關(guān)節(jié)式物料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)含11張CAD圖,關(guān)節(jié),物料,搬運(yùn),機(jī)械手,設(shè)計(jì),11,CAD 關(guān)節(jié)式物料搬運(yùn)機(jī)械手關(guān)節(jié)式物料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)日期：日期：20XX20XX年年5 5月月1010日日答辯人：答辯人：XXXX1.1.選題背景及意義選題背景及意義2 2研究方法及過程研究方法及過程3.3.研究成果展示研究成果展示4.4.論文總結(jié)論文總結(jié)目錄PART ONE選題背景及意義選題背景及意義Copy paste fonts.Choose the only option to retain text.選題背景及意義選題背景及意義5536712 美國于上世紀(jì)五十年代最先開始這方面的研究。然而，現(xiàn)如今，美國于上世紀(jì)五十年代最先開始這方面的研究。然而，現(xiàn)如今，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最快最好的國家卻是日本，同時(shí)也是應(yīng)用最多的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最快最好的國家卻是日本，同時(shí)也是應(yīng)用最多的國家。我國雖然是和日本差不多的時(shí)候開始研究機(jī)械手，但是卻在國家。我國雖然是和日本差不多的時(shí)候開始研究機(jī)械手，但是卻在諸多困難下導(dǎo)致機(jī)器人技術(shù)發(fā)展緩慢。諸多困難下導(dǎo)致機(jī)器人技術(shù)發(fā)展緩慢。研究背景目前，我國已經(jīng)加快這方面的研究，通過借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)開發(fā)目前，我國已經(jīng)加快這方面的研究，通過借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)開發(fā)出真正屬于我們自己的工業(yè)機(jī)器人出真正屬于我們自己的工業(yè)機(jī)器人。選題背景及意義選題背景及意義 機(jī)械加工中除了切削之外，還有很多其他的工作，機(jī)械加工中除了切削之外，還有很多其他的工作，例如裝卸、搬運(yùn)等。這些部分的工作阻攔的機(jī)械領(lǐng)域例如裝卸、搬運(yùn)等。這些部分的工作阻攔的機(jī)械領(lǐng)域自動(dòng)化的進(jìn)程。機(jī)器人則可以有效地處理這個(gè)問題。自動(dòng)化的進(jìn)程。機(jī)器人則可以有效地處理這個(gè)問題。工業(yè)機(jī)器人的研制是制造業(yè)的大勢所趨。機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的研制是制造業(yè)的大勢所趨。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展對于實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化來說，是必不可少的技術(shù)的發(fā)展對于實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化來說，是必不可少的部分，它的應(yīng)用能夠大幅度提高制造效率，降低人的部分，它的應(yīng)用能夠大幅度提高制造效率，降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減低制造成本，不斷的提高機(jī)械制造領(lǐng)域勞動(dòng)強(qiáng)度，減低制造成本，不斷的提高機(jī)械制造領(lǐng)域自動(dòng)化的程度。自動(dòng)化的程度。PART TWO研究方法及過程研究方法及過程Copy paste fonts.Choose the only option to retain text.研究方法及過程研究方法及過程 機(jī)械手是被設(shè)計(jì)用來滿足自動(dòng)化需求，提高生產(chǎn)效率的一種機(jī)械裝置，機(jī)械手是被設(shè)計(jì)用來滿足自動(dòng)化需求，提高生產(chǎn)效率的一種機(jī)械裝置，這就需要綜合分析，從而選擇合適的機(jī)械手。所以要先做以下準(zhǔn)備工作：這就需要綜合分析，從而選擇合適的機(jī)械手。所以要先做以下準(zhǔn)備工作：(1)(1)確定機(jī)械手在何種場所應(yīng)用，明確機(jī)械手應(yīng)當(dāng)完成的工作。確定機(jī)械手在何種場所應(yīng)用，明確機(jī)械手應(yīng)當(dāng)完成的工作。(2)(2)分析機(jī)械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境。分析機(jī)械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境。(3(3）剖析機(jī)械手的工作需求，確定機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案、控制程序和能）剖析機(jī)械手的工作需求，確定機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案、控制程序和能夠?qū)崿F(xiàn)的功能等，比如自由度數(shù)，動(dòng)作的速度等，再進(jìn)一步利用被搬運(yùn)物夠?qū)崿F(xiàn)的功能等，比如自由度數(shù)，動(dòng)作的速度等，再進(jìn)一步利用被搬運(yùn)物體的形狀、尺寸、重量等，確定機(jī)械爪的握力大小和應(yīng)當(dāng)采取什么形式的體的形狀、尺寸、重量等，確定機(jī)械爪的握力大小和應(yīng)當(dāng)采取什么形式的機(jī)械爪。機(jī)械爪。研究方法及過程研究方法及過程 本次設(shè)計(jì)為物料運(yùn)送機(jī)器手的設(shè)計(jì)，通過機(jī)械手完成對兩個(gè)不本次設(shè)計(jì)為物料運(yùn)送機(jī)器手的設(shè)計(jì)，通過機(jī)械手完成對兩個(gè)不同地方的物料進(jìn)行運(yùn)送，由于機(jī)械手在多種場合都能發(fā)揮作用，其同地方的物料進(jìn)行運(yùn)送，由于機(jī)械手在多種場合都能發(fā)揮作用，其中涉及流水線環(huán)境物料的形狀，狀態(tài)等因素?？紤]我所掌握的知識(shí)中涉及流水線環(huán)境物料的形狀，狀態(tài)等因素?？紤]我所掌握的知識(shí)和我的能力，我選擇小批量生產(chǎn)流水線上的物料運(yùn)送機(jī)械手。和我的能力，我選擇小批量生產(chǎn)流水線上的物料運(yùn)送機(jī)械手。所以，結(jié)構(gòu)選用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)部分采用伺服電動(dòng)機(jī)和諧波所以，結(jié)構(gòu)選用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)部分采用伺服電動(dòng)機(jī)和諧波減速器的組合。減速器的組合?？刂葡到y(tǒng)選用控制系統(tǒng)選用PLCPLC和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行組合的形式。和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行組合的形式。研究過程研究過程研究方法及過程研究方法及過程研究方法及過程研究方法及過程研究方法及過程研究方法及過程 關(guān)節(jié)式機(jī)械手一般是由2個(gè)肩關(guān)節(jié)來控制機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)與俯仰，一個(gè)肘關(guān)節(jié)一般是由兩個(gè)肩關(guān)節(jié)配合進(jìn)行定位，再使用兩到三個(gè)腕關(guān)節(jié)進(jìn)行定向。