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四个 自由度 直角 坐标系 液压 驱动 机械手 车床 结构设计

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沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文 题 目： 车床上料机械手结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制1204 学生姓名： 孙英恒 指导教师： 侯志敏 论文提交日期： 2016 年 5 月 30 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日沈阳化工大学科亚学院2012届本科毕业生毕业论文（设计）开题任务书论文（设计）题目车床上料机械手结构设计姓名孙英恒专业班级机制1204学 号3122020507课题的目的与要求：毕业论文是学生在校期间十分重要的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和技能，对实际问题进行研究或设计的综合性训练。旨在检验学生独立工作能力、分析和解决问题的能力、创新能力和科学精神，为学生毕业后走向工作岗位做好准备。掌握典型机械系统一般步骤和方法，学会需求分析与方案调研、可行性分析、方案设计等工程设计的步骤。具有机械设计，图纸绘制。说明书字迹工整，语句通顺，表达准确，格式符合规定，字数约1多万，英文翻译要求内容准确，语句通顺。论文的主要内容（或设计的技术要求与数据）： 结合设计任务书了解设计基本结构，掌握机械传动基本原理，设计总体方案，并对总体方案进行分析比较和论证，最后确定总体设计方案。翻译外文，编写设计说明书。查阅参考文献、资料要求：机床设计手册机械设计及机械原理教材进度计划：（2016.4.14.5）第5周：下达毕业设计任务书，毕业设计（论文）开始运行（2016.4.84.30）第69周：文献检索、收集资料，完成开题报告；（2016.5.65.10）第10周： 中期检查。学院自查，对达不到设计要求的及时整改；毕业设计（论文）完成的进度与质量过程检查。 （2016.5.135.17）第11周： 毕业设计（论文）修改（2016.5.175.24）第12周：后期检查。论文修改定稿，毕业论文答辩资格审查。（2016.6.20之前）第1213周：论文评阅。（2016.6.226.23）第1314周：毕业论文答辩。论文 (设计)工作起止日期： 2016.4.12016.6.22 任务下达人（签字）： 任务接受人（签字）： 年 月 日 摘要这个课题的设计中，为机床配套的上料机械手。工业机械手工业生产的必然产物。它是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送配件或握持工具操作自动化技术对现实的工业生产自动化，促进工业生产发展的更重要的作用。所以，强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手代替人手的繁重劳动，显著减轻了工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的沉重的搬运零件及长期频率，锻造的操作，采用机械手有效。而且它在低温、水、宇宙、放射性及其他有毒、污染环境的条件下，现实的优越性和广泛的发展前景。 这是通过应用autoCAD技术对机械手进行总体方案设计及液压传动原理设计，确定机械手坐标形式和自由度，确定机械手技术参数。同时设计机械手夹持手结构设计机械手的手腕机械手结构设计手臂结构。他是如何实际上等精品机械手自动运动，运动速度是随着生产力的满足来设置。 在当今社会的制造业中，企业为提高生产效率，普遍重视生产过程的自动化程度。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。 本文主要针对生产线上的自动化设计了一个模块工装下线机械手，实现模块下线的自动化。该机械手能实现机械手的伸缩、升降、夹紧和放松等动作。驱动系统采用气压驱动，实现了手臂的夹紧和放松动作。控制系统采用PLC控制，通过控制伺服电动机来实现机械手的上下、左右运动。机械手设手动和自动两种工作方式，可以通过转换开关进行工作方式转换。系统设有报警功能，当机械手出现故障时，能及时报警。通过上述工作,机械手最终能够按照控制程序的要求进行运动,并且实现了上位机监控系统对本机械手的直观形象观测,达到了本论文的设计目的和要求。关键词： 机械手； 手部设计； 结构设计；AbstractIn the design of this subject, the feeding manipulator for machine tool. The inevitable product of the industrial robot industry. It is a kind of imitating human upper extremity function, according to a predetermined parts or holding tools operation automation technology of reality of industrial production automation requirements of transportation, promoting the development of industrial production more important role. Therefore, the strong vitality, by peoples extensive attention and welcome. Practice has proved that the heavy labor of industrial machinery hand instead of manpower, significantly reduced the labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and automation level. Industrial production often appears in the heavy handling parts and long-term frequency, forging operation, the use of mechanical hand. And it is under the conditions of low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic, polluting environment, the reality of the superiority and broad prospects for development. This is through the application of autoCAD technology to the mechanical hand overall program design and hydraulic transmission principle design, determine the mechanical hand coordinate form and degree of freedom, determine the mechanical hand technical parameters. At the same time, the design of the manipulator hand structure is also designed. He is how the actual quality of the manipulator automatic movement, the speed of movement is set up with the satisfaction of productive forces. In todays manufacturing industry, enterprises pay more attention to the automation of the production process in order to improve the production efficiency. Robot manipulator is a kind of automatic device used in the process of automatic production. It is a new device developed in