【正文】 械手腰部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動需要一定的定位控制精度，故采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)；因?yàn)椴捎靡簤簣?zhí)行缸來做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液壓驅(qū)動；機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在工件是板料，使用氣流負(fù)壓式吸盤 .采用氣動驅(qū)動 . 系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 確定液壓系統(tǒng)基本方案 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá)，前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，后者實(shí)現(xiàn)回 20 轉(zhuǎn)運(yùn)動。其電源電壓為固定不變值，由大功率三極管作為開關(guān)元件 ，以固定的開關(guān)頻率動作，但其脈沖寬度可以隨電路控制而改變，改變了脈沖寬度也就可以改變加在電機(jī)電樞兩端的平均電壓，從而改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。為增加定位點(diǎn)數(shù)，除采用多位置氣缸外可采用制動的方法還有：反壓制動，制動裝置制動。不論是由壓縮空氣站供氣還是用單獨(dú)的氣源，氣動三聯(lián)件是必備的。 在機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)中，常用的電 液伺服動力機(jī)構(gòu)是電 液伺服液壓缸和電液伺服擺動馬達(dá)，也可以用電 液步進(jìn)馬達(dá)。 液壓系統(tǒng)在機(jī)器人中所起的作用是通過電 液轉(zhuǎn)換元件把控制信號進(jìn)行功率 14 放大，對液壓動力機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向、位置、和速度的控制，進(jìn)而控制機(jī)器人手臂按給定的運(yùn)動規(guī)律動作。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用。 在機(jī)器人中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機(jī)器人末端的重量，一般都將 12 腕關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處。 螺旋傳動及絲杠螺母，它主要是用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。齒輪傳動比應(yīng)滿足驅(qū)動部件與負(fù)載之間的位移及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配要求，其輸入電動機(jī)為高轉(zhuǎn)速，低轉(zhuǎn)矩，而輸出則為低轉(zhuǎn)速， 高轉(zhuǎn)矩。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。要設(shè)有調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來調(diào)整腰部軸承間隙及減速器的傳動間隙。關(guān)節(jié)型機(jī)器人動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的類型 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。 手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動如下 : 手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動時(shí)，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(yùn)動。 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。 機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。 附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力 (如吸盤內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電吸磁力 )吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁盤兩類。 手臂運(yùn)動 基本運(yùn)動 復(fù)合運(yùn)動 直線運(yùn)動與回轉(zhuǎn)運(yùn)動的組合 (即螺旋運(yùn)動 ) 兩直線運(yùn)動的組合 (即平面運(yùn)動 ) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動 :如水平回轉(zhuǎn)、左右擺動運(yùn)動 直線運(yùn)動 :如伸縮、升降、橫移運(yùn)動 兩回轉(zhuǎn)運(yùn)動的組合 (即空間曲面運(yùn)動 )。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。該機(jī)械手在工作中需要 3種運(yùn)動 ,其中手臂的伸縮和立柱升降為兩個(gè)直線運(yùn)動 ,另一個(gè)為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動 ,綜合考慮，機(jī)械手自由度數(shù)目取為 3，坐標(biāo)形式選擇圓柱坐標(biāo)形式，即一個(gè)轉(zhuǎn)動自由度兩個(gè)移動自由度，其特點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)比較簡單 ,手臂運(yùn)動范圍大 ,且有較高的定位準(zhǔn)確度。一般電機(jī)都不能直接驅(qū)動，考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，采用大傳動比的齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行減 速和扭矩的放大。在設(shè)計(jì)機(jī)器人的手臂時(shí)，應(yīng)盡可能利用在機(jī)器人上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來減小機(jī)器人手臂的不平衡重量，必要時(shí)還要設(shè)計(jì)平衡機(jī)構(gòu)來平衡手臂殘余的不平衡重量。 b．等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則。