---43-第一章緒論1.1前言能夠完整模擬人類手部動作的設(shè)備就是機器人。機器人是一種完全自動化的機器設(shè)備，能夠模仿人類的運動模式進行跟蹤從而達到讓使用人滿意的效果，處理或操作。給定程序..它廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。機械手也就是全工業(yè)化的人手仿真模擬設(shè)備?，F(xiàn)代化的機械手設(shè)備在自動化領(lǐng)域是一項全新的創(chuàng)新科技。已經(jīng)能夠成為現(xiàn)如今生產(chǎn)環(huán)節(jié)中重要的組成部分，也是新興科技快速發(fā)展的重要組成部分之一，能夠作為全自動化機械設(shè)備中的最重要組成部分。機械手涵蓋了包括力學以及自動控制技術(shù)在內(nèi)的多項技術(shù)體系，還橫跨了科學領(lǐng)域，因此這項設(shè)備也是一種跨學科綜合科技體系。工業(yè)機械手是我國最近幾十年來創(chuàng)造出了的最先進技術(shù)產(chǎn)品。工業(yè)機械手是工業(yè)機器人中最重要的一個環(huán)節(jié)。它的特征是能夠按照編程完成各種預期之內(nèi)的工作，并且能夠?qū)C器人和機器之間的特質(zhì)以及功能進行完善融合，特別是在人工智能的適應(yīng)性標準上。機械手的操作便捷性以及工作穩(wěn)定性均能夠得到環(huán)境內(nèi)的一致好評，也能夠為我國的經(jīng)濟發(fā)展帶來了無盡的發(fā)展空間。機械手的快速發(fā)展是因為其良好的工作特質(zhì)越來越受到人們的認可：首先，它可以部分替代手動操作；其次，它可以遵循生產(chǎn)過程中的某些要求，遵循一定的程序，時間和位置來完成轉(zhuǎn)移和裝卸；最后，它能夠熟練的操作焊接工作以及組裝操作，進而在一定程度幫助工人緩解了工作壓力，大大加強了生產(chǎn)力，并且推進了我國工業(yè)生產(chǎn)以及自動化生產(chǎn)的腳步。所以，這項科技模式越來越能夠得到眾多國家的重視，并且對其投入了大量人力以及物力的支持。尤其是在溫度高，壓力高，粉塵多，噪音大以及放射性強的場所，它得到了更廣泛的應(yīng)用。近年來，中國也發(fā)展迅速，取得了一定成績，受到了機械工業(yè)的高度評價。該機械手是多功能機器，可以自動控制和重新編程以進行更改。它具有多個自由度，能夠運作組件保障其在不同環(huán)境下都能夠很好地完成工作。機械手的組建原理變得相對容易，因為其特質(zhì)極其明顯。隨著現(xiàn)階段我國的工業(yè)發(fā)展逐漸完善，制造了具有范圍廣泛的應(yīng)用的“程序控制的通用機械手”（稱為通用機械手），其可以由程序獨立地控制以實現(xiàn)重復操作。由于通用機械手能夠快速完成工作進程并且有著較強的適應(yīng)能力，因此在不斷產(chǎn)生變化的生產(chǎn)體系中得到了完善的使用。1.2工業(yè)機械手的歷史現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于1950年代初期，以教學復制和主從控制方法為基礎(chǔ)，可適應(yīng)產(chǎn)品類型的變化并具有具有多個自由度的靈活運動產(chǎn)品。該操縱器最初是從美國開發(fā)的。1958年，聯(lián)合機器人公司開發(fā)了第一臺操縱器。其結(jié)構(gòu)構(gòu)造為：在機體上面裝又帶有旋轉(zhuǎn)功能的長手臂，并在末節(jié)安裝了有著電磁體功能的設(shè)備以及放置裝置?？刂葡到y(tǒng)是教學型。1962年，在如上機制的標準之下，美國機械鑄造公司曾經(jīng)嘗試制作了機械手。商標名稱是Unimate（即通用自動）。其運作原理的模仿坦克和炮臺，手臂旋轉(zhuǎn)，俯仰，使用的驅(qū)動形式是液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)中使用磁鼓當做儲存設(shè)備。并且在其概念標準上還發(fā)明出了多項機械手設(shè)備。還是這一年，該公司與Prumman合并，成立了Unimaton，是一家只生產(chǎn)機器人的公司。1962年，美國機械鑄造公司還對一款名為Versatran的機械手進行實驗測試，這款機械手的特點為靈動性。機械手的樁柱能夠進行自由旋轉(zhuǎn)，手臂也能夠旋轉(zhuǎn)，進行升降，進行回縮以及液壓化的驅(qū)動運作?？刂葡到y(tǒng)也是教學再現(xiàn)類型。就算這兩項機械手設(shè)備生產(chǎn)于1960年代初，但這兩項設(shè)備在當時為工程建筑提升了不少效率。1978年，美國Unimate公司，斯坦福大學和麻省理工學院聯(lián)合開發(fā)了Unimate-Vic臂工業(yè)機械手，這款機械手內(nèi)部配有小型的電腦處理器，并且十分方便于組裝，在工作中產(chǎn)生的誤差基本低于±1mm。美國還特別關(guān)注機械手的穩(wěn)定性提升，不斷將其結(jié)構(gòu)進行更改以實現(xiàn)縮減成本的預期。比如，Unimate建設(shè)出了一個歷時八年的機械測試設(shè)備，能夠用來進行各種機器的功能性測驗。想要加強機器在產(chǎn)生故障前的使用時長（注：故障前的平均時長是測量設(shè)備穩(wěn)定性的一種標準。它能夠在第一次就計算出故障前的使用時長）從400小時增加到1500小時，其準確性的提升也達到了±0.1毫米以上。德國機械制造業(yè)在1970年就開始全面使用機械手設(shè)備，主要使用機械手進行運輸工作，進行焊接以及裝備的卸載工作。德國KnKa公司還制作并且生產(chǎn)出了鉸接式結(jié)構(gòu)的機械手設(shè)備。瑞士RETAB公司制作了一種繪畫機械手，對使用方式進行編程即可進行工作。瑞典Ansa公司使用機器人清潔鑄鋁齒輪箱的毛刺等。日本是現(xiàn)階段世界范圍內(nèi)最專注于提升工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量并且能夠加以最完善應(yīng)用的國家。自1969年從美國最先引入兩款經(jīng)典機械手至今，對機械手的深入挖掘已經(jīng)得到了越來越多的專家重視。按照相應(yīng)統(tǒng)計能夠知曉，1979年，有50多所學院以及機構(gòu)均對機械手的研究投入了大量的精力。1976年，各學院以及國家研究體系對此項技術(shù)的成本投入比達到了全國工業(yè)經(jīng)濟總值的42％。1979年，日本機械手的產(chǎn)值達到443億日元，產(chǎn)量為14,535臺。當中，用以加強程序的使用寬廣性的經(jīng)濟占比達到半數(shù)，已經(jīng)提升至222億日元，是1978年的兩倍。有著記憶功能的機械手設(shè)備年產(chǎn)值基本能夠達到67億日元，比1978年平均加強了50％。機械手約為17億日元，是1978年的6倍。截至1979年，機械手的總生產(chǎn)數(shù)值已經(jīng)達到了56,900臺?，F(xiàn)階段位列世界第一，約占70％，并且在每年以50％至60％的速率不斷攀升。當中最常見的機械手設(shè)備運用于汽車生產(chǎn)業(yè)，然后是電動設(shè)備以及家用電器行業(yè)。預計到1990年將有55萬個機器人工作。第二代機械手正在完善的投入建設(shè)。它裝有為電子計算機的控制模式，具備基本的視覺以及觸覺功能，甚至還能夠做到簡單的聆聽功能與思考功能。研究并安裝各種傳感器一邊與完美的接收到信息信號，更加方便與機械手建設(shè)感官系統(tǒng)。觸覺和視覺的操作設(shè)備已經(jīng)能夠廣泛的應(yīng)用與國外眾多發(fā)達國家。第三代機械手（機器人）能夠進行獨立任務(wù)的完成。它與電子計算機和電視設(shè)備始終能夠建立起完善的連接。并且慢慢的能夠發(fā)展為柔性的FMS（FlexibleManufacturingsystem）和柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell）的重要組成部分。隨著工業(yè)機器人（robot）的實踐工作不斷加深，實際應(yīng)用范圍不斷廣闊，國際學術(shù)的交流以及發(fā)展十分完善，并且在眾多發(fā)達國家已經(jīng)展開了多次學術(shù)界的溝通。1.3工業(yè)機械手的應(yīng)用在生產(chǎn)方面

