自动控制机械手结构设计(编辑修改稿)

自动控制机械手结构设计(编辑修改稿)内容摘要：

f manipulator mechanical design will be analyzed, force moment and calculate the mechanical hand each ponent according to the requirement, and then choose the reasonable size of the ponents, then according to the size of drawing twodimensional drawings, and according to the content of 2D drawings, 3D modeling for every part of the manipulator by 3D software, and then assembled to form the manipulator entity model. Keywords： Manipulator； Three degree of freedom； 3d modeling. 毕业设计论文 1 第一章 绪论 机械手的发展 工业机械手是近几十年来发展起来的一种高科技自动化生产设备，是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，是机 器人的一个重要分支。 它对提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 工业机械手技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。 机械手在工业领域应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。 其工作并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物 ,也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 而在传统的人工取物的过程中，因为长时间单一操作易产生疲劳及消极情绪，而且人无法长时间工作，但这些问题工业机械手却可以解决。 本设计中，连接块与手臂采用螺纹连接，并且螺纹杆与连接块独立开来，不仅解决了抓取物体时的前进精度问题，同时保证了手臂的回转动作。 机械手的分类 工业机械手的种类繁多，在国内暂无明确系统分类，一般情况下可以通过下面三种方式进行区分。 专用 机械 手：是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的 机械装置。 专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手。 通用机械手：它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。 通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种 .简易型以“开一关”式控制定位可以实现连续轨控制，伺服型通用机械手属于数控类型。 液压传动机械手：液压驱动系统运动平稳，且负载能力强，对于重载的搬运和零件加工机械人，采用液压驱动比较合理。 但液压驱 动存在管道复杂，清洁困难的缺点，因此，它在装配作业中的应用受到限制。 毕业设计论文 2 气压传动机械手：气压驱动机械手结构简单、动作迅速、价格低廉，但由于空气具有可压缩性，其工作速度稳定性较差，但是也由于空气的可压缩性，可使得手爪（末端操作器）在抓取物体或将其卡紧时的顺应性提高，防止了受力过大而造成被抓物体或手爪本身的损坏。 气压系统的压力一般为 ，因此抓取力小。 机械传动机械手：即由机械传动机构 (如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等 )驱动的机械手。 电力传动机械手：电气驱动系统是工业机械手中应用的最普遍的，一般可分为步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机三种。 早期一般采用步进电动机驱动，后来发展成直流伺服电动机，而现在交流伺服电动机也开始广泛应用。 产业用机械手：按照服务产业种类的不同，产业用机械手可分为工业机械手、农业机械手、和医疗机械手等。 而本设计主要研究对象是工业机械手，工业机械手按照用途分：搬运机械手、焊接机械手、装配机械手、检测机械手等。 极限作业机械手：此类机械手是指应用于人们难以进入的极限环境，如果核发电站、宇宙空间、海底等特殊环境中工作，完成作业任务的机械手。 服 务性机械手：是指用于非制造业并服务于人类的各种先进机械手，如医疗公司，餐饮行业等。 机械手的组成 机械手的组成包括控制系统，驱动系统，执行机构，感知系统，如图 11 所示： 图 11 机械手组成框图 ：手部、手腕、手臂、转台和底座 手：既是末端操作器，一般可分为夹持式和吸附式。 夹持式一般是指有手爪和传力机构，手爪则与物体直接接触，传力机构通过手爪施加夹紧力来完成夹紧工件的任务，而吸附式通过手指将物件夹正，然后通过手心吸盘将物件吸附。 手腕：是连接手部与手臂的机构，可以 通过手腕调整手部方位，更方便抓取物品。 控制系统 感知系统 执行机构 驱动系统 毕业设计论文 3 手臂：起着连接与承受外力的作用，一般可以进行三个动作：旋转，伸缩，升降。 通常由驱动部件如油缸、气缸、齿轮、连杆机构与驱动源配置如液压缸、气压缸、伺服电机等组成。 转台和底座：两者在机械手中通常起支撑作用，手臂的旋转，升降与底座有很大的关系，底座则主要是支撑作用。 驱动系统主要是指驱动机械系统工作的驱动装置。 根据驱动源的不同，驱动系统可分为电气、液压、气动、机械传动四大驱动系统，现在已经出现将四种结合起来应用的综合系统，该部分相当于人的肌肉组织。 统 控制系统一般分为单片机或者 PLC 两种控制方式，单片机具有结构简单、实用方便、数据采集能力强，工业控制用途很广泛，但是其抗干扰能力差，而 PLC一般是专门用于工程现场的控制，抗干扰能力强，一般工业机械手都是采用 PLC作为控制系统。 机械手的控制系统一般相当于人的大脑。 感知系统由内部传感器和外部传感器组成，其作用是获取机械手内部和外部环境信息，并把这些信息反馈给控制系统。 其中，内部状态传感器用于检测各关节的位置、速度等变量，外部传感器则用于检测机械手与周围环境之间的状态变量如距离、接近程度和接触情况。 该部分相当于人的五官。 参数表是机械手制造时所提供的技术数据。 技术参数反映了机械手可胜任的任务、具有的最高操作性能等情况，是选择、设计、引用机械手必须考虑的数据。 机械手的参数一般有自由度、精度、重复定位精度、工作范围、承载能力等。 通常的机械手在运动和抓取过程中容易产生较大的精度误差，而本设计中对于机械手的手臂设计采用与连接块 2 螺纹连接产生推动动力的结构，可以将精度偏差有些控制在177。 ，螺纹连接产生的无法旋转的问题也可以将螺纹柱与连接块 2分开独立来解决。 本文的三自由度机械手技术参数如表 11 所示： 表 11 机械手的参数表 机 械手基本参数 机械结构 垂直多关节型 自由度数 3 定位精度 本体质量 20kg 安装方式 地面安装 抓取物体最大质量 2kg 最大作业范围 S 轴（转台回转） 100176。 U 轴（手臂前进） 400mm 毕业设计论文 4 续表 11 B 轴（机身俯仰） 135176。 T 轴（手腕回转） 360176。