机械手的运用.doc

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1、成人高等教育毕业设计（论文） 学院(函授站）： 鲁鲁中中职职业业技技术术学学院院 年级专业： 机机电电一一体体化化技技术术 层 次： 函函授授 学 号： 姓 名： 指导教师： 起止时间： 年 月 日 月 日 题题 目：目： 机械手的运用机械手的运用 摘摘 要要 机械手能模仿的人手和臂的某些动作功能， 用以按固定程序抓取、 搬运 物件或操作工具的自动操作装 置。 它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化 和自动化， 能在有害环境下操作以保护人身 安全，因而广泛 于机械制造、冶金、 电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓 持工件（或工具）的部件，根据被抓持物 件的形

2、状、 尺寸、 重量、 材料和作 业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等为了抓取空间中任意位置 和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机 械手设计的关 键 参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。以改善劳动条件， 避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有 其他毒性污染以及工作空 间狭窄的场合中， 用人手直接操作是有危险或根本不 可能的， 而机械手即可部分或全部 代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改 善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可 以避免由于操作 疲劳或疏忽而造成的人身事故。因此

3、，在自动化机床的综合加工 自动线上，目前几乎 都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便 于有节奏的进进工作生产。 目 录 摘要 .I 目录. 一.机械手的组成和分类 1.机械手的分类 2.机械手的组成 3.机械手的发展由来 二.送料机械手的总体设计方案 1.送料机械手的工作要求 2.送料机械手的机构的选择 3.送料机械手的技术参数列表 三.机械手的机械系统设计 1.搬运机械手的运用概述 2.搬运机械手的运动过程分析 四.国内发展状况 1.国内机器人领域发展趋势 2.国内机器人领域发展状况 结论 参考文献 . 致谢 . 机械手的组成和分类 1. 机械手主要由手部机构、运动机构和控制系

4、统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的 部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和 吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持 物件的位置和姿势。运动机构一般由液压、气动、电气装置驱动。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立 运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是 机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用 机械手有 23 个自由度。 2. 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式

5、、机械式机械手；按适用范围可分为专 用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 3. 它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于 20 世纪中期，随着计算机和自 动化技术的发展，特别是 1946 年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、 大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开 发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景 下，美国于 1947 年开发了遥控机械手，1948 年又开发了机械式的主从机械手。机械手首先是从

6、美国开 始研制的。1954 年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助 伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这 就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958 年美国联合控制公 司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962 年美国 AMF 公司推出的 “VERSTRAN”和 UNIMATION 公司推出的 “UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人 的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身 安全，因而

7、广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 送料机械手的总体设计方案 1. 工作要求送料机械手具有三个运动：手指的开合，手臂绕轴的上、下摆动，手臂在水平面内 的回转。送料机械手的工作过程为电动机经减速器带动链轮转动，链轮带动分配轴转动齿轮通过 盘形凸轮带动摆杆 2，经一系列杆件带动手指张开。由弹簧实现手指的复位夹紧通过各部分的协 同工作，能使机械手依次完成手指张开、手指夹料、手臂上摆、手臂回转一定角度、手臂下摆、 手指张开放料，手臂再次上摆、反转、下摆、复位等动作，从而代替人完成有用的机械功。 2. 一种机械送料机构驱动马达的调位构造，包括转臂及传动机构，转臂的两端分别枢连于驱动 马

8、达的转轴及送料机构的转轴，使驱动马达得以相对于送料机构调位；传动机构是装设于转臂并 传动性地驱动马达的转轴及送料机构的转轴，使驱动马达不论调至那个位置，其动力都可以传递 至送料机构的转轴，从而使驱动马达可根据不同机械的机种形状而调整合适当的位置，以利于机 械的操作。 3. 手指夹料：手臂上摆 15 手臂回转 120 手臂下摆 15手指松开：手臂上摆 15 手臂反 转 120 手臂下摆 15机械手工作的频率为 15 次/min，T=4s。手指凸轮设计：由连杆机构可计 算出凸轮尺寸。杆 AC=200mm，AB=90mm，ED=215mm。此凸轮为摆动从动件盘状凸轮。基圆半径 r=35mm，摆杆为

