【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 之外，離線編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。3) 多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。4) 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。5) 機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。6) 虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。7) 多智能體（multiagent）調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。8) 微型和微小機(jī)器人技術(shù)（micro/miniature robotics）:這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。過去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命，并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。9) 軟機(jī)器人技術(shù)（soft robotics）:主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂場(chǎng)合。傳統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的，機(jī)器人對(duì)人是友好的。10)仿人和仿生技術(shù)：這是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究。國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：1) 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（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10．3萬美元降至97年的6．5萬美元。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)品問市。3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(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)器人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，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(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)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，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)境中的感覺來操縱機(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。第二章 夾持器的設(shè)計(jì) 夾持器的總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)方案為液壓缸驅(qū)動(dòng)連桿杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器。經(jīng)過反復(fù)思考及論證，先做出裝配圖，如圖中所示。夾緊和松開動(dòng)作：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)桿1移動(dòng)時(shí)，由桿連桿杠桿3和夾持爪4組成四桿機(jī)構(gòu)，使手指完成夾緊和松開動(dòng)作。此結(jié)構(gòu)的夾緊方式產(chǎn)生較大的夾緊力，缺點(diǎn)是手抓的張開角小。 夾持器的結(jié)構(gòu)計(jì)算及其說明 設(shè)計(jì)要求1）所設(shè)計(jì)的夾持器要有足夠的夾持力和所需的夾持精度；2）夾持器靠法蘭聯(lián)接在四桿機(jī)構(gòu)上，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量輕，以減輕手臂負(fù)荷；3）夾持器由液壓缸提供動(dòng)力；4）采用雙指手爪式夾持器，執(zhí)行動(dòng)作為抓緊、放松；5）所要夾緊的工件直徑為80mm，高為150mm；，長(zhǎng)約為250mm，放松時(shí)兩爪間最大距離為110——120mm；6）工件重約6kg，材質(zhì)為45鋼。 夾持器的設(shè)計(jì)計(jì)算1)加緊力的計(jì)算手指加在工件上的加緊力是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，必須對(duì)其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的加緊力可按下列公式計(jì)算：，式中：K1—安全系數(shù)，通常取，；K2—工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可按K2=1+a/g估算，其中a為機(jī)器人搬運(yùn)工件過程的加速度或減速度的絕對(duì)值（），工件的最大速度為（即運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大速度），t為系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選取，～。K2=1+a/g＝1+247。=；K3—方位系數(shù)，手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定，如手指水平放置，夾持器垂直放置時(shí)，手指水平（或垂直）放置，夾持垂直工件時(shí)，（平直指為5，V型指為4），本設(shè)計(jì)中夾持垂直工件，故K3取4。G—被抓取工件的重量因?yàn)榍罢叩那闆r，工件重力和慣性力直接作用在手指上，所需夾緊力最??；后者的情況，工件重力和慣性力要由加緊力所產(chǎn)生的摩擦力來克服，所以，所需夾緊力要大若干倍?？纱_定夾緊力： 對(duì)夾緊力取整：FN=362N 2)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算根據(jù)驅(qū)動(dòng)力和夾緊力之間的關(guān)系式式中：c：杠桿上兩銷軸之間的距離，設(shè)計(jì)為60mm；b：杠桿上固定銷軸至爪間的距離，設(shè)計(jì)為60mm；α：連桿與夾具體之間的夾角為30 186?？傻茫簩?duì)驅(qū)動(dòng)力取整：＝362N對(duì)于實(shí)際驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算可遵循 進(jìn)行計(jì)算，其中：—手部機(jī)構(gòu)機(jī)械效率N=–；可得：N在實(shí)際工作中，驅(qū)動(dòng)力應(yīng)足夠大，故在實(shí)際中應(yīng)取只偏大，確定驅(qū)動(dòng)力為FP=500N。 