(jī)器人的研究從一開始就是擬人化的，所以才有機(jī)械手、機(jī)械臂的開發(fā)與制作，也是為了以機(jī)械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險。 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡單到復(fù)雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代： 第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用。本設(shè)計中的機(jī)械手是一種通用型棒料搬運(yùn)機(jī)械手。在社會不斷發(fā)展的今天，機(jī)器人在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用也越來越廣泛，用機(jī)器的力量代替人力，而將人類從繁重的體力勞動中解放出來是歷史發(fā)展的 趨勢 [4]。 確定為四自由度的機(jī)械手。 圖 2 機(jī)器人外形圖 Fig2 Robot Outline Drawings 機(jī)器人的工作空間 本機(jī) 械手底座采用圓柱坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)，其工作空間是一個具有一定角度的繞機(jī)械手轉(zhuǎn)動軸的扇形體立體空間。 機(jī)械手傳動機(jī)構(gòu) 手臂的升降是步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器直接與絲桿連接。 表 1 機(jī)械手參數(shù)表 7 Table 1 Robot parameter table 機(jī)械手類型 四自由度圓柱坐標(biāo)型 抓取重量 2Kg 自由度 4 個（ 2 個回轉(zhuǎn) 2 個移動） 底座 長 290mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動，回轉(zhuǎn)角 240176。 20G??? 變位系數(shù)： XR= ? 柔輪與剛輪均采用漸開線齒形，波發(fā)生器采用控制式發(fā)生器，其中長軸2a= ，短軸 2b= ，并且采用具有 23 個直徑為 滾珠的薄臂軸承。故本機(jī)械手選用的驅(qū)動電機(jī)都是步進(jìn)電機(jī)。 222223322221102331213131mkgrmrmrmJ?????????????? (19) 式中： 1m —— 手臂無氣爪邊的質(zhì)量（ kg），本機(jī)械手為 kgm 151? ； 2m —— 手臂有氣爪邊的質(zhì)量（ kg），本機(jī)械手為 kgm 152 ? ； 其中： 21 mm? 手臂的質(zhì)量，手臂兩邊都看作長桿來計算轉(zhuǎn)動慣量； 3m —— 機(jī)身的質(zhì)量（ kg），本機(jī)械手為 kgm 203 ? ； 其中： 3m 的轉(zhuǎn)動慣量看作均勻圓柱體來計算； 321 , rrr —— 與 321 , mmm 相對應(yīng)的長度（ m） 。 cm) 最高空載啟動頻 率 /HZ 運(yùn)行頻率 /HZ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 105? Kg當(dāng)工作壓力增高、缸徑增大時效率增大 。 氣缸的運(yùn)動速度 氣缸的運(yùn)動速度主要由所驅(qū)動的工作機(jī)構(gòu)的需要來決定。 由下圖 53 擺動的時間約需 0 .3s 該氣缸是葉片驅(qū)動雙作用氣缸，在整個擺角范圍內(nèi)可實現(xiàn)無極擺角調(diào)節(jié)，終端位置可通過止動螺釘和緊固螺母調(diào)節(jié)。 氣缸型號的選擇： 由以上參數(shù)的計算選 費(fèi)斯托 (festo)公司的 DNG32320PPVA 型氣缸 本氣缸活塞安裝有傳感裝置，活塞位置可以被行程開關(guān)檢測到，從而實現(xiàn)對氣缸位置的控制。所以導(dǎo)向單元的實際總負(fù)載 Gf==。 本設(shè)計機(jī)械手采用ＰＬＣ控制。這種連續(xù)軌跡運(yùn)動，可看成是若干密集軌跡曲線。 為方便控制系統(tǒng)適應(yīng)各具體工作情況作小幅，整個控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以方便指令中的 IST狀態(tài)初 始化指令來進(jìn)行設(shè)計。