使用壽命長；而且同步性好，使用可靠、潤滑簡單，因此滾珠絲杠在機(jī)器人中應(yīng)用很多。故不需要中間傳動機(jī)構(gòu)，這既簡化了結(jié)構(gòu)，同時(shí)又提高了精度。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的工作環(huán)境中，成本上也較其他兩種驅(qū)動系統(tǒng)高。機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)包括程序控制和伺服控制兩類。由于氣動機(jī)器人具有氣源使用方便、不污染環(huán)境、動作靈活迅速、工作安全可靠、操作維修簡便以及適宜在惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)，因此它在沖壓加工、注塑 及壓鑄等有毒或高溫條件下作業(yè)，機(jī)床上、下料，儀表及輕工行業(yè)中、小型零件的輸送和自動裝配等作業(yè)，食品包裝及運(yùn)輸，電子產(chǎn)品輸送、自動插接，彈藥生產(chǎn)自動化等方面獲得大量應(yīng)用。除個(gè)別用單動式氣缸外（如手爪機(jī)構(gòu)上用的），多數(shù)采用雙動氣缸。再啟動時(shí)，事先打開鎖緊機(jī)構(gòu)。 （ 2）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 步進(jìn)電機(jī)的控制裝置主要包括脈沖發(fā)生器，環(huán)行分配器和功率放大器等幾部分組成。 方向 控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 （ 2）活塞桿直徑的較核 活塞桿直徑的較核公式為 ][4?? Fd? （ 311） 式中， F 為活塞桿上作用力； ][? 為活塞桿材料的許用應(yīng)力，此處 ][ b?? ? ； 帶入數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算較核得上式成立，因此活塞桿的強(qiáng)度能滿足工作要求。 所選電機(jī)相關(guān)參數(shù) 圖 32 圖 33 110BYG550BSAKRMA0301 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 矩 頻 30 B P2K10 特性曲線 吸盤的選擇和計(jì)算 (即用橡膠或軟性塑料制成皮腕 )內(nèi)形成負(fù)壓將工件吸住。在此，取 K3=. 代入數(shù)據(jù)得 : D=5CM 所以吸盤的直徑取為 50mm _ 經(jīng)過查表得平直 吸盤的主要技術(shù)參數(shù) 吸盤直徑 (mm) : 1 1 2 3 50 共分 8檔 。真空換向閥要求不泄漏 , 且不用油霧潤滑。感謝你們對我的學(xué)習(xí)和生活的無私付出，在以 后人生的道路上，我將永遠(yuǎn)銘記在心。 ，在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個(gè)因素。 34 供給閥選 V Z300R 外部先導(dǎo)型 , 因設(shè)置在 壓力管路中 , 選用一般換向閥即可。若裝有分料器，則吸附力就可小些。 因?yàn)檠炕剞D(zhuǎn)運(yùn)動只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的 轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有； RfGRFT fl ????? （ 330） 式中， f 為滾動軸承摩擦系數(shù)，取 ； G 為機(jī)械手本身與負(fù)載的重量之和，取 100KG ； R 為回轉(zhuǎn)軸上傳動大齒輪分度圓半徑， R=240mm ； 帶 入數(shù)據(jù)，計(jì)算得 lT = mN? ； 同時(shí)，腰部回轉(zhuǎn)速度定為 lN =5r/min；傳動比定為 1/12； 且， 2mgDGDl ? 帶入數(shù)據(jù)得： lGD = 2mN? 。另一方面，為增大結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，將兩個(gè)導(dǎo)向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式，以增大抗彎截面模量，也大大增加了液壓缸的工作剛度。一般泵的入口要裝粗濾油器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)要求，通過精濾油器再次過濾。 設(shè)計(jì)具體采用方案 具體到本設(shè)計(jì)，在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個(gè)因素。 無鐵心，具有軸向平面間隙 可頻繁起制動、正反轉(zhuǎn)工作，響應(yīng)迅速，適用于機(jī)器人，數(shù)控等 直流 PWM伺服驅(qū)動器，SCR 變壓驅(qū)動器 18 大慣量永磁直流伺服電動機(jī) 輸出力 矩大，轉(zhuǎn)矩波動小，機(jī)械特性硬度大，可以長時(shí)間工作在堵轉(zhuǎn)條件下 又稱力矩電機(jī)，其轉(zhuǎn)子較粗 適用于驅(qū)動力矩較大的場合，因可不用齒輪傳動，消除了齒輪間隙 直流 PWM伺服驅(qū)動器，SCR 變壓驅(qū)動器 表 21續(xù)表 反應(yīng)步進(jìn)電機(jī) 將電脈沖信號直接轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角與脈沖數(shù)成正比，輸出力矩也較大 電機(jī)轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)租，由永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁極 用于數(shù)字系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人；開環(huán)控制 直流 PWM伺服驅(qū)動器 SCR變壓驅(qū)動器 同步交流伺服電動機(jī) 轉(zhuǎn)速與定子繞組所建立的旋轉(zhuǎn)磁場嚴(yán)格同步；從低度到高速，定子繞組可通過大 電流，故起、制動轉(zhuǎn)矩不降低，可頻繁起、制動 轉(zhuǎn)子由永久磁鐵做成，定子有三相，轉(zhuǎn)子比較細(xì) 主要用于中小容量的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，如數(shù)控、機(jī)器人等系統(tǒng)中 交流 PWM變頻調(diào)速器 異步交流伺服電動機(jī) 轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)低于定子繞組所建立的旋轉(zhuǎn)磁場，機(jī)構(gòu)簡單，容量大，價(jià)格低 定子由對稱三相繞組組成， 用于數(shù)控機(jī)床主軸等容量大的場合 交流 PWM變頻調(diào)速器 （ 1）直流電機(jī)伺服驅(qū)動器 19 直流伺服電機(jī)驅(qū)動器目前多采用脈沖寬度調(diào)制（ PWM）伺服驅(qū)動器。