四自由度多用途气动机器人结构设计及控制实现gjlr.docx

郑州轻工工业学院院轻工职职业学院院(河南工工业大学学)专科毕业业设计(论文)题目 四四自由度度多用途途气动机机器人结结构设计计及控制制实现 学生姓名名 赵满满丽专业班级级 自动动化0991学 号 院(系)机电工工程系指导教师师(职称称)李燕燕老师完成时间间 200 年年 月月 日日四自由度度多用途途气动机机器人结结构设计计及控制制实现摘要本文简要要介绍了了工业机机器人的的概念，机机械手的的组成和和分类，机机械手的的自由度度和坐标标形式，气气动技术术的特点点，PLLC控制制的特点点及国内内外的发发展状况况。本文对机机械手进进行总体体方案设设计，确确定了机机械手的的坐标形形式和自自由度，确确定了机机械手的的技术参参数。同同时，设设计了机机械手的的夹持式式手部结结构，设设计了机机械手的的手腕结结构，计计算出了了手腕转转动时所所需的驱驱动力矩矩和回转转气缸的的驱动力力矩。设设计了机机械手的的手臂结结构。设计出了了机械手手的气动动系统，绘绘制了机机械手气气压系统统工作原原理图，对对气压系系统工作作原理图图的参数数化绘制制进行了了研究，大大大提高高了绘图图效率和和图纸质质量。利用可编编程序控控制器对对机械手手进行控控制，选选取了合合适的PPLC型型号，根根据机械械手的工工作流程程制定了了可编程程序控制制器的控控制方案案，画出出了机械械手的工工作时序序图，并并绘制了了可编程程序控制制器的控控制程序序。关键词工工业机器器人/机机械手/气动/可编程程序控制制器（PPLC）四自由度度多用途途气动机机器人结结构设计计及控制制实现ABSTTRACCTAt ffirsst, thee paaperr inntrooducces thee coonceeptiion of thee inndusstriial robbot andd thhe eelerr. darry iinfoormaatioon oof tthe devveloopmeent briieflly . Whhats mmoree, tthe papper acccounnts forr thhe bbackkgrooundd annd tthe priimarry mmisssionn off thhe ttopiic. Thhe ppapeer iintrroduucess thhe ffuncctioon, commpossingg annd cclasssifficaatioon oof tthe mannipuulattor , ttellls oout thee frree-deggreee annd tthe forrm oof ccoorrdinnatee . At thee saame timme, thee paaperr giivess ouut tthe priimarry sspeccifiicattionn paarammeteer oof tthiss maanippulaatorr, Thhe ppapeer ddesiignss thhe sstruuctuure of thee haand andd thhe eequiipmeent of thee drrivee off thhe mmaniipullatoor , Thiss paaperr deesiggns thee sttruccturre oof thee wrristt , commputtes thee neeedeed mmomeent of thee drrivee whhen thee wrristt whheells aand thee moomennt oof tthe driive of thee puump.The papper dessignns tthe strructturee