the process of mechanization and automation. This paper mainly aimed at the production line automation design of a module assembly line robot, to achieve the automation of the assembly line. The manipulator can achieve the expansion, lifting, clamping and relaxation of the manipulator. Drive system using pneumatic drive, to achieve the arm of the clamping and relaxation. Control system using PLC control, through the control of the servo motor to achieve the mechanical hand up and down, left and right motion. Manual and automatic two ways of working, can be converted by the conversion switch. The system is equipped with alarm function, when the machine is in trouble, it can report to the police in time. According to the requirements of the control program, the manipulator can be carried out in accordance with the requirements of the control program, and the monitoring system of the host computer can observe the visual image of the manipulator, and the design purpose and requirements of the thesis can be achieved. Key words: manipulator; hand design; structural design; 目录第1章 绪论11.1 工业机械手概述1 1.1.1 机械手的应用性2 1.1.2 机械手先进性2 1.1.3 国内外研究现状和趋势31.2 设计目的41.3 课题内容和设计要求41.4 机械手系统工作原理及组成6第2章 机械手整体设计方案论述与证明102.1 机械手的总体设计10 2.1.1 机械手整体结构类型10 2.1.2 坐标形式和机械手的自由度11 2.1.3 设计具体采用方案122.2 机械手腰座结构设计13 2.2.1 机械手腰座结构设计要求13 2.2.2 设计具体采用方案142.3 机械手手臂结构的设计15 2.3.1 机械手手臂设计要求15 2.3.2 设计具体使用的程序162.4 机械手腕部的结构设计16 2.4.1 机器人手腕结构的设计要求17 2.4.2 设计程序的具体运用172.5 机械手末端执行器（手爪）的结构设计18 2.5.1 机械手末端执行器的设计要求18 2.5.2 机械手驱动模式19 2.5.3 机器人夹持器的典型结构19 2.5.4 设计具体使用的程序202.6 机械手的机械传动机构的设计21 2.6.1 工业机器人传动机构设计应注意的问题21 2.6.2 工业机器人常用的传动机构形式22 2.6.3 设计具体采用方案252.7 机械手驱动系统的设计25 2.7.1 机器人各类驱动系统的特点25 2.7.2 工业机器人驱动系统的选择原则26 2.7.3 机器人液压驱动系统26 2.7.4 机器人气动驱动系统28 2.7.5 机器人电动驱动系统29 2.7.6 设计具体使用的程序322.8 机器人手臂的平衡机构设计32 2.8.1 机器人平衡机制的形成32 2.8.2 设计具体方案332.9 机械手的主要技术参数33第3章 机械手设计计算353.1 夹持式手抓的设计计算35 3.1.1 手抓部力的计算35 3.1.2 手部加紧油缸的确定363.2 腕部设计36 3.2.1 腕部的设计要求37 3.2.2 腕部的结构383.3 臂部设计41 3.3.1 臂部设计要求42 3.3.2 臂部结构46 3.3.3 臂部伸缩运动结构47 3.3.4 臂部伸缩油缸的计算48 3.3.5 臂部回转运动50 3.3.6 臂部升降运动51 3.3.7 臂部升降油缸的计算52第4章 机械手的其他部分装置554.1 缓冲定位装置56第5章 机械手总体方案总结575.1 传动方案的确定575.2 规格参数575.3 结构特点58参考文献60致谢61沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第1章 绪论第1章 绪论机械手是工业自动化发展和科技进步的必然产物， 为制造业提供重要的技术装备，尤其在流水作业的自动化，生产线和相对恶劣的环境中，机械手具有人类所不具有的超精准的定位性能、较高的加工精度、高生产率等优势。 因此，进行机械手的研究设计是十分有意义的。1.1 工业机械手概述机械手首先是从美国开始研制的。工业机械手近几十年的研究开发一种先进自动化生产设备。是工业机器人的一个重要分支。它的功能可以通过编程进行各种任务的完成，结构及性能优势兼顾人与机器，尤其是人的智慧和适应性。根据驱动方式分为先天性和液压式、电动式，机械式，按机械手的应用范围分2种：专用机械手和通用机械手；按运动轨迹跟踪控制方式分为：先天性和位置控制和连续轨迹控制机械手。 机械手主要掌握在手部的一个很大的控制系统和运动机构。机械手的手部（或工具）的结构，与重量的大小，材料和形状的工作所形成多种结构。形状等吸附式支持。通过改变物体的位置和方向，实现了运动机构、旋转（编织）或复合运动。独立运动的机理，以及机械手的扩展，如转动自由度。一个任意位置和方向的对象在六个自由度空间是必要的。机械手设计的自由度是一个关键参数。多自由度机械手灵活、广泛，但其结构复杂。机械手自由度一般为23。通过对电机各控制系统的电机控制，对各自由度进行了具体的操作。同时接收传感器反馈信息控制和关闭。控制系统的核心，如一个微处理器芯片，从宏控制，实现功能，通过编程实现。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时，传感器的反馈，稳定开环控制结构。一般的单片机控制系统的核心组件及其他微控制芯片，以实现功能。 气压传动的机械手通过压缩空气的压力来驱动执行机构运动。主要特点是：介质采取方便，输出力小，迅速，简单，造价低。但是由于空气压缩特性，速度稳定影响大，冲击大，而且气源压力较低，空气压力低于30kg，机械手结构条件要求的更高，所以应用做简单的行李，高速和灰尘环境。 1.1.1 机械手的应用性1、高度自动化的生产过程中，应用机械手帮助改善数据传输、装卸机械装配线的零件和工具，是提高劳动生产率和成本大量生产速度、机械化和自动化生产的有利技术。 2、工作条件的改善，压力、低温低压的灰尘、噪音、气味或其他有毒，放射性污染，狭窄工作空间及其他手工危险场合，用手操作危险性极高，安全工作条件大大改善工人同时几个简单的手术中操作和重复执行手，代替能做的事，可以避免的事故，疲劳或误操作。 3、减少人力，便于有节奏的生产代替人手工作的机械手是减轻人力的一方面，同时由于应用机械手能持续工作是减少人力的另一方面。所以在自动化机械加工自动生产线逐渐有很多减少人力的机械手来控制和提高生产节奏1.1.2机械手先进性机械工业技术水平的重要标志是规模经济强度、科学技术水平。所以世界各国的机械工业发展的战略重点发展国家经济发展，科技水平迅猛发展生产带动机械行业。在现代工业自动化生产过程机械化已经成为主题。但是现在的机器工业生产过程、装配和生产过程并不连续。单靠人力生产效率低，无法衔接不连续工序。同时，劳动强度很大，有时也会受伤。显然这一制约效率自动化的影响，而整个生产过程，应用机械手很好的解决避免以上错误。工业机械手是现代自动控制技术领域的新技术之一，已生产系统重要的现代机械制造、新技术发展迅速，逐渐成为新的学科体系，机械手结构设计涉及机械结构力学设计、电、水技术、自动控制技术、传感技术等多学科，是多个跨学科综合技术。 1.1.3国内外研究现状和趋势机械手的出现，开创了工业机器人史的先河，也是最早出现的现代机器人，它代替了人们繁重的劳动，实现生产方面的机械化与自动化，能在恶劣环境下操作以保护操作人员的安全，因此广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。