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340;部件,并可用来调节被抓物体的方位,以扩大机械手的动作范围,并使机械手变的更灵巧,适应性更强.手腕有独立的自由度.有回转运动,上下摆动,左右摆动.一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求,有些动作较为简单的专用机械手,为了简化结构,可以不设腕部,而直接用臂部运动驱动手部搬运工件.

目前,应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压(气)缸,它的结构紧凑,灵巧但回转角度小(一般小于2700),并且要求严格密封,否则就难保证稳定的输出扭距.因此在要求较大回转角的情况下,采用齿条传动或链轮以及轮系结构.

(3)臂部手臂部件是机械手的重要握持部件.它的作用是支撑腕部和手部(包括工作或夹具),并带动他们做空间运动.

臂部运动的目的:把手部送到空间运动范围内任意一点.如果改变手部的姿态(方位),则用腕部的自由度加以实现.因此,一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求,即手臂的伸缩,左右旋转,升降(或俯仰)运动.

手臂的各种运动通常用驱动机构(如液压缸或者气缸)和各种传动机构来实现,从臂部的受力情况分析,它在工作中既受腕部,手部和工件的静,动载荷,而且自身运动较为多,受力复杂.因此,它的结构,工作范围,灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能.

(4)行走机构有的工业机械手带有行走机构,我国的正处于仿真阶段.

1.4.2驱动机构

驱动机构是工业机械手的重要组成部分.根据动力源的不同,工业机械手的驱动机构大致可分为液压,气动,电动和机械驱动等四类.采用液压机构驱动机械手,结构简单,尺寸紧凑,重量轻,控制方便.

1.4.3控制系统分类

在机械手的控制上,有点动控制和连续控制两种方式.大多数用插销板进行点位控制,也有采用可编程序控制器控制,微型计算机控制,采用凸轮,磁盘磁带,穿孔卡等记录程序.主要控制的是坐标位置,并注意其加速度特性.

1.5工业机械手的发展趋势

(1)工业机器人性能不断提高(高速度,高精度,高可靠性,便于操作和维修),而单机价格不断下降,平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元.

(2)机械结构向模块化,可重构化发展.例如关节模块中的伺服电机,减速机,检测系统三位一体化:由关节模块,连杆模块用重组方式构造机器人整机,国外已有模块化装配机器人产品问市.

(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化,网络化,器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性,易操作性和可维修性.

(4)机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置,速度,加速度等传感器外,装配,焊接机器人还应用了视觉,力觉等传感器,而遥控机器人则采用视觉,声觉,力觉,触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用.

(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真,预演发展到用于过程控制如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人.

(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与机器人的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统,使智能机器人走出实验室进入实用化阶段.美国发射到火星上的"索杰纳"机器人就是这种系统成功应用的最着名实例.

(7)机器人化机械开始兴起.从94年美国开发出"虚拟轴机床"以来,这种新型装置已成为国际研究的热点之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域.我国的工业机器人从80年代"七五"科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过"七五","八五"科技攻关,目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷漆,弧焊,点焊,装配,搬运等机器人,其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用,弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上.但总的来看,我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距,在应用规模上,我国己安装的国产工业机器人约200台,约占全球已安装台数的万分之四.以上原因主要是没有形成机器人产业,当前我国的机器人生产都是应用户的要求,"一客户,一次重新设计",品种规格多,批量小,零部件通用化程度低,供货周期长,成本也不低,而且质量,可靠性不稳定.因此迫切需要解决产业化前期的关键技术,对产品进行全面规划,搞好系列化,通用化,模块化设计,积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在"863"计划的支持下,也取得了不少成果.其中最为突出的是水下机器人,6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平,还开发出直接遥控机器人,双臂协调控制机器人,爬壁机器人,管道机器人等机种:在机器人视觉,力觉,触觉,声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作,有了一定的发展基础.但是在多传感器信息融合控制技术,遥控加局部自主系统遥控机器人,智能装配机器人,机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步,与国外先进水平差距较大,需要在原有成绩的基础上,有重点地系统攻关,才能形成系统配套可供实用的技术和产品,以期在"十五"后期立于世界先进行

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列之.

1.6本文主要研究内容

本文研究了国内外机械手发展的现状,通过学习机械手的工作原理,熟悉了搬运机械手的运动机理.在此基础上,确定了搬运机械手的基本系统结构,对搬运机械手的运动进行了简单的力学模型分析,完成了机械手机械方面的设计工作(包括传动部分,执行部分,驱动部分)的设计工作.进而运用ADAMS软件对机械手的手部及升降机构作了运动仿真分析.掌握了机械仿真的一般过程.

1.7本章小结

本章简要的介绍了机械手的基本概念.在机械手的组成上,系统的从执行机构,驱动机构以及控制部分三个方面说明.比较细致的介绍了机械手的发展趋势,简要的叙述了本文研究的内容.

机械手的总体设计方案

本课题是轻型平动搬运机械手的设计及运动仿真.本设计主要任务是完成机械手的结构方面设计,以及ADAMS软件进行简单的运动仿真.在本章中对机械手的座标形式,自由度,驱动机构等进行了确定.因此,在机械手的执行机构,驱动机构是本次设计的主要任务,然后通过ADAMS软件对机械手的手部进行简单的运动仿真.

2.1机械手基本形式的选择

常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种:(1)直角坐标型机械手,(2)圆柱坐标型机械手,(3)球坐标(极坐标)型机械手,(4)多关节型机机械手.其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小,因此本设计采用圆柱坐标.图1是机械手搬运物品示意图.图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B.(3)臂部,采用直线缸来实现手臂平动1.2m.(4)机身,采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转.

2.3驱动机构的选择

驱动机构是工业机械手的重要组成部分,工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置.根据动力源的不同,工业机械手的驱动机构大致可分为液压,气动,电动和机械驱动等四类.采用液压机构驱动机械手,结构简单,尺寸紧凑,重量轻,控制方便,驱动力大等优点.因此,机械手的驱动方案选择液压驱动.

2.4机械手的技术参数列表