機械手是工業(yè)自動生產(chǎn)范圍中經(jīng)常出現(xiàn)的設(shè)備。機械手能夠獨立完成多種任務(wù)類型，例如移動物體，組裝，切割，噴涂和染色等，并且能夠廣泛的運用于工業(yè)生產(chǎn)中。在現(xiàn)今工業(yè)體系之內(nèi)，將自動化加入生產(chǎn)對于生產(chǎn)效率能夠得到質(zhì)的提升。并且每個行業(yè)的自動化水準都均有加強?，F(xiàn)代加工車間基本上都配有機械手，目的為提升工人的工作效率以及將工人在工作中所受到的風險控制在最小。但是在機械生產(chǎn)業(yè)中，加工，組裝和眾多生產(chǎn)模式有著一定程度上的不連續(xù)性。根據(jù)相關(guān)資料，美國生產(chǎn)的所有工業(yè)零件中有75％是進行小規(guī)模生產(chǎn)的；四分之三的金屬加工生產(chǎn)批次少于50個零件，而機床上零件的真實加工市場僅占5％。由此可見，裝卸，運輸及其他過程機械化的緊迫性，因此使用機械手能夠加快完成這個過程自動化的進度?，F(xiàn)階段，我國機械手的基本任務(wù)為：能夠迅速的在模具中進行商品提取，并且自動將商品記錄并且完善的運轉(zhuǎn)到下一個環(huán)節(jié)中；機械手再加工過程中所能夠使用的一切原料；以及在鑄造行業(yè)中提取高溫熔融液等。此文章能夠基本完善此類工作，并且將運輸機械手為研究對象。1.4機械手的組成機械手的主要組成部分為致動器，驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)以及和位置檢測裝置。各系統(tǒng)之間的關(guān)系如下圖所示。圖1.1機械手的組成方框圖1.4.1執(zhí)行機構(gòu)其中涵蓋手，手腕，手臂和直立部位，還添加了一項行走功能。1、手部因為手是和物體進行接觸的不為。因為物體接觸的方式不盡相同，它可以分為夾緊和吸手兩種。抓手由手指（或爪）以及力傳導的模式進行組建。手指是與物體進行直接接觸的部位，而且最為常見的手指一動模式為旋轉(zhuǎn)以及橫移。手指的設(shè)計既簡單又高效，所以能夠被廣泛的加以使用。單中較少的翻譯類型能夠讓其結(jié)構(gòu)變得比較復雜。因此，當圓形手指握住圓形部分時，工件的直徑不會隨著其軸體進行轉(zhuǎn)化，因此較為適合進行較大直徑范圍內(nèi)的物體抓取。手指的結(jié)構(gòu)能夠完全取決于其所抓取物體的形狀，要抓握的物體的位置（無論是外輪廓還是內(nèi)孔）以及物體的重量和大小。常用的手指形狀為扁平，V形和彎曲形：手指具有外部夾緊和內(nèi)部支撐；指數(shù)包括兩指，多指和兩指兩指。力傳遞效果是通過手指產(chǎn)生夾緊力，以完善的完成其放置物體的操作。力傳遞標準的使用概念有很多，其中最為多見的為：斜槽桿型，連桿桿型，傾斜桿型，齒條齒輪型，螺母彈簧型和重力型。吸式手主要由吸盤等組成。它通過吸力（如吸盤中產(chǎn)生的負壓或電磁力）吸收物體，并且相應(yīng)的吸式手包括兩種負壓吸力杯和電磁磁盤。對于輕薄板件和光滑薄板材料等工件，基本上能夠使用吸力設(shè)備產(chǎn)生吸力。有負氣壓和真空泵。對于具有孔的導磁環(huán)和圓盤零件以及網(wǎng)狀板，基本上均利用了電磁吸盤進行吸取。電磁卡盤的吸引力能夠通過電磁鐵以及交流電共同產(chǎn)生。對于負壓吸盤和電磁吸盤，吸盤的外部狀態(tài)，數(shù)量和吸力按照其所吸附的物體進行改變，體積以及重量來判斷。并且，按照相關(guān)的需求能夠得知，手還可以有勺型（例如鑄造機器人的鋼包部分），托盤型（例如冷齒輪機床裝卸機器人的手）等類型。2、手腕腕部是手部以及手臂進行連接的中轉(zhuǎn)軸，能夠用以調(diào)整物體的方位（即體現(xiàn)為其運動的形式）。3、手臂手臂是支撐被抓物體，手和手腕的組成部分。手臂的作用是趨勢手指能夠?qū)⑽矬w抓緊，并依照預想的標準進行轉(zhuǎn)移。工業(yè)機械手的手臂基本上都是通過驅(qū)動手臂進行運動的小件（例如油缸，氣缸，齒條和小齒輪機構(gòu)，連桿機構(gòu)，螺桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等）和驅(qū)動源（例如液壓，氣壓或電機）以此來實踐各種手臂動作。手臂能夠完成的動作類型為:為了防止手臂在伸縮以及抬起過程中干擾其他的線軸，它應(yīng)高保障其導向設(shè)備能夠完善確保手指的正確偏轉(zhuǎn)方向。另外，該引導裝置還可以承受臂旋轉(zhuǎn)時的彎矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及在啟動過程中產(chǎn)生慣性，進而將其運作標準以及壓力制定的很完善。導向裝置的結(jié)構(gòu)是常用的：單缸，雙缸，四缸和V形槽，燕尾槽等多種導向類型。4、立柱立柱是對手臂進行支撐的設(shè)備。立柱也是手臂設(shè)備中的一個重要組件。手臂的旋轉(zhuǎn)運作以及抬起（或俯仰）運動均和立柱的關(guān)系不可分割。機械手的站立方向基本上都是穩(wěn)定的，但又是因為工作需求會進行一些簡單移動，也能夠?qū)⑵浞Q之為活動柱。5、行走機構(gòu)當工業(yè)機械手應(yīng)該完成長距離工作以及加大范圍的時候，應(yīng)該將其固定在基座上它配備有滾子，導向軌道以及其余的行走設(shè)備，均能夠完善的實現(xiàn)機械手的整體運作標準。輥輪式走布模式能夠分為滾輪以及無軌兩種方式進行制定。驅(qū)動輥的運動應(yīng)該在其中配備有完善的傳導裝置。6、機座基座是機械手的基本組成部分，機械手執(zhí)行器的組件和驅(qū)動系統(tǒng)已安裝在機器上座位，因此能夠起到連接以及支撐的作用。1.4.2驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)在驅(qū)動工業(yè)生產(chǎn)中為機械手中的執(zhí)行動力設(shè)備?；旧夏軌蛲ㄟ^電源以及調(diào)節(jié)裝置進行組合。常用的驅(qū)動設(shè)備為液壓驅(qū)動，氣動驅(qū)動，電驅(qū)動和機械驅(qū)動。1.4.3控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是按照相關(guān)的需求以及工業(yè)機械手的運作標準進行運導的體系?，F(xiàn)階段，工業(yè)機械手的控制標準基本上都能夠通過控制標準以及電氣機位（或機械停止定位）等組件進行組合的。有兩種控制系統(tǒng)，電氣控制和噴射控制。能夠依照運行規(guī)律進行機械手的控制，并完善的為機械手供應(yīng)其指令以及信息（例如運動數(shù)列，運動軌跡，運動速度和時間），并且在這時按照控制標準的信號進行指令傳遞，務(wù)必要完善的對機械手的運作動向進行監(jiān)管，并在其運作產(chǎn)生錯誤以及誤區(qū)時及時響起警報設(shè)備。1.4.4位置檢測裝置控制機械手執(zhí)行設(shè)備的移動范圍，并隨時把其設(shè)備的實際軌跡向系統(tǒng)反饋，并通過設(shè)定的位置進行比較，然后利用其控制體質(zhì)進行比較，使執(zhí)行器能夠在一定程度內(nèi)保障設(shè)定的數(shù)值不被改變。1.5工業(yè)機械手的分類工業(yè)機械手有很多種種類。對于其中的分類標準，現(xiàn)階段我國并沒有加以明確。在此，我們將會依據(jù)使用的范圍標準，驅(qū)動標準以及控制范圍對其進行臨時的處理。1.5.1按用途分機械手能夠分為專業(yè)以及通用兩種類型:1、專用機械手它是能夠通過固定的程序向主機進行連接的機械設(shè)備，沒有其自身完善的操作體系。特種機械的手部使用率較小，工作模式較為單一簡潔，使用穩(wěn)定，消耗經(jīng)濟成本的程度合理。將其進行批量自動化加工，比如自動機床，自動裝卸機器人和自動換刀機器人，該機械連接到“缺口工人中心”2、通用機械手具備完善的獨立操控標準，靈活的程序機制以及活動范圍。