未来的机械手发展主要是有以下四个方面创新：（1）重复高精度如果动作重复次数多，机械手会达到相同的精确程度指的就是重复高精度。重复精度比精度重要性更高，如果一个机械手达不到高精度，会显示一个误差定值，且误差可预测，因而可通过编程手段来校正。伴随微电子技术和控制技术的发展，机械手的重复精度会越来越高，它的应用领域会将更广阔，如核工业与军事工业等。（2）模块化模块化拼装机械手比更具灵动的安装体系。它集成机械手的电接口和通电缆及油管的导向装置，使机械手自由度更大。模块化机械手让机械手在更多的功能方向有了实现的可能，大大增加了机械手的应用范围，是机械手的一个重要的发展方向。（3）节能化为了迎合食品加工、制药、生物工程、电子技术、纺织工业、精密仪器等行业的无污染、高精度、安全性元件已经问世。伴随材料技术进步，新型高科技材料的出现，构造特殊、无污染材料制造的无润滑元件，不但节能环保，而且系统简单、摩擦性能好、成本低、精度高、寿命长。（4）机电一体化 “可编程控制器传感器液压元件”典型控制系统是自动化技术的应用主流；研发与电子技术结合的自适应控制液压元件，让液压技术从低精度“开关控制”进阶到高精度的“反馈控制”；复合集成系统不但节省配线、配管和元件，而且拆装简单，明显提高了系统的稳定性。目前为止，电磁阀线圈功率越来越小，而PLC输出功率不断增大，PLC直接控制线圈开始越来越可能实现。境外机械手的发展趋势是研发具有一种智能的机械手。使其具有一定传感能力，根据反馈外界条件的情况，相应的变化。假设位置发生误差时，能自行检测并更正，特别需要研究视觉和触觉功能。到现在已经取得一定成就。视觉功能是在机械手安装上电视照相机组件、光学测距仪组建以及微型计算机组件。电视照相机会将实物形象变成视频显示信号，之后传送给计算机系统，便于计算机分析物体的种类大小、颜色位置等，同时发出指令控制机械手的机械工作。触觉功能是在机械手安装上触觉反馈装置。工作期间，机械手先伸出手指查找工作，通过安装在机械手手指内的压力敏感元件发生触觉的作用，最后伸至前方，抓下工件。手的抓力大小是根据在手指内的敏感反馈元件来控制，从而达到自动调整握力的大小。总而言之，随着传感技术的发展，机械手装配工作的能力逐步提高。将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元有机结合，进而改变机械制造系统的人工操作状态，更重要的是要结合机械手、柔性制造系统和柔性制造单元。 随着科学的发展，机械手应用领域也在不断扩充。到现在，机械手不仅适用于传统的制造业，如采矿石油冶炼、医药化工、造车造船等领域，并扩展到核能、航空、航天、生物化学等高科技领域以及家居清洁、医疗康复等服务领域。 1.2设计目的毕业设计是学生最后一个非常重要的实践教学环节，使学生学习综合基础理论、基本知识和基本技能，解决专业工程和技术问题的范围和基础训练。从事相关技术工作和未来的职业发展具有一定的意义。 1.3课题内容和设计要求（一）原始数据及资料（1）原始数据：A.生产纲领：100000件B.自由度（四个自由度） 臂转动180 臂上下运动600mm 臂伸长（收缩）500mm 手部转动90（2）设计要求：a、车床上料机械手设计图、装配图、各主要零件图（共一套）b、设计计算说明书（一份）（3）技术要求主要参数的确定：a、坐标形式：直角坐标系b、臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180。c、运动速度：符合生产纲领的要求达标。d、控制方式：起止设定位置。e、定位精度：3mm。f、手指握力：60kgg、驱动方式：液压驱动。（二）料槽形式与动作要求的分析（1）料槽形式机械手安装简易图如图1所示，该装配布局简单，不必要其它动力源和特殊装置，所以本课题采取此种输料槽.图1 机械手安装简易图（2）动作要求分析动作一：手臂伸长到料区动作二：手爪夹紧动作三：手臂上升动作四：手腕旋转动作五：手臂旋转动作六：小臂伸长 动作七：机座移动 动作八：手部松开 动作九：小臂缩回 动作十：手腕回转 动作十一：机座移回 动作十二：手臂回转 动作十三：手臂下降1.4 机械手系统工作原理及组成机械手系统工作原理框图如图2所示。图2 机械手的系统工作原理框图机械手的工作原理：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。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。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。位置检测装置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.机械手的工作原理：执行系统、驱动机构、控制装置以及位置检测系统等组成了机械手的主要构造。在PLC自动控制系统程序的控制下，利用气压传动手段，实现了执行机构相应部位按规定要求发生，有顺序且有运动轨迹，有稳定速度且有时间动作。同时按照控制系统信息发出指令对于执行装置，有必要时可以对机械手进行动作监视，每当动作有误差或发生故障立即发出报警。位置检测系统立即将执行装置的实际位置反馈给控制装置，并进行比较，最后通过控制系统进行微观或者宏观的调整，进而使执行装置以高精度达到设定位置.(一)执行机构包括以下部分：1、手部即与物件接触的部件。根据接触方式细分，可分为夹持式和吸附式机械手，在本研究方向中我们采用夹持式机械手。夹持式机械手手部由手指和传力机构所构成。手指是指物件直接接触的装置，常见的手指运动形式有两种：回转型和平移型。回转型机械手构造简单，制造方便成本低，因而得到广泛应用。平移型机械手较少，主要原因是装置结构复杂，然而平移型机械手夹持圆形零件时，工件直径变化并没有导致其轴心的位置失位，因此适合夹持直径变化范围波动较大工件。手指结构影响因素有：表面形状、被抓部位(是外廓或者是内孔)以及物件的重量和尺寸。2、手腕是连接手部及手臂的装置，可用于调试被抓取物件的方向(或姿势)3、手臂手臂是被抓物件、手部、手腕用来支撑的重要装置。其作用是带动手指从而达到抓取物件的动作，并且按程序预定要求将抓取物件抓到指定位置。机械手的手臂通常由驱动手臂运动的装置与驱动源程序相组合，以保证机械手臂的各种运动。4、立柱立柱是手臂支撑部分的构件，同时也是机械手臂的一部分，机械手臂的回转运动与升降/俯仰运动均是和立柱有紧密的关系。机械手臂的立柱因为工作的需要，偶尔也能横向移动，所以被称为可移式立柱。5、机座机座作为机械手臂的基础部分，用来执行装置的各构件和驱动装置安装于此，故起到支撑和连接的重要作用。 (二)驱动系统驱动装置是依靠驱动机械手执行机构来运动的。它由动力部件、调节部件和辅助部件组成。常用的驱动装置有液压传动装置、气压传动装置、机械传动装置。 (三)控制系统支配机械手按规定要求运动的系统称之为控制系统。目前为止工业机械手的控制系统是由程序控制装置和电气定位装置组成。该机械手臂利用的原理是PLC程序自动控制原理，由它支配机械手规定程序运动，并且负责记忆操作者给予机械手的信息指令(如动作、轨迹、速度及时间)，于此同时，按其控制系统发出的信息对执行机构发出相应的指令，有必要时可以对机械手的各种动作进行监视监测，当动作有误差或发生故障时即进行报警。 (四)位置检测装置是控制机械手用来执行机构的运动装置，随时将执行机构产生或所处的的实际位置反馈给控制机构，并和设定的位置一起进行比较，并通过PLC自动控制系统进行调整，进而使执部件以一定的精度达到设定位置的标准。55沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第2章 机械手整体设计方案论证第2章 机械手整体设计方案论述与证明2.1机械手的总体设计2.1.1机械手整体结构类型工业机器人的结构形式主要有：直角坐标系，圆柱坐标系，球面坐标系，四类节点结构。每个结构并介绍了其相应的特点。（1）直角坐标机器人结构与三个相互垂直的直线运动，实现机器人在笛卡尔空间运动，如图3。由于线性运动很容易实现全封闭回路的位置控制，所以直角坐标机器人可以达到高的位置精度（米）。然而，相对机器人的结构尺寸而言，直角坐标机器人的运动空间相对较小。因此，我为了达到一定的运动空间，将直角坐标机器人的结构和尺寸远远大于其他类型的机器人结构。在直角坐标系中，机器人的工作空间主要是用于装配和搬运作业，以及直角坐标机器人悬臂、龙门、起重机等三种结构。（2）圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的空间运动是一个旋转运动和直线运动来实现的，如图3所示。SED在装卸作业。它的工作空间是一个圆柱形的空间。（3）球坐标机器人结构采用双旋转运动和直线运动，实现了球面坐标机器人的空间运动，如图3、图、该机器人具有结构简单、成本低、精度高的问题。