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外 文 翻 译 系 别 机电信息系 专 业 班 级 姓 名 学 号 导 师 机 械科学与技术 21（ 2007） 1018 1027 两个轴气动人工肌肉机械手的一种新的相平面切换控制方法控制 摘要 康复 机械手 的使用已经由于功能康复治疗对肢体的需求成为一个日益重要的问题。一种新型的气动人工肌肉致动器（ 所提供的安全性和流动性援助以执 行任务的人类达到日益普及，以及提供一个具有高强度和高功率 /重量比，成本低，体积小，便于维修，清洁，随手可得，廉价的电力来源，等等 已在使用在治疗 机械手 近几十年来考虑，特别是需要高水平的安全性。然而，仍存在一定的局限性，如空气 可压缩性和阻尼的执行带来的压力动态响应延迟，导致振荡运动能力的缺乏。此外，为了帮助康复 机械手 更有效，应根据病人的身体状况调整阻抗参数。为了这个目的，机械手加入装有磁流变制动器（ 一种新的相平面使用 换控制方法提出了跟踪正弦波形。通过使用制作的两个轴 械手 实验证实了该 算法的有效性。实验证明，该 机械手 的稳定性可以不考虑对参考输入和外部负载条件下的频率的变化使用高增益控制大大改善，并在不降低响应速度，或降低 关键词：气动人工肌肉；相平面开关控制；机械手；磁流变制动器 1。景区简介 需要由交通事故和脑卒中引起的骨折或关节疾病康复的人数，和运动功能的问题，由于年事已高，全世界数以千计数百数。 机械手 的康复中的应用具有极大的关注。功能恢复的治疗通常是进行了医学治疗师在人的基础，但自动设备已经投入到物理治疗程序重复过程相对简单，实用，如连续被动运动机，步行训 练装置，和用于单轴扭矩机（ 1993街等； 1994；傅等人， 1995）。本文论述了功能康复治疗，身体康复的一个重要方面。网格加密治疗机已创建 （安清， 2004； 2005年； 2005b）。然而，多关节 机械手 要实现更逼真的运动模式，从而更有效的治疗是必要的。这种 机械手 必须有一个 人类使用高安全的。 械手已被用来构建一个两自由度（ 疗 机械手 。二自由度 机械手 功能恢复的治疗由气动肌肉驱动的开发是佐贝尔（ 人。， 1999）和人。， 2001； 2003）的柳巷芳草 统的人工肌肉致动器（柳巷芳草等人。， 1999； 2000； 2002； 2003）气动肌肉方面的疗装置等人。， 2004）与人友好的治疗 机械手 （ 安， 2006年）。然而，仍存在一定的局限性，如空气的可压缩性和阻尼的执行带来的压力动态响应延迟能力的缺乏，导致振荡运动。此外，实施更有效的康复，机械手 必须根据病人的身体状况调整阻抗参数。为了这个目的，一个新的技术，电流变液阻尼器（ 尼器），已被应用到 械手。 他的团队使用 尼器来改善控制性能的 械手与 制器和脉冲 关阀（ 人。， 1994）。通过分离的阻尼器产生的阻尼转矩和阻尼区域 高增益控制下的响应速度，结果表明电流变阻尼器用于实际可用的一种有效方法，人类友好的 机械手 使用的 械手。此外，位置控制是无响应速度下降的改进。然而，一定的局限性阻碍了技术，由于电流变液（ 求很高的控制电压（ 这是有问题的，并在特定的，潜在的危险，只工作在一个较窄的温度范围（和一个不适合的 械手），并表 现出非线性特征。因为有很多不可接受的缺点电流，磁流变流体（ 直被认为是表 1中列出的优点是一个有吸引力的选择，和最近已被用于治疗人类友好的 机械手 （ 安， 2006年）。虽然这些系统在解决光滑的致动器的运动响应的步骤输入成功，假设两个轴 用在未来治疗 机械手 ，这是 我们研究的最终目标，是要实现快速的响应，即使外部惯性负载变化剧烈和正弦响应无以不同的频率。 因此，要实现良好的控制性能，一个 备的机械手关节。相平面使用 算法的有效性将通过 涉及一二轴械手 实验证明。实验结果表明，该 机械手 的稳定性可以大大改善高增益控制在不考虑频率的参考和外部条件的变化，并没有 降低响应速度和两个轴 械手 刚度低。 2。实验装置 这两个轴气动人工肌肉机械手示意图如图 1所示。的 表 1。流变流体相比。 图 1。两个轴气动人工肌肉机械手示意图 图 2。气动人工肌肉机械手的工作原理。 图 3。实验设备的照片。 图 4。建设工作。 拮抗人工肌肉和外部负载转动，如图 2所示的结果之间的压力差。关节角度， 1和 2，与旋转编码器测量（ 8反馈到计算机通过一个 24位的数字计数器板（研华 833）。外部惯性负载可以从 20变化 40 ， 200 % 的变化相对于最小惯性负载条件；参考输入不同频率的波形（正弦）被认为是。实验 境压力和控制软件下进行的是 3显示的是实验装置的照片。 对 的 设计如图 4所示。转子固定在轴上，可相对于壳体旋转。转子和壳体之间的间隙填充 动力矩可由在其线圈的电流控 制。磁流变液的表观粘度在磁场中的应用几毫秒的时间变化，并在没有磁场的正常粘度的回报。下面的实验 探讨 特点；测量数据是在图 5和表 3。 扭矩传感器和伺服电机连接系列。在实验中，转速 从 100变化 转 1000 转 和所施加的电流从 0到 1的 。