【正文】 統(tǒng)、機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人是相對較新的電子設(shè)備 ,它正開始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。按照抓持物件形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求的不同 ,手部有多種結(jié)構(gòu)形式 ,如夾持型 ,托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式 ,稱為機(jī)械手的自由度。旋轉(zhuǎn)是通過伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械手基座轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。 關(guān)鍵詞 :三自由度 ,圓柱坐標(biāo) ,工業(yè)機(jī)器人 ABSTRACT Industrially, the automatic control systems are found in numerous applications, such as the automation machine tool control, puter systems and robotics. Industrial robots, as the relatively new electromechanical devices, are changing the appearance of the modern industry. Automatic robot arm can mimic certain actions of hunman hands and arms,like a fixed procedure for the object capturing, moving objects or tools operating of the automatic operation device, Robot arm is posed of the hand the moving mechanism. with the differences of the shape, the size, the weight, the material and the operational requirements, the hand has various structural forms, such as clamp type, care support and the adsorption type, etc. The function of the moving mechanism is to acplish a variety of hand rotation, movement or campaign to achieve the required posite action and to change the location and the posture of objects. The independence movements of the lifting, the stretching and the rotation are referred as the degrees of freedom manipulator. This paper introduced a cylindrical robot for three degree of freedom. The working direction are posed of two linear directions, which are implement through the stretching of forearm and are driven by a ball screw, and one rotary direction, which is implemented through the rotation of the robot base driven by a servo motor. Under the action of the controller, it performs the work piece form a line capture and transport to another line of action of this simple action[1] Key words :three degrees of freedom, cylindrical, industrial robot 目 錄 1 緒論 1 課題的來源、目的與意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 1 2 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 3 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 3 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析 4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析 6 3 工業(yè)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析 7 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械傳動(dòng)裝置的選擇 23 4 機(jī)械手的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 24 機(jī)械手單片機(jī)控制方案 24 機(jī)械手單片機(jī)接線原理圖的設(shè)計(jì) 28 機(jī)械手單片機(jī)程序流程圖的設(shè)計(jì) 31 5 結(jié)論 35 1 緒論 課題的來源、目的與意義 本課題來源于生產(chǎn)社會(huì)實(shí)踐。并掌握了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與原理 ,能夠通過單片機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)來控制與驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)作。對待事物能夠先進(jìn)行認(rèn)真分析與了解 ,勇于創(chuàng)新與實(shí)踐。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 目前在世界上形成了以日本 ,美國和歐盟機(jī)械手技術(shù)三足鼎立的局面。 位于日本京都的 Activelink 公司正在開發(fā)這個(gè)雙臂“力量強(qiáng)化”的機(jī)器人 ,該公司歸日本電子巨頭松下公司所有 ,并提供資助。這 個(gè)有 6 人的工程師團(tuán)隊(duì)由 Go Shirogauchi 領(lǐng)導(dǎo) ,2020 年開始從事這項(xiàng)研究。 Shirogauchi 說 :“這個(gè)機(jī)器人手臂將主要用于災(zāi)區(qū)需要挪動(dòng)重物的地方 ,而在這個(gè)地方輪式車輛無法工作。這個(gè)裝置還可運(yùn)用于倉庫和建筑工地方面。這個(gè)缺點(diǎn)限制 了它的運(yùn)用。 美國科學(xué)家近日宣布 ,它們利用大腦芯片技術(shù) ,研制出一種神奇的機(jī)械臂。這一技術(shù)有望為截肢和癱瘓者帶來福音。機(jī)械手里面裝有傳感器 ,與一個(gè)頭發(fā)般薄得微芯片相連接 ,微芯片植入大腦后 ,傳感器接收到大腦神經(jīng)元發(fā)出的信號(hào)后 ,將信號(hào)傳入電腦進(jìn)行分析 ,指揮機(jī)械手進(jìn)行對應(yīng)的活動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)里 ,這一技術(shù)已經(jīng)在猴子身上得到應(yīng)驗(yàn)。雖然在以往的實(shí)驗(yàn)里 ,科學(xué)家已經(jīng)成功的將智能芯片植入大腦 ,但也僅僅是實(shí)現(xiàn)了用意念來進(jìn)行簡單的活動(dòng) ,例如控制電腦鼠標(biāo) ,進(jìn)行在電腦上收發(fā)電子郵件和畫圖 ,切換電視頻道等?？茖W(xué)家們希望這種機(jī)械臂在幾年后能夠得到廣泛使用 ,到時(shí)候 ,截肢和癱瘓者就有希望擺脫“有心無力”的困境了 [2]。 執(zhí)行系統(tǒng) :執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成抓取工件 ,實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件 ,它包括手部、腕部、機(jī)身等。 (2)腕部 :又稱手腕 ,是連接手部和臂部的部件 ,其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。 (4)機(jī)身 :是支承手臂的部件 ,其作用是帶動(dòng) 臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動(dòng)。常用的機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)。 檢測系統(tǒng) :作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況 ,根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng) ,與設(shè)定進(jìn)行比較 ,以保證運(yùn)動(dòng)符合要求。 圖 22 各部分關(guān)系圖 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析 設(shè)計(jì)要求 綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) ,搜集有關(guān)資料獨(dú)立完成三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)工作。 (最大速度 : 60 度每秒 ) (6)支座旋轉(zhuǎn)角度 : 90176。這兩項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的伺服控制驅(qū)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人 ,利用大扭矩電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 。末端夾持器則采用內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器 ,用小型液壓缸驅(qū)動(dòng)夾緊 。 圖 23 機(jī)械手外形圖 工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)性能參數(shù) 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是說明其規(guī)格和性能的具體指標(biāo)。這項(xiàng)參數(shù)與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān) ,一般是指在正常速度下所抓取的重量。 (3)坐標(biāo)形式和自由度 : 說明機(jī)器人機(jī)身、手部、腕部等共有的自由度數(shù)及它們組成的坐標(biāo)系特征。根據(jù)運(yùn)動(dòng)行程范圍和坐標(biāo)形式就可確定機(jī)器人的工作范圍。通常所指的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)器人的最大運(yùn)動(dòng)速度。目前 ,國內(nèi)外機(jī)器人的最大直線移動(dòng)速度為 1000mm/s 左右 ,一般為 200~400mm/s。 (6)定位精度和重復(fù)定位精度 : 定位精度和重復(fù)定位精度是衡量機(jī)器人工作質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 本課題設(shè)計(jì)中我采用的是三自由度圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手 ,其中機(jī)械手的基座、大臂、手臂與末端執(zhí)行器分別通過伺服電機(jī)、液壓缸與單片機(jī)控制。 表 21 三自由度圓柱坐標(biāo)機(jī)器人 機(jī)械手類型 三自由度圓柱坐標(biāo)型 抓取重量 1Kg 自由度 3 個(gè) (1 個(gè)回轉(zhuǎn) 2 個(gè)移動(dòng) ) 機(jī)座 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)角 90176。 (可能根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)過程改動(dòng) )。 圖 24 機(jī)械手工作流程圖 3 工業(yè)機(jī)的 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工業(yè)