【正文】 要的。 機(jī)器人夾持器（手爪）的驅(qū)動方式主要有三種 這種驅(qū)動系統(tǒng)是用電磁閥來控制手爪的運動方向，用氣流調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)其運動速度。 機(jī)械手夾持器的運動和驅(qū)動方式 此處選夾持式手爪。用計算機(jī)控制最方便的是電氣式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 ，萬能性是指一機(jī)多能，而通用性是指有限的末端執(zhí)行器，可適用于不同的機(jī)器人，這就要求末端執(zhí)行器要有標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口（如法蘭），使末端執(zhí)行器實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和積木化。從工業(yè)實際應(yīng)用出發(fā)，應(yīng)著重開發(fā)各種專用的、高效率的機(jī)械手末端執(zhí)行器，加之以末端執(zhí)行器的快速 更換裝置，以實現(xiàn)機(jī)械手多種作業(yè)功能，而不主張用一個萬能的末端執(zhí)行器去完成多種作業(yè)。萬能末端執(zhí)行器在結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜，甚至很難實現(xiàn)，例如，仿人的萬能機(jī)械手靈巧手，至今尚未實用化。 。 。 、被抓取物體的重量及操作力的總和 機(jī)械手容許的負(fù)荷力。一個新的末端執(zhí)行器的出現(xiàn)，就可以增加一種機(jī)械手新的應(yīng)用場所。末端執(zhí)行器可分為搬運用、加工用和測量用等。具體的手腕（手臂手爪聯(lián)結(jié)梁）結(jié)構(gòu)見圖 24. 8 圖 24 手爪聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) 機(jī)械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)械手末端執(zhí) 行器的設(shè)計要求 機(jī)械手末端執(zhí)行器是安裝在機(jī)械手手腕上用來進(jìn)行某種操作或作業(yè)的附加裝置。通過增設(shè)導(dǎo)桿，能顯著提高機(jī)械手的運 動剛度和穩(wěn)定性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問題。 同時，因為控制和具體工作的要求，機(jī)械手的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大，若僅僅通過增大液壓缸的缸徑來增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的。 因為液壓系統(tǒng)能提供很大的驅(qū)動力，因此在驅(qū)動力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都是比較容易實現(xiàn)的。兩手臂的驅(qū)動均選擇液壓驅(qū) 動方式，通過液壓缸的直接驅(qū)動。直線運動的實現(xiàn)一般是氣動傳動，液壓傳動以及電動機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)。 機(jī)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。 ，這對減小馬達(dá)和液壓缸負(fù)載和提高機(jī)械手手臂運動的響應(yīng)速度是非常有利的。 ，以減小機(jī)械間隙所造成的運動誤差。 ，應(yīng)在保證機(jī)械手手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計時，要遵循下述原則； 。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比較多，而我其他兩個自由度的實現(xiàn)都是以液壓形式，便于統(tǒng)一，降低成本，機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)這里也采用液壓形式，及液壓馬達(dá)驅(qū)動。 ，提高機(jī)器人的控制精度，一般腰部回轉(zhuǎn)運動部分的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成，而不運動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。腰部與機(jī)器手手臂的聯(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。 部的回轉(zhuǎn)運動要有相應(yīng)的驅(qū)動裝置，此處選擇液壓馬達(dá)。在設(shè)計機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)時，要注意以下設(shè)計原則： ，以保證機(jī)械手在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求 工業(yè)機(jī)械手腰座，就是圓柱坐標(biāo)機(jī)械手，球坐標(biāo)機(jī)器手及關(guān)節(jié)型機(jī)械手的回轉(zhuǎn)基座。機(jī)械手工作布局圖如圖 22 所示。 圖 21（坐標(biāo)型機(jī)械手的五種形式） 設(shè)計具體采用方案 圖 22 機(jī)械手工作布局圖 具體到本設(shè)計，因為設(shè)計要求搬運的加工工 件的質(zhì)量達(dá) 8KG，且長度達(dá) 5 95mm，同時考慮到數(shù)控機(jī)床布局的具體形式及對機(jī)械手的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。還有一個移動關(guān)節(jié)，用于完成手爪在垂直于平面的運動。 關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。相對機(jī)械手本體尺寸，其工 作空間比較大。 4. 關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)械手的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，如圖 。主要應(yīng)用于搬運作業(yè)。 3. 球坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機(jī)械手的空間運動是由兩個回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動來實現(xiàn)的，如圖 。這種機(jī)械手構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。直角坐標(biāo)機(jī)械手主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。因此，為了實現(xiàn)一定的運動空間，直角坐標(biāo)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)械手有可能達(dá)到很高的位置精度（ μm 級）。各結(jié)構(gòu)形式 及其相應(yīng)的特點，分別介紹如下。本著科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計原則，同時也考慮本次設(shè)計是畢業(yè)設(shè)計的特點，將大學(xué)期間所學(xué)的知識，如機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理、 液壓、氣動、電氣傳動及控制、傳感 器、單片機(jī)、電子技術(shù)、自動控制、機(jī)械系統(tǒng)仿真等知識 盡可能多的綜合運用到設(shè)計中，使得經(jīng)過本次設(shè)計對大學(xué)階段的知識得到鞏固和強(qiáng)化，同時也考慮個人能力水平和時間的客觀實際，充分發(fā)揮個人能動性，腳踏實地，實事求是的做好本次設(shè)計。這次畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計原則是：以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計要求為根本設(shè)計目標(biāo)，充分考慮機(jī)械手工作的環(huán)境和工藝流程的具體要求。