此處對絲桿力矩較大。 也使我學(xué)會怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會如何與同學(xué)共同討論問題。在老師的指導(dǎo)下，將其一一排除，增長了知識，積累了經(jīng)驗。 在設(shè)計過程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問題。 手臂氣爪端對絲桿的力矩： ()g b g zM L G G G??? (30) 式中： Mg—— 手臂工件端對絲桿的力 矩（ Nm? ）； Gb—— 擺動氣缸的重力（ N） ,本設(shè)計為 ； Gg—— 工件的重力（ N） , 本設(shè)計為 ； Gz—— 氣爪的重力（ N） , 本設(shè)計為 ； L—— 手臂氣爪端對絲桿的力矩（ m） , 本設(shè)計為 。 本機(jī)械手中驅(qū)動部分由電機(jī)與氣動兩部分組成，其中電機(jī)部分由 PLC直接控制。 本設(shè)計機(jī)械手用于棒料的點對點搬運(yùn)，對運(yùn)動軌跡沒太大要求。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般可用單片機(jī)， PLC，計 23 算機(jī)等來實現(xiàn)。 22 圖 12 導(dǎo)向單元與氣缸連接圖 Fig12 Guide unit with cylinder connection diagram 6 機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計 機(jī)械手控制器的選擇 工業(yè)機(jī)械于是一種模仿人手動作．井按設(shè)定的程序軌跡和要求代替人手抓取、搬運(yùn)工件或操持工具進(jìn)行操作的機(jī)電一體化自動化裝置。該氣缸的緩沖長度為 19mm。轉(zhuǎn)動葉片本身 不用于確定終端位置，既止動杠桿和止動裝置不能移動。節(jié)流調(diào)速的方式有： 本氣缸為 水 平安裝 采用 用排氣節(jié)流； 本設(shè)計中缸體選用的是不銹鋼式，固本氣缸需要加油潤滑。 把以上數(shù)據(jù)代入 Fs=η F 得： ?? (27) ? 圖中 L=50mm 為氣爪手指夾緊工件的力臂。 本設(shè)計設(shè)計的機(jī)械手搬運(yùn)的工件定為圓柱形的棒料。 所以： )( mNiMM clp ???? (22) 1 . 0 4 7 1 0 0 1 0 4 . 7 ( / )lp i r a d s???? ? ? ? ? 上式中： lpw —— 負(fù)載峰值轉(zhuǎn)速（ rad/s），如上計算 ： ( / )lp rad s? ? ； lpM —— 負(fù)載峰值力矩（ )( mN? ），如上計算： ( )ipM N m?? 電動機(jī)功率的計算 公式式： 15 lp lpm MP ?? ?? (23) 37 10W???? 式中： mP —— 步進(jìn)電動機(jī)的功率（ W） ； lp? —— 負(fù)載峰值轉(zhuǎn)速（ rad/s），由前計算 ： ( / )lp rad s? ? ； lpM —— 負(fù)載峰值力矩（ )( mN? ），由前計算： Mlp=（ )( mN? ）； ? —— 計算系數(shù)，其中一般 ? ， 本設(shè)計中?。?2?? ； ? —— 底座傳動裝置的效率，估算為 ??? ，本機(jī)械手取為： ?? 。 初選步進(jìn)電機(jī) 75BF003 由前計算絲桿導(dǎo)程為 L0=6mm 本設(shè)計機(jī)械手手臂升降速度選定為 S=35mm/s 所以絲桿轉(zhuǎn)速 0w = S / L = 3 5 / 6 = 5 . 8 3 3 r / s = 3 4 9 . 9 8 ( r / m i n )? (7) 回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩： Mc=Mga+Mf (8) 式中： Mc —— 機(jī)械手手臂升降相對絲桿的回轉(zhuǎn)力矩 ； Mf —— 機(jī)械手手臂升降相對絲桿的摩擦阻力矩 ； Mga—— 機(jī)械手手臂升降在停止（制動）過程中相對與絲桿的慣性力矩 ； 其中： twJMga 0? ， (9) 式中： w —— 手臂升降啟動或制動過程中角速度的變化量，也就是工作的角速度： )/( i n )/( sr a d