在其基礎(chǔ)設(shè)定以及性能中，其動作程序也是十分靈動的，能夠通過不同的場所進行完善的利用。驅(qū)動設(shè)備以及體系是相對獨立的。通用機械手的工程范圍模式強精密度完善，通用體系標準，完美的使用與現(xiàn)階段各種中小企業(yè)進行生產(chǎn)，并且非常支持進行改建。通用機械手按照其不同的機制標準能夠大體分為兩種模式：簡單型使用“打開和關(guān)閉”型來控制定位，只能夠進行點位控制：伺服型有著完善的服務(wù)機制標準進行控制，該點的位置也能夠通過改善軌跡進行控制。通用伺服式通用機械手是一項數(shù)控設(shè)備。1.5.2按驅(qū)動方式的類型分為1、液壓傳動機械手這是一種使用液壓驅(qū)動進行命令執(zhí)行的機械手設(shè)備。其主要特質(zhì)為：超過100公斤，具有穩(wěn)定的傳輸功能以及靈活的運轉(zhuǎn)標準。但是對于封密裝置有著較為苛刻的需求，不然就會對氣泄漏機制產(chǎn)生一定程度上的影響，所以這種設(shè)備不適用在高溫環(huán)境下進行工作。如果機械手使用的是服務(wù)機制進行運作，能夠加強其軌跡的控制標準，進而加強了機械手的多功能效果，但電動液壓伺服閥制造精度高，對于油量的消耗過于苛刻，因此消耗的經(jīng)濟成本較大。2、氣壓傳動機械手它是一種機械手，能夠通過對空氣進行壓縮來執(zhí)行相應(yīng)的指令。其具體特質(zhì)為：介質(zhì)力源極更為便捷，輸出運作以及敏捷性更為出眾，結(jié)構(gòu)簡潔消耗經(jīng)濟成本低。并且，因為其易于壓縮的工作特性，工作的穩(wěn)定機制較差，并且對于空氣源有著一定程度上的沖擊性。其抓地力基本上均小于30千克。在同等的夾緊狀態(tài)下，大于液壓機械手體系。所以，這項設(shè)備能夠在高速運轉(zhuǎn)的情況下還能保障穩(wěn)定的生產(chǎn)效率。3、機械傳動機械手即，機械手是通過機械傳導設(shè)備（例如凸輪，連桿，齒輪和齒條，間歇機構(gòu)等）進行驅(qū)動。它是連接到工作主機的特殊操縱器，其中的動力能夠通過機械傳輸進行運轉(zhuǎn)。它的具體特質(zhì)為運動穩(wěn)定性強，速率高，但是大多數(shù)的結(jié)構(gòu)以及體系還會不產(chǎn)生變化。大體上能夠使用于加載以及卸載的工作模式中。4、電力傳動機械手即，有著其特殊特質(zhì)的感應(yīng)電動設(shè)備，線性電動機以及動力機械設(shè)備都能夠?qū)е逻\轉(zhuǎn)效率不穩(wěn)定，因為在其中無需進行機構(gòu)模式的轉(zhuǎn)換，所以機械模式較為簡潔。當中，線性電動機機械手有著快速進行運轉(zhuǎn)以及保障生產(chǎn)速率的優(yōu)勢，而且十分方便于日常維護。目前，這種操縱器并不多，但是在未來能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。1.5.3按控制方式分為1、點位控制它的運動是通過空間中進行點與點之間的傳導，它能夠通過運動范圍傳遞到多項點位中，不能對其軌道形成控制。如果在其內(nèi)部有著多項能夠控制的點位，就一定要加強其電氣控制的穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段使用的特殊機器人以及工業(yè)機器人均屬于此。2、連續(xù)軌跡控制它的運作軌跡在其空間任意范圍內(nèi)進行曲線的運轉(zhuǎn)。其特質(zhì)是能夠形成無限循環(huán)的操作。當中整個運作體系不能夠受到控制，能夠形成精準的運作標準。這項工具有著廣泛的使用用途，但是因為其電力控制標準過于繁雜。這種工業(yè)機械手基本上都是通過小型計算機進行控制并且運用。1.6工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢工業(yè)機器人的功能性不斷得到完善（高速率，高精準度，高穩(wěn)定性，方便于操作以及日常維修），而單機的價值卻始終不增不減。單機平均價格從1991年的103,000美元下降到1997年的65,000美元。機械結(jié)構(gòu)正在為其發(fā)展中的模塊化提升而努力。比如，將伺服電機，減速器和檢測系統(tǒng)三合一集成在關(guān)節(jié)模塊中：機器人模塊通過關(guān)鍵組件以及連接板塊進行重新的構(gòu)造；現(xiàn)階段國外的眾多擁有此模塊的國家已經(jīng)開始拼裝此機器人。工業(yè)機器人的控制標準針對于PC的開放式控制器發(fā)展，并且十分方便于進行聯(lián)網(wǎng)操作；其適用范圍廣設(shè)備密度強，使用了眾多模塊進行組合構(gòu)成：在一定程度上加強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有著易于操作和維護的特質(zhì)。傳感設(shè)備在機器人的創(chuàng)建環(huán)節(jié)中已經(jīng)越來越能夠起到完善的作用。除了對傳統(tǒng)的位置以及速率之外進行控制，裝配和焊接機器人還加裝了視覺以及力覺的傳導標準，而遠程控制設(shè)備利用了視覺，聽覺以及力覺，觸覺和其他多傳感器的結(jié)合體系對于未來的環(huán)境變化能夠起到一定的決策作用。多傳感器的結(jié)合標準在商業(yè)化的系統(tǒng)體系中已經(jīng)能夠得到完善的運用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人的具體特質(zhì)在進行模擬以及實踐的過程中就展現(xiàn)出來了，例如遠程機器人操作員感到在遠程操作環(huán)境中進行機器人操作的感覺。現(xiàn)代遠程控制機器人的系統(tǒng)發(fā)展標準不再是一味的追求自主自動化，而是致力于實現(xiàn)操作人員以及機器人之間能夠進行更小的資源消耗，即遠程控制與本地自主系統(tǒng)一同創(chuàng)建出了一套完整的體系。完整的遠程監(jiān)控操作設(shè)備，使智能機器人能夠完善的脫離實驗室進入一個全新的階段。美國在火星上發(fā)射的“Sogener”機器人是這項實驗中最為有名的一個案例。機器人設(shè)備逐漸投入使用。自1994年在美國開發(fā)“虛擬軸機床”以來，這種全新的設(shè)備標準已經(jīng)成為了世界范圍值之內(nèi)最為先進的科技之一，并已探索并且對其實際功能性做出了完善的檢測。中國的工業(yè)機器人始于1980年代的“第七個五年”科學技術(shù)研究。在我國政策的大力扶持之下，通過“七五”和“八五”科學技術(shù)研究，現(xiàn)階段已經(jīng)能夠完善的掌握其中的制造標準以及控制機理，通過軟硬件同步的體系，運動學以及軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)出了一些機器人的關(guān)鍵部位，并實踐于其中點位焊接以及噴氣等多項業(yè)務(wù)標準。當中，有130多套噴漆機器人在20多個公司中使用。涂裝生產(chǎn)線（站）已得到大規(guī)模應(yīng)用，電弧焊機器人已被應(yīng)用于汽車制造商的焊接線上。但是總的來說，中國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用水平還與國外相距遙遠，例如：可穩(wěn)定性低于眾多先進國家：因為我國的機器人技術(shù)發(fā)展較為緩慢，運用標準十分狹小，生產(chǎn)線標準距許多發(fā)達國家依然有一定的差距；現(xiàn)階段針對其規(guī)模體系來講，中國已安裝了約200臺家用工業(yè)機器人，能夠占世界總數(shù)的四分之一。以上眾多的因素均是因為現(xiàn)階段我國還沒有完善的機器人生產(chǎn)技術(shù)?，F(xiàn)階段，中國的機器人生產(chǎn)是針對于具體客戶的需求標準下?！耙晃活櫩?，一次重新設(shè)計”，其品種以及規(guī)模的量級很小，零件的通用程度較低，供應(yīng)市場較暢，成本較低。因此質(zhì)量以及穩(wěn)定性得不到保障。所以，需要在工業(yè)化體系中較早的解決這項技術(shù)瓶頸，全面設(shè)計產(chǎn)品，做好序列化，泛化和模塊化設(shè)計，加速推進我國工業(yè)革命的浪潮。