这些范围是因为系统的响应不达到 1000 转 和最大电流用于 。图 5显示了阻尼力矩与输入电流的变化（ a）和（ b）转速的 动。从图 5，它是 显然，对阻尼扭矩是独立的旋转速度和几乎正比于输入电流。因此，方程（ 1）的输入电流和阻尼 转矩的结核病 表 3。对测量数据。 W：转速 I：目前的应用 J. 这里， A 和 应曲线。 3。控制系统 这种 械手的控制，传统的 制算法作为本研究的基本控制器。控制器的输出能在时间域如下表示：以 换（ 2）产量 所得的传递函数的 制器： 在采样序列 K 可以表示为一个典型的实时执行如下： 其中 u（ k）和 E（ k）是控制输入到设定点和节点的输出之间的控制阀和误差，分别。 此外，使用 调和的阻尼和提高 的 械手的控制性能的有效途径 响应速度（因为它在加速或减速太高的地区的作品）。在这里， s 是拉普拉斯变量，它是由机械产生的扭矩， 恒转矩， 定扭矩角速度比例增益，和 由方程计算的源控制电压（ 1）产生 尼转矩的方向与旋转方向相反的手臂。因此，方程（ 6）低于表明，阻尼器产生的阻尼转矩结核病。 所提出的相平面切换控制方法的结构如图 6所示。 图 7显示了传统相平面切换控制方法。在区域中，手臂的方法所需的角度关节角度，一个 B， C D，如图 7（ a） ，目前是不适用的，而在该地区（斜阴影区） B C， D E，目前应用于提高更快收敛到期望的角度的阻尼性能。虽然系统阶跃输入响应成功顺利，它的质量下降（与响应延长）由于正弦波形 失控点参考输入（ C， E 等）。此外，假设 2轴 械手 利用在未来的治疗 机械手 （我们研究的最终目标），它要实现快速响应，即使外部惯性负载变化剧烈和正弦响应，一个是在发生的频率范围内的频率无关。 阻尼转矩 T B，这是在公式 1所示，提高了机械手的阻尼性能。由于阻尼的机械手的转动方向相反的转矩的作 用，其加速性能退化。在区域中的臂的方法所需的角度关节角度， O A， B C， D E， F G，在图 8（ a），目前是不适用由于高响应速度 是必需的。在臂通过所需的角区域，即对角阴影区的 B， C D， E F， G 在图 8 H（一），电流被施加到改善阻尼性能，从而使臂更快地收敛到期望的角度。要确定是否应施加磁场，相平面。 图 6。的相平面开关控制的新概念框图。 图 7。常规的相平面切换控制方法。图 8（ b）用。 在相平面上的横轴线对应的关节角偏差 E 垂直轴对应于时间的偏导数， e =。每个点的相平面上的一个 H 对应于图 8中同样的字母点（一）。在这里，与目前应用的区域是由 1 1 1 2 h 控制（ S）， H（ S），的梯度 图 8。相平面切换控制方法的新概念。 图 8线（ B）。阻尼转矩的应用在区域控制为 1 h 和 2 h。控制在 用地区的优势是需要在不降低响应速度。提出的控制器的有效性将实验研究。 4。实验结果 在这项研究中，一二轴 械手 利用相平面开关控制器，新概念的控制器，和实验用正弦波作为参考输入在两个不同的频率进行（ f = z 和 z）。两个外部惯性载荷条件（载荷 1 = 20 ；负载 2 = 40 方厘米 ）进行了测试（负载连接到臂 2年底）。此外，常规的 制器，该控制器的比较。 首先，进行了实验验证，在不同的输入参考频率所提出的控制器的有效性（节点1）。图 9显示的比较传统的 制器，该控制器联合 1实验结果的有效性和所提出 的 控 制 详 细 显 示 在 图 10 相对于 图 9。常规 制器和控制器之间的比较（ 1）。 F = F = 实验中，所提出的控制器 的初始值设置为 6， P 190 10 K = ， 6我 10 10 K = ， 6 D 150 10 K = ， k = 1， 2 C 1，2， T = H =H =。通过试验和错误，得到了这些参数。这些实验结果表明，有一个大的跟踪误差和时间相对于参考输入的频率的增加延迟；当采用 制器响应下降频率为 沉降时间减少，跟踪性能是保证使用所提出的控制器。阻尼力矩不适用于快速响应时，机械手开始移动，和阻尼转矩的 尼的旋转轴 图 10。所提出的控制器的实验结 果（ 1） 机械手 减少超调振荡时，操纵器达到所需的角度。其次，实验研究了相对于不同的参考输入的频率控制性能（节点 2）。此外，外部的惯性负载（负载 1 = 20 ；负载 2 = 40 方厘米 ）连接到臂的端 图 11。常规 制器和控制器之间的比较（接头 2，负载 1）。 2，和控制参数的设置是 1相同的接头。图 11和图 12显示的 制器和所提出的比较 对于测试的参考输入频率和外部的初始荷载条件控制器。这些数字表明，有一个大的误差和时间的延迟和更振荡发生相对于参考输入频率 的增加，以及增加外部初始荷载。在实验中， 机械臂关节角同意与参考使用新的相平面开关控制器。建议的新的相平面开关控制算法的有效性也在图详细地显示。 13和 14。实验结果表明，一个良好的控制性能和较强的鲁棒性应力是 图 12。常规 制器和控制器之间的比较（接头 2，负载 2）。 获得，不依赖于外部的初始负荷使用所提出的控制方法。这些实验结果表明，阻尼转矩施加和释放非常频繁地根据所需的角度的方法。