off thhe aarm.The papper dessignns tthe sysstemm off aiir ppresssurre ddrivve aand draaws thee woork priinciiplee chhartt , thee maanippulaatorr usses PLCC tto cconttroll . Thee paaperr innstiituttes twoo coontrrol schhemees oof PPLC acccorddingg too thhe wworkk fllow of thee maanippulaatorr . Thee paaperr drrawss ouut tthe worrk ttimee seequeencee chhartt annd tthe traapezzia chaart . WWhatts mmoree , thee paaperr woorkoout thee coontrrol proograam oof tthe PLCC , KEY WORRDS iinduustrriall roobott, mmaniipullatoor , puump , aair preessuure driive , PPLC目录目录.1文摘.3Absttracct.31 绪论论1.1机机械手概概述.41.2机机械手的的组成和和分类.41.2.1 机机械手的的组成55.1.22.2机机械手的的分类661.3国国内外发发展状况况.771.44课题的的提出及及主要任任务81.4.1课题题的提出出91.4.2课题题的主要要任务2机械手手的设计计方案2.1 机械手手的座标标型式与与自由度度.1002.2机机械手的的手部结结构方案案设计.112.3机机械手的的手腕结结构方案案设计.1222.4机机械手的的手臂结结构方案案设计.122.5机机械手的的驱动方方案设计计.122.6机机械手的的控制方方案设计计.1222.7机机械手的的主要参参数.1222.8机机械手的的技术参参数列表表1123 手部部结构设设计3.1夹夹持式手手部结构构.143.1.1手指指的形状状和分类类3.1.2设计计时考虑虑的几个个问题3.1.3手部部夹紧气气缸的设设计4手腕结结构设计计4.1手手腕的自自由度.184.2手手腕的驱驱动力矩矩的计算算.1994.2.1手腕腕转动时时所需的的驱动力力矩4.2.2回转转气缸的的驱动力力矩计算算4.2.3回转转气缸的的驱动力力矩计算算校核5 手臂臂伸缩，升升降，回回转气缸缸的设计计与校核核5.1手手臂伸缩缩部分尺尺寸设计计与校核核.2445.1.1尺寸寸设计5.1.2尺寸寸校核 5.1.3导向向装置 5.11.4平衡衡装置5.2手手臂升降降部分尺尺寸设计计与校核核2265.2.1尺寸寸设计5.2.2尺寸寸校核5.3手手臂回转转部分尺尺寸设计计与校核核2275.3.1尺寸寸设计5.3.2尺寸寸校核6 气气动系统统设计6.1气气压传动动系统工工作原理理图2296.2气气压传动动系统工工作原理理图的参参数化绘绘制3307 机械械手的PPLC控控制设计计7.1可可编程序序控制器器的选择择及工作作过程.317.1.1可编编程序控控制器的的选择7.1.2可编编程序控控制器的的工作过过程7.2可可编程序序控制器器的使用用步骤.317.3机机械手可可编程序序控制器器控制方方案.3228 结论论.366致谢.37参考文献献1绪论1.1 工业机机械手概概述工业机器器人由操操作机(机械本本体)、控制制器、伺伺服驱动动系统和和检测传传感装置置构成，是是一种仿仿人操作作，自动动控制、可可重复编编程、能能在三维维空间完完成各种种作业的的机电一一体化自自动化生生产设备备。特别别适合于于多品种种、变批批量的柔柔性生产产。