9、70mm。基圆半径 r=35 取基圆半径 r=65mm 臂凸轮设计：由连杆机构可计算 出凸轮尺寸。杆 AC=684mm，AB=580mm，ED=150mm。此凸轮为摆动从动件盘状凸轮。基圆半径 r=65mm，摆杆为 50mm。圆柱形凸轮设计：XD=2*3.14*30=188.4mm； 升程 h=56.72mm； 圆柱 半径 rP=30mm； 机械手的机械系统设 1. 机械手应用场所自动装配、贴标签、图像系统检查、超声波检查、电子测试、传感 /测量、光学/激光、计量、循环测试、分类、取样、数据采集和处理、托盘搬运、提升 机、堆码机、托盘码垛机、装卸、检索工作台、储取系统、铆接、切割、钻孔、焊接、

10、 模锻、成形缠绕、折弯、装配、螺旋驱动、分配、粘结、密封、挤压灌装、原料供给、 软焊焊接、油漆、喷洒、喷砂、研磨、仿真、包装、条形码读卡、挤压、牵引、冲模结 合等等。智能控制器 1 伺服等各类电机控制方法和技术 2 基于各种嵌入式芯片的控制平 台 3 温度控制策略空间控制策略、时间控制策略、负载控制策略等 4 控制系统的人机界 面研究。机械关节研究 1 通用伺服电机关节 2 通用气动关节 3 关节位置传感器触觉传感 器研究 1 面向人类使用的触觉传感系统 2 面向机械手使用的负载触觉传感系统机器人视 觉研究 1 面向人类使用的触觉传感系统 2 面向机械手使用的负载触觉传感系统机械手应 用场所自

11、动装配、贴标签、图像系统检查、超声波检查、电子测试、传感/测量、光学/ 激光、计量、循环测试、分类、取样、数据采集和处理、托盘搬运、提升机、堆码机、 托盘码垛机、装卸、检索工作台、储取系统、铆接、切割、钻孔、焊接、模锻、成形缠 绕、折弯、装配、螺旋驱动、分配、粘结、密封、挤压灌装、原料供给、软焊焊接、油 漆、喷洒、喷砂、研磨、仿真、包装、条形码读卡、挤压、牵引、冲模结合等等。2006 LenovoLenovo ConfidentialPlaceholder-presentation title 6 April 2006 智能控制 器 1 伺服等各类电机控制方法和技术 2 基于各种嵌入式芯片的控

12、制平台 3 温度控制策略 空间控制策略、时间控制策略、负载控制策略等 4 控制系统的人机界面研究。机械关节 研究 1 通用伺服电机关节 2 通用气动关节 3 关节位置传感器触觉传感器研究 1 面向人类 使用的触觉传感系统 2 面向机械手使用的负载触觉传感系统机器人视觉研究 1 面向人类 使用的触觉传感系统 2 面向机械手使用的负载触觉传感系统多轴模块化的种类夹持方式 介绍平面部件的布局方式 3333 门类系统的布局介绍 5555 机械手组成直线运动体齿轮运 动体同步运动体 4444 伸缩运动体 5555 动态提升执行器 6666 电缆走线方式 7777 到位感 应 ? 2006 LenovoL

13、enovo ConfidentialPlaceholder-presentation title 6 April 2006 机械手的机械结构种类直线运动方式同步运动方式齿轮运动方式伸缩运动运动方式 动态提升运动方式直线运动体的大致结构同步运动体的传动原理齿轮运动体齿轮运动体 的传动原理的大致结构执行系统 PC 逻辑方法控制方法 4444PLC 逻辑控制 5555 运动控制 6666 软件系统 7777 网络链接动力执行模块类型 AC 交流马达三相及单项 DC 直流马达无 刷及带刷步进电机驱动器直流伺服电机驱动器、带反馈交流伺服电机驱动器、带反馈气 动马达液压驱动系单步脉冲步进方式单步脉宽步进方