中國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下也均獲得了一定的成果。當中，最杰出的是水下機器人。6000m水下無線機器人的成就就處于全世界的先列。還自主開發(fā)出了遙感機器人，雙臂協(xié)作控制機器人，爬壁機器人，管道機器人等眾多類型：在機器人視覺，力感和觸覺等眾多標準上據(jù)能夠得到一定的提升。因此，多傳感器信息標準融合技術(shù)，遠程控制加上本地自治系統(tǒng)遠程控制機器人，智能裝配機器人，機器人機械等的研究才剛剛開始實踐，遠遠落后于國外的先進水平。它需要基于原始成就。專注于系統(tǒng)研究是形成具有可用于實際目的的支持技術(shù)和產(chǎn)品的系統(tǒng)的唯一方法，以期在“第十個五年計劃”后期成為世界先進國家。也著一定的發(fā)展意義。但是隨著現(xiàn)階段傳感器技術(shù)的不斷加深，遠程控制加之系統(tǒng)控制機器人，智能裝配機器人，機器人機械等的逐步完善工程才剛剛開始，遠遠落后于國外的先進水平。它需要基于原始成就。專注于系統(tǒng)研究是形成支持實際技術(shù)和產(chǎn)品的系統(tǒng)的唯一途徑，以便在最短的時間內(nèi)成為世界上最好的系統(tǒng)。1.7工業(yè)機械手的自由度以及座標型式1工業(yè)機械手的自由度的分析自由度是機械手設(shè)計中的主要參數(shù)標準，并且當中每一個組件（即運動部件）都能夠穩(wěn)定的與固定坐標對應(yīng)。獨立運動能夠?qū)⑵浞Q之為自由運動標準。當中每個成員的固定坐標范圍內(nèi)能夠形成六種體系標準，即在X，Y和Z的三個方向上獨立的往復運動，以及繞X，Y和Z軸的三項獨立旋轉(zhuǎn)標準。這兩個分量的基本運動連接性能夠?qū)⑵浞Q之為運動隊，能夠?qū)ζ錀l件進行完全的約束。這是因為構(gòu)成該對運動的部件的運動受到限制并且不能任意運動。應(yīng)該完全依照人們預想的最終結(jié)果進行工作。對機械手的手臂，手腕，手指和其他部分以及它們之間的關(guān)系的分析不過是一組相互關(guān)聯(lián)的組件和運動對，它們只能分為一個自由度。具有三個自由度的虎鉗和移動虎鉗或球形虎鉗。所謂的工業(yè)機械手的自由度是整個機器，手臂和手腕相對于固定坐標的獨立運動。幾個獨立的運動有幾個自由度。通常不以自由度的數(shù)量記錄手指的抓握動作或吸盤的吸持動作。工業(yè)機械手的自由度決定了工業(yè)機械手的多元化程度。通常，為了確定被捕獲物體在空間中的位置和方向（即姿勢），需要六個自由度。但實際上，由于某些工件或工具具有對稱性或特定的放置狀態(tài)，因此工業(yè)機器人通常不必具有六個自由度。工業(yè)機器人具有更大的自由度。它的運動越靈活，應(yīng)用范圍就越廣，但同時也使控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)更加復雜，定位精度難以保證，整機成本高，這很重要。所以，在進行機械手設(shè)計的過程中，應(yīng)該按照其生產(chǎn)要求選取最小的自由模式概念體系?，F(xiàn)階段，世界范圍內(nèi)的工業(yè)機械手自由范圍基本為2-5。2座標型式按照不同的運動軌跡以及機械臂進行結(jié)合，坐標的方式能夠分為如下幾種特質(zhì)：（1）直角坐標公式：手臂的運轉(zhuǎn)標準能夠按照三種線性的運作機體進行組件，即直角坐標系沿X軸的方向進行伸展以及回縮，沿Z軸的仰角和沿Y軸進行橫向偏移。此類坐標模式能夠?qū)⑵浞Q之為坐標操縱設(shè)備。其中有著完善的結(jié)構(gòu)特質(zhì)，其定位精準程度較強的特質(zhì)，能夠完善的使用與主機內(nèi)部的排列方位。但是，以為其龐大的體積影響到了工作環(huán)境的運轉(zhuǎn)狀況，再加之其柔韌性不夠良好，徹底限制住了有效的使用空間。（2）圓柱坐標系：這種手臂是通過運動環(huán)境中兩個線性運動和一個旋轉(zhuǎn)組成，即沿直角坐標系的X軸伸縮，沿Z軸的仰角和繞Z軸的旋轉(zhuǎn)軸。此類坐標模式能夠?qū)⑵浞Q之為坐標機械手體系。和直角坐標進行比較，有著較小的占地面積，因為占用空間小，結(jié)構(gòu)簡便，具有定位精細程度強等優(yōu)點。所以，這種方式能夠被進行廣泛的利用，但是因為其機械手的構(gòu)造較為精密，沿Z軸方向的移動方向能夠產(chǎn)生一定的“限制”，所以不能在地面上進行完善的抓取操作。（3）球坐標系：其手臂的運作體系以及標準能夠通過旋轉(zhuǎn)進行建立，即沿X軸伸縮，繞Y軸俯仰和繞Z軸旋轉(zhuǎn)。此類坐標體系的機械手設(shè)備能夠?qū)⑵浞Q之為球坐標機械手。該機械手的俯仰運動能夠緊緊的向地面抓牢。為了能夠讓機械手完善的適應(yīng)其中物體運作的需求標準，手腕能夠通過上下擺動的方式穩(wěn)定早一定水平范圍上進行控制。此類機械手有著靈活的特性，并且有著較小的占地面積，以及工作范圍大的特質(zhì)。能夠通過前沿的伸展作用進行完善的使用。但是其中的機構(gòu)原理較為繁瑣。除此之外，手臂擺動角度容易形成誤差并且將手臂的缺陷無限放大。（4）鉸接式：機械手的運作接近與人的手部活動。能夠沿著多個方向進行偏轉(zhuǎn)。因為其設(shè)備為多種組件進行共同建設(shè)。大，小臂之內(nèi)的聯(lián)動標準產(chǎn)生于肘部，而臂與直立的關(guān)節(jié)是肩關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)都能夠通過鏈條進行完美的實現(xiàn)。手臂的運作體系也能夠通過三項回旋機制進行共同建立，在這里將其稱之為手臂的俯仰，手臂的俯仰和手臂的旋轉(zhuǎn)。這種坐標類型的操縱器稱為鉸接操縱器。其特質(zhì)為工作范圍廣，運動的靈活機制以及效果標準較為廣泛。它能夠快速的抓住靠近機器底座的物體，并且應(yīng)該按照其身體工作性質(zhì)形成完善的障礙物抓取。這一點也是其余的機器無法企及的優(yōu)勢。并切斷，鉸接機械手的手指定位功能能夠通過對每一個關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)度進行測驗，因為其中的定位精準程度較差。并且，控制裝置以及機械標準中的機械手控制模式更為復雜。必須通過比較坐標類型方案來確定對機械手坐標類型的正確選擇。在制定坐標類型方案時，應(yīng)該按照現(xiàn)場的施工標準以及環(huán)境進行完善的工藝制定，精細程度以及安裝范圍的需求，針對各種坐標體系以及特征進行完善的對比，保障其獲得更好的坐標效果。1.8本文必要研究內(nèi)容此文章著重研究了現(xiàn)階段我國以及發(fā)達國家機械手的發(fā)展標準。通過對機械手的工作標準進行完善分析，加深對于機械手的運作理念的理解。在這項機制之上，能夠?qū)⑵渲械闹饕植汲潭冗M行完善的控制，對操縱機械手的運作以及機械的設(shè)定環(huán)節(jié)（包括傳動范圍，執(zhí)行標準和操縱細則）形成簡要的機械模型分析。驅(qū)動部分）已完成。第二章方案的確定與比較分析為此畢業(yè)設(shè)計的機械手需要很強的精準程度以及耐用程度。其中主要的框架標準為：結(jié)構(gòu)體系特征優(yōu)勢劣勢結(jié)構(gòu)展示圖直角坐標型機械手的手臂有這三個能夠活動的關(guān)節(jié)，并且關(guān)節(jié)軸以直角坐標排列結(jié)構(gòu)強度完善，控制系統(tǒng)的設(shè)計十分簡潔，但是占地面積巨大，軌道靈活度差，運作效率低圓柱坐標型機械手的臂之中至少要有一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，并且應(yīng)該按照其關(guān)節(jié)進行坐標系的配置結(jié)構(gòu)強度好，所需的動能效果低，控制難易度機制完善，但是運行的軌跡較為簡潔，不能夠有效提升運轉(zhuǎn)效率球坐標型機械臂具有兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個運動關(guān)節(jié)，其軸根據(jù)極坐標系進行配置結(jié)構(gòu)緊湊，但控制系統(tǒng)設(shè)計困難，機器人手臂的剛性不足，機械結(jié)構(gòu)更加復雜關(guān)節(jié)型該操作機的手臂和人體的手臂以及關(guān)節(jié)基本一致，并有著三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軌跡繁瑣，結(jié)構(gòu)十分緊湊，但是在控制標準中能夠形成一定的難度，機器人手臂控制效果差表2.1機械手結(jié)構(gòu)選型表2.1機械手機械系統(tǒng)的比較與選擇1.