研究方法及過程研究方法及過程3 3 3 3、機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡化示意圖、機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡化示意圖、機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡化示意圖、機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡化示意圖1小臂 2大臂 3肩部 4諧波減速器 5交流伺服電機(jī) 6氣動(dòng)機(jī)械手研究方法及過程研究方法及過程a.伺服控制部分 完整的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括：伺服控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電動(dòng)完整的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括：伺服控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電動(dòng)機(jī)以及至少一個(gè)檢測元件，所有這些部件都在一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中運(yùn)行：機(jī)以及至少一個(gè)檢測元件，所有這些部件都在一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中運(yùn)行：驅(qū)動(dòng)器接受控制控制器的指令信息，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載；檢測元件測量各種驅(qū)動(dòng)器接受控制控制器的指令信息，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載；檢測元件測量各種參數(shù)，輸入控制器實(shí)現(xiàn)指令信息值與實(shí)際位置值的比較，然后通過閉環(huán)控參數(shù)，輸入控制器實(shí)現(xiàn)指令信息值與實(shí)際位置值的比較，然后通過閉環(huán)控制使實(shí)際位置值和指令信息值保持一致制使實(shí)際位置值和指令信息值保持一致。研究方法及過程研究方法及過程b.PLCb.PLC控制部分控制部分 傳感器、編碼器將檢測記錄到的運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)狀況傳感器、編碼器將檢測記錄到的運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)狀況并以開關(guān)量形式傳遞給并以開關(guān)量形式傳遞給I/OI/O，PLCPLC接收到這些信號并經(jīng)過處理接收到這些信號并經(jīng)過處理后，發(fā)出指令，傳遞給后，發(fā)出指令，傳遞給I/OI/O，系統(tǒng)進(jìn)入下一道命令執(zhí)行中。，系統(tǒng)進(jìn)入下一道命令執(zhí)行中。PART THREE研究成果展示研究成果展示Copy paste fonts.Choose the only option to retain text.研究成果展示研究成果展示PART FOUR論文總結(jié)論文總結(jié)Copy paste fonts.Choose the only option to retain text.論文總結(jié)論文總結(jié) 本次課題主要是對生產(chǎn)線上的小型物料的搬運(yùn)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了本次課題主要是對生產(chǎn)線上的小型物料的搬運(yùn)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手，對機(jī)械手的機(jī)械主體進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究。進(jìn)行了選擇自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手，對機(jī)械手的機(jī)械主體進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究。進(jìn)行了選擇何種結(jié)構(gòu)，采用何種方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用什么程序進(jìn)行控制等工作。何種結(jié)構(gòu)，采用何種方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用什么程序進(jìn)行控制等工作。優(yōu)點(diǎn)：相對于其他類型的機(jī)械手，本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單，優(yōu)點(diǎn)：相對于其他類型的機(jī)械手，本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單，更為靈活，通用性強(qiáng)且便于維修，成功降低了成本，有相對較好的負(fù)更為靈活，通用性強(qiáng)且便于維修，成功降低了成本，有相對較好的負(fù)載能力。載能力。缺點(diǎn)：需要進(jìn)行編程，計(jì)算機(jī)模擬時(shí)間長導(dǎo)致前期準(zhǔn)備工作量大，缺點(diǎn)：需要進(jìn)行編程，計(jì)算機(jī)模擬時(shí)間長導(dǎo)致前期準(zhǔn)備工作量大，同時(shí)也較為簡陋。同時(shí)也較為簡陋。創(chuàng)新點(diǎn)：采用直接將諧波減速器輸出軸和回轉(zhuǎn)支座連接在一起的創(chuàng)新點(diǎn)：采用直接將諧波減速器輸出軸和回轉(zhuǎn)支座連接在一起的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。SIMON PPTSay hello to Italy.感感 謝謝 各位專家批各位專家批 評評 指指 正正THE END 關(guān)節(jié)式物料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 摘要 根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的要求，本課題設(shè)計(jì)了針對在物料搬運(yùn)過程中的關(guān)節(jié)式物料搬運(yùn)機(jī)械手。主要進(jìn)行了機(jī)械手的整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，手臂部分的強(qiáng)度校核，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型，手部抓取結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作靈活。在各處關(guān)節(jié)均使用交流伺服電機(jī)和諧波減速器組合的形式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，材料選擇鋁合金，鋁合金質(zhì)量較輕的同時(shí)還擁有較好的強(qiáng)度剛度。結(jié)構(gòu)簡單容易維修且降低了成本，同時(shí)有較好的負(fù)載能力。底座設(shè)計(jì)采用圓柱形設(shè)計(jì)，減少機(jī)械臂的占地。抓持部分采用技術(shù)已經(jīng)成熟的氣動(dòng)機(jī)械爪，保證對物料進(jìn)行有效地抓持。此次設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)選擇使用PLC和交流伺服驅(qū)動(dòng)混合控制的形式。