它对对稳定、提提高产品品质量，提提高生产产效率，改改善劳动动条件和和产品的的快速更更新换代代起着十十分重要要的作用用。机器器人技术术是综合合了计算算机、控控制论、机机构学、信信息和传传感技术术、人工工智能、仿仿生学等等多学科科而形成成的高新新技术，是是当代研研究十分分活跃，应应用日益益广泛的的领域。机机器人应应用情况况，是一一个国家家工业自自动化水水平的重重要标志志。机器器人并不不是在简简单意义义上代替替人工的的劳动，而而是综合合了人的的特长和和机器特特长的一一种拟人人的电子子机械装装置，既既有人对对环境状状态的快快速反应应和分析析判断能能力，又又有机器器可长时时间持续续工作、精精确度高高、抗恶恶劣环境境的能力力，从某某种意义义上说它它也是机机器的进进化过程程产物，它它是工业业以及非非产业界界的重要要生产和和服务性性设各，也也是先进进制造技技术领域域不可缺缺少的自自动化设设备.机械手手是模仿仿着人手手的部分分动作，按按给定程程序、轨轨迹和要要求实现现自动抓抓取、搬搬运或操操作的自自动机械械装置。在在工业生生产中应应用的机机械手被被称为“工业机机械手”。生产产中应用用机械手手可以提提高生产产的自动动化水平平和劳动动生产率率:可以减减轻劳动动强度、保保证产品品质量、实实现安全全生产;尤其在在高温、高高压、低低温、低低压、粉粉尘、易易爆、有有毒气体体和放射射性等恶恶劣的环环境中，它它代替人人进行正正常的工工作，意意义更为为重大。因因此，在在机械加加工、冲冲压、铸铸、锻、焊焊接、热热处理、电电镀、喷喷漆、装装配以及及轻工业业、交通通运输业业等方面面得到越越来越广广泛的引引用.机械手手的结构构形式开开始比较较简单，专专用性较较强，仅仅为某台台机床的的上下料料装置，是是附属于于该机床床的专用用机械手手。随着着工业技技术的发发展，制制成了能能够独立立的按程程序控制制实现重重复操作作，适用用范围比比较广的的“程序控控制通用用机械手手”，简称称通用机机械手。由由于通用用机械手手能很快快的改变变工作程程序，适适应性较较强，所所以它在在不断变变换生产产品种的的中小批批量生产产中获得得广泛的的引用。1.2机机械手的的组成和和分类1.2.1机械械手的组组成机械手主主要由执执行机构构、驱动动系统、控控制系统统以及位位置检测测装置等等所组成成。各系系统相互互之间的的关系如如方框图图2-11所示。 机械械手组成成方框图图:Panee chhartt off coompoosittionn off maanippulaatorr(一)执执行机构构包括手部部、手腕腕、手臂臂和立柱柱等部件件，有的的还增设设行走机机构。1、手部部即与物件件接触的的部件。由由于与物物件接触触的形式式不同，可可分为夹夹持式和和吸附式式手在本本课题中中我们采采用夹持持式手部部结构。夹夹持式手手部由手手指(或手爪爪)和传力力机构所所构成。手手指是与与物件直直接接触触的构件件，常用用的手指指运动形形式有回回转型和和平移型型。回转转型手指指结构简简单，制制造容易易，故应应用较广广泛。平平移型应应用较少少，其原原因是结结构比较较复杂，但但平移型型手指夹夹持圆形形零件时时，工件件直径变变化不影影响其轴轴心的位位置，因因此适宜宜夹持直直径变化化范围大大的工件件。手指指结构取取决于被被抓取物物件的表表面形状状、被抓抓部位(是外廓廓或是内内孔)和物件件的重量量及尺寸寸。常用用的指形形有平面面的、VV形面的的和曲面面的:手指有有外夹式式和内撑撑式;指数有有双指式式、多指指式和双双手双指指式等。而而传力机机构则通通过手指指产生夹夹紧力来来完成夹夹放物件件的任务务。传力力机构型型式较多多时常用的的有:滑槽杠杠杆式、连连杆杠杆杆式、斜斜面杠杆杆式、齿齿轮齿条条式、丝丝杠螺母母弹簧式式和重力力式等。2、手腕腕是连接手手部和手手臂的部部件，并并可用来来调整被被抓取物物件的方方位(即姿势势).3、手臂臂手臂是支支承被抓抓物件、手手部、手手腕的重重要部件件。