直角坐標型機械手直角坐標機械手適用于成排布置的工作模式配合傳動帶進行機械手的運作體系。它的機械手臂能夠進行完善伸展，左右，上下移動，并且按照其中的坐標軸以及三個直線方向進行轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)示意圖所示。它的運作范圍為線狀運行標準。兩個線性運動或三個線性運動。例如，在X，Y和Z的三個線性運動方向上，每個方向都有A，B和C的三項旋轉(zhuǎn)體系，并完善的形成其六項自由體系。但是在基本的實踐標準中很少能夠進行使用。缺點是該機械手的工作范圍小，占空比大，柔韌性差。2.圓柱坐標型機械手圓柱坐標機械手能夠完善的適用于測量機制以及標準中。有著較為直觀的使用特質(zhì)。圓柱坐標機械通過三個標準進行組建。它的工作范圍可以分為：旋轉(zhuǎn)運動，線性運動以及不在線的運動體系能夠加強其運作速率。兩個線性運作體能夠結(jié)合在一個框架中。結(jié)構(gòu)示意圖如表2-1所示。圓柱機械手有五個基本動作：(1)手臂水平回轉(zhuǎn)；(2)手臂伸展以及回縮；(3)手臂上下；(4)手臂回轉(zhuǎn)動作；(5)手爪緊實。圓柱坐標機械手其中的特質(zhì)標準為，垂直的導向柱上面有滑套，將手臂完整的安置在滑套上。手臂能夠在水平面內(nèi)進行上下線性運動（Z）和圓弧形左右擺動（φ）。圓柱坐標機械手的缺點是結(jié)構(gòu)太廣泛，兩個運動軸的設(shè)計標準則是更為繁瑣，其設(shè)備也較難實現(xiàn)調(diào)動。3球坐標型機械手球坐標機械手是一項具備自由應(yīng)用模式以及體系的機械手設(shè)備。其中涵蓋三種運作模式。結(jié)構(gòu)示意圖如表2.1所示。球面坐標機械手的工作標準具體為：一轉(zhuǎn)運作；兩次旋轉(zhuǎn)運動；兩個旋轉(zhuǎn)運動加一個線性運動。球坐標機械手能夠完善的完成如下八種操作：（1）手臂向上或者向下移動，即俯仰運作體系；（2）手臂實現(xiàn)左右偏移，轉(zhuǎn)動體系；（3）手臂來回運動，即伸縮運動；（4）手腕上下彎曲；（5）左右擺動手腕；（6）手腕旋轉(zhuǎn)；（七）抓爪動作；（8）機械手的整項偏移。球坐標系的特質(zhì)為，將手臂安裝在軸體范圍中，軸放置在叉架中，能夠按照垂直的面積以及弧形規(guī)律進行上下的運作體系建立。動作是相似的。其特質(zhì)為能夠自動挑選最為合理的運轉(zhuǎn)線路。所以有著極高的工作效率。并且，因為上下擺動的緣故，其相對體積小并且運動范圍大。缺點是屏障差，存在平衡問題，位置誤差與臂長成正比，并且控制困難。4關(guān)節(jié)型機械手也稱為旋轉(zhuǎn)坐標型機械手，分為垂直關(guān)節(jié)坐標和平面關(guān)節(jié)坐標。機械手通過立柱和大小臂進行組件。立柱和大臂能夠通過肩關(guān)節(jié)進行連接。垂直柱圍繞z軸旋轉(zhuǎn)以形成腰關(guān)節(jié)。手臂形成肘關(guān)節(jié)，肘關(guān)節(jié)允許大臂旋轉(zhuǎn)并俯仰，小臂俯仰。機械手的工作空間范圍比較大大型，靈活的運動，良好的避障性能，可以將物體抓到更靠近基座的地方，其缺點是位置精度較低，控制耦合更加復雜以及越來越多的應(yīng)用。這種設(shè)計是三自由度抓爪機械手，需要體積小，重量輕，柔韌性強和精度高要求不高且抓地力輕。以上四種鉸接式機械手結(jié)構(gòu)最緊湊，占空比最小，適用于中小負荷，可以滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)不復雜。。2.2機械手驅(qū)動系統(tǒng)的比較與選擇工業(yè)機械手的驅(qū)動模式能夠分成三種標準，具體為：液壓，氣動和電動。1液壓驅(qū)動液壓傳動機械手的抓地力極強，抓力可達數(shù)百公斤，液壓可達7Mpa。液壓傳動裝置相對穩(wěn)定并且運動靈敏，但是它要求很高的密封性能，因此不宜在較高和較低溫度的環(huán)境中使用?，F(xiàn)場工作需要液壓系統(tǒng)，并且整體結(jié)構(gòu)龐大。液壓驅(qū)動器具有以下特征：（1）輸出功率大，壓力范圍為50-140N/cm2。（2）強大的控制性能，利用液體的不可壓縮性，控制精度高，輸出功率大，無級調(diào)速，響應(yīng)非常靈敏，并且可以連續(xù)跟蹤。（3）結(jié)構(gòu)完善，執(zhí)行器能夠進行標準仿真化的處理，能夠快速實現(xiàn)驅(qū)動的標準建立。功率質(zhì)量標準強，有著較小的體積，結(jié)構(gòu)完整，密封效果強。（4）液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)自潤滑，過載保護方便，使用壽命長。系統(tǒng)容易發(fā)熱，故障后很難找出原因。（5）適用于重型設(shè)備，驅(qū)動的速率較低，電液的服務(wù)體系完善，較為適用于噴涂機器人，點焊機器人以及運輸機器人。2氣壓驅(qū)動氣動驅(qū)動機械手的結(jié)構(gòu)簡潔并且價值較低。因為其空氣是能夠進行壓縮的，所以工作的速率不穩(wěn)定。空氣壓力的數(shù)值基本為0.7Mpa，所以抓地力較小，只有幾十頭牛到100頭牛。氣動驅(qū)動有著如下幾種特質(zhì)：（1）輸出功率較小，氣壓力標準為48-60N/cm2，最大時為100N/cm2（2）可控性不強，氣體壓縮能力較強，精密度較差，阻尼效果不好，不容易控制低速，無法形成高速運轉(zhuǎn)以及高精密度的軌跡控制。（3）執(zhí)行機構(gòu)能夠按照其標準的模式以及模擬體系機制并且能夠直接進行驅(qū)動的運轉(zhuǎn)。功率/質(zhì)量比大，占地面積小，結(jié)構(gòu)完善，封閉空間也比液態(tài)低。（4）適用于中小型負載的驅(qū)動，需要沖壓機械手主體的氣動平衡，組裝機械手的氣動夾具等精度較低的限位程序控制機器人。3電力驅(qū)動目前，該驅(qū)動器是機器手中最常用的驅(qū)動器。在一段時間以前，均使用了更多的電機設(shè)備（SM）驅(qū)動器。然后，研制出了直流伺服電動機（DC）。現(xiàn)在，交流伺服電動機（AC）驅(qū)動器也已在業(yè)界廣泛使用。此裝置降低了運轉(zhuǎn)的速率，并且結(jié)構(gòu)更為簡單易懂。電驅(qū)動器有著極強的精準控制作用，大功率，精確的定位和響應(yīng)能力。具有良好的伺服特性和復雜的控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)高速，高精度的連續(xù)軌跡控制。適用于中小型的工程進行運作，需要進行高位操作控制以及高精度的機器人加以輔佐，例如AC伺服噴涂機器人，點焊機器人，弧焊機器人和裝配機器人。電動驅(qū)動器能夠分為普通的驅(qū)動器以及交流的電動驅(qū)動，交流和直流伺服電動機驅(qū)動器和步進電動機驅(qū)動器。當中各類驅(qū)動器的特質(zhì)為：（1）普通的交流以及直流電動機驅(qū)動器均需要進行大規(guī)模的輸出以及加裝設(shè)備引擎，但是其在控制效果上依然較差，因此較為適合與選擇中型的機械手。（2）直流伺服電機：伺服具體是能夠通過脈沖進行定位。我們能夠這樣去對其進行觀測，當伺服電動機能夠完善的接觸到脈沖時，它將旋轉(zhuǎn)與一個脈沖對應(yīng)的角度進行位置偏移，因為伺服電動機其自身有著完善的脈沖效果。因此不論電機偏轉(zhuǎn)到哪種角度范圍，都能夠產(chǎn)生一定數(shù)值的脈動。