结果表明，所提出的算法是在各种外部荷载作用下有效的和不依赖于 参考输入频率。此外，据了解， 机械臂转 角的顺利收敛到所需角度小的振荡。它的结论是，新提出的相平面开关控制算法有效地跟踪与高增益控制正弦波形控制，并具有良好的控制性能，快速 响应，和不同的外部惯性载荷和参考输入频率下具有较强的鲁棒稳定性。 5。结论 在这项研究中，相平面开关控制用磁流变制动器的提出和应用一二轴气动新概念 人工肌肉机械手的各种外部荷载作用下提高控制性能和独立的参考输入频率。 实验结果表明，该控制算法在正弦轨迹跟踪控制的高效和高增益控制，控制性能好，响应速度快，强大的，对外部负载和输入参考频率变化的鲁棒稳定性。研究结果 还表明，所提出的相平面 运用 换控制是发展一个实际可用的最有效的方法之一，通过使用 人类友好的 机械手 机械手。 确认 这项工作是由蔚山大学的支持下，韩国。 工具书类 安， k 和清， 2004，“使用智能切换控制方法的气动人工肌肉机械手的控制性能的改善，” 妇。，卷 8， 8号， 1388页 1400。安， 2005年，“非线性 制改善 机械手的神经网络控制性能，在 妇。，卷 19， 1号， 106页 115。 安， k，清， Y， K， 2005b，”帕姆手采用磁流变制动器性能的改善，” 妇。，卷 19， 3号， 777页 790。 Y， 1993，“恢复功能锻炼装置，“ J 美。，卷 17， 2号， 99页 105。富杰， M. 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B.，杜兰特， F.和 T.， 1999，“拉奎拉大学的功能康复治疗对 2自由度机械手的气动肌肉致动器的经验，”研讨会上，生物力学，华沙，波兰。 1 (2007) 10181027 a U 5, 2006; 4, 2007; 4 2007) he of in an of of of A to as as as of so in a in a of as of of to of In to to of is a A RB is of is an a AM of be a to of of or AM . he of to or by to of of to is of is by on a to in as a a a a 1993; et 1994; et 1995). of 2004; 2005a; 2005b). to of a of AM to a of A 2by * +82 52 259 2282, +82 52 259 1680U 1(2007) 10181027 1019 et 1999) et 2001; 2003) et 1999; 2000; 2002; 2003) a et 2004) a 2006a). as of of to of In to to of a an to AM R to of AM a PI et 1994). By a to R is an in a AM is a in R is in in a AM RF an , in 2006b). in to AM is in in is of it is to if to to a is to of A a is of of be a AM of be a to of of AM 2. he of is 1. . of 0 100 5 40 150 10 90 125 by 4 g/ 2 g/ 25 V 1 2 A (2 50 2 25 1 10 50 1. of 1020 1(2007) 10181027 2. of 3. of 4. is as a (a) (b) 5. . 10 B D/A 720 402433 2. 1 , a to a 2433). be 0 0 a 200 % to of U 1(2007) 10181027 1021 an is A of is 3. he of RB is 4. is to to is of RB be by in of RF is a of of a to in of a to is 5 . RB is a a in In is 00 000 A A. of 000 RB A. to of a) b) R 5, it is RB is of to (1) b . I 0 100 I: A ()+ (1) a b RB 3. o AM a ID is as in be in as 0()() () ()et +) 2) ) () () ()s + (3) of ID () 11()+) A at k be as () () ( 1) ()() ( 1)ek uk +(5) u(k) e(k) to of In RB is an to of AM by it in or is s by to a of q. (1) to c. 022 1(2007) 10181027 of is to of of (6) a b. ()() of is 6. In