不很高。主要用于处理操作。它的工作空间是一种球形空间。（4）关节型机器人结构关节型机器人的空间运动是由三个旋转运动实现的，如柔性图3、D关节型机器人动作、结构紧凑、体积小。相对于机器人机身尺寸，其工作空间相对较大。这种类型的机器人在工业上被广泛使用，如焊接、喷漆、处理、装配等操作，被广泛应用于这一类机器人。关节型机器人的结构，有2种类型的水平和垂直的关节类型图3 机械手总体结构类型2.1.2坐标形式和机械手的自由度根据机械臂的不同形式的运动及其组合，将坐标型分为直角坐标型（图4）、圆柱坐标型等球面坐标式和关节式。由于车床上的机械臂上有一个起升、收缩和旋转运动（图5）。因此，圆柱坐标系三自由度机械手。图4 机械手直角坐标系图5 机械手手腕转动形式2.1.3设计具体采用方案机械手结构。机械臂的基本要求是能够快速、准确地提取、提出并携带物体，这就要求它们具有高精度、快速响应能力，一定的承载能力，在任何位置足够的工作空间和灵活的自由度，可以是机器人原理的自动定位的特点是：工作的目标分析（工件）技术，制定最合理的操作程序和工艺，并满足系统的功能要求和环境条件；明确工件的形状和材料性能、定位精度、抓取、处理应力特性、尺寸和质量参数，从而进一步确定结构和操作控制系统的要求；要使用标准组件，简化了设计和制造工艺，一般和具体的，实现灵活的转换和编程控制。机械手的设计是一个目的操作（如图6所示），是一种适合于批量或小批量生产中，可以改变程序自动处理或操作设备的作用，作用强度算子单调频繁的场合。它可能是对恶劣的操作环境的场合。图6 通用车床上料机械手整体结构2.2机械手腰座结构设计为了进行机械手的总体设计，它是关于腰部、手臂、手腕、末端执行器等零件的详细设计。2.2.1机械手腰座结构设计要求工业机器人的腰部是圆柱坐标系、球坐标系和机器人的旋转运动。它是第一个旋转关节，一个机器人的运动的一部分安装在腰部。这是你在机器人的全部重量。在机器人腰座结构设计中，要注意以下几个原则：（1）腰座应有足够的安装，以确保整个机器人安装在工作中的稳定性。（2）腰座要承担所有的机器人的重量和载荷，因此，机器人的底座和腰轴和轴承结构应具有足够的强度和刚度，以保证其承载能力。（3）机器人的腰部是机器人的第一个旋转关节。它对机器人末端的运动精度有很大的影响。因此，对腰轴系统的精度和刚度进行了分析和研究在设计中应特别注意传动链的设计。（4）旋转运动的腰部有相应的驱动装置，它包括驱动（电动、液压、气动）和减速器。该驱动装置一般配备速度和位置传感器，以及刹车。（5）腰部结构便于安装调整。腰部与机械臂连接到可靠的定位基准，以保证各关节相对位置的准确度。用的调节机构，用于调节腰部轴承间隙和减速传动间隙。（6）为了减小机器人运动的惯性，提高机器人的控制精度，采用了由铝合金材料制成的普通的腰转向运动零件二的比例，和运动的基础是由铸铁或铸钢材料制成的。2.2.2设计具体采用方案腰圆传动或电机通过减速器来实现，无论是通过振动液压缸或液压马达来实现，目前的趋势是使用前。由于电气控制ACC精度可以很高，结构紧凑，没有设计液压系统和辅助部件。考虑到腰部是第一个旋转关节，对鳍的影响机械手的精确性，使电机驱动实现对腰部的旋转运动。通用汽车不能直接驱动，在转速和转矩的要求，具有较大的传输齿轮传动系统的转速和转矩放大率。因为齿轮传动有齿隙，传动精度的影响，所以使用齿轮，大传动机构的传动系统钛（大于100），并为了降低机械臂的整体结构，齿轮是由高强度，高硬度材料，高精度加工和制造小该齿轮传动成的误差。腰混凝土结构如图7所示。图7 腰座具体结构2.3机械手手臂结构的设计按照工件夹持器的要求，用三度的自由度车床进给机械臂，并可伸缩、旋转和减少左右移动的左、右（或俯仰）。通过该列实现旋转臂和提升运动，该列的横向运动是滑动臂。实现臂缸的运动。2.3.1机械手手臂设计要求该机器人手臂的作用是在一定的负载和一定的速度，以达到所需的工作空间的机器人运动。在机器人手臂设计中，遵循以下原则；（1）尽可能使机器人手臂的各关节轴平行于彼此垂直的轴线应尽可能接近，这样，机器人可以使机器人逆运动学的简化，有利于机器人的控制。（2）机器人手臂结构尺寸应符合机器人工作空间的要求。的形状和大小的机器人臂长的工作空间，手臂关节的转动范围有密切的关系的关系。但是在机器人手臂的工作最终没有考虑机器人手腕的空间姿态，如果机器人手腕提出具体要求的态度，手臂的实现丽泽空间小于上述没有考虑工作空间的手腕姿势。（3）为了提高机器人的运动速度和控制精度，应保证机械臂具有足够的强度和刚度，尽可能在结构材料的可能，试图缓解手臂的重量。为了使用高强度轻质材料，通常是用高强度铝合金制造的机械臂。目前，我在国外，也在研究碳纤维复合材料制造的机械手臂。碳纤维复合材料的拉伸强度高，抗振动，比重小（提出钢的14比例，相当于2 / 3），但价格昂贵，且性能稳定，制造复杂形状工件的存在吗？问题，所以这不是在实际生产中应用。采用有限元法对机械臂结构进行了优化设计。为了保证所需的强度和刚度，减轻机器人手臂的重量。（4）机器人各关节的轴承间隙应尽可能小，以减少机械间隙引起的运动误差。因此，所有的关节都应该是可靠和容易的调整间隙调整机构。（5）机械臂相对于关节轴的旋转应尽可能的在重量平衡，从而降低电机负载和提高响应速度的机器人手臂的运动是非常有利。在机器人手臂的设计上应该尽可能的使用机械和电器元件的重量和安装在机器人上的装置，以减少不平衡如果有必要的话，机器人手臂的重量，将设计平衡机构平衡臂剩余不平衡量。（6）机器人手臂的结构考虑关节限位开关具有一定的机械限位块的缓冲能力，以及驱动装置、传动机构等组成NTS的安装。2.3.2设计具体使用的程序垂直臂（臂）升降和水平臂（臂）伸缩运动的气动臂的重量。线性运动一般驱动、液压驱动和电动摩托驱动滚珠丝杆来实现。考虑到搬运工较大，考虑工件质量为30kg的处理，是一种中等重量，也考虑到操作器的动态性能和运动稳定性及臂刚度安全性有了更高的要求。考虑双臂驱动液压缸驱动液压缸的选择液压缸是驱动元件，并执行运动，不必设计也保持和液压缸实现直线运动，控制简单，易于实现控制的计算机。由于液压系统可以提供较大的驱动力，因此在驱动力、结构的强度是比较容易实现的，关键是机械手的运动稳定性和刚度来满足。所以臂油缸的设计原理是缸筒直径越大（在整个结构允许的），那么一个核的强度。刚度提高的同时，由于控制和具体工作要求，机械手的结构不能太大，如果只有通过增加液压缸孔刚ESS，无法满足系统要求。因此，在设计中还增加了导杆机构，小臂加两导杆和活塞杆组成的等边三角形的CRO不锈钢截面形式，试增加刚度；大臂增加四导向杆，方形布局，以降低各导杆的质量，采用空心结构。通过增加一个导向杆，能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，较好地解决了结构和稳定性的问题。2.4机械手腕部的结构设计机器人手臂的运动，包括腰部的旋转运动，并给出了机器人在工作空间的运动位置，并安装在机器人手臂的手腕末端的末端执行器，给出了机器人在工作空间中执行装置的运动姿态。人的手腕的机器是机器人的末端，它用一个带有运动的机器人的手臂，安装在手腕末端对于空间运动轨迹的因素和运动姿态，完成工作的行动。2.4.1机器人手腕结构的设计要求（1）机器人手腕尽可能增加关节的柔性度，可根据工作需要设计出的腕关节自由度。该机器人的腕关节自由度多，各关节运动一个角度越大，机器人手腕越来越高，机器人操作的适应能力越强。然而，自由度，但也会使手腕结构更复杂，机器人合作控制更加困难，成本将增加。因此，腕关节的自由度应根据实际操作要求。为了满足操作要求的前提硒，自由度。2 3自由度的数目，有的需要更多的自由度，和一些机器手腕的人不需要自由，一个人的运动手臂和腰部的氮可以达到任务的操作要求。因此，为了对具体问题进行具体分析，考虑多种机器人的布局、运动方案，符合要求的简单方案。（2）在机器人手臂末端安装了一个机器人的手腕，在设计机器人的手腕时，应力求减小重量和体积，结构和力求紧凑。为了减轻重量的机器人的手腕，手腕机构的传动分离。腕驱动一般安装在手臂上，而是采用直接驱动，并选用高强度铝合金制造制作。（3）机器人手腕必须与末端执行器连接。因此，应该有一个标准的连接法兰，结构应该是方便的端部执行器。（4）机器人的手腕机构应具有足够的强度和刚度，以保证传动的力和运动的运动。（5）建立一个可靠的传动间隙调整机构，减少空回间隙，提高传动精度。（6）将关节轴的腕关节旋转到限位开关，并设置了限位，防止超负荷造成机械损伤。2.4.2设计程序的具体运用通过对数控机床进给作业的详细分析，考虑机床的具体形式和机械手的具体要求和进给操作，在下为提高安全性和可靠性，满足工艺系统的要求，使机械手的结构尽量简单，降低了控制难度，T他设计的手腕不增加自由度。实践证明，这是完全能够满足三自由度的操作要求，实现机器的铁学完全足够了。具体手指结构如图8所示。