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摘 要 在社會(huì)不斷發(fā)展的今天，機(jī)器人在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，用機(jī)器的力量 代替人力，而將人類從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)是歷史發(fā)展的趨勢(shì)。 近十幾年來(lái)，機(jī)器人的開發(fā)不僅越來(lái)越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十 分廣闊。 在工業(yè)上，自動(dòng)控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人是相對(duì)較新的電子設(shè)備，它正開始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。 本設(shè)計(jì)的機(jī)械手是基于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度 而設(shè)計(jì)的。在某些勞動(dòng)條件極其惡劣的條件下，工人難以用手工工作，可用本機(jī)械手代 替人力勞動(dòng)。 本設(shè)計(jì)為四自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)械手，其工作方向?yàn)閮蓚€(gè)直線方向和兩個(gè)旋轉(zhuǎn) 方向。 本設(shè)計(jì)中的四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手，主要是針對(duì)質(zhì)量少于 2KG 的圓形棒料的搬運(yùn)。 通過氣爪手指的不同選擇可滿足直徑小于 60mm 的棒料的搬運(yùn)。 在控制器的作用下，機(jī)械手執(zhí)行將工件從一條流水線拿到另一條流水線并把工件翻 轉(zhuǎn)過來(lái)這一簡(jiǎn)單的動(dòng)作。 關(guān)鍵詞：四自由度；機(jī)械手；搬運(yùn)；工業(yè)機(jī)器人 Abstract Today that develop continuously in the society, The robot are more and more Using at industry scene application. Replaces the manpower with the machine strength, It‘s the historical development tendency that liberates the humanity from the arduous physical labor. In the recent several years, the robot development not only more and more optimizes, but also moreover has covered many domains. Industrially, automatic control systems are found in numerous applications, such as automation machine tool control, computer systems and robotics. Industrial robots are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry. This paper design for enhances the labor productivity, product quality, economic efficiency and reduces the worker labor intensity. Some job working at extremely bad environment, that people can’t work in hand, so the robots can replace worker to do it. This scheme introduced a cylindrical robot for four degree of freedom. It is composed of two linear axes and two rotary axis current This paper mainly use at the transporting of circular good material that quality is short to 2KG. The different fingernail finger was Choice for transporting the good material that diameter is smaller than 60mm. Under controller function the robot move the components from one assembly line to other assembly line and turn over it in space, perform relatively simple takes. Key words: four degrees of freedom; robot; transporting; Industrial robot 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................IV Abstract...........................................................................................................................................V 目 錄..............................................................................................................................................................VII 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)與發(fā)展 ..................................................................................................1 1.2 本設(shè)計(jì)中的四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手所實(shí)現(xiàn)的功能 ......................................................2 1.3 本設(shè)計(jì)中的四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)的意義 ..........................................................2 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) .....................................................................................................................3 2.1 設(shè)計(jì)要求 ...............................................................................................................................3 2.2 機(jī)械手的組成 ......................................................................................................................3 2.3 總方案的擬定 ......................................................................................................................4 2.4 機(jī)器人的工作空間 ...............................................................................................................4 2.5 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ......................................................................................................5 2.5.1 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)器 ...............................................................................................................5 2.5.2 機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ...........................................................................................................5 3 機(jī)械手的傳動(dòng)設(shè)計(jì) .....................................................................................................................7 3.1 滾珠絲杠的選擇 ..................................................................................................................7 3.2 諧波齒輪減速器參數(shù)的確定 ..............................................................................................8 4 機(jī)械手的各電機(jī)選擇 ...............................................................................................................12 4.1 機(jī)械手手臂升降步進(jìn)點(diǎn)擊的選擇 ....................................................................................12 4.2 機(jī)械手底座回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 ................................................................................14 5 機(jī)械手各氣動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...................................................................................................18 5.1 氣爪夾緊力的起算與氣爪的選擇 ....................................................................................18 5.1.1 氣爪夾緊力的要求 .....................................................................................................18 5.1.2 缸徑的確定 .................................................................................................................19 5.1.3 行程的確定 .................................................................................................................20 5.1.4 氣缸的動(dòng)速度 .............................................................................................................20 5.1.5 擺動(dòng)氣缸的選擇 .........................................................................................................21 5.2 手臂伸縮氣缸的選擇 ........................................................................................................23 6 機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)置 ...........................................................................................................26 6.1 機(jī)械手控制器的選擇 ........................................................................................................26 6.2 機(jī)械手控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及對(duì)控制功能的基本要求 ........................................................26 6.3 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ........................................................................................................27 7 手臂驗(yàn)算與機(jī)械手參數(shù)...........................................................................................................................29 7.1 手臂平衡的驗(yàn)算 ................................................................................................................29 7.2 機(jī)械手參數(shù) ........................................................................................................................30 8 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................31 8.1 結(jié)論 ....................................................................................................................................31 8.2 不足之處及未來(lái)展望 ........................................................................................................31 致 謝 ...........................................................................................................................................32 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................33 四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)與發(fā)展 機(jī)器人（又稱機(jī)械手，機(jī)械人，英文名稱：Robot） ，在人類科技發(fā)展史上其來(lái)有自， 早在三國(guó)時(shí)代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國(guó)人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革 命，機(jī)器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。 機(jī)器人的研究從一開始就是擬人化的，所以才有機(jī)械手、機(jī)械臂的開發(fā)與制作，也 是為了以機(jī)械來(lái)代替人去做人力所無(wú)法完成的勞作或探險(xiǎn)。但近十幾年來(lái)，機(jī)器人的開 發(fā)不僅越來(lái)越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。 工業(yè)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品。在許多生產(chǎn)領(lǐng)域，它對(duì)于提高生產(chǎn)自 動(dòng)化水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，改善工人勞動(dòng)條件的作用日見顯著。 不少勞動(dòng)條件惡劣、生產(chǎn)要求苛刻的場(chǎng)合，工業(yè)機(jī)器人代替人力勞動(dòng)已是必然的趨勢(shì)。 工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自 動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或 夾具。 工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn) 更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來(lái)的信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由初級(jí)到高級(jí)逐步完善，它的發(fā)展過程可分為 三代： 第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它主要由手部、 臂部、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用在線編程，即通過示教 存貯信息，工作時(shí)讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操 作。 第二代工業(yè)機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進(jìn)行反饋的能力。 其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從 1980 年開始進(jìn)入了實(shí)用階段， 不久即將普及應(yīng)用。 第三代工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人。這種機(jī)器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠 根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身和周圍的環(huán)境，識(shí)別對(duì)象的有無(wú)及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識(shí)別 自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對(duì)象的變化，具有適應(yīng)工作 環(huán)境的功能。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用。 世界上工業(yè)機(jī)器人萌芽于 50 年代的美國(guó)，經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，已被不斷地應(yīng)用于 人類社會(huì)很多領(lǐng)域，正如計(jì)算機(jī)技術(shù)一樣，機(jī)器人技術(shù)正在日益改變著我們的生產(chǎn)方式。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 進(jìn)入 90 年代，世界機(jī)器人工業(yè)繼續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng)，每年增長(zhǎng)率保持在 10%左右，世界上已擁 有機(jī)器人數(shù)量達(dá)到 70 萬(wàn)臺(tái)左右，1992、1993 年世界機(jī)器人市場(chǎng)曾一度出現(xiàn)小的低谷，近 年除日本外，歐美機(jī)器人市場(chǎng)也開始復(fù)蘇，并日益興旺。與全球機(jī)器人市場(chǎng)一樣，中國(guó) 機(jī)器人市場(chǎng)也逐漸活躍，1997 年上半年，我國(guó)從事機(jī)器人及相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品研制、生產(chǎn)的