in of to ab, cd, 7(a), is in bc, de, is to to to to of c, e so In AM in of it is to a if is of of of he is q. 1, of in of is In of to , , g, 8(a), is a is In , , 8(a), a is to so to To be 6. of of (a) (b) 7. A 8(b) is in to e r , to of to 8(a). of 112(), ()hs , of 1(2007) 10181027 1023 (a) (b) 8. A of 8(b). of is h h . of in RB is is to of be 4. n a a AM of a is a as a at f=z z). = 20 = 40 to ). In ID to of at ). ID of of is in 10 (a) f=z (b) f=z 9. ID ). f=f=In of 190 10 ,610 10 , 6150 10 , , 1, 2=. by is a to of of ID up is by is to is by RB to of AM 024 1(2007) 10181027 (a) f=z (b) f=z 10. of ). to to to ). In = 20 = 40 to of (a) f=z (b) f=z 11. ID , ). 2, to be . 1 2 ID is a to as as to In AM of is in 13 4. a U 1(2007) 10181027 1025 (a) f=z (b) f=z 12. ID , ). do on is to to It is is in of on In it is a购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 摘 要 机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 630 吨压铸机自动浇铸机械手，主要由手臂、回转支架、倾倒机构、浇包 (即勺式手部 )、倾倒油缸、回转油缸、底座及升降油缸等组成。 手臂为一平行四边形机构，它具有俯仰和回转运动。手臂俯仰运动是通过铰链支承的升降油缸来达到，使得平行四边形机构的连杆 (它带动浇包 )作平面平行运动 ，即浇包有升降和横移运动。手臂的回转运动是由回转油缸来实现的。 手臂上安装有弹簧，通过绳索和滑轮与倾倒机构连接，用来使倾倒机构复位，同时也起缓冲作用。 630 吨压铸机浇铸机械手备有 4、 6、 8公斤三种容量的浇包，它们的结构相同，只是尺寸有异。该浇包的特点是底部进料，并有隔板以挡住氧化皮，其容积是定量的。 关键词 ： 机械手、浇铸、压铸。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 to to at a or of It in to be to in to in 630 by of of of as a it is to a a of is by is on by a of to a 630 a of ,6,8 as is by at of a to is 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 目录 目录 . 3 摘 要 . 1 . 2 第一章 绪 论 . 3 械手概述 . 5 行机构 . 6 动系统 . 7 制系统 . 8 置检测装置 . 8 内外发展状况 . 9 题的提出及主要任务 . 10 题的提出 . 10 题的主要任务 . 12 第二章 机械总体设计 . 13 对 630 吨压铸机自动浇铸机械手的分析 . 13 械手的组成与结构 . 15 部 . 15 （一） 腕部设计的基本要求 . 15 （二） 倾倒运动驱动力的计算 . 16 倾倒液压缸工作压力和结构的确定： . 16 部和机身 . 17 （一） 臂部设计的基本要求 . 17 （二） 臂部运动速度要高，惯性要小 . 18 （ 三） 手臂动作应灵活 . 19 （四） 位置赖度更高 . 19 （五）升降运动驱动力的计算 . 20 （六） 机身回转机构的设计计算 . 21 （ 1） 回转缸驱动力矩的计算 . 21 设计与计算 . 24 . 24 . 25 . 25 . 25 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 . 26 . 26 承设计 . 28 . 28 . 29 的选择计算 . 30 点： . 30 . 30 第三章 液压系统设计 . 32 压系统的组成和型式 . 32 压传动与控制的优缺点 . 32 压系统设计 . 32 确设计要求 . 32 体规划、确定液压执行元件 . 33 确液压执行元件的载荷、速度及其变化 规律 . 33 定系统工作压力 . 33 拟液压系统原理图 . 