對于這種模式來講，伺服電機能夠接收到的脈沖響應(yīng)環(huán)為一定的數(shù)值范圍，因此系統(tǒng)能夠知道有多少種脈沖能夠發(fā)送到電機之內(nèi)。并且，回轉(zhuǎn)了多少種脈沖，所以能夠完善的對電極進行控制，進而做到精準的定位機制，能夠?qū)?shù)值控制在0.001mm。直流伺服電動機，包括定子，轉(zhuǎn)子鐵芯，電動機軸，伺服電動機繞組換向器，伺服電動機繞組，轉(zhuǎn)速表電動機繞組，轉(zhuǎn)速表電動機換向器，轉(zhuǎn)子鐵心通過在電機軸上層壓硅鋼沖頭而固定。（3）交流伺服電動機：伺服電動機內(nèi)部為永磁體的轉(zhuǎn)子，由驅(qū)動器控制的U/V/W三重點詞里形成的磁鐵標準，轉(zhuǎn)子在該磁場下進行作用，與此同時，電機自身的編碼器能夠?qū)⑵湫盘栠M行反饋，驅(qū)動器將反饋的數(shù)值以及預期數(shù)值進行比較，并進行轉(zhuǎn)子的角度調(diào)整。伺服電機的精細程度能夠完善的取決于編碼器的精細程度（行數(shù)）。交流伺服電動機能夠擁有其中多項電動機的所有優(yōu)勢，并且其結(jié)構(gòu)簡潔并易于維護，速率范圍較廣泛，速度運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定程度以及動態(tài)的響應(yīng)機制能夠形成完善的特質(zhì)。良好的技術(shù)特點能夠在一定程度上更好地實現(xiàn)速率的提升。（4）步進電動機：步進電動機是離散值控制電動機，能夠?qū)㈦娒}沖效率值轉(zhuǎn)化為一定程度上的位移標準。只要輸入電脈沖，這個點擊就能夠進行移動，所以也將這種設(shè)備稱作脈動電極。旋轉(zhuǎn)和線性分別有這兩種特質(zhì)。步進電動機的模式簡潔，方便控制，價格合理，但是較為容易形成失誤。具有轉(zhuǎn)子慣性低，響應(yīng)性強，其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩大并無漂移等現(xiàn)象，無累積的定位差異性標準展現(xiàn)。其電路的控制效果簡潔，并不需要進行完善的編碼以及相應(yīng)的電子電路集成。步進電機的驅(qū)動的電源通過脈沖信號進行傳導，脈沖分配器和脈沖放大器共同組成，驅(qū)動電源能夠在起點集中新供應(yīng)出電流。其中電機的性能以及電源之間的配合能夠組建成一定標準上的電機穩(wěn)定性。步進電機的優(yōu)勢為不能夠形成誤差，其結(jié)構(gòu)簡潔易于維護，制作的成本低并且電機驅(qū)動的慣性效果強，能夠在各種場合中進行完善的運轉(zhuǎn)速率控制，其缺陷為效率不完善時長發(fā)熱，有時甚至“失步”。綜上所述，由于本次設(shè)計的機械手的負載較小，因此對體積有一定的要求，并且考慮到其中的機械手特質(zhì)以及驅(qū)動之間的優(yōu)劣勢，步進電機體積小，控制效果完善。精密程度較高，與傳動設(shè)備的匹配機制更吻合，因此本設(shè)計選擇步進電機驅(qū)動第三章驅(qū)動源的選擇與設(shè)計計算3.1主要技術(shù)參數(shù)的確定1.動臂的一二關(guān)節(jié)軸之間的距離為650mm，質(zhì)量標準為M1（約6kg），重心與第一關(guān)節(jié)軸的范圍為350mm，L1=350mm。2.前臂的一二關(guān)節(jié)軸之間的距離為450mm，質(zhì)量標準為（約5kg），重心與第一關(guān)節(jié)軸的范圍為250mm，L2=350+250=700mm。如圖3.2所示，設(shè)計機器人的打開盤的質(zhì)量和尺寸如下：轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)軸之間的范圍為160mm，轉(zhuǎn)盤的大小為5Kg。各項操縱設(shè)備中的具體數(shù)據(jù)為負荷5kg；動臂進行偏轉(zhuǎn)：0?120,;動臂旋轉(zhuǎn)：0?120,;腰部旋轉(zhuǎn)：0?600/s;抓爪的抓取半徑為10mm?350mm。3.2各關(guān)節(jié)的電機選擇計算當機械臂進行偏轉(zhuǎn)的時候，機械臂的直線延長標準不斷提升，慣性機制最為完善，所以，在產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的時候，電動機的偏轉(zhuǎn)效果基本不一致。如圖3-1所示，假設(shè)兩個臂繞其重心的偏轉(zhuǎn)慣性數(shù)值分別為JG1和JG2。按照相應(yīng)的平行偏轉(zhuǎn)體系，繞動臂軸線數(shù)值偏轉(zhuǎn)率為：J1=JG1+M1L12+JG2+M2L22（3-1）其中：M1，M2，分別為6Kg，7Kg；L1，L2，分別為220mm，677mm。JG1M1L12、JG2M2L22，能夠?qū)⑵溥M行忽略，其中的軸臂慣性公式為：J1=M1L12+M2L22(3-2)=6×0.22+7×0.6772=3.45kg.m2同理可以求出小臂的轉(zhuǎn)動數(shù)值為：M2=7Kg，L4=280mm。J2=M2L42(3-3)=7×0.282=0.5488kg.m2腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)數(shù)值是按照先穿的纏繞標準以及慣性的動能軸體通過手臂進行獨立完成。設(shè)開口盤繞腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)動能為J3，因此應(yīng)該對其中的轉(zhuǎn)動軸軸心進行完善的偏轉(zhuǎn)以及完整：M3=15Kg，L5=160mm。（3-4）3.2.1大臂旋轉(zhuǎn)電機的選擇設(shè)其中機械手的速率為，則旋轉(zhuǎn)展開之時的轉(zhuǎn)矩效果能夠形成：（3-5）式中：T——旋轉(zhuǎn)展開時的專戶，N.m。J——轉(zhuǎn)動規(guī)律，kg.m2?！苯羌铀?，rad/s。設(shè)機械手大臂從到所需要消耗的時長為：，通過公式（3-5）有：如果相應(yīng)的機械臂各個部位能夠形成摩擦以及慣性體系的運作，則安全數(shù)值為2，則減速器的輸出軸能夠形成的最小扭轉(zhuǎn)范圍為選取減速設(shè)備：型號：APEX-AE235（同軸式速率減速設(shè)備）額定輸出轉(zhuǎn)矩：40N.m減速比：i1=100諧波減速器的的傳導速率為：，步進電機應(yīng)輸出的標準為：(3-6)選取小型的直流電機設(shè)備：序號：MAXON-EC118896轉(zhuǎn)矩：0.7N.m額定電壓：24V額定電流：1.5A額定轉(zhuǎn)速：1000rpm最高轉(zhuǎn)速：1200rpm額定效率：40w電機體積：L=93mmD=46mm3.2.2小臂旋轉(zhuǎn)電機的選擇按照以上原理，假設(shè)小臂的轉(zhuǎn)動速率為，設(shè)置其角度的數(shù)值從0提升到所需要用到的時間為，則其中的轉(zhuǎn)動標準能夠展示為：（3-7）式中：T——旋轉(zhuǎn)起始轉(zhuǎn)速，N.m。J——轉(zhuǎn)動效應(yīng)，kg.m2?！羌铀俾?，rad/s2。通過公式（3-7）看出：如果考慮繞機械臂的每一個部位產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果以及摩擦效果，并且設(shè)置其中的安全數(shù)值為2，則減速器的最小轉(zhuǎn)矩標準數(shù)值為：（3-8)選取減速機：序列號：APEX-AE235（同軸式行星減速機）既定輸出轉(zhuǎn)速為40N.m降速比：i2=100諧波減速器的的傳導標準為：，步進電機的輸出數(shù)值為：(3-9)因此選用步進電機：序號：MAXON—118896額定轉(zhuǎn)速矩：0.7N.m額定電壓：24V額定電流：1.5A額定轉(zhuǎn)矩：1000rpm最高轉(zhuǎn)矩：1200rpm額定效率：40w電機體積：L=93mmD=46mm第四章機械手的設(shè)計方案1）液壓驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動機械手基本上是通過液壓馬達（各種油缸，機油馬達），伺服閥，油泵，油箱等共同構(gòu)建而成，并且通過機械手的制導設(shè)備進行工作的完善。