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手；運(yùn)輸物料；伺服；PL I ABSTRACT According to the requirements of modern industrial automation, this paper designs a jointed manipulator for material handling in the process of material handling. It mainly includes the structure design of the mechanical arm, the selection design of driving motor and the design of grasping manipulator. The manipulator designed in this study is easy to operate, covers an area of small, flexible movement. The material for handling the mechanical arm is aluminum alloy, which is light and has good strength and rigidity. The joint is connected with harmonic reducer and ac servo motor to drive the design of the next part directly. The structure is simple and the cost is reduced. At the same time, it has better load capacity. The base design adopts a cylindrical design to reduce the floor space of the mechanical arm. The grasping part adopts the pneumatic mechanical claw with mature technology to ensure the effective grasping of materials. The control part is controlled by mitsubishi PLC, easy to control by programming. KEY WORDS:Manipulator；Conveying work piece；Servo ；PL III XXX 目錄 摘要 I ABSTRACT II 第1章 引言 １ 1.1研究目的及意義 １ 1.2機(jī)械手的歷史、現(xiàn)狀 ２ 1.3研究的主要內(nèi)容 ２ 第二章 搬運(yùn)機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì) ４ 2.1 搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求 ４ 2.2機(jī)械手設(shè)計(jì)的思路分析 ４ 2.3總體設(shè)計(jì)框圖 ４ 2.4基本設(shè)計(jì)參數(shù) ５ 2.5機(jī)械手組成和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ６ 2.6驅(qū)動(dòng)方式選擇 ７ 2.7控制系統(tǒng)的選擇 ７ 2.8機(jī)械手的選擇 ７ 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 ８ 3.1驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ８ 3.2氣動(dòng)手爪的選型計(jì)算 ９ 3.3手爪氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 １１ 3.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算 １２ 3.4.1手爪旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選型計(jì)算 １２ 3.4.2小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相關(guān)計(jì)算 １５ 3.4.3大臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相關(guān)計(jì)算 １７ 3.4.4肩部回轉(zhuǎn)電機(jī) １９ 3.5手臂強(qiáng)度校核 １９ 3.6制動(dòng)器 ２１ 第四章 控制系統(tǒng)的選擇 ２１ 4.1 控制系統(tǒng)分類 ２２ 4.2 控制系統(tǒng)方案分析 ２２ 4.3 系統(tǒng)控制方案確定 ２２ 4.4PLC及控制單元選型 ２４ 第五章 結(jié)論與展望 ２５ 5.1 結(jié)論 ２５ 5.2 展望 ２５ 致謝 ２６ 第1章 引言 1.1研究目的及意義 伴隨著人類對物質(zhì)世界的探索，各個(gè)學(xué)科都在不停的取得新成就，由此，在制造業(yè)上的新技術(shù)也在層出不窮。機(jī)器人技術(shù)成為了近年來飛速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，世界上的大多數(shù)國家都在這項(xiàng)技術(shù)上投入了大量的資源。 機(jī)器人技術(shù)是近幾十年才出現(xiàn)的一種新興的高科技技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)涉及機(jī)械、傳感器技術(shù)、電子、計(jì)算機(jī)等范疇[ 參考文獻(xiàn) [] 黃浩乾.采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)及其控制研究：[碩士學(xué)位論文].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010 ]。在這之中，最為常見的就是機(jī)械手，在現(xiàn)代化的工廠中，機(jī)械手正在越來越多的作為減輕人類勞動(dòng)提高生產(chǎn)力的工具被使用。除了在制造業(yè)中，在其他甚至像農(nóng)業(yè)的等領(lǐng)域，都能看到機(jī)械手在其中逐步發(fā)揮自己的作用。為了提高生產(chǎn)的效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，人們發(fā)明了機(jī)械手。隨著它的的出現(xiàn)，就立刻減輕了人類的工作強(qiáng)度，解放了人類的生產(chǎn)力，能夠在糟糕的環(huán)境中代替人類完成各種工作。所以，機(jī)械手的出現(xiàn)也是為了滿足社會(huì)的需求和發(fā)展而出現(xiàn)的。很多國家都在對機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行積極的研究和探索，研制出很多新型且使用性能良好的機(jī)械手。 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中一定要完成的事情。但是相對于已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)連續(xù)性自動(dòng)化過程的化工來說，在機(jī)械加工領(lǐng)域，加工、裝配等工序是無法連續(xù)生產(chǎn)的，所以自動(dòng)化問題仍然亟待解決。對于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)，能夠使用專用機(jī)床解決自動(dòng)化這個(gè)問題，對于品種多產(chǎn)量少的生產(chǎn)，大多是使用加工中心等自動(dòng)化機(jī)械解決機(jī)械加工等部分的自動(dòng)化問題。但是機(jī)械加工中除了切削之外，還有很多其他的工作，例如裝卸、搬運(yùn)等。這些部分的工作阻攔的機(jī)械領(lǐng)域自動(dòng)化的進(jìn)程。機(jī)器人則可以有效地處理這個(gè)問題。 “工業(yè)機(jī)器人”：一般是指可以進(jìn)行編程控制，然后獨(dú)立完成自動(dòng)抓起、搬運(yùn)工件等工作的一種裝置 機(jī)器人是能夠模仿一部分的人類的上肢的功能，工作程序則可以進(jìn)行不同的設(shè)定的一種自動(dòng)化裝置。專用機(jī)器人功能單一，但是同時(shí)也代表著結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，成本較低，維修容易，只能固定完成一種工作。相對的工業(yè)機(jī)器人被稱為通用機(jī)器人，因?yàn)檫m應(yīng)性較高，可以完成不同的工作。 工業(yè)機(jī)器人的研制是制造業(yè)的大勢所趨。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展對于實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化來說，是必不可少的部分，它的應(yīng)用能夠大幅度提高制造效率，降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減低制造成本，不斷的提高機(jī)械制造領(lǐng)域自動(dòng)化的程度。 