图8 车床上料机械手手指2.5机械手末端执行器（手爪）的结构设计2.5.1机械手末端执行器的设计要求在机器人的末端执行器安装在机器人的手腕上，用于某些操作或作业附件。许多机器人的末端执行器，以适应不同的操作要求和操作机器人NTS。末端执行器可分为处理、处理和测量的端部执行器是用来指各种夹紧装置，用于抓取或吸附的对象被携带。在执行器末端加工时配有喷枪和机器人焊接、砂轮等，如铣加工工具附加装置，以相应的加工操作。末端执行器是一个附加的设备，配备测量头或传感器测量和测试操作。在机器人末端执行器的设计中，应注意以下几个问题；（1）根据机器人的要求，设计了机器人的末端执行器。一个新的末端执行器的外观，您可以增加一个新的机器人应用场所。因此，根据操作技术要求和人们的想象和创造新的机器人，将继续扩大机器人的应用。（2）机器人末端执行器的重量是物体的重量和机器人的工作力的总和。因此，机器人末端执行器具有体积小、重量轻和紧凑的结构重新。（3）机器人末端执行器的通用性和特殊性。通用的末端执行器在结构上是非常复杂的，很难实现，例如，仿人机器人灵巧手，尚未实际。目前，可用于制作结构简单、可操作性不强的机器人末端执行器。从实际的工业应用中，应注重各种专业化的发展，机器人末端的效率高，除执行机构的快速更换装置的一端，为了实现各种机器人的工作功能，并不提倡使用一百万到年底的执行器来完成各种任务。由于这个执行器的复杂和昂贵。（4）通用性和通用性是2个概念，通用的是一台机器可以，多功能性是指端的有限执行器，可以适用于不同的机器人，要求的电子和效应的一个标准的机械接口（如法兰），最终执行器，实现标准化和模块化。（5）在机器人末端执行器应方便安装和维护，便于实现计算机控制。用计算机控制最方便的是电动执行器。因此，矿石的主流工业机器人执行机构是电动式，其次是液压、气动（电动液压或电-气转换链接）增加的需求驱动的接口。2.5.2机械手驱动模式一种机器人夹持器和机器人夹持器。对于一般工业机器人夹持器两个手指夹持器。手指按运动可分为移动式和旋转式，按夹紧方式，夹持内支撑式2种。机器人夹持器（夹持器）主要有三种驱动方式（1）气动驱动系统的驱动系统是电磁阀来控制运动的方向，调节阀的流量调节的运动速度。由于气压传动系统电磁价格低，因此气体动态夹紧装置在工业上的应用较为普遍。此外，由于气体的可压缩性，气动机械手抓取运动具有一定的柔性，这是一个运动捕捉。（2）电动驱动电机驱动夹持器应用更广泛。夹持器、直流伺服电机或步进电机的广泛应用，以及需要减速器获得足够大的驱动力电子与瞬间。电动驱动方式可实现夹持力和位置控制。然而，这个驱动不能移动防爆要求下，由于电动机可能产生火花和发热。（3）液压驱动系统的液压驱动系统是大的，可以实现连续位置控制。2.5.3机器人夹持器的典型结构（1）楔式杠杆式夹持器楔形和杠杆，以实现夹持器松动，打开，以把握工件。（2）槽式夹持器当活塞向前移动通过一个销槽的组合，夹紧动作和夹紧力，当活塞向后移动时，夹持器释放。夹持器启闭行程较大，要适应不同的抓取对象。（3）连杆夹持器的推力下的活塞，连杆和一个杠杆夹紧（放松）运动，由于杠杆放大的力量，夹持器可能产生较大的夹紧力。我们性和弹簧的组合使用。（4）齿轮齿条式夹持器夹持器通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮转动，产生夹紧和松动的动作片。（5）平行爪杆平行四边形机构，因此不需要指导，我们可以确保夹指，保持平行运动，比平行移动的夹很多SM摩擦导轨所有。2.5.4设计具体使用的程序根据实际情况，本设计采用连杆式支架。通过活塞杆的齿条部分，中间框架的活塞杆的中间框架和活塞杆可以带动活塞将活塞的拖拉机齿轮打开或关闭。最小开口由工件的直径设定。根据工件的直径80毫米的设计。文件夹结构如图9所示图9 手爪的具体结构2.6机械手的机械传动机构的设计2.6.1工业机器人传动机构设计应注意的问题机器人是由多个自由度的多自由度空间运动机构组成的。除了直接驱动的机器人，机器人各连杆和关节运动是由司机通过各种机械传动机构驱动。类似于机器人的传动机构和一般的机械传动机构。常用的机械传动机构机制主要在螺旋传动、齿轮传动、同步带传动，传动带速度等。由于传输元件的精度直接影响到机器人的稳定性和快速响应能力。因此，我们应设计和选择的满足传输间隙小，高精度，低摩擦，体积小，重量轻，稳定移动、快速响应、高传输转矩、高谐振频率等方面对伺服电机的动态性能和其它要求的传动部件。在设计机器人驱动机构时应注意以下几个问题：（1）为了提高机器人的运动速度和控制精度，要求各运动部件的重量轻、惯性小。因此，驱动机构的机器人应紧凑，重量轻，体积小。（2）间隙调整机构应用于传动链和运动副，以减少由反向空气回流引起的运动误差。（3）静摩擦系统的传输元件应尽可能小，动态摩擦应尽可能小，如果负斜率易于蠕变，降低精度，减少寿命。因此，为了使用低摩擦驱动元件和导向轴承部件，如滚珠丝杠副、滚动导轨支撑等。（4）链条传动，提高传动和轴承刚度，如预紧力法是用来改善滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动和支承刚度或交流伺服电机的转矩，速度直接与丝杠螺母副连接，以减少中间传动机构的尺寸；螺杆受轴承轴向预紧或预拉伸的支撑结构。（5）选择最佳的传动比，以提高系统的分辨率，减少等效力矩的等效力矩的执行器输出轴，尽可能地提高加速能力。（6）减少反向死区的误差，如消除传动间隙，减少支架变形等措施。（7）适当的阻尼比，阻尼机械谐振系统，更大的，最大的幅度越小，衰减更快；但高阻尼会使系统失去动量和反转萨尔误差增大，稳态误差，提高精度，减少。因此，在设计中的传输机制，使阻尼。2.6.2工业机器人常用的传动机构形式（一）齿轮传动机构机器人常用的齿轮传动机构是圆柱齿轮、锥齿轮、谐波齿轮、齿轮、蜗轮等。机器人系统中齿轮传动设计中的几个问题（1）齿轮传动与传动比之间的最佳匹配。变速器传动部分是转矩、速度和转向，对于伺服系统的减速器是一个转矩控制系统，传动齿轮比应满足驱动元件和负载位移和转矩和转速的匹配要求，高速、电机输入低转矩和低转速，高转矩，齿轮传动系统应具有足够的刚度和转动惯量，以获得相同的加速转矩，在相同的驱动力，加速度响应。齿轮啮合间隙会导致传动区域的动量损失），如果死是一个闭环系统可能会导致瞬态电磁不稳定，往往使系统的低频振荡，所以尽可能的差距是小，高精度齿轮；降低生产成本，消除或减少齿隙调整方法，以减少啮合间隙，提高传动精度和系统的稳定性。（2）最优分配原则的传输率水平。当计算传动比的减速系统结构紧凑，满足动态性能性能和提高传动精度的要求来合理分配传动比的原则和水平如下：输出轴旋转误差最小原理。为了提高齿轮传动系统的运动精度，传动比水平应根据“小”的原则理分布，以减少齿轮的加工误差、安装误差和旋转的角度误差对输出精度的影响。各级齿轮GEA转换为总角误差的最终输出轴的传动角误差，（2-1）式中：-第个齿轮所具有的转角误差；-第个齿轮的转轴至n级输出轴的传动比。则四级齿轮传动系统的各级齿轮的转角误差（、.、）换算到末级输出轴上的总转角误差为（2-2）从而显示出总的角度误差，主要取决于上一级齿轮的角度误差和传动比的大小。因此，在设计中的两级传动比应采取较大，并尝试提高加工精度。等效转动惯量最小原理。利用齿轮系统的设计原理，转换到电机轴的转动惯量最小，传输率水平的依据行政长官与“前”的顺序分配，使结构紧凑。具体来说，有几点：（1）为稳定运动的要求，在伺服系统的最低限度的等效力矩和总转动的过程中，对伺服系统的起动和停止经常和动态性能的要求角误差的原理来处理。（2）对于变速器变速器齿轮系统的变速器在各级传动比最佳的使用次数的数目的同时，以避免啮合，以减少噪音和振动。（3）提高齿轮传动系统的传动精度，减少齿轮传动系统的误差，根据最小角度误差的原理，对变速器的变速器进行变速在生长容易破坏齿轮传动系统的稳定性应该在几个层次上成长的开始，每一阶段的生长比最好的比为1:3，有火车增加刚度，减少传动误差。（4）具有比较大的传动比传动装置的传动装置，通常需要将轴齿轮和行星齿轮系组合在一起的混合齿轮传动。大传动大鼠输入输出精度高，传动效率高，传动平稳，体积小，重量轻。可以选择谐波齿轮传动模型。（二）谐波齿轮传动谐波齿轮传动具有结构简单、体积小、重量轻、传动比大、传动精度高、噪声小、传动平稳、承载能力强等优点，具有较高的效率和一系列优点。广泛应用于工业机器人系统。小齿差行星齿轮传动的谐波齿轮传动是非常相似的，它是靠齿轮传动的变形而引起的齿轮与齿轮的相对运动，因此谐波齿轮传动与一般齿轮的传动本质是不同的。（三）螺旋传动螺钉和螺母，主要用于旋转变换为直线运动或直线运动转变为旋转运动。螺杆传动，以能量传递为主，如螺杆新闻，杰克，主要用于传递运动，如机床工作台进给丝杠。普通螺杆（滑动摩擦）和滚珠丝杠滚动（摩擦）的滚珠丝杠的传动点，具有结构简单、加工方便、制造成本低等优点，具有自锁能力；但摩擦阻力矩大、传动效率低（30% 40%）。