【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 秀特點(diǎn)。 控制系統(tǒng)分類 在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用 凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 (1)工業(yè)機(jī)械手性能不斷提高 (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 97年的 。 (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(guó)外已有模塊化裝 配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。 (3)工業(yè)機(jī)械手控制系統(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(jiàn)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)械手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， XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)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)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)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(jué)來(lái)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(guó)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(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)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(guó)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(guó)家的支持下，通過(guò)“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(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國(guó)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(guó)外比有差距 。在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)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(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形 成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)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(zhǎng)、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(guó)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(wú)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(jué)、力 覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)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)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)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 ? ? ? ?7 10中 。 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了 組合機(jī)床自動(dòng)上料 液壓 機(jī)械手 的運(yùn)動(dòng)機(jī) 理。在此基礎(chǔ)上，確定了 組合機(jī)床自動(dòng)上料 液壓 機(jī)械手 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì) 組合機(jī)床自動(dòng)上料 液壓 機(jī)械手 的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的力學(xué)模型分析，完成了自動(dòng)上下料機(jī)械手的控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）的設(shè)計(jì)工作。 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要的介紹了機(jī)械手的基本概念 、發(fā)展歷程及應(yīng)用領(lǐng)域 。在機(jī)械手的組成上，系統(tǒng)的從執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制部分三個(gè)方面說(shuō)明。比較細(xì)致的介紹了機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)，簡(jiǎn)要的敘述了本文研究的內(nèi)容。 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 2章 機(jī)械手的 總體方案設(shè)計(jì) 機(jī)械手基本形式的選擇 常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài) ,按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4種 : (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手 。(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手 。 ( 3)球坐標(biāo) (極坐標(biāo) )型機(jī)械手 。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo) ? ?11型 。 圖 是機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖。圖中機(jī)械手的任務(wù)是將傳送帶 B上的物品搬運(yùn)到傳送帶 A。 圖 機(jī)械手基本形式示意 、方案設(shè)計(jì) （ 1）、 黑箱結(jié)構(gòu)如圖 圖 設(shè)計(jì)方案 （ 2）、 機(jī)械手動(dòng)作分析及運(yùn)動(dòng)分析如圖 ，工件首先被機(jī)械手夾持，然后再隨之一起運(yùn)動(dòng)。其周期運(yùn)動(dòng)可以表現(xiàn)為（按動(dòng)作順序）：大臂下降 — 夾緊 工件 — 手腕上翻 — 大臂 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 上升 — 大臂回轉(zhuǎn) — 手臂 延伸 — 放松工件 — 手臂 收回 — 手腕 下翻 — 大臂回轉(zhuǎn) — 大臂 下降。 圖 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)圖 （ 3）、 功能原理如圖 圖 機(jī)械手功能原理圖 （ 4）、 方案設(shè)計(jì) ① 傳動(dòng)系統(tǒng)如果機(jī)械手采用機(jī)械傳動(dòng)，則自由度少，難于實(shí)現(xiàn)特別復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。而對(duì)于組合機(jī)床自動(dòng)上下料的機(jī)械手，其工件的運(yùn)動(dòng)需要多個(gè)自由度才能完成，故不宜采用機(jī)械傳動(dòng)方案。如果機(jī)械手采取氣壓傳動(dòng)，由于氣控信號(hào)比光、電信號(hào)慢得多 , 且由于空氣的可壓縮性，工作時(shí)容易產(chǎn)生抖動(dòng)和爬行，造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度和定位精度不可靠，效率也較低。電氣傳動(dòng)必須有減速裝置和將電機(jī)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的裝置，結(jié)構(gòu)龐大，速度不易控制。氣液聯(lián)合控制和電液聯(lián)合控制則使系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜。綜 上所述，我們選擇液壓傳動(dòng)方式。 ②控制系統(tǒng)本機(jī)械手是專用自動(dòng)機(jī)械手，選擇智能控制方式中的 PLC程序控制方式，這樣可以使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)更加緊湊和完美。 ③執(zhí)行系統(tǒng)分析本機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)是手部機(jī)構(gòu)。手部機(jī)構(gòu)形式多樣，但綜合其總體構(gòu)型，可分為：氣吸式、電磁式和鉗爪式 3種。根據(jù)本組合機(jī)床加工工件的特征（導(dǎo)衛(wèi)輪、精密鑄鋼件），選擇鉗爪式手部結(jié)構(gòu)。 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ④常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài) ,按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4種 : (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手 。(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手 。 ( 3)球坐標(biāo) (極坐標(biāo) )型機(jī)械手 。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī) 機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小，且根據(jù)本機(jī)械手坐標(biāo)形式分析分析本機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，采用圓柱坐標(biāo)形式。因此方案確定機(jī)械手采用液壓傳動(dòng)方式， PLC控制，鉗爪式手部結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)形式。 、機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)分析 機(jī)械手的動(dòng)作循環(huán)（工件平放）： 大臂下降 300mm— 夾緊工件 — 手腕回轉(zhuǎn) 90176。 — 大臂上升 300mm— 大臂回轉(zhuǎn) 90176。 — 手臂延伸 500mm— 放松工件 — 手臂收縮 500mm— 手腕反轉(zhuǎn)90176。 — 大臂回轉(zhuǎn) 90176。 — 大臂下降 300mm。 本機(jī)械手的工作頻率是 5次 /min，即 12s/ 次，也就是說(shuō)，要在 10s時(shí)間內(nèi)完成上述工作循環(huán)圖中的一次循環(huán)。若采用分步運(yùn)動(dòng)的話，那么上述平均每一個(gè)動(dòng)作必須在 內(nèi)完成，這樣必定增加動(dòng)作的難度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。因此，我們?cè)谡麄€(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都將采用協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，這樣可緩減每個(gè)動(dòng)作的緊迫性。 圖 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)流程圖 如圖 ，從 t=0s時(shí)開始，機(jī)械手大臂下降，用時(shí) 2s， 大臂下降速度： 150 mm/s；t=2s時(shí)，機(jī)械手做夾緊工件運(yùn)動(dòng)；在 t= 90176。，用時(shí) ；與此同時(shí)大臂開始以 150 mm/s做上升運(yùn)動(dòng)，用 時(shí) 2s。在 t=，大臂開始做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)90176。，用時(shí) ；在 t=6s時(shí)，手臂開始做向外延伸 500mm的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為 250mm/s，用時(shí) 2s；在 t=8s時(shí)，機(jī)械手手指開始做放松工件運(yùn)動(dòng)，用時(shí) ；在 t=，手腕開始做下翻 90176。的運(yùn)動(dòng)，用時(shí) ；與此同時(shí)手臂開始收縮，收縮距離 500mm，平均速度 250mm/s，用時(shí) 2s；在 t=，手臂做 90176?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用時(shí) 。上訴運(yùn)動(dòng)為一個(gè)整周期運(yùn)動(dòng)， XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 完成上述運(yùn)動(dòng)共用時(shí) 12s。運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 。 圖 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 、本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，選擇了機(jī)械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)，給出了設(shè)計(jì)中機(jī)械手的一些技術(shù)參數(shù)。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將以次進(jìn)行。 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3章 機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的概述 機(jī)械手的定位系統(tǒng)采取定位塊定位，在設(shè)定位置裝置定位塊。并為了達(dá)到緩沖的目的，在滿足工作要求的前提下，設(shè)計(jì)盡量輕的零部件。比如將某些鑄鋼件改用鋁合金制造，或者將一些實(shí)心的零件做成空心的，以此來(lái)減輕總質(zhì)量。采取 PLC程序控制，控制系統(tǒng)選擇三菱公司的 FX1S系列的 PLC控制器。另外機(jī)械手還可進(jìn)行但不運(yùn)行及回零等，其有手動(dòng)控制方式和全自動(dòng)控制 自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)械手的主要參數(shù) : 臂力 5N；自由度數(shù)為 4；運(yùn)動(dòng)形式為圓柱坐標(biāo)；長(zhǎng)度（未伸縮） 943mm；高度（未升起）為 532mm，手臂伸縮行程范圍 0— 500mm，手臂伸縮速度為 250mm/s，手臂升降行程范圍 0— 300mm；手臂升降速度為 150mm/s；手腕回轉(zhuǎn)行程范圍?90~0 ，手腕回轉(zhuǎn)速度為 135176。 /s；大臂回轉(zhuǎn)角度范圍 ?90~0 ，大臂回轉(zhuǎn)速度為 135176。 /s；定位方式為定位塊；定位精度為 ? ；控制方式為點(diǎn)位式、 PLC控制；驅(qū)動(dòng)方式為液壓系統(tǒng)。 機(jī)械手電氣控制程序 附表 1 機(jī)械手 自動(dòng) 控制程序 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 1 LD X400 17 AND T453 2 ANI X401 18 ANI T454 31 OUT Y439 3 ANI T450 19 OUT Y435 32 OUT T550 4 OUT Y430 20 OUT T454 K2 5 OUT T450 33 AND T550 K2 21 AND T454 34 ANI T551 6 AND T450 22 ANI T455 35 OUT Y530 7 ANI T451 23 OUT Y436 36 OUT T551 8 OUT Y432 24 OUT T455 9 OUT T451 K2 37 AND X500 25 AND T455 38 ANI T552 10 AND T451 26 ANI T456 39 OUT Y531 11 ANI T452 27 OUT Y437 40 OUT Y532 13 OUT Y433 28 OUT T456 41 OUT T552 14 OUT T452 K3 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 27 AND T456 15 OUT Y434 28 ANI T457 16 OUT T453 29 OUT Y438 K2 30 OUT T457 機(jī)械手 電氣 控制系統(tǒng)圖 自動(dòng)控制系統(tǒng)圖 圖 機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)圖 上圖為機(jī)械手自控控制系統(tǒng)圖，他的指令采用 FX1S的專用 PLC控制器控制，他的工作順序是按照上圖中大臂下降開始直至最后一次大臂回轉(zhuǎn)為完成一個(gè)完整的工作周期，每個(gè)