1.2機(jī)械手的歷史、現(xiàn)狀 美國于上世紀(jì)五十年代最先開始這方面的研究。然而，現(xiàn)如今，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最快最好的國家卻是日本，同時(shí)也是應(yīng)用最多的國家，而日本是在1969年開始借鑒美國的技術(shù)研制機(jī)械手。與日本相比，我國雖然是差不多的時(shí)候開始研究機(jī)械手，但是卻在諸多困難下導(dǎo)致機(jī)器人技術(shù)發(fā)展緩慢。 在日本和我國剛開始進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的研究時(shí)，德國就已經(jīng)有公司研制出專門用于點(diǎn)焊的機(jī)械手了。目前，我國已經(jīng)加快這方面的研究，通過借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)出真正屬于我們自己的工業(yè)機(jī)器人。 第一代機(jī)器人，因?yàn)樾枰斯た刂?，故以開環(huán)的程序控制，并不具備識(shí)別的能力，第一代機(jī)器人發(fā)展方向主要為提高精度降低成本。 第二代的機(jī)器人尚在研制之中，還未成功，在上面有微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)并使用了各種傳感器，使其擁有感覺機(jī)能，能完成第一代機(jī)器人不能完成的事情。 第三代機(jī)器人能夠自己完成工作中的各種任務(wù)。并借此逐步發(fā)展成了為柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。 工業(yè)機(jī)械手最初是被設(shè)計(jì)用來幫助進(jìn)行人進(jìn)行一些繁重危險(xiǎn)的動(dòng)作的，但是隨著機(jī)械手的發(fā)展，機(jī)械手已經(jīng)從傳統(tǒng)的代替手工的操作、組裝等領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展到質(zhì)量控制、自動(dòng)加工等領(lǐng)域[ [] 聶文杰.教學(xué)用數(shù)控銑床與機(jī)械手模型的設(shè)計(jì)與控制：[碩士學(xué)位論文].哈爾冰：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011 ]。 當(dāng)前，機(jī)械手已經(jīng)在多方面開始運(yùn)用，但是國內(nèi)的機(jī)器人無論是性能上還是品種上都還暫且不能滿足在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展上的需要。而使用工業(yè)機(jī)器人操作的又大多是在不適合人工作業(yè)的環(huán)境中，對機(jī)械手的性能等要求較高。 目前，相較于國內(nèi)制造業(yè)，國外制造業(yè)中，許多工作已經(jīng)被機(jī)器人進(jìn)行操作。這些機(jī)器人能夠依照事先已經(jīng)設(shè)定好的程序運(yùn)行，但不能對外界環(huán)境的變動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，一旦發(fā)生某些偏差，就會(huì)造成零部件的損毀甚至機(jī)器人整體的損壞。 伴隨著科技的不斷發(fā)展，我們對于不同領(lǐng)域的機(jī)械手不斷提出了更高更細(xì)致的要求。柔性化成為工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的主要方向之一，可以用來適應(yīng)不同的生產(chǎn)過程中的不同的要求，所以相對于現(xiàn)在封閉式的系統(tǒng)，具開放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)是更好的發(fā)展方向。 1.3研究的主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一個(gè)小型的，能夠進(jìn)行物料搬運(yùn)的多關(guān)節(jié)機(jī)械手，擬使用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使用PLC控制。對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)式的設(shè)計(jì)使其不用占用很大的空間，擴(kuò)大了其使用范圍，提高的其抓取的靈活度，提高了通用度[[] 楊春杰.多關(guān)節(jié)機(jī)械手設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)研究：[碩士學(xué)位論文].武漢：武漢理工大學(xué)，2001 ]。 第2章 搬運(yùn)機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì) 2.1 搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求 要求機(jī)械手可以將一個(gè)方向所來的物料轉(zhuǎn)移到另一個(gè)方向的傳送帶上。當(dāng)打開1傳送帶之后，1傳送帶開始運(yùn)輸物料，1上的光電傳感器檢測到物料時(shí)，將信號反饋給機(jī)械手，機(jī)械手進(jìn)行一系列動(dòng)作加緊物料，將物料從傳送帶帶離，移動(dòng)到2傳送帶上方，通過手臂的伸展手爪的放松，將物料放在2傳送帶上。 2.2機(jī)械手設(shè)計(jì)的思路分析 機(jī)械手是被設(shè)計(jì)用來滿足自動(dòng)化需求，提高生產(chǎn)效率的一種機(jī)械裝置，這就需要綜合分析，從而選擇合適的機(jī)械手。所以要先做以下準(zhǔn)備工作： (1) 確定機(jī)械手在何種場所應(yīng)用，明確機(jī)械手應(yīng)當(dāng)完成的工作。 (2) 分析機(jī)械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境。 (3) 剖析機(jī)械手的工作需求，確定機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案、控制程序和能夠?qū)崿F(xiàn)的功能等，比如自由度數(shù)，動(dòng)作的速度等，再進(jìn)一步利用被搬運(yùn)物體的形狀、尺寸、重量等，確定機(jī)械爪的握力大小和應(yīng)當(dāng)采取什么形式的機(jī)械爪[[] 姚福來.自動(dòng)化設(shè)備和工程的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、故障診斷.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2013，95 ]。 對此，我進(jìn)行了如下分析： ⑴本次設(shè)計(jì)為物料運(yùn)送機(jī)器手的設(shè)計(jì)，通過機(jī)械手完成對兩個(gè)不同地方的物料進(jìn)行運(yùn)送，由于機(jī)械手在多種場合都能發(fā)揮作用，其中涉及流水線環(huán)境物料的形狀，狀態(tài)等因素?？紤]我所掌握的知識(shí)和我的能力，我選擇小批量生產(chǎn)流水線上的物料運(yùn)送機(jī)械手。 ⑵因?yàn)槭切∨可a(chǎn)流水線上的物料運(yùn)送機(jī)械手，所以工作環(huán)境應(yīng)當(dāng)是在工廠之中，需要機(jī)械手具備較高的精確度和速度。 ⑶物體假定為小型的圓柱體，對力量沒有太高的要求。 2.3總體設(shè)計(jì)框圖 圖2-1 總體設(shè)計(jì)框圖 圖2-1說明如下： (1) 控制系統(tǒng)：記憶輸入的指令，發(fā)出指令，控制機(jī)構(gòu)按照要求運(yùn)動(dòng) (2) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：起著放大指令信號，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 (3) 機(jī)械系統(tǒng)：可在空間中抓放物體或是執(zhí)行其他的操作。 (4) 感知系統(tǒng)：對于傳感器等的選擇和應(yīng)用[[] 陳明.