手臂臂的作用用是带动动手指去去抓取物物件，并并按预定定要求将将其搬运运到指定定的位置置.工业机机械手的的手臂通通常由驱驱动手臂臂运动的的部件(如油缸缸、气缸缸、齿轮轮齿条机机构、连连杆机构构、螺旋旋机构和和凸轮机机构等)与驱动动源(如液压压、气压压或电机机等)相配合合，以实实现手臂臂的各种种运动。4、立柱柱立柱是支支承手臂臂的部件件，立柱柱也可以以是手臂臂的一部部分，手手臂的回回转运动动和升降降(或俯仰仰)运动均均与立柱柱有密切切的联系系。机械械手的立立柱I因工作作需要，有有时也可可作横向向移动，即即称为可可移式立立柱。5、行走走机构当工业机机械手需需要完成成较远距距离的操操作，或或扩大使使用范围围时，可可在机座座上安滚滚轮式行行走机构构可分装装滚轮、轨轨道等行行走机构构，以实实现工业业机械手手的整机机运动。滚滚轮式分分为有轨轨的和无无轨的两两种。驱驱动滚轮轮运动则则应另外外增设机机械传动动装置。6、机座座机座是机机械手的的基础部部分，机机械手执执行机构构的各部部件和驱驱动系统统均安装装于机座座上，故故起支撑撑和连接接的作用用。(二)驱驱动系统统驱动系统统是驱动动工业机机械手执执行机构构运动的的动力装装置调节节装置和和辅助装装置组成成。常用用的驱动动系统有有液压传传动、气气压传动动、机械械传动。控控制系统统是支配配着工业业机械手手按规定定的要求求运动的的系统。目目前工业业机械手手的控制制系统一一般由程程序控制制系统和和电气定定位(或机械械挡块定定位)系统组组成。控控制系统统有电气气控制和和射流控控制两种种，它支支配着机机械手按按规定的的程序运运动，并记忆人人们给予予机械手手的指令令信息(如动作作顺序、运运动轨迹迹、运动动速度及及时间)，同时时按其控控制系统统的信息息对执行行机构发发出指令令，必要要时可对对机械手手的动作作进行监监视，当当动作有有错误或或发生故故障时即即发出报报警信号号。(三)控控制系统统控制系统统是支配配着工业业机械手手按规定定的要求求运动的的系统。目目前工业业机械手手的控制制系统一一般由程程序控制制系统和和电气定定位(或机械械挡块定定位)系统组组成。控控制系统统有电气气控制和和射流控控制两种种，它支支配着机机械手按按规定的的程序运运动，并并记忆人人们给予予机械手手的指令令信息(如动作作顺序、运运动轨迹迹、运动动速度及及时间)，同时时按其控控制系统统的信息息对执行行机构发发出指令令，必要要时可对对机械手手的动作作进行监监视，当当动作有有错误或或发生故故障时即即发出报报警信号号。(四)位位置检测测装置控制机械械手执行行机构的的运动位位置，并并随时将将执行机机构的实实际位置置反馈给给控制系系统，并并与设定定的位置置进行比比较，然然后通过过控制系系统进行行调整，从从而使执执行机构构以一定定的精度度达到设设定位置置.1.2.2机械械手的分分类工业机械械手的种种类很多多，关于于分类的的问题，目目前在国国内尚无无统一的的分类标标准，在在此暂按按使用范范围、驱驱动方式式和控制制系统等等进行分分类。(一)按按用途分分机械手可可分为专专用机械械手和通通用机械械手两种种:1、专用用机械手手它是附属属于主机机的、具具有固定定程序而而无独立立控制系系统的机机械装置置。专用用机械手手具有动动作少、工工作对象象单一、结结构简单单、使用用可靠和和造价低低等特点点，适用用于大批批量的自自动化生生产的自自动换刀刀机械手手，如自自动机床床、自动动线的上上、下料料机械手手和叻口工工中心”.2、通用用机械手手它是一种种具有独独立控制制系统的的、程序序可变的的、动作作灵活多多样的机机械手。在在性能范范围内，其其动作程程序是可可变的，通通过调整整可在不不同场合合使用，驱驱动系统统和控制制系统是是独立的的。通用用机械手手的工作作范围大大、定位位精度高高、通用用性强，适适用于不不断变换换生产品品种的中中小批量量自动化化的生产产。