并且，其自身有著較強的抓舉能力（重大百斤甚至更重），其特質(zhì)為結(jié)構(gòu)精細，運動平穩(wěn)，耐沖擊，耐振動和具有防爆性能，但是液壓部件需要很強的制造精細程度以及密閉程度。不然，漏油會對環(huán)境生態(tài)造成影響。2）氣壓驅(qū)動方式：驅(qū)動體系基本上是通過氣缸，空氣閥，空氣箱和空氣壓縮機組成。其特質(zhì)指的是氣源標準完善，運轉(zhuǎn)速率快，框架清晰，物美價廉，方便后期維修。但因為其很難保障速率，而且壓力不算巨大，因此舉措標準較差。3）電動方式：電驅(qū)動型電驅(qū)動是機械手之內(nèi)最為常見的驅(qū)動體系。其特質(zhì)為供電穩(wěn)定，相應(yīng)速率完整，驅(qū)效果強（鉸接重量已達到400kg），能夠形成較為方便的運轉(zhuǎn)以及測驗，并且能夠按照其中多項靈活的機制方法的制定。驅(qū)動馬達中最為常見的就是并步馬達，并且DC伺服馬達（AC）是當中最為主要的驅(qū)動標準。由于電動機的高速率機制，基本上能夠按照其減速機制體系（例如諧波傳動，RV擺線針輪傳動，齒輪傳動，螺桿傳動和多連桿機構(gòu)等）。該機械手已經(jīng)開始逐漸使用不帶轉(zhuǎn)速電機的驅(qū)動方式進行運轉(zhuǎn)了（DD）。這種簡化標準能夠提升精密的控制體系。4）機械驅(qū)動方式：機械驅(qū)動僅僅能夠在固定運動中形成表現(xiàn)?；旧?，使用凸輪的連桿效果進行其標準的動作運行。它有著完善的運作能力，工作速率穩(wěn)定，成本價值低等特質(zhì)，但是在調(diào)試簡易性上較差。原始文獻提供的驅(qū)動方法為步進電機驅(qū)動，因此本設(shè)計采用電驅(qū)動方式的步進電機的驅(qū)動方法進行設(shè)計。4.1機械手形式的選擇按照手臂運動的形狀形成坐標的范圍模式，其中較為多見的機械手模式大致能夠分為四中：1）直角坐標機械手；2）圓柱坐標機械手；3）球坐標（極坐標）機械手；4）多關(guān)節(jié)機。機械手。4.2設(shè)計時考慮的幾個問題1.有足夠的抓地力（即夾緊力）在能夠確認手指的抓握能力的時候，除了對其中組件進行重量的預估之外，還應(yīng)該完善的保障其中的慣性穩(wěn)定程度，以保障在工作中不會出現(xiàn)松動或者掉落的情況。2.手指之間應(yīng)有一定的開合角度兩個手指張開以及閉合的過程中應(yīng)該將手指的角度進行完善維護。手指的開和標準以及角度范圍都能夠?qū)崿F(xiàn)完善的脫離以及散開。如果對其中不同的組件進行控制，則應(yīng)該考慮到最大的范圍。對于活動手指面積來說，僅僅需要其進行完善的關(guān)閉舉措。3.確保工件的標準定位為了保障手指的工程準確性以及穩(wěn)定性，就一定要依照其中完整的工件模式以及概念保障完善的效率。4.具有足夠的強度和剛度除了夾緊的組件以及其反作用效果之外，手指還容易受到機械手在運轉(zhuǎn)過程中形成的慣性機制。應(yīng)該在其中保障完善的強度以及剛性防止其破裂。重量輕，手的中心在手腕范圍上進行旋轉(zhuǎn)，在最大程度上降低對于手腕的過度翻轉(zhuǎn)。5.考慮捕獲對象的要求依照相應(yīng)的機械手運作標準，并且進行反復的比較，我們利用的機械手結(jié)構(gòu)是螺旋式的，因此在夾緊臂的頭部上抬高了一部分，以防止工件打滑。4.3機械手的主要部件及運動在挑選坐標以及機械手的基礎(chǔ)方案標準之后，按照設(shè)計的要求進行補充，為了能夠完整的保持其需求標準，此機械手的設(shè)計應(yīng)該完善的保障3個自由度：臂的旋轉(zhuǎn)；機械臂的自由度。手臂的旋轉(zhuǎn)；和三個主要議案。該設(shè)計操縱器主要由4個范圍進行構(gòu)成：（1）手使用步進電機能夠通過機械運作進行完善的實現(xiàn)。（2）傳動軸，使用步進電機通過機械運動實現(xiàn)動臂的旋轉(zhuǎn)（3）小臂，使用步進電動機通過機械運動實現(xiàn)動臂的旋轉(zhuǎn)（4）基座，使用步進電機，底座的旋轉(zhuǎn)是通過機械運動實現(xiàn)的4.4驅(qū)動機構(gòu)的選擇驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手中的一項重要組成部分。工業(yè)機械手的工作特性在一定程度上均產(chǎn)自不同的方案以及理念。按照其中不一致的功率標準，工業(yè)機械手的驅(qū)動標準能夠分為四種形式：液壓，氣動，電動和機械驅(qū)動。步進電機能夠用于完整的機械傳動，其結(jié)構(gòu)框架清晰明朗，特點為框架清晰體積小巧。所以，機械手的驅(qū)動模式應(yīng)該選用電機進行驅(qū)動。4.5機械手手爪的設(shè)計此設(shè)計是并聯(lián)操縱器的設(shè)計，并且考慮到其起始參數(shù)：手柄的開和角度=90°，抓取重量為5Kg。按照相應(yīng)的固件體系進行分析，其中常見的機械手能夠形成兩種特征：加緊以及深吸。吸附式基本上均選取較為光滑的大面積版狀物，所以對于此方案較為不合適。該設(shè)計機械手選自加緊型，按照運作的范圍能夠展現(xiàn)出橫移型以及偏轉(zhuǎn)型。平移式抓手的打開和關(guān)閉取決于抓手的平行運動，該抓手結(jié)構(gòu)簡單，適用于夾持扁平方形材料。。如果使用典型的平移手指，則需要在爪的移動方向上增加驅(qū)動力，這也能夠讓此結(jié)構(gòu)看似十分笨重死板。能夠看出這種設(shè)計模式是不符合科學標準的，所以不使用這項設(shè)備。對此進行觀察，此設(shè)計方案選取了旋轉(zhuǎn)手柄并且使用了齒輪壓合技術(shù)。夾緊的設(shè)備能夠按照加緊裝置進行操作。在電動機的運作標準下，機械手握緊并打開。4.6對于機械手手爪夾持精度的分析機械手的精密程度要求組件有著精準的定位能力，以及精密的夾合能力，完善保障其運作的穩(wěn)定性以及夾實效果的完善性。機械手能否進行完善的工作并且傳導在制定的區(qū)域，不僅能夠取決于機械手的精準定位機制（通過手臂和手腕進行工作），還與機器人的夾緊誤區(qū)有一定的關(guān)系。尤其是在眾多小型商品批發(fā)的過程中，為了可以在一定程度之內(nèi)保障組件體積的變化，一定需要機器人對其夾緊效果進行保障。第五章臂部設(shè)計以及有關(guān)計算手臂范圍是操縱器中重要組成部分。其主要因素為支撐軸的作用，其中包括工具以及組件，并且應(yīng)該完善的對其形成驅(qū)動，機械臂的基本運作標準為進行旋轉(zhuǎn)。手臂運動的意義：將手臂的運作標準發(fā)送到各項范圍之內(nèi)。這可以通過臂的旋轉(zhuǎn)和基座的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。臂的每一項運動標準都能夠按照機構(gòu)以及傳動范圍進行規(guī)范。對于手臂的研究，它在工作模式中能夠承載更多的動態(tài)負荷標準，并能夠進行更多的運作。所以，其結(jié)構(gòu)范圍以及標準體系，靈活性等眾多因素都能夠直接關(guān)系到工作的穩(wěn)定性。5.1臂部設(shè)計的基本要求1.手臂應(yīng)具有較大的承載能力，良好的剛性和較輕的重量按照相應(yīng)的受力標準，應(yīng)選取最為合理的截面標準以及范圍進行運算。加強其剛性制成標準，能夠保障其支撐點的范圍標準。完善并合理的對其位置以及方向進行轉(zhuǎn)化。注意其中簡單的格式機制。提升擬化的精密程度。2.手臂的運動速度應(yīng)高，慣性應(yīng)小機械手的運動速率是機械手設(shè)計中的具體數(shù)值之一，它能夠在一定程度上反應(yīng)出其生產(chǎn)效果。對于高速運轉(zhuǎn)的機械手設(shè)備，應(yīng)該在最大程度上對其角度進行旋轉(zhuǎn)，而平均旋轉(zhuǎn)角的速率能夠囊括在此范圍之內(nèi)。在一定速率標準的介質(zhì)之下，降低其自身的重量以減小收到的壓力，形成最直接的處理方式。所以，機械臂的重量應(yīng)該降低。