工業(yè)機器人課程設計

1、河南機電高等?？茖W校機器人應用技術課程作品設計說明書作品名稱： 多功能機械手 專 業(yè)： 機電一體化技術 班 級： 機電124班 扣 號：1534542251姓 名： 流星 2014 年 10 月 1 日1本設計（論文）課題來源及應達到的目的：目前，我國大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。為了提高工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應現(xiàn)代機械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求,針對具體生產(chǎn)工藝,結合機床的實際結構，利用機械手技術，設計用一臺機械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。本機械手主要與數(shù)控機

2、床組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程的自動化和無人化。2本設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）：分工：XX主要負責查閱各種資料為產(chǎn)品設計提供各種素材圖片，以及完成機械結構CAD的簡圖畫制和機械手第一級的回轉機構的拼裝，替換有問題的電線；XX和XX主要負責平移機構和仰俯機構的制造拼裝以及整體機械結構的拼裝調試和機械手爪的拼裝，共同完成慧魚軟件的程序編程和把接線盒和電腦電機行程開關連接在一起并完成排線的工作。以上是產(chǎn)品設計開始時確定的任務，在產(chǎn)品的拼裝中任務的執(zhí)行各有參與，很多的機構是共同討論得出的結論。技術要求：各部件連接穩(wěn)固，各機構運動靈活，能夠靈活編程。工作要

3、求：產(chǎn)品實用、結構簡單、工作穩(wěn)定。 成績： 教師（簽名）： 年 月 日目錄一 課題概述21、選題背景22、發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢33、研究調研4二 機械手組成及工作過程61、整體結構分析62、所需器材63、底座部分84、軀干部分95、上臂部分106、手爪部分117、機械手系統(tǒng)的總調試12三 軟件部分131、機械手軟件編制流程圖132、機械手運行控制程序圖14四 設計體會15一 課題概述1、選題背景隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，各種電子產(chǎn)品和各種創(chuàng)新機械結構的出現(xiàn)，工業(yè)機器人的作用在裝配制造業(yè)產(chǎn)業(yè)中的地位更加重要了。另一方面隨著人們生活水平的提高傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)勞動力生產(chǎn)成本進一步提高，這也使企業(yè)意識到用高速準確

4、的機械自動化生產(chǎn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工操作的重要性。其中機械手是其發(fā)展過程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業(yè)中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。但目前我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)

5、化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國機械行業(yè)自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計具有重要意義。在這樣一個大的背景下結合自己的專業(yè)機電一體化，我們選擇多功能機械手來作為我們的設計題目。結合專業(yè)特點使用德國慧魚機器人教學模型作為我們實現(xiàn)這一課題的元件。利用慧魚模型的各種機械結構組裝出機械手的機械部分，用pc編程實現(xiàn)對機械手的自動控制，利用限位開關來保護電機和控制機械手位置的準停。這個課題可以充分的體現(xiàn)機電一體化的由程序自動控制機械結構的運動，對自己以前的所學的課程也是一種鞏固。另一方面這個機械手可以實現(xiàn)一定的搬運功能具有很強的實用性能。2、發(fā)展

6、現(xiàn)狀和趨勢目前國內機械手主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。   圖1-1 國內機械手國外機械手在機械制造行業(yè)中應

7、用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S，量新產(chǎn)品達到6軸，負載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。更重要的是將機械 手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變目

8、前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應用領域將會突破傳統(tǒng)的機械領域，而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。圖1-2 國外機械手3、研究調研工業(yè)機械手的結構形式主要有四種：直角坐標結構，圓柱坐標結構，球坐標結構和關節(jié)型結構。各結構形式及其相應的特點，分別介紹如下： （ 1）直角坐標機械手結構特點 直角坐標機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，因此，其運動位置精度高，但此種類型機械手的運動空間相對較小，如要達到較大運動空間，則要求機械手的尺寸足夠大。直角坐標機械手的工作空間為

9、一空間長方體，主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)。直角坐標機械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。（ 2）圓柱坐標機械手結構特點 圓柱坐標機械手的空間運動是用一個回轉運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機械手構造比較簡單，精度相對較高，常用于搬運作業(yè)。（ 3）球坐標機械手結構特點 球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現(xiàn)的。其工作空間是一個類球形的空間。這種機械手結構簡單、成本較低，主要應用于搬運作業(yè)。（ 4）關節(jié)型機械手結構特點 關節(jié)型機械手的空間運動是由三個回轉運動實現(xiàn)的。相對機械手本體尺寸，其

10、工作空間比較大，動作靈活，結構緊湊，占地面積小。此種機械手在工業(yè)中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)。關節(jié)型機械手又分為水平關節(jié)型和垂直關節(jié)型兩種。由于本課題設計的內容為搬運機械手，因此選擇球坐標機械手，這種機械手結構簡單、成本較低，主要應用于搬運作業(yè)。二 機械手組成及工作過程1、整體結構分析如圖2-1所示，此機械手有底座轉動的自由度、軀干前后移動的自由度、機械手上下運動的自由度機，總共三個自由度。另外機械手爪有夾緊和松開物體的功能。由三個電機控制三個方向的運動，一個控制機械手整體結構的回轉；一個控制軀干前后平移運動；一個通過絲杠螺母的牽引來控制機械手的仰俯運動。當然還有一個電機用來