通用用机械手手按其控控制定位位的方式式不同可可分为简简易型和和伺服型型两种:简易型型以“开一关关”式控制制定位，只只能是点点位控制制:可以是是点位的的，也可可以实现现连续轨轨控制，伺伺服型具具有伺服服系统定定位控制制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。(二)按按驱动方方式分1、液压压传动机机械手是以液压压的压力力来驱动动执行机机构运动动的机械械手。其其主要特特点是:抓重可可达几百百公斤以以上、传传动平稳稳、结构构紧凑、动动作灵敏敏。但对对密封装装置要求求严格，不不然油的的泄漏对对机械手手的工作作性能有有很大的的影响，且且不宜在在高温、低低温下工工作。若若机械手手采用电电液伺服服驱动系系统，可可实现连连续轨迹迹控制，使使机械手手的通用用性扩大大，但是是电液伺伺服阀的的制造精精度高，油油液过滤滤要求严严格，成成本高。2、气压压传动机机械手是以压缩缩空气的的压力来来驱动执执行机构构运动的的机械手手。其主主要特点点是:介质李李源极为为方便，输输出力小小，气动动动作迅迅速，结结构简单单，成本本低。但但是，由由于空气气具有可可压缩的的特性，工工作速度度的稳定定性较差差，冲击击大，而而且气源源压力较较低，抓抓重一般般在300公斤以下下，在同同样抓重重条件下下它比液液压机械械手的结结构大，所所以适用用于高速速、轻载载、高温温和粉尘尘大的环环境中进进行工作作。3、机械械传动机机械手即由机械械传动机机构(如凸轮轮、连杆杆、齿轮轮和齿条条、间歇歇机构等等)驱动的的机械手手。它是是一种附附属于工工作主机机的专用用机械手手，其动动力是由由工作机机械传递递的。它它的主要要特点是是运动准准确可靠靠，用于于工作主主机的上上、下料料。动作作频率大大，但结结构较大大，动作作程序不不可变。4、电力力传动机机械手即有特殊殊结构的的感应电电动机、直直线电机机或功率率步进电电机直接接驱动执执行机构构运动的的械手，因因为不需需要中间间的转换换机构，故故机械结结构简单单。其中中直线电电机机械械手的运运动速度度快和行行程长，维维护和使使用方便便。此类类机械手手目前还还不多，但但有发展展前途。(三)按按控制方方式分1、点位位控制它的运动动为空间间点到点点之间的的移动，只只能控制制运动过过程中几几个点的的位置，不不能控制制其运动动轨迹。若若欲控制制的点数数多，则则必然增增加电气气控制系系统的复复杂性。目目前使用用的专用用和通用用工业机机械手均均属于此此类。2、连续续轨迹控控制它的运动动轨迹为为空间的的任意连连续曲线线，其特特点是设设定点为为无限的的，整个个移动过过程处于于控制之之下，可可以实现现平稳和和准确的的运动，并并且使用用范围广广，但电电气控制制系统复复杂。这这类工业业机械手手一般采采用小型型计算机机进行控控制。1.3国国内外发发展状况况国外机器器人领域域发展近近几年有有如下几几个趋势势:(1)工工业机器器人性能能不断提提高(高速度度、高精精度、高高可靠性性、便于于操作和和维修)，而单单机价格格不断下下降，平平均单机机价格从从91年的的10.3万美美元降至至97年的的65万美美元。(2)机机械结构构向模块块化、可可重构化化发展。例例如关节节模块中中的伺服服电机、减减速机、检检测系统统三位一一体化:由关节节模块、连连杆模块块用重组组方式构构造机器器人整机机;国外已已有模块块化装配配机器人人产品问问市。(3)工工业机器器人控制制系统向向基于PPC机的的开放型型控制器器方向发发展，便便于标准准化、网网络化;器件集集成度提提高，控控制柜日日见小巧巧，且采采用模块块化结构构:大大提提高了系系统的可可靠性、易易操作性性和可维维修性。