有兩種減少慣性的特定方法：為了降低手臂活動部分的重量標準，選用了鋁合金材料。降低手臂中的活動范圍和體積。驅(qū)動標準中制定出了一項完善的緩沖概念。3.靈活的手臂動作為了降低手臂之間的摩擦效果，應(yīng)在一定程度上使用滾動摩擦效應(yīng)進行控制。對于懸臂機械手，傳動組件，導向范圍以及部件的合理程度，能夠?qū)е缕溥\動的平衡想不斷降低，減小其軸心標準上的偏轉(zhuǎn)機制，特別是在機構(gòu)形成卡死的狀態(tài)下（鎖定現(xiàn)象）。所以，一定要將計算的條件制定的自然。簡單敘述：以上均要求對設(shè)備形成約束，并且應(yīng)該按照其中完善的考慮標準去對此問題進行處理，便于設(shè)計出更好更完善的機械手設(shè)備。5.2手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇5.2.1手臂的典型運動機構(gòu)最為多見的手臂伸縮機制為：雙導臂的伸縮標準：雙層液壓缸空心框架；雙活塞桿液壓立柱結(jié)構(gòu)；活塞桿以及齒條范圍；動臂和手臂的擺動效果。5.2.2手臂運動機構(gòu)的選擇按照如上的綜合觀點，此項設(shè)計在動臂以及動桿中創(chuàng)建起運作標準展現(xiàn)形式，并按照相應(yīng)的電機作為其中擺動的數(shù)值基準。5.3手臂直線運動的驅(qū)動力計算首先應(yīng)該針對其計算標準進行完善，或者其中類似的結(jié)構(gòu)標準，按照運動的數(shù)值確立其中的具體體積，然后在進行運算并且再次設(shè)計。重復幾次最終構(gòu)建出最完善的體系標準?？臻g旋轉(zhuǎn)運作標準能夠按照電動機進行移動時的摩擦系數(shù)，慣性和重力來確定步進電動機所需的驅(qū)動力。5.3.1手臂摩擦力的分析與計算檢測：摩擦運算的配置標準以及其中的截面標準需求的阻力不一致，因此應(yīng)該按照相應(yīng)的情況進行完善的預估：求出求出(5-1)式中參與到零件所承受的重力總和（含工件）（N）；L——手臂與運動的零部件標準能夠按照相應(yīng)前端距離進行檢測（m）,a——導向支撐的長度（m）;——當量的摩擦數(shù)值，其值與導向支撐的截面效應(yīng)有著一定的區(qū)別。對于圓柱面：——摩擦數(shù)值.對于靜摩擦無潤滑時：鋼對青銅：取鋼對鑄鐵：取計算：導向桿的基本材料為鋼，導向的支撐位鑄造鐵，L=1.69-0.028=1.41m，導向支撐設(shè)計為0.016m標示其中的數(shù)值進行計算5.3.2手臂慣性力計算過程此項設(shè)計標準需要手臂的動能能夠保障為V=,在對其慣性進行運算的時候,設(shè)置啟動時長為，啟動速率為V=V=,(5-2)5.3.3連接部分的摩擦阻力接頭處的密封組件摩擦數(shù)率為：。通過如上分析進行最終電機驅(qū)動器的運算：第六章底座的設(shè)計計算底座是直接能夠形成支撐以及驅(qū)動的支撐點?；疽饬x上來講，應(yīng)該完善的實踐其轉(zhuǎn)動標準，并且將此類運作的機制全部在機體上進行安裝，或者機身的后備箱將其進行直接連接。所以，手臂的移動效果越好，其機身以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)也就越精密。機身能夠進行固定，并且還能夠按照相應(yīng)的高架標準進行連接。6.1底座的整體設(shè)計按照相應(yīng)的設(shè)計需求，操縱器應(yīng)該能夠完善的做到1800的擺動頻率，并且基本上都能夠按照其擺動頻率進行重組。為了能夠更加完善這種運作標準，還有待考量以及形成完善的分析。基座承載手臂并進行回轉(zhuǎn)操作，這也能夠成為機械手中的重要組成部分。6.2機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作原理按照下方圖片所展示進行觀察，服務(wù)電機不斷進行旋轉(zhuǎn)，并且?guī)悠浯笮↓X輪進行同時運轉(zhuǎn)。該鍵驅(qū)動基座臂連接板的旋轉(zhuǎn)能夠加強其轉(zhuǎn)速機制。連接板通過軸承將其軸承固定在環(huán)內(nèi)。兩個軸承能夠被固定從而形成完善的旋轉(zhuǎn)機制。中間齒輪能夠通過周成以及滑套進行偏轉(zhuǎn)。下方將使用其旋轉(zhuǎn)的螺釘進行滑落標準的軸向進行完善的偏轉(zhuǎn)效果建設(shè)，并且在一定程度內(nèi)對其進行完善的測試。圖6.1機身結(jié)構(gòu)的示意圖第七章各機械部件的設(shè)計選擇與校核7.1軸的設(shè)計與校核7.1.1大臂旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計扭矩和彎矩是軸體范圍內(nèi)的具體負荷標準。直軸和彎曲軸是最常見的兩種軸體標準。按照此項設(shè)計結(jié)構(gòu)中的特質(zhì)進行展示，選取傳動軸作為其中的運作軸。能夠?qū)⑵錀l件進行明示，因此我們能夠看出n=10r/min，電動機傳導給軸的效率數(shù)值軸的材料應(yīng)為45鋼，并應(yīng)在回火后使用。根據(jù)參考數(shù)據(jù)表可知：強度：HBS220?255；屈服強度極限為：σs=350MPa;抗拉強度極限σb=660MPa，彎曲疲勞強度極限為σ1=290MPa。在圖表中能夠清晰的看出[σ-1]b=55MPa。軸徑的初次體積為：按照其中強度機制進行直徑的運算通過圖表范圍能夠查看數(shù)據(jù)C=1.35～126選取C=120由式,得d=120=19.81取d=19mm軸的具體體積標準如下圖7.1所示：圖7.1大臂旋轉(zhuǎn)軸7.1.2大臂軸的強度校核依照相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)強度進行驗證：本設(shè)計標準中傳動軸的長度為193mm，最小軸頸19mm，材料為45號鋼，應(yīng)該在經(jīng)過調(diào)控之后進行實際工作運用。軸的扭轉(zhuǎn)剛性公式是：（7-1）式中：——軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。T——軸所受的扭矩，N.mm?！古そ孛娴南禂?shù)，。N——軸的轉(zhuǎn)速；r/min。P——傳遞功率，Kw。D——計算界面的軸的直徑，mm?！まD(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。通過以上的公式能夠看出：（7-2）通過圖表確立其范圍數(shù)值為25 MPa～45MPa；的范圍為103～126。此項實驗選用40則選用106則此次設(shè)計的最小軸間距離為19mm>17.5mm.因此能夠滿足其強度需求。依照其扭轉(zhuǎn)效應(yīng)形成完善的強度檢驗：彎扭合形成圖為：圖7.2彎扭合成圖如果其中的軸間強度完善符合需求，則（7-3）在公式之中：—軸的運算效力，MPa。M——軸承受的彎轉(zhuǎn)間距，N.mm。T——軸承受的間距，N.mm。W—軸抗彎截面系數(shù)，。通過圖表能夠看出查表得出：，軸的危險范圍斷層能夠通過下圖進行展示：圖7.3軸的危險截面圖圖中，b=8毫米，t=3.5毫米，d=30毫米所以：即因此本次設(shè)計的軸間強度相吻合。7.2鍵的選擇與強度的校核7.2.1大臂旋轉(zhuǎn)軸鍵聯(lián)接處鍵的強度校核選取標準的圓頭平鍵...GB/T1096當平鍵聯(lián)軸器的傳遞標準產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的時候，其中主要的故障模式是因為產(chǎn)生擠壓而形成的。如果不是運行過程中負荷過大，在一般情況下不會形成鍵斷裂的情況?；旧?，按照其工作標準無法對其強度進行直接的計算。從“機械設(shè)計”的第七版中發(fā)現(xiàn)，負荷的均勻效果能夠穩(wěn)定的分布在工作范圍之內(nèi)。普通平鍵連接方式以及驗證公式為：（7-4）式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩單位.。K——鍵和輪轂鍵槽的高度接觸范圍為.，k=0.5h,此處h為鍵的高度，。——鍵的工作長度單位.；圓頭平鍵為.這里是鍵的公