運(yùn)動(dòng)部件的主要設(shè)計(jì)校核1)對(duì)于杠桿的校核(a）杠桿材料為45鋼加工方法：鑄造。形狀尺寸如裝配圖(b）垂直方向彎曲強(qiáng)度校核杠桿的受力情況如下受到的夾緊力為362N工件重量約為G=60N 自身重量約為夾持器手指重量G2大至估算為3N，則臂的彎曲應(yīng)力鑄鋼的彎曲應(yīng)力。(c）校核夾持力對(duì)豎桿的彎曲應(yīng)力，H處為危險(xiǎn)截面，受力彎矩圖如圖（21）所示：圖21 彎曲應(yīng)力圖經(jīng)校核H處不會(huì)發(fā)生彎曲斷裂。(d）夾持器臂上加工兩銷孔，一個(gè)孔用于與支撐板連接，端部孔用于與V形爪連接，連接均用銷軸和螺母配套使用，且螺母應(yīng)用鎖緊螺母。銷軸的規(guī)格：公稱直徑d=8mm,長(zhǎng)度l=40mm。螺母規(guī)格：內(nèi)徑為d=8mm，用于兩螺母均可采用薄螺母。V形爪：V形爪加工方法為鑄造。V形爪張開角度為90度，如裝配圖所示V形爪兩側(cè)的內(nèi)側(cè)加工出用來安裝橡膠塊的凹槽，橡膠塊用來增加工件與爪子之間的摩擦力，使夾持工件更穩(wěn)定牢固，這樣又能起到保護(hù)工件表面的作用。 設(shè)計(jì)要求機(jī)械手液壓系統(tǒng)與其它機(jī)器的液壓系統(tǒng)具有許多共性，其中最突出的特點(diǎn)是緩沖與定位問題，從生產(chǎn)效率來講，機(jī)械手正常工作速度越快越好，但叢穩(wěn)定性緩沖與定位精度來考慮，速度太大，緩沖與定位就不容易達(dá)到，為達(dá)到其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和定位精確要求，一般在定位前采取緩沖制動(dòng)措施，從液壓原理講增加液壓阻尼力，在液壓缸結(jié)構(gòu)上，緩沖或緩沖回路。 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1）根據(jù)夾持器驅(qū)動(dòng)力由液壓缸提供的原則，所選液壓缸要滿足工作的要求。本方案選用了W70L1系列輕型拉桿液壓缸，與同等壓力等級(jí)液壓缸相比，該液壓缸具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件通用化程度高和安裝形式多樣等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于橡塑、紡織等輕工機(jī)械，以及機(jī)床、汽車、農(nóng)機(jī)、化工、冶金和礦山等機(jī)械。該液壓缸符合本方案“結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕”的設(shè)計(jì)要求。液壓缸結(jié)構(gòu)如圖22所示。 圖22 液壓缸示意圖其中液壓缸活塞桿的終端與外部連桿用螺紋連接，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖23如下：圖23 活塞桿2）液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算已知液壓缸驅(qū)動(dòng)力FP，為液壓缸的工作負(fù)荷。由于，故選工作壓力P=1MPa 。據(jù)公式計(jì)算可得液壓缸內(nèi)徑根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，圓整后取D=32mm.活塞桿直徑 d==32mm=16mm活塞厚 B=(～)D 取B==32mm=缸筒長(zhǎng)度 L≤(20～30)D 取L為80mm導(dǎo)向筒長(zhǎng)度C≈(～)D==32mm=活塞行程：A 當(dāng)抓取80mm工件時(shí)，即手爪從張開120mm減小到80mm，活塞桿向前移動(dòng)大約30mm。取液壓缸行程S=35mm。B 液壓缸流量計(jì)算放松時(shí)流量夾緊時(shí)流量夾持器液壓缸的選用型號(hào)：W70L12La40B70N22BD。該型號(hào)液壓缸技術(shù)參數(shù)如下：工作壓力使用溫度范圍允許最大速度效率傳動(dòng)介質(zhì)缸徑有桿腔受壓面積無桿腔受壓面積溫度比1Mp300m/s90%常規(guī)礦物液壓油32mm第三章 平行四邊形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)目的及要求 機(jī)械手模仿人的手部動(dòng)作，按照給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吸取，將工件從傳送帶上取下送至加工中心。其中平行四邊形機(jī)構(gòu)安裝在升降臂上，升降臂安裝在底座上。平行四邊形機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動(dòng)并且隨升降臂上下運(yùn)動(dòng)。各個(gè)連接部分采用螺栓連接。 設(shè)計(jì)參數(shù)1)伸縮長(zhǎng)度：300mm，平行四邊形機(jī)構(gòu)固定在升降臺(tái)上，隨升降臺(tái)做上下運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；平行四邊形機(jī)構(gòu)前端安裝機(jī)械手，用于夾持工件；伸縮臂直線伸縮，完成工件的工位轉(zhuǎn)換。2)單方向伸縮時(shí)間：1~3)采用液壓驅(qū)動(dòng)方案。4)伸縮運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)和終止無剛性沖擊，定位準(zhǔn)確，要有定位措施。 液壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì) 平行四邊形機(jī)構(gòu)由液壓缸2來驅(qū)動(dòng)，采用單桿雙作用液壓油缸，手臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)采用單向調(diào)速閥進(jìn)行回油截流調(diào)節(jié)，接近終點(diǎn)時(shí)，發(fā)出信號(hào)，進(jìn)行調(diào)速緩沖。鑒于要使運(yùn)動(dòng)軌跡相重合，要求液壓缸采用擺動(dòng)式液壓缸。實(shí)現(xiàn)平行四邊形機(jī)構(gòu)的正反轉(zhuǎn)要求采用電液換向閥控制。圖31 BE桿示意圖 BE桿以A點(diǎn)為分界兩側(cè)的質(zhì)量差距過大，所以為了平衡性的考慮，在AE桿上加一重約3kg的質(zhì)量塊。 對(duì)BE桿的設(shè)計(jì)計(jì)算1)取BE桿進(jìn)行研究BE桿截面如圖所示，其中寬b=15㎜。高h(yuǎn)=30㎜。材料選取45號(hào)鋼，密度ρ=10179。㎏／m179。；圖32 BE桿截面圖2)受力計(jì)算桿BE受到A處的支撐力，B處的拉力，E處的拉力，如圖所示圖33 BE桿受力圖F?=F＋G／2=65＋9=74N其中：G—桿CD所受重力； F—桿BC與取料手所受重力；根據(jù)力的平衡∑M=0 F2lAE－F1lAB＋GAElAE／2－GABlAB／2=0∑Fx=0 F2－FA＋qlBE＋F1=0可得： F2=192N FA=290N ﹙其中GAE=37N,GAB=﹚3)畫出受力簡(jiǎn)圖圖34 BE桿彎矩圖圖35 BE桿扭矩圖由以上數(shù)據(jù)得：抗彎截面系數(shù)WZ=bh2／6=1530178。／6=2250mm