33 压缸的主要性能参数 . 34 压缸主要零件设计 . 35 结 论 . 39 致 谢 . 40 参考文献 . 41 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 第一章 绪 论 械手概述 工业机器人由操作机 (机械本体 )、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、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。 机器人技 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。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。 机器人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，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备 . 机械手是 模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率 :可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产 ;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用 . 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的 上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。 机械手的组成： 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图 1示。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 图 1械手的组成 行机构 包括手部 、手腕、手臂和 行走机构等运动部件组成 。 1、 手部 即 直接 与物件接触的 部件。由于 抓取物体的形状 不同，可分为夹持式和吸附式手部。 夹持式手部由手指和传力机构所构成。 手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。 手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位 (是外廓或是内孔 )和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、 V 形面的和曲面的 :手指有外夹式和内撑式 ;指数有双指式、多指式和双手双指式等 。 而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多，常用的有 :滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜 楔 杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母 式、 弹簧式和重力式等。 吸附式手部是靠吸附力吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。 对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。 对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。 用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根 据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。 此外，根据特殊需要，手部还有勺式 (如浇铸机械手的浇包部分 )、托式 (如冷 挤 齿轮机床上下料机械手的手部 )等型式 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 2、手腕 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位 (即姿势 )。 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到 设 定的位置 。 工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件 (如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等 )与驱动源 (如液压、气压或电机等 )相配合，以实现手臂的各种运动。 手臂可能实现的运动如下： 手臂运动： 一、 基本运动：直线运动：如伸缩、升降、横移运动。 回转运动：如水平回转、上下摆动（即俯仰）运动。 