摘要
這個課題的設(shè)計中，為機床配套的上料機械手。工業(yè)機械手工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物。它是一種模仿人體上肢部分功能，按照預(yù)定要求輸送配件或握持工具操作自動化技術(shù)對現(xiàn)實的工業(yè)生產(chǎn)自動化，促進工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的更重要的作用。所以，強大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明，工業(yè)機械手代替人手的繁重勞動，顯著減輕了工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的沉重的搬運零件及長期頻率，鍛造的操作，采用機械手有效。而且它在低溫、水、宇宙、放射性及其他有毒、污染環(huán)境的條件下，現(xiàn)實的優(yōu)越性和廣泛的發(fā)展前景。
這是通過應(yīng)用autoCAD技術(shù)對機械手進行總體方案設(shè)計及液壓傳動原理設(shè)計，確定機械手坐標(biāo)形式和自由度，確定機械手技術(shù)參數(shù)。同時設(shè)計機械手夾持手結(jié)構(gòu)設(shè)計機械手的手腕機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)。他是如何實際上等精品機械手自動運動，運動速度是隨著生產(chǎn)力的滿足來設(shè)置。
在當(dāng)今社會的制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度。機械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。?
本文主要針對生產(chǎn)線上的自動化設(shè)計了一個模塊工裝下線機械手，實現(xiàn)模塊下線的自動化。該機械手能實現(xiàn)機械手的伸縮、升降、夾緊和放松等動作。驅(qū)動系統(tǒng)采用氣壓驅(qū)動，實現(xiàn)了手臂的夾緊和放松動作。控制系統(tǒng)采用PLC控制，通過控制伺服電動機來實現(xiàn)機械手的上下、左右運動。機械手設(shè)手動和自動兩種工作方式，可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進行工作方式轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)設(shè)有報警功能，當(dāng)機械手出現(xiàn)故障時，能及時報警。?
通過上述工作,機械手最終能夠按照控制程序的要求進行運動,并且實現(xiàn)了上位機監(jiān)控系統(tǒng)對本機械手的直觀形象觀測,達到了本論文的設(shè)計目的和要求。
關(guān)鍵詞： 機械手； 手部設(shè)計； 結(jié)構(gòu)設(shè)計；
Abstract
In 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 people's 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 today's 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 錄
第1章 緒論 1
1.1 工業(yè)機械手概述 1
1.1.1 機械手的應(yīng)用性 2
1.1.2 機械手先進性 2
1.1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢 3
1.2 設(shè)計目的 4
1.3 課題內(nèi)容和設(shè)計要求 4
1.4 機械手系統(tǒng)工作原理及組成 6
第2章 機械手整體設(shè)計方案論述與證明 10
2.1 機械手的總體設(shè)計 10
2.1.1 機械手整體結(jié)構(gòu)類型 10
2.1.2 坐標(biāo)形式和機械手的自由度 11
2.1.3 設(shè)計具體采用方案 12
2.2 機械手腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
2.2.1 機械手腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 13
2.2.2 設(shè)計具體采用方案 14
2.3 機械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計 15
2.3.1 機械手手臂設(shè)計要求 15
2.3.2 設(shè)計具體使用的程序 16
2.4 機械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 16
2.4.1 機器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求 17
2.4.2 設(shè)計程序的具體運用 17
2.5 機械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18
2.5.1 機械手末端執(zhí)行器的設(shè)計要求 18
2.5.2 機械手驅(qū)動模式 19
2.5.3 機器人夾持器的典型結(jié)構(gòu) 19
2.5.4 設(shè)計具體使用的程序 20
2.6 機械手的機械傳動機構(gòu)的設(shè)計 21
2.6.1 工業(yè)機器人傳動機構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題 21
2.6.2 工業(yè)機器人常用的傳動機構(gòu)形式 22
2.6.3 設(shè)計具體采用方案 25
2.7 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 25
2.7.1 機器人各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點 25
