搬運機械手及其控制系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-08-03 14:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的工業(yè)機械手的研究研發(fā)開發(fā)始于20世紀70年代左右。1972年我國的第一臺工業(yè)機械手開發(fā)制造于上海，隨著全國各省都開始研制和研發(fā)應(yīng)用機械手。自從第七個五年計劃的開始，我國政府將工業(yè)機器人的發(fā)展列入其中并作為重點項目，并且為此項目投入大量的人力物力，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人，有由北京機械自動化研究所設(shè)計制造的噴涂機器人，廣州機床研究所和北京機床研究所合作設(shè)計制造的點焊機器人，大連機床研究所設(shè)計制造的氬弧焊機器人等等。這些工業(yè)機器人的控制器，幾乎大部分都是由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所和北京科技大學(xué)機器人研究所開發(fā)的，同時一系列的機器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機，編碼器，氣壓液壓等技術(shù)等等。如今我國正從一個“制造型大國”向“制造型強國”邁進，中國的制造業(yè)正在面臨著與國際接軌、世界接軌、參與國際分工的巨大工作和挑戰(zhàn)當中，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，中國政府務(wù)必會加大對機器人的資金投入和政策支持，將會給機械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力和活力。隨著機械手發(fā)展的深度和廣度以及機器人智能水平的不斷提高，中國的機械手已在眾多領(lǐng)域得到了廣泛普遍的應(yīng)用。已經(jīng)從傳統(tǒng)的汽車的制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)用于維護維修的機器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域機械手的應(yīng)用也越來越多。在未來幾年，我國將在傳感技術(shù)，激光技術(shù)，工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中機械手將會被廣泛應(yīng)用，因此這些技術(shù)會使機械手的應(yīng)用更為高效，高質(zhì)，運行成本將更低。據(jù)一系列現(xiàn)象證據(jù)表明，今后機械手將在醫(yī)療、保健、生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)、教育、救災(zāi)、海洋開發(fā)、機器維修、交通運輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等等各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 1 需要解決機械手機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題，并且要求搬運機械手結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、操作方便具有一定的代表性和可性行。2 各執(zhí)行部件的運動要協(xié)調(diào)穩(wěn)定精度要達到一定的精度的問題。3 機械手的控制系統(tǒng)問題，解決工件和控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)穩(wěn)定連續(xù)運行問題。4 還需要解決元件的匹配規(guī)則和知識的獲取及其表達形式等等問題。 第二章 搬運機械手夾持部分計算 夾持式手部驅(qū)動力計算任務(wù)書給出的工件的質(zhì)量是G=1 千克，尺寸等于3232（直徑高度），材料是塑料。1 根據(jù)夾持工件的質(zhì)量G及方位計算手指能夠把工件夾緊的夾緊力N粗略為N（~）G10N。 2 根據(jù)夾緊力N和所采用的傳力機構(gòu)，計算出理論的驅(qū)動力。有上圖可知c=15mm b=40mm 176。得=N==25N3 計算出實際的驅(qū)動力p（千克） ——————理論驅(qū)動力 ——————安全系數(shù) ， 負載50005000~1000010000~2000020000~3000030000~5000050000工作壓力~1~2~33~44~55~7—————工作情況系數(shù)，其中主要考慮慣性力的影響，由此可按以下公式計算 =1+ a——————為手部抓取工件的手臂運動的最小加速度（）—————— 傳力機構(gòu)的機械效率，一般情況取=~由以上求如果被抓取工件為勻速運動則a=0。則=1+=1+0=1,所以==50N所以夾持工件時所需要的夾緊氣缸的驅(qū)動力約為50N第三章 上下移動氣缸的選型計算 上下移動缸的計算確定 由《機械設(shè)計手冊第四卷》 取氣缸工作壓力約為=， 氣缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定。單活塞桿氣缸是當今現(xiàn)代應(yīng)用最為廣泛的，所以該課題夾緊氣缸采用單活塞桿。由于其單活塞作用缸一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效的面積不再相等，活塞上行是產(chǎn)夾緊的力，活塞下行時產(chǎn)生松開的力。其中 =公式中 ————表示活塞桿拉的松開力N—————表示活塞桿的夾緊力N—————表示氣缸工作時總阻力N——————表示氣缸工作阻力D——————表示活塞直徑 mmd——————表示活塞桿直徑 mm其中總阻力與多種因素有關(guān)，比如慣性力、摩擦力、背壓力等等，綜上以上因素可以用載荷率的形式代入公式。求得氣缸的松開力和夾緊力由此 =；=對于氣缸動態(tài)參數(shù)的要求較高時，一般情況取=~，因此該課題要求一般取=~，所以此處取=。由以上分析計算可以得雙向作用的氣缸直徑尺寸。 其中=N=100N D=== 查機現(xiàn)代實用氣動技術(shù)圓整，得D=25mm標準氣缸直徑，由=~，可得活塞桿直徑。 d=（~~）*D=5~10mm 所以取活塞桿直徑d=10mm 。3．由于缸筒筒璧直接承受空氣壓力，所以必須需要一定的厚度，通常情況一般的氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比應(yīng)小于或等于1:10，所以氣缸壁厚可按以下薄壁缸公式來計算。 其中式中 ——————缸筒的壁厚 mm。 D——————表示氣缸的內(nèi)徑 mm ——————表示氣缸實驗的壓力，[]——————表示 缸筒璧材料的許用壓力缸筒材料先按鑄鋁合金ZL106其中[]=3MPa。于是壁厚==2mm取=2mm，則缸筒外徑為=D+=25+2*2=29mm。為了擴大搬運機械手的工作范圍，臂伸距離盡量擴大，初步估計l=75mm。：根據(jù)設(shè)計手冊公式可知當活塞桿長度L10d時，所以要校核桿的穩(wěn)定性。氣缸承受的軸向負載當達到極限值以后，即使有很小的干擾力便會使桿產(chǎn)生彎曲變形，從而導(dǎo)致氣缸不能進行正常的工作。由機械設(shè)計手冊第四卷可知活塞桿穩(wěn)定性條件如下。 以上式中————表示氣缸所承受的軸向負載 ，N————表示氣缸的壓桿穩(wěn)定極限力 ， N ————表示氣缸的壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，通常情況一般取=2~6由于氣缸的壓桿穩(wěn)定極限力與缸的安裝形式活塞桿直徑及行程等等有關(guān)，所以根據(jù)機械設(shè)計手冊公式可知。當長細桿比的 時侯， 如果長細比的時侯， =其中式中 L————表示活塞桿的計算系數(shù)， m K ————表示活塞桿橫截面的回轉(zhuǎn)半徑， 桿為實心桿時K== I————表示活塞桿斷面慣性矩則實心桿I= A————表示活塞桿截面積 m————表示系數(shù)，機械設(shè)計手冊第四卷 E————表示材料彈性模量，對剛?cè)=^11
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