二、 复合运动： 直线运动与回转运动的组合（即螺旋运动）。 两直线运动的组合（即平面运动）。 两回转运动的组合（即空间曲面运动）。 手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产 生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。 导向装置结构形式，常用的有 :单圆柱、双圆柱、四圆柱和 尾槽等导向型式。 4、行走机构 当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。 动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节装 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动。 制系统 控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前 工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位 (或机械挡块定位 )系统组成。 控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息 (如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 )，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 置检测装置 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定 位置。 机械手的分类： 工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。 工业机械手分类： 一 . 按使用范围 ： 专用机械手：一般附属于工作机器设备，动作程序固定，驱动系统和控制系统可以独立，亦可附属于工作机器设备。 通用机械手：独立工作的自动化机械装置。在规格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同的场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。 二按驱动方式： 液压机械手：输出力大，传动平稳。如采用电液 伺服机构，可实现连续轨迹控制。液压系 统的密封要求严格，油温对油的粘度影响较大。 气压机械手：气源方便，输出力小，气压传动速度快，结构简单，成本低。但工作不太稳定，冲击大，在同样抓重条件下它比液压机械手的机构大。 电动机械手：直接用直线电机、功率步进电机和具有特殊结构的感应电动机等来驱动，动力源简单，不需要能量转换机构，维修购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 使用方便。目前这种工业机械手尚在发展之中。 机械式机械手：有工作机械带动机械手运动，工作可靠，动作效率高，结构简单，成本低 。但动作固定不可改变。 三按控制系统：点位控制：只能控制工业机械手运动的几个点的位置，运 动轨迹不受控制。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。 连续控制：工业机械手按给定的速度沿给定的线路（轨迹） 实现平 稳准确的运动。特点是设定点是无限的，整个运动过程都要求处在控制之下。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。 内外发展状况 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势 : (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 美元降至 97 年的 65 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 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著名实例。 (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，通过购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 0 “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 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应用方面则刚刚起步，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列之中。 题的提出及主要任务 浇铸是高温、高危的，人类无法直接接触高温钢铁溶液，只能通过机械来代替人类的活动。