14、式 10ms10ms04590135180225270315 统各种控制模式 PC 控制模式 PLC 控制模式运动控制模式 PDA 控制软件系统具备以下功能 点对点控制模式测试数控编程模式位置、速度、插补及电子尺模式轨迹制图模式模拟仿 真模式外围控制模式网络链接模式模式触摸控制功能减少按键数量及作业菜单顺序化智 能化减少人为错误单模块与多系统链接图形化控制动态仿真快速编程绑定网络链接 CAN 总线网络控制功能双线制网络链接制定数据对话机制功能多样化可建立自动监控报警机 制实时数据共享与网络建立生产统计分析快速插拔链接跨距离数据传输 ConfidentialPlaceholder-present

15、ation title 6 April 2006 智能控制器功能嵌入式 设计方案桌面菜单化作业方式轻便快捷作业动作现场设定模拟实时数据共享与网络建立 绑定快速插拔链接跨距离数据传输集成化综合传感系统听觉视觉触觉嗅觉温度湿度陀螺。 2. 搬运机械手是在自动线上搬运物料的一种自动逆得对机械手的正 、 运动 学进行 了分析，出了机械手化装置。其工作对象是将物料从生产线上转运到下的雅可比和逆雅 可比。主要完成以下几个 动作：降道工序或存放位置。搬运机械手的机械结构一旋转一 抓取 并 夹持 物料 一旋转一上升一松开并放根据搬运机械手的作业特点 ，置 物料 。1：.立柱起到支撑及导向的作用，通过固定其进而

16、导致液压系统漏窜液和压力 降低 的恶性封等 2：操作人员 在升 架时，一般 待 支架接 顶后停留循环；可基本达到额定 初撑力后。3：工人操作 时供液时间不足。操作人员在升架制定有关制度，强现场管理 ，加克服松懈麻时多凭感觉操作，当支架刚一接顶后即将操作手把回建立支护质量巡回 检查制度，班质量评估痹思 想，小零，支架未经预紧停留阶段，达不到额定初撑力； 验收制度，促进支护质量的提高。并采取相应措施 ， 多段分组作业，架多组操作， 多导致系统流，4：效果分析量不足 ， 系统压力下降；经过以上技术措施的实施 和落 实到位，支架的 5：工作面顶板条件较好时，易产生松懈麻痹思支初撑力得到提高。经 观 测

17、分析，架实际初撑力由放松对工作面的顶板管理；想，K;K 支 原来的提 高到 8;架工作阻力增加支架顶梁上及底座下松散浮矸、浮煤较多， 发挥支 K,支 架初撑力的提高对于改善顶板管理 、压力传递离散性大。架支护效能都起到积极作用 。 解决初撑力不足的措施. 国内发展状况 中国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和 863 计划的支持已经取得了较大进展,工 业机器人市场也已经成熟,应用上已经遍及各行各业,但进口机器人占了绝大多数。我国在某些关键技术 上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人则很少。目前我国机器人技 术相当于国外发达国家 20 世纪 80 年代

18、初的水平,特别是在制造工艺与装备方面,不能生产高精密、高速 与高效的关键部件。我国目前取得较大进展的机器人技术有:数控机床关键技术与装备、隧道掘进机器人 相关技术、工程机械智能化机器人相关技术、装配自动化机器人相关技术。现已开发出金属焊接、喷涂、 浇铸装配、搬运、包装、激光加工、检验、真空、自动导引车等的工业机器人产品,主要应用于汽车、摩 托车、工程机械、家电等行业。我国机器人技术主题发展的战略目标是:根据 2l 世纪初我国国民经济对 先进制造及自动化技术的需求,瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发工业机器人技术领域的 基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发展的重点有:第一

19、,危险、恶劣环境作业机器人: 主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二,医用机器人:主要有脑外科手术辅助机 器人,遥控操作辅助正骨等;第三,仿生机器人:主要有移动机器人,网络遥控操作机器人等。其发展趋势是 智能化、低成本、高可靠性和易于集成。工业机器人市场竞争越来越激烈,中国制造业面临着与国际接轨、 参与国际分工的巨大挑战,加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的主要途径。 因此我国工业机器人行业要认识到以下几点情况:第一,工业机器人技术是我国由制造大国向制造强国转 变的主要手段和途径,政府要对国产工业机器人有更多的政策与经济支持,参考国外先进经验,加大技术

