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四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人(機(jī)器手)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn)

上傳人:hong****2021 文檔編號(hào):28192739 上傳時(shí)間:2021-08-23 格式:DOCX 頁(yè)數(shù):5 大?。?3.73KB
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1、四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人(機(jī)器手)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 近幾十年,隨著全球科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和信息化水平不斷提高,出于解放勞動(dòng)力、提高生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益和減少生產(chǎn)成本的目的,很多工業(yè)領(lǐng)域開始使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)作。為了加深對(duì)機(jī)器人從設(shè)計(jì)到工業(yè)應(yīng)用具體是怎樣實(shí)現(xiàn)的,文章先對(duì)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展背景進(jìn)行闡述,再對(duì)機(jī)器人(機(jī)械手)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹,其中包括手部、手腕、手臂等的設(shè)計(jì),最終利用可編程序控制器對(duì)機(jī)器人(機(jī)械手)進(jìn)行有效控制,使機(jī)器人(機(jī)械手)能夠正常運(yùn)作,進(jìn)而出現(xiàn)在在更多生產(chǎn)企業(yè)的工作線上。 機(jī)器人(Robot)一詞最早出現(xiàn)在國(guó)外,二十世紀(jì)中后期開始

2、才得到人們的廣泛關(guān)注,并被人們所熟悉,現(xiàn)如今,在國(guó)外,甚至國(guó)內(nèi)有些工廠、企業(yè)都可以看得機(jī)器人的身影?,F(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人(機(jī)器手)主要有可編程、擬人化、通用性、運(yùn)用廣泛這四個(gè)特點(diǎn)。科學(xué)技術(shù)的提高和不斷創(chuàng)新,使得當(dāng)今的工業(yè)機(jī)器人逐漸具備行走、感知、交流等多種能力。目前,美國(guó)和日本在機(jī)器人的研發(fā)方面處于世界領(lǐng)先水平,對(duì)全球機(jī)器人的發(fā)展最具影響。絕大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都是由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)部分組成。其中主機(jī)包括臂部、腕部、手部等,大多數(shù)機(jī)器人有3-6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度,文章以下以四個(gè)自由度為例進(jìn)行描述。機(jī)器人(機(jī)械手)在工業(yè)生產(chǎn)過程中能夠代替人做些單調(diào)、頻繁或者重復(fù)率強(qiáng)的長(zhǎng)時(shí)間工作,但是機(jī)器人又不是簡(jiǎn)

3、單意義上的完全復(fù)制了人工的勞務(wù),而是在綜合了人的工作性能的基礎(chǔ)上再結(jié)合了機(jī)器人其專有的特長(zhǎng)。機(jī)械手是模仿人手和手臂的某些功能,在設(shè)置的特定程序下抓取、搬運(yùn)物件或者操作工具的自動(dòng)操作裝置。機(jī)器人的發(fā)展歷史經(jīng)歷了一系列階段,其中機(jī)械手則是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人,機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用能夠有效地減省工人、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的品質(zhì)提升工廠形象,尤其是在某些特殊的環(huán)境下,如高溫高壓、有毒有害、易燃易爆、放射性較大等,機(jī)器手得到了廣泛的運(yùn)用。 機(jī)器人(機(jī)器手)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動(dòng)上下料機(jī)械手,其在工業(yè)生產(chǎn)有較為廣泛的運(yùn)用。 1.1手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

4、 對(duì)手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)成可更換的結(jié)構(gòu),按照實(shí)際情況使用的是夾持式手部還是氣壓吸盤式結(jié)構(gòu)。夾持式常用的有兩指、多指和雙手雙指式。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮手指的夾緊力,慣性力和振動(dòng)性,避免因?yàn)樽チΣ粔蚨率刮锲返袈?,?duì)手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還要考慮一定的開閉角和抓取的對(duì)象,因地制宜,這樣才能發(fā)揮出機(jī)器手的最大作用。由于手抓的物品大多數(shù)為圓柱形,所以手指形狀應(yīng)該設(shè)計(jì)成V型。在設(shè)計(jì)時(shí)首先計(jì)算出手部驅(qū)動(dòng)力的大小,然后計(jì)算出氣缸的直徑,最后計(jì)算出缸筒的壁厚。 1.2手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 對(duì)于手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分理解手腕的工作原理,手腕是連接手部和手臂的重要部件,起到的是調(diào)整和改變物品的方位,考慮到機(jī)器手

5、所抓取的物品是水平放置的,所以手腕在設(shè)計(jì)的過程中,必須要設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),而實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)氣缸。因此此次設(shè)計(jì)選擇的是回轉(zhuǎn)氣缸。對(duì)回轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì)首先要計(jì)算出手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩;手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和物品的偏重會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏重力,具體表現(xiàn)在是對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸產(chǎn)生的一個(gè)偏重力矩,所以這時(shí)需要計(jì)算出這個(gè)偏重力矩的大?。皇滞筠D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生摩擦,所以還需要計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)軸頸處造成的摩擦阻力矩;再對(duì)回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行計(jì)算和尺寸進(jìn)行校核, 1.3手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 機(jī)器手手臂作為手腕和手部的牽引部分,有三種氣缸模式,手臂伸縮氣缸、手臂升降氣缸和手臂回轉(zhuǎn)氣缸。在進(jìn)行手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí),要計(jì)算出這三種

6、氣缸的尺寸,并進(jìn)行校核。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn),機(jī)器手臂在伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置,可以有效地增加手臂的剛性,避免手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。 可編程序控制器對(duì)機(jī)器人(機(jī)器手)的有效控制 可編程控制器是在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝備。此次設(shè)計(jì)控制的對(duì)象是圓柱座標(biāo)氣動(dòng)機(jī)械手,對(duì)機(jī)器人的有效控制可以分成四個(gè)過程??删幊绦蚩刂破饔兴膫€(gè)階段,首先CPU對(duì)輸入輸出狀態(tài)暫存器清零,隨后進(jìn)行自診斷,當(dāng)顯示一切硬件正常工作后進(jìn)入第二個(gè)階段;然后處理輸入信號(hào),把獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息存放到輸入輸出狀態(tài)暫存器中;接著再對(duì)用戶程序進(jìn)行掃描、運(yùn)算和處理,將結(jié)果寫入輸出狀態(tài)暫存器中,最后把暫存器中的信號(hào)取出,送到輸出鎖存電路,驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈,控制與被控制設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。周而復(fù)始,使機(jī)器手能夠不斷運(yùn)作。 文章對(duì)四自由度機(jī)器人(機(jī)器手)進(jìn)行研究,提出了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制實(shí)現(xiàn)的具體方法。機(jī)器人(機(jī)器手),作為一種全新的能為企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的工具,在今后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中必然會(huì)發(fā)揮出其巨大的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)也應(yīng)該國(guó)外先進(jìn)的有關(guān)機(jī)器人的科學(xué)技術(shù),總結(jié)經(jīng)驗(yàn),勇于創(chuàng)新,加速機(jī)器人研發(fā)步伐,為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展注入一股新的力量。

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