虽然后者的结构复杂，制造成本高，但其最大优点是摩擦阻力小，传动效率高（分别为92%、98%），运动稳定性好，弹性高。通过预压，以消除间隙，提高传动锡安的刚度；进给精度和重复定位精度高。使用寿命长；且良好的同步性、可靠的使用、简单的润滑，使滚珠丝杆在机器中因滚珠丝杆驱动回行程不能自锁，所以在垂直方向上的传动，需要附加自锁机构或制动装置：（1）滚珠丝杠的精度等级；（2）滚珠丝杆的传动间隙及预期载荷的期望值；（3）负载情况（静态、动态载荷）及载量的容许值；（4）滚珠丝杆的工作寿命；（5）滚珠丝杆的临界速度；（6）滚珠丝杆的刚度；减少滚珠丝杠的返回行程方法，采用了双螺母结构，是一定预紧螺母和丝杠之间的关系。这可以消除传动间隙，提高传动精度度和刚度。但预载荷会导致滚珠丝杠寿命下降，所以预载荷不应超过1 / 3的工作负荷。（四）同步带传动比同步带传动是一种新型的传动方式，在工作面和带轮周边都是啮合传动的普通皮带传动和链传动的优点齿与齿啮合传动。为了保证带和带轮的无滑动同步传动，齿形带与轴承无弹性变形高强度材料，弹性滑动，以保证间距不变。同步带传动，传动效率高（可达98%），节能效果好，吸收振动、低噪音、无需润滑，传动平稳，高速传输（高达40ms），高达10的传动比，结构紧凑，维修方便，等。因此，它在机器人中有着大量的应用，主要缺点是安装精度高，中心距是严格的，而且具有一定的蠕变特性。（五）钢皮带传动输送带的特点是一条和带轮的接触面积是无间隙传动，摩擦阻力，无滑动，具有结构简单、紧凑，运行可靠低噪声、大驱动转矩、长寿命、钢无蠕变、传动效率。（六）链传动在机器人的传动链中进行手腕的传递，以减轻机器人末端执行器的重量，一般将被腕关节驱动电机安装在小应的后端我或手臂关节。由于电机的距离是腕关节的传动远，所以使用精密套筒滚子链传动。（七）钢丝绳轮驱动钢丝绳轮驱动具有结构简单、传动刚度大、结构简单、成本低、成本低等优点。缺点是带轮较大，安装面积大，加速度不太高。2.6.3设计具体采用方案具体到设计时，由于液压缸的选用作为一种机械手的水平臂和一个垂直的手臂，由于液压缸实现的直接驱动，它是关节机构和动态元件。因此，它不需要中间的传输机制，这不仅简化了结构，提高精度。和玛尼旋转运动机器人腰一步一步的步进电机驱动，必须由传动机构减速增扭。经过分析比较，选择圆柱齿轮传动，确保重新高精度，减少了齿轮传动误差引起的误差，也大大增加了转矩，大大降低了电机的转速，从而使机械手的运动平稳，动态性能良好。这里只采用第一档传动，采用大传动比（100以上），齿轮采用高强度、高硬度的材料，高精度加工制造。2.7机械手驱动系统的设计2.7.1机器人各类驱动系统的特点工业机器人驱动系统，按电源分为液压、气动和电动三大类。根据需要，也可以是三种基本类型的结合在复合驱动系统。的基本驱动系统的主要功能如下。（1）液压驱动系统由于液压技术是一种成熟的技术，它具有很大的功率、力（或力矩）和惯性比和响应快，易于实现直接驱动特性。适用于在大容量、大惯性以及在防火防爆环境中工作的机器人。但是，液压系统需要进行能量转换（转换为电能的我为液压能），速度控制在大多数情况下，使用油门，效率比电驱动系统低，液压系统液体泄漏会造成对环境的污染，噪音也更高。（2）气动驱动系统具有速度快、系统结构简单、维护方便、价格低廉等特点。对于在，小负载的机器人在。但因为它是很难实现伺服控制，用于机器人控制程序，如在，冲裁和冲孔机器人的使用更为频繁。（3）电驱动系统由于低惯性、高转矩、直流伺服电机和匹配伺服驱动器（交流变频器、直流脉宽调制器）是广泛使用的，这种驱动系统在反渗透系统中得到了广泛的应用BOT。这种驱动系统无需进行能量转换，使用方便，噪音低，控制灵活。大部分电机背后需要安装精确的传动机构。直流无刷电机，不能直接对防爆工作环境的要求，成本也比其他2个高驱动系统。但由于这种驱动系统具有突出的优势性，所以在机器人被广泛使用。2.7.2工业机器人驱动系统的选择原则机器人的设计、驱动系统的选择，根据使用的机器人、操作要求、性能规格的机器人、控制功能、维护复杂度、功率歌剧考虑，价格和现有条件综合因素考虑在内。在这些因素的基础上，对各种驱动系统的特点进行了分析，得出了其合理性、可行性，经济性和可靠性的最终选择。一般在：材料处理（包括材料）使用一个有限的点位置控制程序控制的机器人，液压驱动系统的负载选择和中型负载可选的电机驱动系统，可选气动驱动系统的轻载。气体驱动系统的机械压力机。点焊和电弧喷涂机器人，具有点对点和轨迹控制功能，伺服驱动系统。只有通过液压或电动伺服系统以满足要求元素。点焊，弧焊机器人，电动驱动系统。点焊和搬运机器人任意点位置控制的重负载，液压驱动系统的选择。2.7.3机器人液压驱动系统全自动液压系统1962在世界上第一个机器人在应用到目前已经在工业机器人中得到了广泛的应用。目前，虽然在中等负荷的工业机器人采用了大量的电机驱动系统，但在一个简单的经济体中，重型工业机器人和喷涂机器人在液压系统中仍占有很大的比例。液压系统在机器人中的作用是通过电液转换元件来控制信号的功率放大和方向的液压动力机构，位置，速度控制和控制机器人手臂根据一个给定的运动的作用。液压动力机构，在大多数情况下的直线液压缸或摆动马达，连续旋转液压马达非常少。在工业机器人中，小功率的液压驱动系统与节流阀是，高功率速度控制系统的体积。节气门控制系统，良好的动态特性特色，但效率较低。容积调速系统，动态特性较前，但效率高。机器人液压驱动系统包括2种程序控制伺服控制。（一）程序控制机器人液压系统这种类型的机器人是非伺服控制的机器人，在一个简单的操作功能的机器人，往往使用简单的逻辑控制装置或编程控制器的机器人实现网络连接控制有限点。这种机器人的液压系统的设计要重视以下的表面：（1）液压缸的设计：在保证密封的前提下，尽量采用橡胶和塑料的氟组合密封，以减少摩擦阻力，即时证明液压缸的寿命。（2）定位点的缓冲和制动：由于机器人手臂的惯性比较大，所以在定位前应增加缓冲和制动机构或锁定装置。（3）两侧的液压缸和一个比较大的惯性，安全保护电路设置在液压缸的两侧，与机械结构是预防被超载损坏的。（4）应将液压动力源添加到蓄能器中，为多轴运动或加速度运动同步运动提供瞬时能量储存。（二）伺服控制机器人液压系统功率为点位控制和工业机器人，电液伺服驱动系统的连续路径控制步骤。电液转换器和功率放大元件的电液伺服阀、电液比例阀、电液脉冲阀。按上述各种阀门和液压动力机构的由电液伺服马达、电液伺服液压缸、电动液压马达、电动液压缸、液压旋转伺服驱动器等组成几种电液伺服机构。根据结构设计，电液伺服马达及电液伺服液压缸可分为关断型，也可被组合成一个整体。如果是一个单独的连接，要缩短连接管路，这样就可以减少伺服阀对管道体积之间的水力机制，以期对公司进行控制增加液压固有频率。在驱动系统中，常用的电液伺服机构是电液伺服液压缸和电液伺服振动电机，也可以使用步进电机的电液步进。液压旋转式执行器是由伺服电机、步进电机或比例电磁铁驱动的一种放置在振动电机或连续旋转电机中的转子的一个旋转的滑动阀和机械反馈，转子运动是一种电液伺服驱动。它可以安装在机器人手臂和腕关节上，实现直接驱动。它是关节机构和动态元件。2.7.4机器人气动驱动系统气动机器人以压缩空气为动力源，一般从工厂的压缩空气站到机器人的位置，也可以建立一个单独的小气体系统。由于气自动机器人有一个燃气供应具有使用方便、对环境无污染，动作快捷、灵活、安全的工作可以依靠，操作维护简单，适合针对恶劣环境的特点，在冲压、注塑、压铸、有毒或高温条件下的操作、机械、材料、仪器、设备等轻工业，小零件和自动装配作业，食品包装的安装和运输，电子产品输送，自动拼接，弹药生产自动获得量中的应用。气动驱动系统在大多数情况下是用来实现双或有限点位置控制，小机器人。这种机器人是圆柱坐标系和直角坐标型或组合型结构；3自由度；负荷低于200N；速度300-1000mm /秒；重复定位精度0.1-0.5mm。控制装置为大多数选定的可编程逻辑控制器（可编程控制器）。在佛罗里达州易燃易爆的情况可以采用气动逻辑元件组成的控制装置。气动驱动系统一般由以下几个部分组成。（1）压缩空气站的空气。包括空气压缩机、储气罐、气水分离器、压力调节器、过滤器等。如果没有空气压缩站可以交流根据机器人和一系列其他气动设备，需要配置气源设备适量。（2）气动三联件由分水滤气器、压力调节器、油雾器三大，可以分开，也可以是一个三重组合，在大多数情况下，三装配式结构。是否二由压缩空气加油站或在一个单独的源，气动三联件是必要的。虽然没有气缸润滑不能使用油雾，但在正常情况下，建议也我在油雾装置上设置气体路径，以减小气缸摩擦力，增加使用寿命。（3）多种气动阀气动阀、气动驱动系统在工业机器人中，常用的阀门部件电磁阀、节流阀、减压阀等。（4）在大多数情况下，使用气缸或气缸振动的气缸或气动执行机构。直线缸单作用和双作用式2类。另外应用到个人与单作用气缸（如爪），大部分的双作用气缸。为了实现缓冲区的结束，选择双向的终点缓冲区图2。