11、控制機械手本身的夾緊和松開。為了實現(xiàn)準停和對電機的保護我們使用了七個的限位開關用來控制運動的位置。由于手爪本身結構的限制手爪抓緊用延時來控制。這種機器人的工作包跡形成球面的大部分，稱為關節(jié)式球面機器人。然后通過pc編程調試觀察機械手的運動是否達到應有的技術水平，并作出相應的改變以及對編程數(shù)據(jù)的修改等。圖2-1機械手整體實物圖2、所需器材此機械手用到了四個電機，由于底座部分負載較大，采用了大功率直流【9v 2.4瓦 】電機，其他部分負載相對較小，采用了普通直流電機【9V雙向】圖2-2慧魚機器人中普通電機和大功率電機此外，此機械手還用到了7個行程開關，用來限制各運動部件的位置以及保護電機與機械部件

12、，通過編程為各運動部件之間添加了邏輯關系。底座部分用到兩個行程開關，軀干部分用到兩個行程開關，上臂部分用到兩個行程開關，手爪部分用到一個行程開關，七個行程開關均采用常閉觸電（即在程序中1-0的對應表示）圖2-3行程開關外觀以及內部結構另外還需要以下主要器材：圖2-4控制板圖2-5六面體及六面體的拼接圖2-6萬向節(jié)、減速器圖2-7渦輪和蝸桿圖2-8螺旋傳動圖2-9金屬桿、連接桿、傳動軸3、底座部分機械手的底座部分如圖2-10所示，通過此蝸輪蝸桿裝置，機械手可以實現(xiàn)180度的大范圍旋轉。傳動部分由電機、變速箱、蝸輪蝸桿組成。傳動鏈為：電機變速箱蝸輪蝸桿整體旋轉（負載）。 圖2-10 機械手回轉機構

13、實物圖圖2-11回轉機構簡圖4、軀干部分機械手的軀干部分如圖2-12所示，實現(xiàn)機械手的前后運動。通過絲杠與螺母的牽引關系，軀干部分能平滑的在工作臺上前后移動。傳動部分由電機、變速箱、絲杠螺母副、滑動機構組成。該部分的傳動鏈為：電機變速箱絲桿傳動負載。 圖2-12前后平移機構實物圖圖2-13前后平移機構簡圖 5、上臂部分 機械手的上臂部分如圖2-14所示，通過與底座的“肩關節(jié)”實 現(xiàn)上下的擺動。傳動部分由電機、減速箱、絲杠螺母副、連桿機構組成。其傳動鏈為：電機變速箱絲桿傳動連桿。 圖2-14仰俯機構實物圖 圖2-15仰俯機構簡圖6、手爪部分 如圖2-16所示，機械手通過“肘關節(jié)”與上臂連接，使“

14、爪子”實現(xiàn)在保持與地面平行的同時也可以上下移動，而通過聯(lián)軸器和絲桿的作用，實現(xiàn)機械手的夾緊和放松。傳動部分由電機、減速箱、絲杠螺母副、連桿機構組成。其傳動鏈為：電機變速箱聯(lián)軸器（2個）絲桿傳動（滑動副）機械手夾緊（放松）。 圖2-16機械手實物圖 圖2-17機械手簡圖7、機械手系統(tǒng)的總調試在進行系統(tǒng)的總調試之前，先要進行機構運動的檢查，保證機構轉動靈活、沒有卡死現(xiàn)象，各個開關能正常閉合和松動，每個電機進行通電檢查；然后將控制模塊、運動機構、接口模塊3個部分連接好進行整個系統(tǒng)的總體調試。這樣做可以提高總調試的成功率，避免當系統(tǒng)不能運轉時難以找到故障所在位置。三 軟件部分1、機械手軟件編制流程圖利

15、用此機械手實現(xiàn)從某個指定地點抓取貨物，然后機械手到達另一指定地點后放下貨物，然后再回到抓取貨物指定地點抓取貨物，如此往復循環(huán)，直到按下停止指令機械手才停止工作。具體流程如圖3-1所示： 開始整體初始 手爪張開化 放下物體回轉機構 機械臂放 旋轉到指 下 定位置 平移機構 平移機構平移到指 到確定位 定位置 置機械臂 回轉機構放下 倒轉指定 位置 手爪張 平移機構開 到指定位 置 手爪閉合 機械臂 抓緊物體 抬起圖3-1機械手程序流程圖2、機械手運行控制程序圖M1為底座旋轉電機，I1，I2為底座部分的行程開關；M2為軀干部分電機，I3，I4為軀干部分行程開關;M3為上臂部分電機，I5，I6為上臂部分行程開關；M4為手爪部分電機，I7為手爪部分行程開關。具體程序圖如圖3-2所示：圖3-2機械手運行控制程序圖四 設計體會在這個機電作品設計的試驗中，我們首先根據(jù)圖紙和零件，按照操作步驟，組裝出各個部件。在實驗操作過程中，最重要的是細心，準確選齊零件，按照每個過程組裝好。在操作的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)零件安裝錯誤，導致試驗中用時過長。然后總結出，要不斷的檢查，完全確認好這個步