機(jī)械制造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012,216 ]。 2.4基本設(shè)計(jì)參數(shù) 本次設(shè)計(jì)主要要求以及參數(shù)： （1）抓取的重物：4kg； （2）自由度數(shù)：5個(gè)； （3）運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 大臂俯仰：角速度：90°/s； 小臂俯仰：角速度：90°/s； 手腕俯仰：角速度：90°/s； 腰部旋轉(zhuǎn)：角速度：90°/s； ⑷運(yùn)動(dòng)行程： 大臂旋轉(zhuǎn)： 小臂旋轉(zhuǎn)： 腰部旋轉(zhuǎn)： 手腕俯仰： 2.5機(jī)械手組成和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的組成： 1. 抓取機(jī)構(gòu)：有手爪和其他進(jìn)行傳力的機(jī)構(gòu)等，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓取動(dòng)作和放置動(dòng)作。 2. 傳送機(jī)構(gòu)：有手腕和手臂等或其他進(jìn)行傳送的結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移物體。 3. 驅(qū)動(dòng)部分：負(fù)責(zé)提供動(dòng)力給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 4. 控制部分：負(fù)責(zé)控制抓取部分，傳送機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)部分的動(dòng)作。 5. 其它部分：組成機(jī)械手的其余必要或不必要的裝置，例如傳感裝置等。 將機(jī)械手從臂力、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式方面分類： 按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式分類： (1) 直角坐標(biāo)式:手臂能夠前后伸縮，左右移動(dòng)，上下升降同時(shí)可沿著之直角坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)。 (2) 圓柱坐標(biāo)式:機(jī)械手可上下移動(dòng)左右擺動(dòng)和前后伸縮。 (3) 球坐標(biāo)式 :手臂可以前后伸縮上下擺動(dòng)和左右轉(zhuǎn)動(dòng)。 (4) 多關(guān)節(jié)式機(jī)械手:手臂通?？煞譃榇蟊酆托”蹆刹糠?，除手爪部分外其余部分多采用鉸鏈?zhǔn)芥溄印＜绮靠梢詳[動(dòng)多角肘部可以上下擺動(dòng)。 按機(jī)械手的臂力大小分類： (1) 微型機(jī)械手 臂力在一千克下的； (2) 小型機(jī)械手 臂力為一到十千克； (3) 中型機(jī)械手 臂力為十到三十千克； (4) 大型機(jī)械手 臂力大于三十千克。 伴隨著各領(lǐng)域的機(jī)器人的使用，人們在機(jī)械手的綜合性能上提出了越來越多的要求，專業(yè)化要求更強(qiáng)，實(shí)用性要求更高，成本也要求降低，所以一些功能單一的機(jī)械手的需求量越來越大[[] 李桂莉.物料抓取機(jī)械手與控制系統(tǒng)研究：[碩士學(xué)位論文].濟(jì)南：山東科技大學(xué).2005 ]。 同一種運(yùn)動(dòng)模式可以使用不同的設(shè)計(jì)方案，具體選擇哪一種需要根據(jù)現(xiàn)場情況，生產(chǎn)要求等具體選擇。 圖2-2常見的運(yùn)動(dòng)方式 關(guān)節(jié)式設(shè)計(jì)可以使動(dòng)作較為靈敏，結(jié)構(gòu)相對其他結(jié)構(gòu)更為緊湊，可活動(dòng)范圍大。關(guān)節(jié)式機(jī)械手一般是由2個(gè)肩關(guān)節(jié)來控制機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)與俯仰，一個(gè)肘關(guān)節(jié)一般是由兩個(gè)肩關(guān)節(jié)配合進(jìn)行定位，再使用兩到三個(gè)腕關(guān)節(jié)進(jìn)行定向。 2.6驅(qū)動(dòng)方式選擇 機(jī)械手有三種主要驅(qū)動(dòng)方式，分別是液壓，氣壓，電機(jī)。 液壓驅(qū)動(dòng)需要液壓源，所以泄漏現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，但是也同時(shí)具有結(jié)構(gòu)較為簡單，功率相對大，不使用減速裝置的優(yōu)點(diǎn)。 氣壓驅(qū)能量來源和機(jī)械結(jié)構(gòu)都較為簡單，但相對來說功率比較小，速度也不易控制，所以精度相對較低。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有能量來源簡單，使用方便，控制靈活的優(yōu)點(diǎn)[[] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016，560 ]。 綜合以上所述，我選擇采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速快，無法直接應(yīng)用，所以采用電機(jī)加諧波減速器組合的方式。 電機(jī)則有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩種，伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)想比在低頻時(shí)不會(huì)振動(dòng)；伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)都能固定輸出額定轉(zhuǎn)矩；而且伺服電機(jī)相比步進(jìn)電機(jī)具備過載的能力，且沒有力矩浪費(fèi)現(xiàn)象[[] 楊潤賢.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2018，156 ]。 綜上所述，本設(shè)計(jì)擬采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式。 2.7控制系統(tǒng)的選擇 本次設(shè)計(jì)采用PLC和伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行組合一起進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)。 2.8機(jī)械手的選擇 因?yàn)槲锪现亓坎淮螅赃x擇技術(shù)成熟的常用的氣缸配合連桿式的氣動(dòng)機(jī)械手。 第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ⑴ 底座 如圖所示，電機(jī)和減速器是用聯(lián)軸套筒連接的，然后連軸套筒和肩部繞Z軸旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)軸相聯(lián)。采用角接觸軸承作為關(guān)節(jié)處的軸承，手臂的徑向力主要由關(guān)節(jié)軸部分承擔(dān)，采用角接觸軸承可以較好地承受徑向力。伺服電機(jī)和減速器的安裝可以通過殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來解決。 ⑵傳動(dòng)裝置 傳動(dòng)部分為了將電機(jī)的轉(zhuǎn)速降至合適的轉(zhuǎn)速，選擇采用交流伺服電機(jī)和諧波減速器進(jìn)行組合的方式進(jìn)行控制。同時(shí)肩部繞Z軸旋轉(zhuǎn)的部分使用角接觸軸承來保護(hù)電機(jī)和減速器，防止因?yàn)槌惺芨郊虞d荷容易損壞。肩部與大臂聯(lián)接和大臂與小臂聯(lián)接進(jìn)行俯仰的部分同樣采用電機(jī)加減速器的方式直接驅(qū)動(dòng)大臂小臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。 