这样就必须开始设计一种机器能够在高温环境下仍能正常工作，还有就是浇铸本身出在一个污染严重的、躁声大的环境当中，一般的机器可能在此环境下不能正常工作或寿命难以保证，总之要浇铸用机械要耐高温，寿命和安全系数要高。 630 吨压铸机自动浇铸机械手，就是本着这一目的设计的。 浇铸是塑料加工的一种方法。早期的浇铸是在常 压下将液态单体或预聚物（见聚合物）注入模具内，经聚合而固化成型，变成与模具内腔形状相同的制品。 20 世纪初，酚醛树脂最早用浇铸法成型。 30年代中期，用甲基丙烯酸甲酯的预聚物浇铸成有机玻璃 (见聚甲基丙烯酸甲酯 )。第二次世界大战期间，开发了不饱和聚酯浇铸制品，其后又有环氧树脂浇铸制品， 60年代出现了尼龙单体浇铸（见聚酰胺）。随着成型技术的发展，传统的浇铸概念有所改变，聚合物溶液、分散体（指聚氯乙烯糊）和熔体也可用于浇铸成型。用挤出机挤出熔融平膜，流延在冷却转鼓上定型 ,制得聚丙烯薄膜 ,被称为挤出浇购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 铸法。 浇 铸工艺 浇铸成型一般不施加压力，对设备和模具的强度要求不高，对制品尺寸限制较小，制品中内应力也低。因此，生产投资较少，可制得性能优良的大型制件，但生产周期较长，成型后须进行机械加工。在传统浇铸基础上，派生出灌注、嵌铸、压力浇铸、旋转浇铸和离心浇铸等方法。灌注。此法与浇铸的区别在于：浇铸完毕制品即由模具中脱出；而灌注时模具却是制品本身的组成部分。嵌铸。将各种非塑料零件置于模具型腔内，与注入的液态物料固化在一起，使之包封于其中。压力浇铸。在浇铸时对物料施加一定压力，有利于把粘稠物料注入模具中，并缩短充模 时间，主要用于环氧树脂浇铸。旋转浇铸。把物料注入模内后，模具以较低速度绕单轴或多轴旋转，物料借重力分布于模腔内壁，通过加热、固化而定型。用以制造球形、管状等空心制品。离心浇铸。将定量的液态物料注入绕单轴高速旋转、并可加热的模具中，利用离心力将物料分布到模腔内壁上，经物理或化学作用而固化为管状或空心筒状的制品（见图 离心浇铸 ）。单体浇铸尼龙制件也可用离心浇铸法成型。 浇铸用原料适于浇铸的树脂和单体有下列品种： 丙烯酸酯系树脂 有机玻璃板材是一种重要的浇铸制品，既可单件浇铸，也可连续浇铸。 单件浇铸是把甲基丙烯酸甲酯单体，或预聚物注入表面光洁度很高的两块平板玻璃所组成的模具中 ,经过一定程序的加热 ,单体全部聚合，即可得到制品。连续浇铸是将物料浇在两个平行、连续、无端、高度抛光的不锈钢带之间，单体在运行的载体上完成聚合反应。 酚醛树脂和环氧树脂 将配制好的酚醛树脂或环氧树脂预聚物注入金属或石膏的模具中，经加热固化而制成各种制品。 不饱和聚酯 将加有碎石、色料等配制好的液态聚酯倒入模具中，在室温下经一定时间聚合而固化，得到各种美观的人造大理石制品。 硝酸纤维素和醋酸纤维素 将一定浓度的聚合物溶液，以一定速度注入并流延在无端金属带上，通过加热脱除溶剂使其固化 ,然后从载体上剥离而制得薄膜 ,也称为溶剂浇铸。工业上主要用此法生产照相和电影用胶片。 聚酰胺 将熔融己内酰胺单体浇注入模具中，使其在催化剂作用下完成聚合反应，冷却即得到制品。它特别适用于生产大型制件如齿轮、轴承、油箱等，所得制件强度大、刚性高。其他可用于浇铸成型的还有聚乙烯、聚氨酯、聚乙烯醇、硅树脂以及热塑性橡胶等。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 2 本课题将要完成的主要任务如下： (1)机械手为浇铸用机械手，因此相对于其他机械手来说，它的耐高温性能要求要高且稳定性和安全系数要高。 (2)选取机械手的座标型式和自由度。 (3)设计出机械手的各执行机构，包括 :手部、手腕、手臂等部件的设计。 (4)液压传动系统的设计 本课题将设计出机械手的液压传动系统，包括液动元器件的选取，液动回路的设计，并绘出液动原理图。 (5)机械手的控制系统的设计 本机械手拟采用较传统的继电器对机械手进行控制，本课题将要选取继电器型号，根据机械手的工作流程编制出继电器连接线路，绘出电器控制原理图。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 3 第 二章 机械总体 设计 对 630吨压铸机自动浇铸机械手的分析 用途： 用于 630 吨冷室压铸机浇铸铝合金熔液。 规格参数： 浇包最大容量 : 8 公斤 自由度数 : 3 个 座标型式 : 类似球座标 手臂运动参数 : 回转 ( ): 110 度 俯仰 ( ): 54 度 浇包最大倾转角 ( ): 70 度 驱动方式 : 液压 控制方式： 继电器固定程序控制 机械手的配置及工作原理： 630 吨压铸机自动浇铸机械手和保温 炉等的配置如图 2示。浇铸机械手 (即浇包 1)的初始位置，停在保温炉 坩埚 2内熔融金属液面的上方，在此进行保温，等待浇铸。