20、投 入与改造;第二,在国家的科技发展计划中,应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持,形成产 品和自动化制造装备同步协调的新局面;第三,部分国产工业机器人已经与国外相当,企业采购工业机器人 时不要盲目进口,应该综合评估,立足国产. .以汽车制造业为主的制造业发展促进了工业机器人的发展。 汽车制造业属于技术、资金密集型产业,也是工业机器人应用最广泛的行业。在我国,工业机器人的最初 应用是在汽车和工程机械行业,主要用于汽车及工程机。械的喷涂及焊接。2000 年开始,受国家宏观政策 调控及居民消费水平提高的影响,我国汽车工业进入了一个高速增长期。面对这种局面,国际汽车巨头纷 纷进入中国市场并与

21、我国企业合资设厂或扩大原有生产规模,国内企业也纷纷转型或加大对汽车行业的投 资,整个行业增产扩能增加了对工业机器人需求。据不完全统计,最近几年国内厂家所生产的工业机器人 有超过一半是提供给汽车行业的,海关进出口增长数据与汽车行业增长数据具有较高的相关度。可知,汽 车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。沿海经济发达地区是工业机器人的主要市场。 我国工业机器人的使用集中在广东、江苏、上海、北京等地,工业机器人的拥有量占全国的一半以上,这 种分布态势和增长趋势符合我国现阶段经济发展状况。我国经济最具活力的地区已经从珠江三角洲地区 扩展到长江三角洲地区,而且长江三角洲地区在制造业中所占的

22、比重越来越大。商独资企业、中外合资企 业和国有企业是工业机器人的主要客户。工业机器人属于技术含量高,价格相对昂贵的制造装备,采用工 业机器人较多的企业,一般对产品的质量要求较高,企业在市场上具有更高的影响力。现阶段,工业机器人 使用量最多的仍是外商独资或中外合资企业 。国有企业也在加大对工业机器人的采购用于技术改造,如 汽车行业中的一汽、二汽、上汽等,它们的产品在市场上已经具有了相当强的竞争力,它们对工业机器人 有着较大的需求,同时采购上它们能够得到国家和政府的支持,因此制造业中的大中型国有企业的工业机 器人使用量一直很大,而且在未来相当长的时间内仍将保持这种增长势头。另外, 我国的民营企业正

23、逐渐 认识到工业机器人的优势,对工业机器人的采用量也在逐步增加,虽然装备的数量上与以上企业仍存在较 大差距,但是增长的速度惊人,将很快成为工业机器人市场的重要客户。国内进口工业机器人的国家和地 区分布。20012004 年我国进口的工业机器人主要来自日本与台湾,2004 年日本对华出口金额占我国进 口工业机器人金额的一半。 总结 工业机器人市场竞争越来越激烈,中国制造业面临着与国际接轨、参与国际 分工的巨大挑战,加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机 遇的主要途径。因此我国工业机器人行业要认识到以下几点情况:第一,工业机 器人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径,

24、政府要对国产工 业机器人有更多的政策与经济支持,参考国外先进经验,加大技术投入与改造;第 二,在国家的科技发展计划中,应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力 支持,形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面;第三,部分国产工业机器人 已经与国外相当,企业采购工业机器人时不要盲目进口,应该综合评估,立足国产。 参考文献 .赵丽 明， 刘建英 ， 矿用机械液压系统的失效 原因与防治措施 方月 巷内采用大管径、 （） 工作面内 多路供回液管路 ， ， ， 煤矿机械 ， （ ） 并采用大通道、采用双线环形供回液 系统 ， 大流 高压 、 河南焦作 人，作者简介：李国富（ 教授级高级工程 师量液压元件，以适应工作面快速移架、推溜的需要 ； 年焦作矿业学院采矿工程硕 士毕业，国家注册安全工程师， 现 采用大流量乳 化 液 泵 或 采 用并联方式增 加 任徐州工程学院教授 ， 部 项， 主持过省、级项目获省 市级科技进步 发表论文 多篇，究方向岩土工程 与地下工程 奖 项 ， 研供液流量 。