【正文】 形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)； E．焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。B．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。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢目前，在國內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下：A．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。目前，我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，越來越多的資金流向制造業(yè)，越來越多的廠商加入到制造業(yè)。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(jì)用一臺裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。1 數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手本設(shè)計(jì)通過對機(jī)械設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)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(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。而目前我國的工業(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。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)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(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手； PLC； 液壓伺服定位； 電液系統(tǒng)； AbstractIntegrate the knowledge of the past four years’ of undergraduate course of Machine, discuss and analysis the each part and function of manipulator?；赑LC對機(jī)械手的控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入細(xì)致的設(shè)計(jì)，通過對機(jī)械手作業(yè)的工藝過程和控制要求的分析，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件電路，同時(shí)編制了機(jī)械手的控制程序。具體進(jìn)行了機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)，腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)械手的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄緒言 1 數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)介紹 7 設(shè)計(jì)目的 7 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢 7 設(shè)計(jì)原則 82 設(shè)計(jì)方案的論證 10 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 10 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的類 10 設(shè)計(jì)具體采用方案 12 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 13 設(shè)計(jì)具體采用方案 13 機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14 機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)要求 16 設(shè)計(jì)具體采用方案 16 工業(yè)機(jī)器人腕部的結(jié)構(gòu) 17 機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 18 設(shè)計(jì)具體采用方案 18 機(jī)械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 機(jī)械手末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)要求 20 機(jī)器人夾持器的運(yùn)動和驅(qū)動方式 21 機(jī)器人夾持器的典型結(jié)構(gòu) 22 設(shè)計(jì)具體采用方案 22 機(jī)械手的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 23 工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 23 工業(yè)機(jī)器人常用的傳動機(jī)構(gòu)形式 27 設(shè)計(jì)具體采用方案 28 機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 機(jī)器人各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點(diǎn) 29 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則 29 機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng) 31 機(jī)器人氣動驅(qū)動系統(tǒng) 33 機(jī)器人電動驅(qū)動系統(tǒng) 36 設(shè)計(jì)具體采用方案 36 37 機(jī)器人平衡機(jī)構(gòu)的形式 37 設(shè)計(jì)具體采用的方案 383 理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算 38 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 38 確定液壓系統(tǒng)基本方案 39 擬定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路 39 液壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 40 繪制液壓系統(tǒng)圖 41 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 46 計(jì)算和選擇液壓元件 48 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 48 電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算 48 有關(guān)參數(shù)的計(jì)算 51 電機(jī)型號的選擇 524 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 52 機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 機(jī)械手工藝過程與控制要求 52 機(jī)械手的作業(yè)流程 53 機(jī)械手操作面板布置 54 控制器的選型 55 控制系統(tǒng)原理分析 56 PLC外部接線設(shè)計(jì) 57 I/O地址分配 58 機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 59 59 595 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 61結(jié)論致謝 參考文獻(xiàn) 附錄1 附錄2 摘 要通過對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)大學(xué)本科兩年的所學(xué)知識進(jìn)行整合，對工業(yè)機(jī)械手各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能的論述和分析，設(shè)計(jì)了一種圓柱坐標(biāo)形式的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手。重點(diǎn)針對機(jī)械手的腰座、手臂、手爪等各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)以及機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。同時(shí)對液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和計(jì)算。設(shè)計(jì)達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。 design a kind of cylinderical coordinate manipulator used to pack and unload work piece for CNC machine tools. In particular, made the detailed design about base, arm, and end effector and the control system etc. including Total design, waist’s construction design, the arm’s construction design, the wrist’s construction design, the end effector’s construction design, and the drive system of manipulator. At the same time, analysis and pute the hydraulic pressure system and control system. Deeply design the manipulator’s control system, which based on PLC. After analysis about the craft process and the requests of the manipulator, the hardware circuit and the control program of the manipulator then is designed. In a word, the design of the manipulator has e to the anticipant object.Keywords: Manipulator；PLC；Hydraulic servo control；Electro hydraulic system緒 言 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，它是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)力。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個(gè)重要組成部分。當(dāng)工件變更時(shí)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。本機(jī)械手主要與數(shù)控車床（數(shù)控銑床，加工中心等）組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過程（上料、加工、下料）的自動化、無人化。本設(shè)計(jì)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(shí)間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(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)。C．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)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)?？偟膩碚f，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則是：以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計(jì)要求為根本設(shè)計(jì)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。本著科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也考慮本次設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將大學(xué)期間所學(xué)的知識，如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、液壓、氣動、電氣傳動及控制、傳感器、可編程控制器（PLC）、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(yùn)用到設(shè)計(jì)中，使得經(jīng)過本次設(shè)計(jì)對大學(xué)階段的知識得到鞏固和強(qiáng)化，同時(shí)也考慮個(gè)人能力水平和時(shí)間的客觀實(shí)際，充分發(fā)揮個(gè)人能動性，腳踏實(shí)地，實(shí)事求是的做好本次設(shè)計(jì)。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下。由于直線運(yùn)動易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度（μm級）。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。3. 球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動和一個(gè)直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。4. 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。相對機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。該機(jī)械手在工作中需要3種運(yùn)動,其中手臂的伸縮和立柱升降為兩個(gè)直線運(yùn)動,另一個(gè)為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動,綜合考慮，機(jī)械手自由度數(shù)目取為3，坐標(biāo)形式選擇圓柱坐標(biāo)形式，即一個(gè)轉(zhuǎn)動自由度兩個(gè)移動自由度，其特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)比較簡單,手臂運(yùn)動范圍大,且有較高的定位準(zhǔn)確度。 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)后，就要針對機(jī)械手的腰部、手臂、手腕、末端執(zhí)行器等各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。它是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，機(jī)器人的運(yùn)動部分全部安裝在腰座上，它承受了機(jī)器人的全部重量。，因此，機(jī)器人的基座和腰部軸及軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力。，它包括驅(qū)動器（電動、液壓及氣動）及減速器。、調(diào)整。要設(shè)有調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來調(diào)整腰部軸承間隙及減速器的傳動間隙。 設(shè)計(jì)具體采用方案腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動形式要么是電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，要么是通過擺動液壓缸或液壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)，目前的趨勢是用前者?？紤]到腰座是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對機(jī)械手的最終精度影響大，故采用電機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。因?yàn)辇X輪傳動存在著齒側(cè)間隙，影響傳動精度，故采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于100），同時(shí)為了減小機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)，齒輪采用高強(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加工制造，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循下述原則；；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)器人運(yùn)動學(xué)正逆運(yùn)算簡化，有利于機(jī)器人的控制。工作空間的形狀和大小與機(jī)器人手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系。，應(yīng)在保證機(jī)器人手臂有足夠強(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。目前，在國外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)器人手臂。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動誤差。，這對減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)器人手臂運(yùn)動的響應(yīng)速度是非常有利的。，以及驅(qū)動裝置，傳動機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。直線運(yùn)動的實(shí)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(shí)現(xiàn)。綜合考慮，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，液壓缸既是驅(qū)動元件，又是執(zhí)行運(yùn)動件，不用再設(shè)計(jì)另外的執(zhí)行件了；而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，控制簡單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。因此手臂