当 630 吨压铸机慢速合模时，压铸机的电控装置发信，使机械手升降油缸 6 动作，浇包(即勺式手部 )开始下降并浸入液态金属内，直到电极 压继电器 2包停止下降，并用时间继电器控制浇包，以装满液态金属，尔后浇包上升，在提升过程中将多余的金属熔液从浇包的后挡板上溢出，直到浇包底面超过保温炉 坩埚 的最高点，碰限位开关 1 升结束。同时，浇铸机械手手臂 3 慢速回转 (由回 转油缸5驱动 )，当碰到限位开关 5，手臂变为快速回转。当碰到限位开关 6 后，又转变为慢速回转，直到碰限位开关 3 后停止回转。此时， 630 吨压铸机模具合严，机械手的倾倒油缸 4动作，经过绳索拉动倾倒机构，带 动 浇包翻转倒料，经延时后，控制倾倒油缸复位，并使手臂反向回转，当碰限位开关 4 后手臂反转结束，同时升降油缸活塞上升，浇包 下 降，直至电极 A 接触金属液面，电压继电器 1信，使升降油缸动作停止，浇包就停在熔融金属液而上一定距离处保温，准备第二次动作循环。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 4 图 2械手结构示 意图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 5 械手的组成与结构 机械手的结构主要由手部 、 手臂回转支架 、 倾倒机构 、 浇包 (即勺式手部 )、 倾倒油缸、回转油缸 、 底座及升降油缸等组成。 手臂为一平行四边形机构，它具有俯仰和回转运动。手臂俯仰运动是通过铰链支承的升降油缸来达到，使得平行四边形机构的连杆 (它带动浇包 )作平面平行运动，即浇包有升降和横移运动。手臂的回转运动是由回转油缸 来 实现的。 手臂上安装有弹簧，通过绳索和滑轮与倾倒机构联接，用来使倾倒机构复位，同时也起缓冲作用。 为适应压铸机压铸不同零件或控制零件最佳加工余 量的需要，浇铸机械手的浇包容量可以调节。对于大容量调节采用凋换浇包的办法，松开螺钉 (共四只 )，便能更换浇包。对于小容量调节，可调节电极 。另外，也可以调节螺钉，使浇包呈不同的倾斜角度达到微量调节。 630 吨压铸机浇铸机械手备有 4、 6、 8 公斤三种容量的浇包，它们的结构相同，只是尺寸有异。它的特点是底部进料，并有隔板以挡住氧化皮，其容积是定量的。 部 手腕部件设置于手部和 臂 部之间，它的作用主要是在 臂 部运动的基础上进一步改变或调 解 手部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围，并 使机械手变得更灵巧，适应性更强。手腕部件具有独立的自由度。手腕运动有：绕 或俯仰 )；绕 的甚至是沿 y 轴 (或 z 轴 )横向移动。 一般手腕没有回转运动或再增加一个上下摆动即可满足工作要求，一些动作较简单的专用机械手，为 简 化结构，可以不设置 腕 部，而直接由 臂 部的运动驱使手部 搬 运工件。 （一） 腕部设计的基本要求 一、力求结构紧 凑 、 重量 轻 腕 部处于臂部的最前端，它连同手部的静、动裁荷均由 臂 部承受。显然，腕部的结构、重 量、 动力 载 荷 ，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。 二、综合考虑，合理布局 腕 部作为机械手的执行机构，又承担连接和支承作用，除保证力和运动的要求以及具有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局。如应解决好 腕 部与臂部和手购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 6 部 的 连接， 腕 部各个自由度的位 置 检测，管线 布 置，以及润滑、维修、调整等问题。 三、必须考虑工作条件 对于高温作业和腐 蚀 介质中工作的机械手，其腕部在设计时应充分估计环境对腕 部的不良影 响 (如油膨胀、压力油的粘度和燃点，有 关材 料 及电控元件的耐热性等 )。 本设计中利用倾倒油缸和弹簧来控制腕部的运动。 （ 二 ） 倾倒运动驱动力的计算 手臂作伸缩运动时，除克服摩擦阻力 惯性力 要克服浇包和液态金属的重力 G，故其驱动力 （ 2 密封装置处的摩擦阻力：不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用 O 型密封，当液压缸工作压力小于 10压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为： （ 2 倾倒液压缸惯性力的计算：本设计要求活塞运动速度 200 ，在计算惯性力时，设置启动时间 V=V=83mm/s 总惯 （ 2 倾倒液压缸工作压力和结构的确定： 经过上面的计算，确定了液压缸驱动力 ， 选择液压缸的工作压力P=6 确定液压缸结构尺寸： 当油进入无杆腔 , 21 4 p （ 2 当油进入有杆腔中， 222 4 p (2液压缸的有效面积： 1FS p(2购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 7 故有 114 1 . 1 3 （无杆腔） (2214 （有杆腔） (2F= 1 ， 选择机械效率 将有关数据代入： 3 部和机身 手臂部