2.7.2 工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則 26
2.7.3 機器人液壓驅(qū)動系統(tǒng) 26
2.7.4 機器人氣動驅(qū)動系統(tǒng) 28
2.7.5 機器人電動驅(qū)動系統(tǒng) 29
2.7.6 設(shè)計具體使用的程序 32
2.8 機器人手臂的平衡機構(gòu)設(shè)計 32
2.8.1 機器人平衡機制的形成 32
2.8.2 設(shè)計具體方案 33
2.9 機械手的主要技術(shù)參數(shù) 33
第3章 機械手設(shè)計計算 35
3.1 夾持式手抓的設(shè)計計算 35
3.1.1 手抓部力的計算 35
3.1.2 手部加緊油缸的確定 36
3.2 腕部設(shè)計 36
3.2.1 腕部的設(shè)計要求 37
3.2.2 腕部的結(jié)構(gòu) 38
3.3 臂部設(shè)計 41
3.3.1 臂部設(shè)計要求 42
3.3.2 臂部結(jié)構(gòu) 46
3.3.3 臂部伸縮運動結(jié)構(gòu) 47
3.3.4 臂部伸縮油缸的計算 48
3.3.5 臂部回轉(zhuǎn)運動 50
3.3.6 臂部升降運動 51
3.3.7 臂部升降油缸的計算 52
第4章 機械手的其他部分裝置 55
4.1 緩沖定位裝置 56
第5章 機械手總體方案總結(jié) 57
5.1 傳動方案的確定 57
5.2 規(guī)格參數(shù) 57
5.3 結(jié)構(gòu)特點 58
參考文獻 60
致謝 61
第1章 緒論
第1章 緒論
機械手是工業(yè)自動化發(fā)展和科技進步的必然產(chǎn)物， 為制造業(yè)提供重要的技術(shù)裝備，尤其在流水作業(yè)的自動化，生產(chǎn)線和相對惡劣的環(huán)境中，機械手具有人類所不具有的超精準(zhǔn)的定位性能、較高的加工精度、高生產(chǎn)率等優(yōu)勢。 因此，進行機械手的研究設(shè)計是十分有意義的。
1.1 工業(yè)機械手概述
機械手首先是從美國開始研制的。
工業(yè)機械手近幾十年的研究開發(fā)一種先進自動化生產(chǎn)設(shè)備。是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的功能可以通過編程進行各種任務(wù)的完成，結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)勢兼顧人與機器，尤其是人的智慧和適應(yīng)性。根據(jù)驅(qū)動方式分為先天性和液壓式、電動式，機械式，按機械手的應(yīng)用范圍分2種：專用機械手和通用機械手；按運動軌跡跟蹤控制方式分為：先天性和位置控制和連續(xù)軌跡控制機械手。
機械手主要掌握在手部的一個很大的控制系統(tǒng)和運動機構(gòu)。機械手的手部（或工具）的結(jié)構(gòu)，與重量的大小，材料和形狀的工作所形成多種結(jié)構(gòu)。形狀等吸附式支持。通過改變物體的位置和方向，實現(xiàn)了運動機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)（編織）或復(fù)合運動。獨立運動的機理，以及機械手的擴展，如轉(zhuǎn)動自由度。一個任意位置和方向的對象在六個自由度空間是必要的。機械手設(shè)計的自由度是一個關(guān)鍵參數(shù)。多自由度機械手靈活、廣泛，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。機械手自由度一般為2～3。通過對電機各控制系統(tǒng)的電機控制，對各自由度進行了具體的操作。同時接收傳感器反饋信息控制和關(guān)閉。控制系統(tǒng)的核心，如一個微處理器芯片，從宏控制，實現(xiàn)功能，通過編程實現(xiàn)。
機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時，傳感器的反饋，穩(wěn)定開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。一般的單片機控制系統(tǒng)的核心組件及其他微控制芯片，以實現(xiàn)功能。
氣壓傳動的機械手通過壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動。主要特點是：介質(zhì)采取方便，輸出力小，迅速，簡單，造價低。但是由于空氣壓縮特性，速度穩(wěn)定影響大，沖擊大，而且氣源壓力較低，空氣壓力低于30kg，機械手結(jié)構(gòu)條件要求的更高，所以應(yīng)用做簡單的行李，高速和灰塵環(huán)境。
1.1.1 機械手的應(yīng)用性
1、高度自動化的生產(chǎn)過程中，應(yīng)用機械手幫助改善數(shù)據(jù)傳輸、裝卸機械裝配線的零件和工具，是提高勞動生產(chǎn)率和成本大量生產(chǎn)速度、機械化和自動化生產(chǎn)的有利技術(shù)。
2、工作條件的改善，壓力、低溫低壓的灰塵、噪音、氣味或其他有毒，放射性污染，狹窄工作空間及其他手工危險場合，用手操作危險性極高，安全工作條件大大改善工人同時幾個簡單的手術(shù)中操作和重復(fù)執(zhí)行手，代替能做的事，可以避免的事故，疲勞或誤操作。
3、減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)
代替人手工作的機械手是減輕人力的一方面，同時由于應(yīng)用機械手能持續(xù)工作是減少人力的另一方面。所以在自動化機械加工自動生產(chǎn)線逐漸有很多減少人力的機械手來控制和提高生產(chǎn)節(jié)奏
1.1.2機械手先進性