(4)机机器人中中的传感感器作用用日益重重要，除除采用传传统的位位置、速速度、加加速度等等传感器器外，装装配、焊焊接机器器人还应应用了视视觉、力力觉等传传感器，而而遥控机机器人则则采用视视觉、声声觉、力力觉、触触觉等多多传感器器的融合合技术来来进行环环境建模模及决策策控制;多传感感器融合合配置技技术在产产品化系系统中已已有成熟熟应用。(5)虚虚拟现实实技术在在机器人人中的作作用已从从仿真、预预演发展展到用于于过程控控制，如如使遥控控机器人人操作者者产生置置身于远远端作业业环境中中的感觉觉来操纵纵机器人人。(6)当当代遥控控机器人人系统的的发展特特点不是是追求全全自治系系统，而而是致力力于操作作者与机机器人的的人机交交互控制制，即遥遥控加局局部自主主系统构构成完整整的监控控遥控操操作系统统，使智智能机器器人走出出实验室室进入实实用化阶阶段。美美国发射射到火星星上的“索杰纳纳”机器人人就是这这种系统统成功应应用的最最著名实实例。(7)机机器人化化机械开开始兴起起。从994年美美国开发发出“虚拟轴轴机床”以来，这这种新型型装置已已成为国国际研究究的热点点之一，纷纷纷探索索开拓其其实际应应用的领领域。我我国的工工业机器器人从880年代代“七五”科技攻攻关开始始起步，在在国家的的支持下下，通过过“七五”、“八五”科技攻攻关，目目前己基基本掌握握了机器器人操作作机的设设计制造造技术、控控制系统统硬件和和软件设设计技术术、运动动学和轨轨迹规划划技术，生生产了部部分机器器人关键键元器件件，开发发出喷漆漆、弧焊焊、点焊焊、装配配、搬运运等机器器人;其中有有1300多台套套喷漆机机器人在在二十余余家企业业的近330条自自动喷漆漆生产线线(站)上获得得规模应应用，弧弧焊机器器人己应应用在汽汽车制造造厂的焊焊装线上上。但总总的来看看，我国国的工业业机器人人技术及及其工程程应用的的水平和和国外比比还有一一定的距距离，如如:可靠性性低于国国外产品品:机器人人应用工工程起步步较晚，应应用领域域窄，生生产线系系统技术术与国外外比有差差距;在应用用规模上上，我国国己安装装的国产产工业机机器人约约2000台，约约占全球球已安装装台数的的万分之之四。以以上原因因主要是是没有形形成机器器人产业业，当前前我国的的机器人人生产都都是应用用户的要要求，“一客户户，一次次重新设设计”，品种种规格多多、批量量小、零零部件通通用化程程度低、供供货周期期长、成成本也不不低，而而且质量量、可靠靠性不稳稳定。因因此迫切切需要解解决产业业化前期期的关键键技术，对对产品进进行全面面规划，搞搞好系列列化、通通用化、模模块化设设计，积积极推进进产业化化进程.我国的的智能机机器人和和特种机机器人在在“8633”计划的的支持下下，也取取得了不不少成果果。其中中最为突突出的是是水下机机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。1.4课课题的提提出及主主要任务务1.4.1课题题的提出出进入211世纪，随随着我国国人口老老龄化的的提前到到来，近近来在东东南沿海海还出现现在大量量的缺工工现象，迫迫切要求求我们提提高劳动动生产率率，降低低工人的的劳动强强度，提提高我国国工业自自动化水水平势在在必行，本本设计的的目的就就是设计计一个气气动搬运运机械手手，应用用于工业业自动化化生产线线，把工工业产品品从一条条生产线线搬运到到另外一一条生产产线，实实现自动动化生产产，减轻轻产业工工人大量量的重复复性劳动动，同时时又可以以提高劳劳动生产产率。现在的机机械手大大多采用用液压传传动，液液压传动动存在以以下几个个缺点:(1)液液压传动动在工作作过程中中常有较较多的能能量损失失(摩擦损损失、泄泄露损失失等):液压传传动易泄泄漏，不不仅污染染工作场场地，限限制其应应用范围围，可能能引起失失火事故故，而且且影响执执行部分分的运动动平稳性性及正确确性。(2)工工作时受受温度变变化影响响较大。油油温变化化时，液液体粘度度变化，引引起运动动特性变变化。(3)因因液压脉脉动和液液体中混混入空气气，易产产生噪声声。