在设计中，对气缸体的结构和机械装置（如法兰连接、后铰接或铰接在中间、气缸杆螺纹连接或铰接等）根据结构要求的机器人。气缸直径、行程的大小、机器人的运动分析和动力学分析计算。为了保证气缸的密封要求，也尽量减少摩擦，密封材料使用橡胶和氟塑料密封环。无接触感应式气缸在气动系统中得到了广泛的应用，活塞上的气缸体上装有永磁体环，通过磁力感应，安装在气缸外的非接触式磁性接近开关动作新闻，位置检测。除了气缸外的线外，机器人采用的是多个有限角度的摆动缸，多缸为摆缸的手腕。（5）制动气动机器人定位问题是如何实现制动的制动点。活塞的气缸容积徐达1.5m/s的速度运动，如果用1M的速度气缸的计算、电磁阀关闭时间70ms大表，然后活塞缸两停车距离约为70mm，两站步应大于该值。小流量电磁阀和拉过小的时间，停止向对应关系的一步。所以机器人单自由度，停止点，6-9号。为了提高位置定位点，除了多位置气缸可以用制动方法有：抗压力制动，制动装置的制动。气动理想反射。每个机器人的运动轴的制动和定位点位置的限制，但由程序员指令，或由一个限位开关信号。根据的要求和条件，如果非接触感应式气缸的使用，限位开关是一种非接触式的接近开关，该开关小于20ms，在机器人中的应用。当缸活塞移动到位置，以保证定位精度，电机轴锁。限位机构是由电磁阀控制缸驱动的锁锁定机构，滑块等）对机器人运动机构的锁定。重新启动前，打开锁机制。2.7.5机器人电动驱动系统近年来，大量的机器人、数控机床、自动机械等各类伺服电机和伺服驱动为机器人创造了驱动系统的条件。由于高起动转矩、机器人应用的低惯性、高扭矩直流电机，所以在一般情况下，轴承的负荷小于100K的工业机器人是由大部分的电驱动系统。其驱动原理框图如下图所示：在机器人驱动系统中可分为以下几种类型：小惯性永磁直流伺服电机、电刷绕组永磁直流伺服电机、惰性永磁直流伺服电机、力矩电机、无功式步进电机、交流同步伺服电机、异步交流伺服电机。转速传感器是最速传感器、位置传感器、光电编码器。该伺服电机可以与转速信号发生器、光电编码器、制动器和减速器相结合，实现所有部件的组合，并与部分或全部组合相结合，伺服电机带动成形装置。为了提高机器人的传动精度和近年来在国内外发展了直接驱动电机和变压器组合在一起，每40-60万革命脉冲，电机直接驱动（DD电机）速度快，定位精度高，已应用于机器人装配。（一）机器人驱动系统的选择针对机器人驱动系统的运动，根据机器人的用途、功能、结构特点，结合其特点，对各种电机的性能、结构特点进行了研究第二，综合考虑性能价格比。根据机器人的运动的轴的计算，和电机的转速，额定负载转矩，加速和减速的特点，额定功率，加速功率等参数对电机模型。各种驱动电机的主要特性与性能、结构特点、用途和范围使用，适用于驱动见表1：表1名称主要特点及性能结构特点用途及使用范围驱动器惯量直流永磁伺服电动机电机的惯量小，理论加速度大，快速反应性好，低速性好，调速比可达1：10e4范围，但低速输出力矩不大，转子直径小，惯量小适用于对快速性要求严格而负载力矩不大的场合PWM伺服驱动器SCR变压驱动器有刷绕组永磁直流伺服电动机转动惯量小，快速响应性能好；转子无铁损，效率高；换向性能好，寿命长；负载波动对转速影响小，输出力矩平稳。无铁心，具有轴向平面间隙可频繁起制动、正反转工作，响应迅速，适用于机器人，数控等直流PWM伺服驱动器，SCR变压驱动器大惯量永磁直流伺服电动机输出力矩大，转矩波动小，机械特性硬度大，可以长时间工作在堵转条件下又称力矩电机，其转子较粗适用于驱动力矩较大的场合，因可不用齿轮传动，消除了齿轮间隙直流PWM伺服驱动器，SCR变压驱动器表2反应步进电 机将电脉冲信号直接转换成转角，转角与脉冲数成正比，输出力矩也较大电机转子无转租，由永磁体构成转子磁极用于数字系统中作为执行元件，如数控机床、机器人；开环控制直流PWM伺服驱动器SCR变压驱动器同步交流伺服电动机转速与定子绕组所建立的旋转磁场严格同步；从低度到高速，定子绕组可通过大电流，故起、制动转矩不降低，可频繁起、制动转子由永久磁铁做成，定子有三相，转子比较细主要用于中小容量的伺服驱动系统中，如数控、机器人等系统中交流PWM变频调速器异步交流伺服电动机转速永远低于定子绕组所建立的旋转磁场，机构简单，容量大，价格低定子由对称三相绕组组成，用于数控机床主轴等容量大的场合交流PWM变频调速器（二）机器人电动驱动系统伺服驱动（1）直流电动机伺服驱动器直流伺服马达驱动脉冲宽度调制（脉宽调制）伺服驱动。电源电压为固定值，通过高功率三极管作为开关元件，开关频率固定的操作，但脉冲宽度可以随电路的控制而变化，改变脉冲宽度，可以改变电机的平均电压的两端，从而改变电机的转速。伺服驱动基因一般由电流环和速度环。末级大功率三极管构成桥式开关电路。脉宽调制伺服驱动器具有调速范围宽，低速特性，响应快，效率高，过载能力强等特点。目前，它已被广泛应用于各种类型的数控系统中机床、工业机器人等机电一体化产品用做驱动直流伺服电机。（2）步进电机驱动该步进电机控制装置主要由脉冲发生器、环形分配器和功率放大器组成。脉冲发生器可以跟踪、制动和速度的要求来改变频率，步进电机控制步进电机。环形分配器是步进电机绕组的特定的或连接的控制。它是由脉冲发生器发出的一系列脉冲信号，根据一定时间内已被分配到各个绕组，步进电机按一定的运动规律。功率放大器是毫安电流的环路分配器的输出，以放大电流，以驱动步进电机。高、低电压驱动电路的功率放大器。该电路具有高、低压组的功率。当绕组功率的瞬间，使绕组具有较高的电压，从而使电流的快速相位建立。当ste是电机的额定只有低电压每相绕组供电电流。由控制电路实现的高电压的时间长度。2.7.6设计具体使用的程序具体到设计，在分析具体的工作要求和综合考虑各种因素的影响下。机器人的腰部旋转运动需要一定的定位精度在控制方面，所以采用步进电机驱动来实现；因为采用液压缸做水平臂和垂直臂，使手臂的大小都是由液压驱动的。考虑到工件的加工，横臂的长度是不同的。因此，与伺服定位横臂的要求，所以使用电动HY液压伺服液压缸驱动。并通过活塞液压缸活塞和中间齿轮和一个扇形齿轮实现夹持，即在柱塞缸的作用下夹紧推力通过活塞杆端的齿条、中间齿轮和扇形齿轮使手指张开和关闭。2.8机器人手臂的平衡机构设计长方形、圆柱形和球形坐标机器人可通过合理的布局来优化结构的设计，手臂本身可以达到平衡。一般要求关节机械臂为了平衡装置，以减少驱动负载。同时，关系开始时间。2.8.1机器人平衡机制的形成一般情况下，所使用的机器人的主体有以下的平衡：（1）配重平衡机制该平衡装置具有结构简单、平衡效果好、易于调整、工作可靠等优点，但增加了机械臂轴的负载惯量和关节。一般在机器人手臂的不平衡力矩是比较小的情况下，使用平衡机构。（2）弹簧平衡机构弹簧平衡机构，结构简单，成本低，工作可靠，平衡效果好，易于维护，因此应用范围广。（3）活塞推杆平衡机构活塞式平衡系统与液压气动平衡：平衡液压系统平衡力、体积小、阻尼效应；气动平衡系统，具有良好的阻尼效果，但体积是相对来说，大。活塞式平衡需要配备专用液压或气动装置、复杂的系统，因此成本高，设计，安装和调试的难度增加缺陷，但良好的平衡的影响。为平衡重量，平衡弹簧满足工作要求的场合。2.8.2设计具体方案由于采用了圆柱坐标式结构，设计中采用了机械臂的结构设计和机械臂的设计和布局，被认为是一个关键的机械臂平衡，通过合理的布局，优化结构的设计，尽可能地实现手臂的平衡。如果实际工作的平衡结果不符合设置弹簧平衡机构再平衡。2.9机械手的主要技术参数机械手抓是主要参数的规范，因为它是由液压驱动，咨询机械手的设计参数，结合生产的实际情况l生产、抢工件质量有时大于30kg的设计。基本参数的运动速度是主要机械臂的基本参数。机械手速度要求的循环操作，低转速的设计限制了其使用范围。但是，主要的影响机械手运动速度的因素是伸缩臂和旋转速度。机械手的运动速度为1.0m/s设计。90度/秒的最大转速设计的移动平均其中年龄速度。平均旋转速度60度/秒。机械和手动为开始，停止过程，减速，速度行程曲线来说明速度特性综合，因为平均速度和行程，所以由平均速度达到速度特性。除了速度，基本参数和伸缩行程的臂设计工作半径。大多数机械手设计成一个相当的人工坐或站立和稍微行走的空间。大行程伸缩和半径，必然带来社会的降低扭矩增加刚性基础。在这种情况下，应采用自动输送装置。根据统计和比较，该组臂臂伸缩行程为600mm，约1400mm最大工作半径、臂升降行程120mm。定位精度是一个基本参数。机械手的定位精度为3mm。用途：用于自动送料线，实现流水线自动装配。1、爪重 10kg2、自由度数 4个自由度3、座标型式 圆柱座标4、手臂最大中心高 1200mm5、手臂运动参数 伸缩行程500mm 伸缩速度200mm/s 升降行程600mm 升降速度150mm/s 回转范围0180 回转速度60/s6、手腕运动参数 回转范围090 回转速度45/s7、手指夹持范围 工料:90-120mm8、定位方式 行程开关或可调机械档等9、定位精度 3mm 10、驱动方式 液压驱动沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第3章 机械手设计计算第3章 机械手设计计算3.1 夹持式手抓的设计计算3.1.1 手抓部力的计算1夹紧力计算夹紧力为 （3-1）式中：安全系数一般取1.22；为动载系数，主要考虑惯性力的影响。