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四自由度機械臂設計

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更新時間：2016-06-06
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畢、引言
機械臂是一種模擬人手操作的自動機械，又叫機械手。它可按固定程序抓取、搬運物件或操持工具完成某些特定操作。應用機械臂可以代替人從事單調、重復或繁重的體力勞動，實現生產的機械化和自動化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動條件，保證人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。20世紀40年代后期，美國在原子能實驗中，首先采用機械手搬運放射性材料，人在安全間操縱機械手進行各種操作和實驗。50年代以后，機械手逐步推廣到工業(yè)生產部門，用于在高溫、污染嚴重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機床的輔助裝置在自動機床、自動生產線和加工中心中應用，完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。機械臂主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械臂的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個自由度。自由度是機械臂設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。
本次畢業(yè)設計在查閱相關文獻資料的基礎上，利用機械手完成封接環(huán)切齒，目前操作為手工操作過程，操作時操作工雙手完全在沖床滑塊下方，存在安全隱患。為消除這一隱患。設想采用切齒自動化替代手工操作。
二、現狀及發(fā)展
近年來，機器人的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多始位置到不同目標位置的搬運和擺放。應用范疇也十分廣泛。在工業(yè)中，自動控制系統(tǒng)有著廣應用精巧的機械結構設計和良好的伺服控制驅動這兩項功能泛的應用，例如數控機床、智能機器人、計算機系統(tǒng)、模糊控來實現設計所需功能，其中，抓取和移動是兩個最主要的功能。而工業(yè)機器人是相對較新的電子設備，它正在改變現代該設計根據設計要求、工作原理、設計內容和需求來確定化工業(yè)的面貌。在某些勞動環(huán)境極其惡劣的條件下，就可以使機械手，機器人的旋轉運動采用諧波齒輪傳動和步進電機驅動用機器人來代替人力工作[[1] 劉東.四自由度機械手的設計[D].遼寧：大連交通大學機械工程學院,2014:41
][1]。
目前，工業(yè)機械手廣泛應用于各種制造行業(yè)中，如電器制造行業(yè)、汽車制造行業(yè)、塑料加工行業(yè)、機械制造行業(yè)以及金屬加工行業(yè)等。隨著社會生產的進一步發(fā)展和科學技術的進步，工業(yè)機械手的功能和性能將進一步得到改善和提高，因此，工業(yè)機械手的應用領域將越來越廣[[[]孫增圻. 機器人智能控制[M].太原：山西教育出版社， 1995:5
]]。
三、組成結構及特點
通用控制系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)與定位系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)，是機械手系統(tǒng)的核心部分，其主要作用是使得工業(yè)機械手能夠按照預定的動作正確地完成每一個動作。驅動系統(tǒng)，是工業(yè)機械手的動力裝置，主要作用是作為執(zhí)行機構驅動源，由動力源和輔助裝置組成。當前工業(yè)機械手的發(fā)展現狀前市場上的絕大部分機械手采用的驅動方式為液壓驅動、電力驅動、氣壓驅動和機械方式驅動。執(zhí)行機構，是工業(yè)機械手的最終執(zhí)行機構，現在的工業(yè)機械手是完成工件的取送工作，當前市場上大多數工業(yè)機方式，大多采用電機驅動。電機驅動的工業(yè)機械手，械手的執(zhí)行機構為手抓、夾鉗和吸盤。具有精度高、驅動力大、響應快等優(yōu)點。同時采用電位置檢測系統(tǒng)，是實現工業(yè)機械手精確定位的機驅動，必須使用減速機構，因此，采用電機驅動方裝置，主要作用是實時檢測機械手執(zhí)行機構的具體的位置，而控制系統(tǒng)根據反饋回來的機械手位置與給定機械并將機械手的位置信息實時反饋給控制系統(tǒng)，及時地修正機械手的位置，而限制了電機驅動機械手的應用。隨著氣動技術的高速發(fā)展，又由于氣壓驅動具有其他驅動方式所沒有的一些優(yōu)點，如成本低、高性價比、無污染、結構簡單、抗干擾能力強等，因而越來越多的工業(yè)機械手采用氣動控制，因而氣動技術也得到了迅速的發(fā)展[[[]管永忠.工業(yè)機械手的設計探析[C].天津: 天津工業(yè)大學機械電子學院，2011:10-22
]]。...

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