(4)为为了减少少泄漏，液液压元件件的制造造工艺水水平要求求较高，故故价格较较高;且使用用维护需需要较高高技术水水平。鉴鉴于以上上这些缺缺陷，本本机械手手拟采用用气压传传动，气动技术术有以下下优点:(1)介介质提取取和处理理方便。气气压传动动工作压压力较低低，工作作介质提提取容易易，而后后排入大大气，处处理方便便，一般般不需设设置回收收管道和和容器:介质清清洁，管管道不易易堵存在在介质变变质及补补充的问问题.（2)阻阻力损失失和泄漏漏较小，在在压缩空空气的输输送过程程中，阻阻力损失失较小(一般不不卜浇塞塞仅为油油路的千千分之一一)，空气气便于集集中供应应和远距距离输送送。外泄泄漏不会会像液压压传动那那样，造造成压力力明显降降低和严严重污染染。(3)动动作迅速速，反应应灵敏。气气动系统统一般只只需要00.022s-00.3ss即可建建立起所所需的压压力和速速度。气气动系统统也能实实现过载载保护，便便于自动动控制。(4)能能源可储储存。压压缩空气气可存贮贮在储气气罐中，因因此，发发生突然然断电等等情况时时，机器器及其工工艺流程程不致突突然中断断。(5)工工作环境境适应性性好。在在易燃、易易爆、多多尘埃、强强磁、强强辐射、振振动等恶恶劣环境境中，气气压传动动与控制制系统比比机械、电电器及液液压系统统优越，而而且不会会因温度度变化影影响传动动及控制制性能。(6)成成本低廉廉。由于于气动系系统工作作压力较较低，因因此降低低了气动动元、辅辅件的材材质和加加工精度度要求，制制造容易易，成本本较低。传传统观点点认为:由于气气体具有有可压缩缩性，因因此，在在气动伺伺服系统统中要实实现高精精度定位位比较困困难(尤其在在高速情情况下，似似乎更难难想象)。此外外气源工工作压力力较低，抓抓举力较较小。虽虽然气动动技术作作为机器器人中的的驱动功功能已有有部分被被工业界界所接受受，而且且对于不不太复杂杂的机械械手，用用气动元元件组成成的控制制系统己己被接受受，但由由于气动动机器人人这一体体系己经经取得的的一系列列重要进进展过去去介绍得得不够，因因此在工工业自动动化领域域里，对对气动机机械手、气气动机器器人的实实用性和和前景存存在不少少疑虑。1.4.2课题题的主要要任务本课题将将要完成成的主要要任务如如下:(1)机机械手为为通用机机械手，因因此相对对于专用用机械手手来说，它它的适用用面相对对较广.(2)选选取机械械手的座座标型式式和自由由度(3)设设计出机机械手的的各执行行机构，包包括:手部、手手腕、手手臂等部部件的设设计。为为了使通通用性更更强，手手部设计计成可更更换结构构，不仅仅可以应应用于夹夹持式手手指来抓抓取棒料料工件，在在工业需需要的时时候还可可以用气气流负压压式吸盘盘来吸取取板料工工件。(4)气气压传动动系统的的设计本课题将将设计出出机械手手的气压压传动系系统，包包括气动动元器件件的选取取，气动动回路的的设计，并并绘出气气动原理理图。(5)对对气压传传动系统统原理图图的参数数化绘制制进行研研究，提提高绘图图效率，改改善绘图图质量。(6)机机械手的的控制系系统的设设计本机械手手拟采用用可编程程序控制制器(PPLC)对机械械手进行行控制，本本课题将将要选取取PLCC型号，根根据机械械手的工工作流程程编制出出PLCC程序，并并画出梯梯形图。2 机械械手的设设计方案案对气动机机械手的的基本要要求是能能快速、准准确地拾拾-放和搬搬运物件件，这就就要求它它们具有有高精度度、快速速反应、一一定的承承载能力力、足够够的工作作空间和和灵活的的自由度度及在任任意位置置都能自自动定位位等特性性。设计计气动机机械手的的原则是是:充分分分析作业业对象(工件)的作业业技术要要求，拟拟定最合合理的作作业工序序和工艺艺，并满满足系统统功能要要求和环环境条件件;明确工工件的结结构形状状和材料料特性，定定位精度度要求，抓抓取、搬搬运时的的受力特特性、尺尺寸和质质量参数数等，从从而进一一步确定定对机械械手结构构及运行行控制的的要求;尽量选选用定型型的标准准组件，简简化设计计制造过过程，兼兼顾通用用性和专专用性，并并能实现现柔性转转换和编编程控制制.