圖 3-1 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案圖 1小臂 2大臂 3肩部 4諧波減速器 5交流伺服電機(jī) 6氣動(dòng)機(jī)械手 （3）旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu):機(jī)械手部分與步進(jìn)電機(jī)使用鍵連接，方便調(diào)整機(jī)械手的姿勢抓取工件。 3.2氣動(dòng)手爪的選型計(jì)算 圖3-2手抓結(jié)構(gòu) 機(jī)械手爪受力分析[[] 單輝祖.工程力學(xué).北京：高等教育出版社，2004，168 ]：（如圖3-3） P：在夾持過程中軸向施加的作用力； e：夾活塞中心到手指的長度； R：支點(diǎn)銷軸的半徑； ：中間連桿對手指的壓力角； ：摩擦角； ：構(gòu)件之間的摩擦系數(shù)； 角度條件：　 尺寸條件：；； 如圖3-3所示，若力P與中間連桿的夾角為，作用在中間連桿上的分力F P/2=Fcos+sin （3-1） 則連桿上的分力F： （3-2） 設(shè)中間連桿與手指之間的夾角，即壓力角為，假設(shè)手指支點(diǎn)處的反力為R，假設(shè)手指支點(diǎn)軸處的半徑為r，手指支點(diǎn)與連接銷之間的距離為。指尖到手指部分的支點(diǎn)之間的長度為.由此則可以根據(jù)繞手指支點(diǎn)的矩的平衡關(guān)系可得到下式： （3-3） 其中R可求： (3-4) 將（3.2）（3.3）代入（3.4）中則： 　　　　　　　　　　 （3-5） 很小，所以可以忽略。設(shè)手部中線和手指之他們之間的夾角為，并且因?yàn)椋ǎ?=，可改寫為,則（3.5）公式可以簡化為這樣的形式： （3-6） 圖3-3 手爪受力分析 則活塞桿的輸出力P與夾緊力Q之間的關(guān)系可以用下面的公式表示： P= （3-7） 手指上負(fù)責(zé)夾緊的部分的摩擦系數(shù)=0.5，則，因?yàn)橐阎ぜ?kg， 可以得出=40N。由此時(shí)手爪的位置可得到：則（3-7）式可以由此進(jìn)行簡化： 　　　　　　　　　　 （3-8） 測得，因?yàn)椋瑒ttg()= 帶入（3-8）式： 3.3手爪氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 假設(shè)驅(qū)動(dòng)手指部分的理論上的驅(qū)動(dòng)力的大小為P，又由于回轉(zhuǎn)軸處的機(jī)械效率是比較低的，回轉(zhuǎn)軸和手指之間存在的摩擦以及汽缸壁和活塞間存在的摩擦，所以從手爪工作的安全性和可靠性上分析，使手指部分的驅(qū)動(dòng)力大N=5P=1156N。 氣缸的輸出力計(jì)算公式[[] 左建民.液壓與氣壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016,62 ] ： N= （3-9） F：氣缸的理論輸出力（?kgf） D：氣缸的缸徑（mm） P：工作壓力（kgf/cm） 氣缸的效率一般多為85%，則可以由（3-9）公式得到氣缸徑為： ==58.86mm 查氣缸選型表可知應(yīng)選擇63mm的氣缸內(nèi)徑。查氣缸選型手冊可知可選LG系列氣缸。選擇FB后法蘭盤結(jié)構(gòu)。 表3-1氣缸重要技術(shù)參數(shù)表 氣缸內(nèi)徑 氣缸桿行程 工作壓力范圍 耐壓力 緩沖行程 63mm 800mm 0.049—0.98MPa 1.47MPa 20mm 驗(yàn)證所選的氣缸在0.5MPa氣壓下的實(shí)際輸出力： ==1323N 結(jié)果滿足要求。 3.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算 3.4.1手爪旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選型計(jì)算 由慣性匹配公式，將所有折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)為。由公式（3-10）可知： kg（3-10） 其中： ：各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量（）； ：各旋轉(zhuǎn)件的角速度； ：伺服電機(jī)的角速度； （1） 為了方便計(jì)算，可以將工件看成是一個(gè)繞軸線旋轉(zhuǎn)的圓柱，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 手部對于電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： =20.1=0.01kg 氣缸手爪的連接套筒對電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =20.2=0.04kg 氣缸對于電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =40.05=0.005kg 總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： =+++=0.005+0.01+0.04+0.005=0.06kg 因?yàn)橛羞B桿和減速器的存在，所以使 =0.07 kg 由折算公式（3-10）： kg 由： =3.1 則： in=310 減速器的減速比： =100 則： =0.07=0.07 kg 由 電機(jī)系列是MINAS型號表，確定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 =0.20 kg 那么由以上可以折算出的附加在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： = +=0.20+0.07=0.27 kg 2）伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算： 快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以用來的計(jì)算電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩： —空載起動(dòng)時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩； —電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩； —電機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩； 又通過公式： = —以最大的角速度進(jìn)行移動(dòng)時(shí)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速； —系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)； ===0.71N 由軸承運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力矩： =0. 2N。 （交流伺服電機(jī)的） ：就是電機(jī)的過載系數(shù) 所以 即 所以根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以把選擇的電機(jī)的型號確定為MINAS系列，最大靜轉(zhuǎn)矩是1.92N大于=0.51，額定轉(zhuǎn)矩是0.64N，額定功率是0.2KW。由轉(zhuǎn)子量匹配原則：粗選電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=2.84 kg（帶制動(dòng)器）。則以上折算到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： =（1.17+2.84）= 可以用快速空載啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩來計(jì)算電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)矩，由此得到： ===4.19N（加速度時(shí)間為0.05s） （取阻尼系數(shù)） （交流伺服電機(jī)）故，所以 經(jīng)過上述計(jì)算，所選伺服電動(dòng)機(jī)的各種數(shù)據(jù)如下： 表3-2手爪伺服電機(jī)選型表 額定功率 電動(dòng)機(jī)慣量（帶制動(dòng)器） 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速 重量 輸出軸直徑 1.5KW 2.84 kg 4.77N 14.3 N 3000 5000 6.5kg 19mm 3.4.2小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相關(guān)計(jì)算 1） 對小臂的負(fù)載進(jìn)行估算：工件40N，手爪20 N，旋轉(zhuǎn)電機(jī)重15 N，氣缸手爪連接套筒20 N，諧波減速器5 N，支架40 N，彎曲旋轉(zhuǎn)電機(jī)65 N，小臂30 N。