搬運機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
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搬運機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
1 緒論 3
1.1前言 3
1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡史 3
1.3工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 3
1.3.1 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類）自動線 3
1.3.2 在實現(xiàn)單機(jī)自動化方面 3
1.3.3 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 3
1.4 機(jī)械手的組成 4
1.4.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 4
1.4.2 驅(qū)動機(jī)構(gòu) 4
1.4.3 控制系統(tǒng)分類 5
1.5工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢 5
1.6 本文主要研究內(nèi)容 6
1.7 本章小結(jié) 6
2 機(jī)械手的總體設(shè)計方案 7
2.1 機(jī)械手基本形式的選擇 7
2.2機(jī)械手的主要部件及運動 8
2.3驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 9
2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 9
2.5 本章小結(jié) 9
3 機(jī)械手手部的設(shè)計計算 9
3.1 手部設(shè)計基本要求 9
3.2 典型的手部結(jié)構(gòu) 9
3.3機(jī)械手手抓的設(shè)計計算 9
3.3.1選擇手抓的類型及夾緊裝置 9
3.3.2 手抓的力學(xué)分析 10
3.3.3 夾緊力及驅(qū)動力的計算 11
3.3.4 手抓夾持范圍計算 12
3.4 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計算 13
3.5彈簧的設(shè)計計算 14
3.6 本章小結(jié) 16
4 腕部的設(shè)計計算 17
4.1 腕部設(shè)計的基本要求 17
4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 17
4.2.1典型的腕部結(jié)構(gòu) 17
4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 18
4.3 腕部的設(shè)計計算 18
4.3.1 腕部設(shè)計考慮的參數(shù) 18
4.3.2 腕部的驅(qū)動力矩計算 18
4.3.3 腕部驅(qū)動力的計算 19
4.3.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎?span id="svp7vew" class="Apple-tab-span" style="white-space:pre"> 20
4.3.5動片和輸出軸間的連接螺釘 21
4.4 本章小結(jié) 22
5 臂部的設(shè)計及有關(guān)計算 23
5.1 臂部設(shè)計的基本要求 23
5.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 24
5.2.1 手臂的典型運動機(jī)構(gòu) 24
5.2.2 手臂運動機(jī)構(gòu)的選擇 24
5.3 手臂直線運動的驅(qū)動力計算 24
5.3.1 手臂摩擦力的分析與計算 24
5.3.2 手臂慣性力的計算 26
5.3.3 密封裝置的摩擦阻力 26
5.4 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 26
5.5 本章小結(jié) 28
6 機(jī)身的設(shè)計計算 29
6.1 機(jī)身的整體設(shè)計 29
6.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 30
6.3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計算 34
6.3.1 手臂偏重力矩的計算 34
6.3.2 升降不自鎖條件分析計算 35
6.3.3 手臂做升降運動的液壓缸驅(qū)動力的計算 36
6.4 軸承的選擇分析 36
6.5 本章小結(jié) 37
7 ADAMS 模型的建立與仿真 38
7.1虛擬樣機(jī)技術(shù) 38
7.2 ADAMS軟件 38
7.3 手部模型的建立 40
7.4 本章小結(jié) 44
1 緒論
1.1前言
用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為 。機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為 。
工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。
工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。
機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的 。
機(jī)械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機(jī)器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。
機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。
1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡史
現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化 。
機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。
1962年，美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。
1962年美國機(jī)械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。
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Unimate-Vic-arm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)，定位誤差可小于±1毫米。
美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年機(jī)械手試驗臺，進(jìn)行各種性能的試驗。準(zhǔn)備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到±0.1毫米。
德國機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。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。
瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。
瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。
日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個。1976年個大學(xué)和國家研究部門用在機(jī)械手的研究費用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機(jī)械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機(jī)械手累計產(chǎn)量達(dá)56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計到1990年將有55萬機(jī)器人在工作。
第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。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。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。
第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。
隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動開展很多。
7.4 本章小結(jié)
通過本章，對機(jī)械手的手部進(jìn)行了建模，并對結(jié)果以曲線的形式輸出仿真結(jié)果。對于ADAMS建模，在ADAMS/View提供有零件庫，可以創(chuàng)建各種基本的物體。對于復(fù)雜形狀的物體，可以使用ADAMS/Exchange模塊從其它CAD軟件（如：Pro/e）中輸入零件模型。
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計，是老師考慮到學(xué)生日后的研究方向而特意為我安排的。通過這次訓(xùn)練，提高了自己的動手能力、設(shè)計能力和編程水平，為學(xué)生日后順利進(jìn)入機(jī)器人這一深邃的科研領(lǐng)域作下了鋪墊。本次畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生收獲頗多，這與于老師的悉心指導(dǎo)是分不開的。老師公務(wù)繁忙，但是還是經(jīng)常抽時間來視察學(xué)生畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度，就畢業(yè)設(shè)計過程中遇到的問題給予耐心指導(dǎo)，敦敦教誨，身體力行，實在令學(xué)生欽佩感動不已！特此，學(xué)生鄭重向于老師表示感謝！
另外，學(xué)生還要感謝師兄，他們在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的過程中給出了許多有益的建議，特此表示感謝！
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四 川 理 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 設(shè)計（論文）題目： 搬運機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的 設(shè)計 學(xué)院： 專業(yè)： 班級： 學(xué)號： 學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 接受任務(wù)時間 教研室主任 （簽名） 院長 （簽名） 1．畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 如圖所示為某自動化生產(chǎn)車間中的自動搬運機(jī)械手，用于將左工作臺上的工件搬運到右工作臺上。機(jī)械手的全部動作由汽缸驅(qū)動，汽缸由電磁閥控制。對于上升 /下降、左移 /右移，其運動由雙線圈三位五通電磁閥控制，即上升電磁閥得電時機(jī)械手上升，下降電磁閥得電時機(jī)械手下降。對于夾緊 /放松，其運動由單線圈二位電磁閥控制，線圈得電時機(jī)械手夾緊，斷電時機(jī)械手放松。 圖 1 機(jī)械手搬運工件示意圖 將機(jī)械手的原點（即原始位置）定為左位、上位、放松狀態(tài)。在原始狀態(tài)下，當(dāng)左工作臺上有工件時，機(jī)械手下降到下位，夾緊工件，上升到上位，右移到右位，在右工作臺無工件時，機(jī)械手下降到下位，放松，然后上升到上位，左移回工件 原位。該系統(tǒng)有三種工作模式，分別為：步進(jìn)、單周期、循環(huán)。 本設(shè)計的執(zhí)行器件的技術(shù)參數(shù)如表所示。 表 1 搬運機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行器件技術(shù)參數(shù) 輸出 輸出結(jié)果 名稱 技術(shù)參數(shù) 上升電磁鐵 電，機(jī)械手上升 下降電磁鐵 電，機(jī)械手下降 左行電磁鐵 電，機(jī)械手左行 右行電磁鐵 電，機(jī)械手右行 夾緊 /放松電磁鐵 電機(jī)械手夾緊，失電機(jī)械手放松 2．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說明 3．進(jìn)度安排 設(shè)計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 2 3 4 5