本次设设计的机机械手是是通用气气动上下下料机械械手，是是一种适适合于成成批或中中、小批批生产的的、可以以改变动动作程序序的自动动搬运或或操作设设备，它它可用于于操作环环境恶劣劣，劳动动强度大大和操作作单调频频繁的生生产场合合。2.1机机械手的的座标型型式与自自由度按机械手手手臂的的不同运运动形式式及其组组合情况况，其座座标型式式可分为为直角座座标式、圆圆柱座标标式、球球座标式式和关节节式。由由于本机机械手在在上下料料时手臂臂具有升升降、收收缩及回回转运动动，因此此，采用用圆柱座座标型式式。相应应的机械械手具有有三个自自由度，为为了弥补补升降运运动行程程较小的的缺点，增增加手臂臂摆动机机构，从从而增加加一个手手臂上下下摆动的的自由度度.图2-11 机械械手的运运动示意意图Fia.2-11 Skketcch MMap of thee Mootioon oof MManiipullatoor2.2 机械手手的手部部结构方方案设计计为了使机机械手的的通用性性更强，把把机械手手的手部部结构设设计成可可更换结结构，当当工件是是棒料时时，使用用夹持式式手部;当工件件是板料料时，使使用气流流负压式式吸盘。2.3 机械手手的手腕腕结构方方案设计计考虑到机机械手的的通用性性，同时时由于被被抓取工工件是水水平放置置，因此此手腕必必须设有有回转运运动才可可满足工工作的要要求。因因此，手手腕设计计成回转转结构，实实现手腕腕回转运运动的机机构为回回转气缸缸。2.4 机械手手的手臂臂结构方方案设计计按照抓取取工件的的要求，本本机械手手的手臂臂有三个个自由度度，即手手臂的伸伸缩、左左右回转转和降(或俯仰仰)运动。手手臂的回回转和升升降运动动是通过过立柱来来实现的的，立柱柱的横向向移动即即为手臂臂的横移移。手臂臂的各种种运动由由气缸来来实现。2.5 机械手手的驱动动方案设设计由于气压压传动系系统的动动作迅速速，反应应灵敏，阻阻力损失失和泄漏漏较小，成成本低廉廉因此本本机械手手采用气气压传动动方式。2.6 机械手手的控制制方案设设计考虑到机机械手的的通用性性，同时时使用点点位控制制，因此此我们采采用可编编程序控控制器(PLCC)对机机械手进进行控制制。当机机械手的的动作流流程改变变时，只只需改变变PLCC程序即即可实现现，非常常方便快快捷。2.7机机械手的的主要参参数1.机械械手的最最大抓重重是其规规格的主主参数，由由于是采采用气动动方式驱驱动，因因此考虑虑抓取的的物体不不应该太太重，查查阅相关关机械手手的设计计参数，结结合工业业生产的的实际情情况，本本设计设设计抓取取的工件件质量为为5公斤斤2.基本本参数运运动速度度是机械械手主要要的基本本参数。操操作节拍拍对机械械手速度度提出了了要求，设设计速度度过低限限制了它它的使用用范围。而而影响机机械手动动作快慢慢的主要要因素是是手臂伸伸缩及回回转的速速度。该该机械手手最大移移动速度度设计为为。最大回回转速度度设计为为。平均均移动速速度为。平均回回转速度度为。机机械手动动作时有有启动、停停止过程程的加、减减速度存存在，用用速度一一行程曲曲线来说说明速度度特性较较为全面面，因为为平均速速度与行行程有关关，故用用平均速速度表示示速度的的快慢更更为符合合速度特特性。除除了运动动速度以以外，手手臂设计计的基本本参数还还有伸缩缩行程和和工作半半径。大大部分机机械手设设计成相相当于人人工坐着着或站着着且略有有走动操操作的空空间。过过大的伸伸缩行程程和工作作半径，必必然带来来偏重力力矩增大大而刚性性降低。在在这种情情况下宜宜采用自自动传送送装置为为好。根根据统计计和比较较，该机机械手手手臂的伸伸缩行程程定为660