由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平行移軸定理： 各部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為=16.7 kg（帶制動(dòng)器）。折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： =（16.7+6.78）= 2）小臂伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算： 可以使用快速空載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩，得 ===3.69N（加速度時(shí)間0.2s） 由軸承運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力矩=0.2N。 （交流伺服電機(jī)） ，即 根據(jù)以上計(jì)算,可以確定電動(dòng)機(jī)的： 表3-3 小臂電機(jī)選型表 極大轉(zhuǎn)矩 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 電機(jī)慣量（帶制動(dòng)器） 最高轉(zhuǎn)速 重量 電機(jī)輸出軸直徑 28.5 N 2KW 2000 16.7 kg 3000 12.5kg 22mm 小臂諧波減速器選擇型號為XBW321078的減速器。 3-4 小臂諧波減速器數(shù)據(jù) 輸出轉(zhuǎn)矩 輸入轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)比 質(zhì)量 6N 3000 107 0.5kg 3.4.3大臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相關(guān)計(jì)算 ⑴：，，，。 小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)對大臂驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =12.50.075+12.50.3=1.16kg 同理小臂減速器對大臂驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 0.50.03+0.50.3=0.045kg 小臂上的負(fù)載對大臂部分的驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 6.67+31.50.3=9.51kg 大臂關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 100.08=0.032kg 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 由： kg 可以計(jì)算得出電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載 通過慣量匹配原則：，粗略選擇出電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是 =21.1 kg（加上制動(dòng)器） 電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（帶折算）： =（21.1+5.57）= ⑵大臂伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算： 使用快速空載啟動(dòng)的轉(zhuǎn)矩來計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩是 ===1.67N（加速度時(shí)間0.5s） 由軸承產(chǎn)生的摩擦力矩： =0.5N （交流伺服電機(jī)） 所以 即 由此，可以確定電機(jī)的選擇： 表3-5 大臂電機(jī)數(shù)據(jù) 額定轉(zhuǎn)矩 額定功率 最大轉(zhuǎn)矩 電機(jī)慣量（帶制動(dòng)器） 額定轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速 重量 輸出軸直徑 14.4N 3KW 43 N 21.1 kg 2000 3000 14.7kg 24mm 大臂的諧波減速器選型為XBW80134120。 表3-6 大臂諧波減速器數(shù)據(jù) 傳動(dòng)比 輸入轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量 134 3000 120N 10kg 3.4.4肩部回轉(zhuǎn)電機(jī) 帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)： 初選轉(zhuǎn)速 W =60o/s N =1/6轉(zhuǎn)/秒 =10轉(zhuǎn)/分 由于齒輪 I =3 減速器 I =30 所以 n =10×3×30=900轉(zhuǎn)/分 選擇 Y90L6型籠型異步電動(dòng)機(jī)： 表3-5 異步電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù) 額定電壓 額定功率 轉(zhuǎn)速 效率 額定轉(zhuǎn)矩 380V 1.1KW 910r/min 73.5% 200N·m 3.5手臂強(qiáng)度校核 經(jīng)分析，大臂小臂主要是承載自身重量以及其上的其他負(fù)載的重量。 分析后得到結(jié)論，最大彎矩發(fā)生在最左端 由重力產(chǎn)生彎矩： 突加載荷產(chǎn)生的彎矩： 左端最大的彎矩 [[] 單輝祖.材料力學(xué).北京：高等教育出版社，2010，198 ] ： 為了簡化計(jì)算，將大臂小臂看做長方體，則大臂小臂應(yīng)當(dāng)滿足的強(qiáng)度條件為： 矩形截面積： 鋁合金材料拉壓強(qiáng)度 = 材料拉壓強(qiáng)度 = (1) 大臂強(qiáng)度校核 ，，，。 大臂受力情況 ,,, 大臂強(qiáng)度滿足要求 （2） 小臂強(qiáng)度校核 工件40N，手爪20 N，旋轉(zhuǎn)電機(jī)重15 N，氣缸手爪連接套筒20 N，諧波減速器5 N，支架40 N，小臂彎曲諧波減速器5 N，彎曲電機(jī)65 N，小臂30 N。 小臂受力情況 ,,, 所以小臂強(qiáng)度合格。 3.6制動(dòng)器 制動(dòng)器是通過將機(jī)械運(yùn)動(dòng)的能量變?yōu)闊崮艿男行问絹韺C(jī)械速度降低或者停止的一種裝置，大體可以分為通過機(jī)械和電力兩種方式制動(dòng)。在機(jī)器人中，當(dāng)因?yàn)槟承┎豢深A(yù)知的情況而瞬間停止或者需要采用安全措施和防止突然停電機(jī)械臂下落造成其他的裝置損壞時(shí)需要有制動(dòng)裝置，來保證機(jī)械手不會(huì)損壞。機(jī)械制動(dòng)器一般有盤式制動(dòng)器、電磁制動(dòng)器等幾種。本次設(shè)計(jì)中因?yàn)椴捎盟欧姍C(jī)，所以擬采用電磁制動(dòng)器作為保護(hù)機(jī)械手的制動(dòng)器。電磁制動(dòng)器的工作原理是在有勵(lì)磁電流通過時(shí)，制動(dòng)盤才會(huì)打開，不進(jìn)行制動(dòng)，但是當(dāng)沒有勵(lì)磁電流通過時(shí)，制動(dòng)盤就會(huì)關(guān)閉，進(jìn)行制動(dòng)，保護(hù)機(jī)械手。 第4章 控制系統(tǒng)的選擇 4.1 控制系統(tǒng)分類 主要分為三種，分別是程序控制系統(tǒng)，自適應(yīng)控制系統(tǒng)，人工智能系統(tǒng)。 程序控制系統(tǒng)：通過控制每一個(gè)自由度，從而完成預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡。 