因此對機(jī)器人一個(gè)單自由度而言，停點(diǎn)數(shù)目最多 69個(gè)。 由分水濾氣器，調(diào)壓器，油霧器三大件組成，可以是分離式，也可以是三聯(lián)組裝式的，多數(shù)情況下用三聯(lián)組裝式結(jié)構(gòu)。如果是分離式的連接方式，要盡量縮短連接管路，這樣可以減少伺服閥到液壓機(jī)構(gòu)間的管道容積，以增大液壓固有頻率。目前，雖然在中等負(fù)荷以下的工業(yè)機(jī)器人中大量采用電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，但是在簡易經(jīng)濟(jì)型、重型的工業(yè)機(jī)器人和噴涂機(jī)器人中采用液壓系統(tǒng)的還仍然占有很大的比例。 13 具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。 鋼帶傳動的特點(diǎn)是鋼帶與帶輪間接觸面積大，是無間隙傳動、摩擦阻力大，無滑動，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運(yùn)行可靠、噪聲低，驅(qū)動力矩大、壽命長，鋼帶無蠕變、傳動效率高。諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似，它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對錯(cuò)齒來傳遞動力與運(yùn)動的，故諧波齒輪傳動與一般的齒輪傳動具有本質(zhì)上的差別。齒輪傳動部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器用于伺服系統(tǒng)的齒輪減速器是一個(gè)力矩變換器。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高，抗振性好，比重?。ㄆ浔戎叵喈?dāng)于鋼的 1/4，相當(dāng)于鋁合金的 2/3），但是，其價(jià)格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故還未能在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。腰部與機(jī)器人手臂的聯(lián)結(jié)要有可靠的定位基準(zhǔn)面，以保證各關(guān)節(jié)的相互位置精度。 4. 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，如圖 。 (四 )位置檢測裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的 位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置 [3]。工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運(yùn)動的部件 (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。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易構(gòu)件，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。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。 對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。 4 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。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長方體。 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 進(jìn)行了機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)后，就要針對機(jī)械手的腰部、手臂、手腕、末端執(zhí)行器等各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。因?yàn)辇X輪傳動存在著齒側(cè)間隙，影響傳動精度，故采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于 10），同時(shí)為了減小機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)，齒輪采用高強(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加工制造，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差。 械限位塊，以及驅(qū)動裝置，傳動機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。利用該原則設(shè)計(jì)的齒輪系統(tǒng)要使換算到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量最小，各級傳動比也是按照“先小后大”的次序分配，以使其結(jié)構(gòu)緊湊。由于滾珠絲杠傳動返行程不能自鎖；因此在用于垂直方向傳動時(shí)，須附加自鎖機(jī)構(gòu)或制動裝置。而機(jī)械手腰 部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，必須采用傳動機(jī)構(gòu)來減速和增大扭矩。但因?yàn)檫@類驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此在機(jī)器人中被廣泛的使用。 這類機(jī)器人屬非伺服控制的機(jī)器人，在只有簡單搬運(yùn)作業(yè)功能的機(jī)器人中，常常采用簡易的邏輯控制裝置或可編程控制器對機(jī)器人實(shí)現(xiàn)有限點(diǎn)位的控制。 氣動驅(qū)動系統(tǒng)在多數(shù)情況下是用于實(shí)現(xiàn)兩位式的或有限點(diǎn)位控制的中、小機(jī)器人中的。為實(shí)現(xiàn)端部緩沖，要選用雙向端點(diǎn)位置緩沖的氣缸。 機(jī)器人電動驅(qū)動系統(tǒng) 這些年來，針對機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床等自動機(jī)械而開發(fā)的各種類型的伺服電動機(jī)及伺服驅(qū)動器的大量出現(xiàn)，為機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的更新創(chuàng)造了條件。 脈沖發(fā)生器可以 按照起、制