可以近似的按下式估算，其中为被抓取工件的最大加速度，为重力加速度；方位系数；被抓取工件的重量60kg。根据本次所设计的手爪结构设=1.5，（3-2）（3-3）所以N=2.56KN（3-4）取=0.87，为机械传动效率，由摩擦等因素产生。（3-5）3.1.2手部加紧油缸的确定手部加紧油缸直径D因为（3-6）据表选取活塞杆直径d=0.47D，压力油工作压力P=294牛顿/厘米，所以mm根据表（查表21-6-2）油缸内径系列（GB/T2348-1933）取油缸内径为63mmD=63mm则活塞杆直径为： 根据表（查表21-6-2） 活塞杆直径系列（GB/T2348-1933）取活塞杆直径为32mm 3.2腕部设计腕部设计作为连接手部和臂部的基本构件，它的自由度是独立的，使机械手可以达到更高的要求。将腕部动作有绕X轴的运动称为回转；绕Y轴的运动称为俯仰；绕Z轴的运动称为左右摆动；还可有沿Y轴的方向移动的自由度。3.2.1腕部的设计要求1腕部自由度的选取在臂部运动的范围内，如果可以满足抓取工件和传送工件等要求时，我们就尽可能不设计腕部的相关运动。这样，即可使机械手结构简单、制造方便，又可以使成本降低。根据抓取对象和机械手的坐标形式的需求，可以增加腕部的自由度。如腕部的回转运动，这是在手爪夹持工件后，需要翻转角度，或者机械手从一个工位转到另一个工位时，需要工件翻转。若是采用臂部回转则使机械手的稳定性降低，因为，臂部长度大，回转时少有偏心（特别是高速回转时），使机械手的离心力增加，臂部振动加大，影响定位精度。因此，应设计腕部的回转。若机械手是球坐标形式，腕部应设计具有俯仰运动，以保证手爪处于水平位置，不影响手爪的工作。还要根据加工工艺的要求，来设计腕部在Y轴方向的移动运动。如机械手将工件送到某一工位后，需要把工件定位夹紧，为使机床运动简化，而要求腕部沿Y轴方向做少量的移位的运动。如用顶尖支承的轴类零件，在用机械手取下工件时，为脱离主轴顶尖而需要有腕部的横移运动。总之，腕部自由度的选取应在臂部自由度确定以后，再根据工件的料道位置、工艺要求、应用范围及制造成本等方面的综合分析，以确定最佳的方案，确定出腕部合适的自由度数。2腕部的动作要灵活、自重要轻在设计腕部结构时，应力求结构简单紧凑，减轻结构的重量。机械手配合机器运转，腕部的动作时间往往在几秒钟以内，甚至不超过一秒，所以腕部一定要灵活，在保证构件的强度和刚度的条件下，回转件尽量采用滚动轴承或滚柱，减少阻力，降低摩擦。腕部运动位置要准确手腕的回转、俯仰与左右摆动等运动位置都要求准确，除对零部件配合精度严格要求以外，要采取措施消除传动部件之间的间隙。根据需要可设置位置检测元件，来控制手腕的准确位置。3.2.2腕部的结构1腕部回转运动结构用回转缸实现小于的回转运动用回转缸的结构实现腕部的回转，图10是其应用的一例。图中件号9为回转油缸的动片，它的回转带动两手爪6驱使工件翻转或。应用回转缸使腕部回转的机械手较多，因其结构简单。图10 手腕回转结构图2腕部左右摆动结构根据工件的工艺要求，需要手腕做左右摆动。对于抓取非中心对称的工件，当手臂回转时，工件方位变化，往往需要用手腕左右摆动予以补偿。这个机械手设计，实现这一旋转运动只，所以我的小腕关节，可以使用旋转液压缸。图11是一个气缸旋转运动的手腕。双油画廊的旋转油缸分别为油压力，促进旋转套和在旋转套一起，设置在年底的爪型联轴器的旋转运动转移到旋转轴，四轴法兰连接手，我做螺丝，使手，实现手旋转的套筒旋转。这一摆缸缸的摆角最为高，实际使用本系统实现位置检测的行程开关，并通过阻断铛块定位。为了使手部夹持热工件的手指远离油缸，此处采用了隔离套，减少热锻件的热量对油液的影响，以保证油缸的正常工作和密封。图11 手腕回转油缸截面图手腕回转缸的尺寸及其校核1.尺寸设计缸长度设为b=100mm，缸内径为D=96mm，半径，轴颈，半径缸运行角速度，加速度时间T=1.0s，压强，则力矩为：（3-7）2.尺寸校核（1）测定参与手腕转动的部件的质量，分析部件的质量分布情况，质量密度等分布在一个半径的圆盘上，那么转动惯量： （3-8）工件的质量为60kg，质量分布于长L=600mm的棒料上，那么转动惯量：（3-9）假如工件中心与转动轴线不重合，对于长L=600mm的棒料来说，最大偏心距，其转动惯量为：（3-10）（3-11）（2）手腕转动件和工件的偏重对转动线所产生的偏重力矩为，考虑手腕转动件重心与转动轴线重合，夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线，则：（3-12）（3）手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为，对于滚动轴承，对于滑动轴承f=0.1，为手腕转动轴的轴颈直径，=30mm，=20mm，为轴颈处的支撑反力，粗略估计=3000N，=1500N， （3-13）（4）回转缸的动片与缸径、定片、端盖等密封装置的摩擦阻力矩，与选用的密衬装置类型有关，应根据具体情况加以分析。在此次估计为的3倍，所以 （3-14），经计算5.03 （，缸筒外径公差余量mm。腐蚀余量mm。D缸筒内径mm。缸筒外径mm。缸筒内最高工作压力，。缸筒材料的许用应力，。缸筒材料的抗拉强度，。 n是安全系数，通常取n=5。）设计壁厚为，足以满足要求。（3）活塞杆直径计算（3-21）取d=40mm按强度条件校核（3-22）现d=40mm9.28mm所以强度满足要求。（4）液压缸的流量计算流量有杆腔 则 3.3.5 臂部回转运动手臂的运动，除了手臂的前方和后方的伸缩运动，还有一个旋转运动。机械手的设计，是一个旋转的旋转运动的手臂。有些机械手不是一个单独的旋转运动，而是一种复合运动。单旋转运动的实现可以有以下程序。（1）旋转油缸回转缸，也称为摆动缸。采用旋转油缸驱动机械臂旋转，结构简单，外形美观大方。但是由于工作缸与气缸之间的运动精度高，加工难度比较大，如果精度不高的要求，会造成严重的泄漏，影响正常运转时必须严格密封。（2）齿轮齿条和小齿轮的齿条和小齿轮是由齿条的往复运动带动的，它带动齿轮转动，而驱动源可以由液压或气压来驱动。（3）回转油缸行星齿轮结构它是由回转油缸（摆角230），动片与转轴固接在一起，转轴用键与行星齿轮联结，中心轮套在基座上，中心轮是固定不动的。回转油缸与手臂固结在一起。驱动回转油缸回转又带动手臂绕O-O轴回转，形成转臂，故行星轮，中心轮和手臂组成一个行星轮系。这个传动是降速的，如行星轮回转为角度，则手臂转角为： （3-23）式中：行星轮的齿数；中心轮的齿数。这种结构的优点是：由于它的回转传动是降速的，因此扭矩大，同时定位精度也较高；它装在外部调整使用方便，维修容易。通过对以上几种方案的了解和论证，回转油缸行星齿轮结构的方案最优。该机械手的臂部回转结构采用行星齿轮结构。3.3.6臂部升降运动一般圆柱坐标式，直角坐标式有升降运动，球坐标式有时为了增加提高高度，也有升降运动。由于本次设计的机械手采用的圆柱坐标式，所以，手臂的升降运动是必不可少的。（1）升降运动机构配置形式a升降机构设在机座内对于中小型规格机械手，多采用这种结构，手臂靠自重下降。b升降机构设在机座上方一些机械手的升降行程比较大，需设计立柱式结构，支撑升降运动机构，其轮廓尺寸相对比较大。但是在升降行程较大的情况下，手臂悬伸在最大位置时，使手臂对驱动点的偏重力矩很大，不利于升降运动。图14 为其机构示意图。图14 升降机构设在机座上方c升降机构放在可缩放的 机构的平台上这种结构的优点是整个机形高度可以较低，手臂的高度大致就是机械手的高度，手臂回转的转动惯量可以较小，不需升降导向支撑，结构比较紧凑，提升行程大。d升降机构采用直线缸本次设计的机械手手臂升降机构也采用直线缸，它的结构如图15，它设有导向套，其导向性能好，刚性大，工作平稳，活塞杆顶部为球铰链连接，当导套因负载偏斜时，不致于活塞杆歪斜。图15 机械手的升降液压缸结构图3.3.7臂部升降油缸的计算（1）液压缸主要参数的确定液压缸的工作压力为p=2.94Mpa，推力F=24000N 液压缸的机械效率，一般取=0.95，缸筒内径：根据表（查表21-6-2）油缸内径系列（GB/T2348-1933）取油缸内径为110mmD=110mm（D缸筒内径，速比，根据压力，按表21-6-3选取） 往返速比 = 则根据表（查表21-6-2）油缸内径系列（GB/T2348-1933）取活塞杆直径为按标准取d=63mm；D=115mm则液压缸的有效面积无杆腔 有杆腔 （2）缸筒壁厚计算一般按薄壁缸筒计算，壁厚按下式确定式中：D液压缸内径（m）；p液压缸最高工作压力（MPa）；缸筒材料的许用