自適應(yīng)系統(tǒng)：系統(tǒng)可以自動(dòng)根據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)或者為保證所要求的品質(zhì)，在外界的環(huán)境變化時(shí)自行改善控制品質(zhì)。 人工智能系統(tǒng)：在運(yùn)動(dòng)前不進(jìn)行編程，而是在運(yùn)動(dòng)不停地收集周圍環(huán)境的信息，根據(jù)周圍環(huán)境的變化確定控制作用。 4.2 控制系統(tǒng)方案分析 控制系統(tǒng)顧名思義就是對機(jī)械的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)位置控制，速度控制等。目前的控制系統(tǒng)大多數(shù)是采用可以進(jìn)行編程的點(diǎn)位控制。在各種控制方式中，PLC通用性高，編程方便，成本低，通用性好被廣泛使用。這種編程方法相比其他的方法結(jié)構(gòu)更為簡單，具有更好的抗干擾能力，更小的體積，安裝更為方便的特點(diǎn)。 4.3 系統(tǒng)控制方案確定 綜合多方面考慮，本次設(shè)計(jì)確定采用PLC和交流伺服系統(tǒng)共同進(jìn)行控制的方案。 相比之前，如今交流伺服控制技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍，這也與這項(xiàng)技術(shù)近年來的快速發(fā)展有關(guān)系，目前的交流伺服控制激技術(shù)不僅保留了交流伺服電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)耐用的優(yōu)點(diǎn)，還克服了直流電動(dòng)機(jī)維護(hù)電刷困難，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。 對于一個(gè)完整的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來說，伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服控制器、伺服電機(jī)和檢測元件都是必不可少的，并且這些都在一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中運(yùn)行。 圖4-1交流伺服系統(tǒng)控制框圖 控制器發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力給電機(jī)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載，輸入控制器比較實(shí)際位置值和指令信息值是否一致，不一致則由閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。關(guān)節(jié)處由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，使各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，傳感器編碼器將會(huì)以開關(guān)量形式將運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳遞給I/O，PLC接收信號并處理，在發(fā)出指令傳遞給I/O，系統(tǒng)執(zhí)行下一道命令。 圖4-2 機(jī)器人控制系統(tǒng)框圖 PLC主要負(fù)責(zé)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，PLC對機(jī)器人的控制主要有通過I/O接口收發(fā)指令和接收傳感系統(tǒng)信號、工作狀態(tài)信號等信號，以此實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手狀態(tài)信息的獲取。 PLC可以通過檢測機(jī)械手伺服系統(tǒng)開、停、就緒等端口狀態(tài)來得到機(jī)械手基本狀態(tài)信息，通過啟動(dòng)、停止、重啟、繼續(xù)等輸入端口控制機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。 4.4PLC及控制單元選型 本次設(shè)計(jì)擬采用的PLC為SYMAC的CS1系列，MC單元為能夠?qū)崿F(xiàn)四軸伺服驅(qū)動(dòng)的MC421，分別對應(yīng)本次設(shè)計(jì)中的四個(gè)伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 第5章 結(jié)論與展望 5.1 結(jié)論 本次課題主要是對生產(chǎn)線上的小型物料的搬運(yùn)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手，對機(jī)械手的機(jī)械主體進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究。 在進(jìn)行設(shè)計(jì)的前期，多次參觀了對物料搬運(yùn)自動(dòng)化有需求的工廠，分析問題，心中逐漸有了搬運(yùn)機(jī)械手的雛形；中期對機(jī)械臂的整體采用何種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并選擇合適的機(jī)構(gòu)，對各部分的鏈接進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用何種方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用什么程序進(jìn)行控制；后期則是通過計(jì)算對電機(jī)進(jìn)行了選型，對諧波減速器進(jìn)行了選型，校核大臂小臂的強(qiáng)度是否滿足使用要求，并對使用何種控制系統(tǒng)進(jìn)行分析確定。 相對于其他類型的機(jī)械手，本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單，更為靈活，通用性強(qiáng)，但是缺點(diǎn)是編程，計(jì)算機(jī)模擬時(shí)間長導(dǎo)致前期準(zhǔn)備工作量大，同時(shí)也較為簡陋。 5.2 展望 目前，我國大部分的工業(yè)用機(jī)械手多處于第一代的程度，無法實(shí)現(xiàn)智能化。應(yīng)向以下幾個(gè)方向努力： （1） 模塊化：模塊化可以使一個(gè)機(jī)械手通過安裝不同的模塊實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能，應(yīng)用于不同場合，大大提高機(jī)械手通用程度。模塊化拼裝使機(jī)械手具備更好的更靈活的安裝體系。 （2）重復(fù)高精度：重復(fù)高精度就是機(jī)械手能夠在多次運(yùn)動(dòng)后達(dá)到同樣位置的精確程度。這是一個(gè)隨機(jī)誤差，所以無法通過編程來矯正。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)的應(yīng)用，重復(fù)精度會(huì)逐步提高。 致謝 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)要完成了，時(shí)間真是太快了，幾個(gè)月的時(shí)間飛快的就過去了。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，我以為畢業(yè)設(shè)計(jì)只不過是對我這幾年學(xué)習(xí)的總結(jié)，但是在進(jìn)行完畢業(yè)設(shè)計(jì)之后，我就明白我的想法錯(cuò)了，畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前幾年學(xué)習(xí)的總結(jié)還是對自己本身能力的提高，更讓我明白了我要學(xué)的東西還有很多，我需要不停地學(xué)習(xí)。 非常感謝我的指導(dǎo)老師XXX老師的指導(dǎo)和幫助。在我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的期間，我查閱了很多資料，同時(shí)也與同學(xué)進(jìn)行了很多的交流，極大地豐富了自身的專業(yè)素養(yǎng)，也經(jīng)歷了不少的艱辛。但是我也收貨了很多，提高了我的自學(xué)能力，搜集資料的能力。相信這些會(huì)對我以后的學(xué)習(xí)與工作帶來積極正面的影響，令我受益終生。 ２７