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第二代機(jī)械手正在加緊研制。聯(lián)邦德國 KnKa 公司還生產(chǎn)一種點焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種UnimateVicarm 型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于177。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回 轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。 1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。本設(shè)計能夠應(yīng)用到加工工廠車間，滿足數(shù)控機(jī)床以及加工中心的加工過程安裝、卸載加工工件的要求，從而減輕工人勞動強(qiáng)度，節(jié)約加工輔助時間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率 ,降低成本 ,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) ,適應(yīng)現(xiàn)代自動化大生產(chǎn) ,針對具體生產(chǎn)工藝 ,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計用一臺裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率 本機(jī)械手主要與數(shù)控銑床組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程（上料、加工、下料）的自動化、無人化。 設(shè)計目的 本設(shè)計通過對機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識進(jìn)行整合，完成一個特定功能、特殊要求的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手的設(shè)計，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實踐動手 能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對性和明確的實施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實踐的有機(jī)結(jié)合。目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。 Loading and unloading。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)械手；三自由度；上下料；單片機(jī) II Abstract Manipulator , an automation equipment with function of grabbing and moving the workpiece ,is used in an automated production perform scheduled program by the control system to realize the function of the positioning of the workpiece clamping. It pletely replace the human, saving labor resources, and improve production efficiency. This design is to achieve milling automatic loading and unloading .Design a manipulator with three degrees of freedom and 200mm horizontal stretching distance, 120mm vertical telescopic distance. Three degrees of freedom of the manipulator is body rotation, arm movements, as well as the movements of the body. In the design process, determine the overall scheme of the milling machine loading and unloading manipulator and milling machine loading and unloading manipulator, the overall structure of the design parameters of some ponents as well as the main ponents of the calculation and verification. In the means of Singlechip microputer for controlling, design the automatic control system of the manipulator and achieve accurate control of the milling machine loading and unloading. Key words: Manipulator。在設(shè)計過程中，確定了銑床上下料機(jī)械手的總體方案，并對銑床上下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，對一些部件進(jìn)行了參數(shù)確定以及對主要的零部件進(jìn)行了計算和校 核。 本設(shè)計以實現(xiàn)銑床自動上下料為目的，設(shè)計了個水平伸縮距為 200mm，垂直伸縮距為 200mm 具有三個自由度的銑床上下料機(jī)械手。 I 摘 要 機(jī)械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置， 由其控制系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)定的程序?qū)崿F(xiàn)對工件的定位夾持。完全取代了人力，節(jié)省了勞動資源，提高了生產(chǎn)效率。機(jī)械手三個自由度分別是機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，手臂的升降，以及機(jī)身的升降。以單片機(jī)為控制手段，設(shè)計了機(jī)械手的自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對銑床上下料機(jī)械手的準(zhǔn)確控制。 Three Degrees of Freedom。 single chip microputer III 目 錄 摘要 ． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． I 第 1 章 緒論 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．． 1 選題背景 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ......1 設(shè)計目的 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 設(shè)計原則 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 第 2 章 設(shè)計方案的論證 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 機(jī)械手的總體設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的類型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 設(shè)計具體采用方案 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．． 4 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 具體設(shè)計采用方案 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．