機械工業(yè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志是規(guī)模經(jīng)濟強度、科學(xué)技術(shù)水平。所以世界各國的機械工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點發(fā)展國家經(jīng)濟發(fā)展，科技水平迅猛發(fā)展生產(chǎn)帶動機械行業(yè)。在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)過程機械化已經(jīng)成為主題。但是現(xiàn)在的機器工業(yè)生產(chǎn)過程、裝配和生產(chǎn)過程并不連續(xù)。單靠人力生產(chǎn)效率低，無法銜接不連續(xù)工序。同時，勞動強度很大，有時也會受傷。顯然這一制約效率自動化的影響，而整個生產(chǎn)過程，應(yīng)用機械手很好的解決避免以上錯誤。
工業(yè)機械手是現(xiàn)代自動控制技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)之一，已生產(chǎn)系統(tǒng)重要的現(xiàn)代機械制造、新技術(shù)發(fā)展迅速，逐漸成為新的學(xué)科體系，機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及機械結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計、電、水技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感技術(shù)等多學(xué)科，是多個跨學(xué)科綜合技術(shù)。
1.1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢
機械手的出現(xiàn)，開創(chuàng)了工業(yè)機器人史的先河，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它代替了人們繁重的勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)方面的機械化與自動化，能在惡劣環(huán)境下操作以保護操作人員的安全，因此廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
未來的機械手發(fā)展主要是有以下四個方面創(chuàng)新：
（1）重復(fù)高精度
如果動作重復(fù)次數(shù)多，機械手會達到相同的精確程度指的就是重復(fù)高精度。重復(fù)精度比精度重要性更高，如果一個機械手達不到高精度，會顯示一個誤差定值，且誤差可預(yù)測，因而可通過編程手段來校正。伴隨微電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，機械手的重復(fù)精度會越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域會將更廣闊，如核工業(yè)與軍事工業(yè)等。
（2）模塊化
模塊化拼裝機械手比更具靈動的安裝體系。它集成機械手的電接口和通電纜及油管的導(dǎo)向裝置，使機械手自由度更大。模塊化機械手讓機械手在更多的功能方向有了實現(xiàn)的可能，大大增加了機械手的應(yīng)用范圍，是機械手的一個重要的發(fā)展方向。
（3）節(jié)能化
為了迎合食品加工、制藥、生物工程、電子技術(shù)、紡織工業(yè)、精密儀器等行業(yè)的無污染、高精度、安全性元件已經(jīng)問世。伴隨材料技術(shù)進步，新型高科技材料的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、無污染材料制造的無潤滑元件，不但節(jié)能環(huán)保，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能好、成本低、精度高、壽命長。
（4）機電一體化
“可編程控制器—傳感器—液壓元件”典型控制系統(tǒng)是自動化技術(shù)的應(yīng)用主流；研發(fā)與電子技術(shù)結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件，讓液壓技術(shù)從低精度“開關(guān)控制”進階到高精度的“反饋控制”；復(fù)合集成系統(tǒng)不但節(jié)省配線、配管和元件，而且拆裝簡單，明顯提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前為止，電磁閥線圈功率越來越小，而PLC輸出功率不斷增大，PLC直接控制線圈開始越來越可能實現(xiàn)。
境外機械手的發(fā)展趨勢是研發(fā)具有一種智能的機械手。使其具有一定傳感能力，根據(jù)反饋外界條件的情況，相應(yīng)的變化。假設(shè)位置發(fā)生誤差時，能自行檢測并更正，特別需要研究視覺和觸覺功能。到現(xiàn)在已經(jīng)取得一定成就。視覺功能是在機械手安裝上電視照相機組件、光學(xué)測距儀組建以及微型計算機組件。電視照相機會將實物形象變成視頻顯示信號，之后傳送給計算機系統(tǒng)，便于計算機分析物體的種類大小、顏色位置等，同時發(fā)出指令控制機械手的機械工作。觸覺功能是在機械手安裝上觸覺反饋裝置。工作期間，機械手先伸出手指查找工作，通過安裝在機械手手指內(nèi)的壓力敏感元件發(fā)生觸覺的作用，最后伸至前方，抓下工件。手的抓力大小是根據(jù)在手指內(nèi)的敏感反饋元件來控制，從而達到自動調(diào)整握力的大小。
總而言之，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機械手裝配工作的能力逐步提高。將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元有機結(jié)合，進而改變機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)，更重要的是要結(jié)合機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元。
隨著科學(xué)的發(fā)展，機械手應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴充。到現(xiàn)在，機械手不僅適用于傳統(tǒng)的制造業(yè)，如采礦石油冶煉、醫(yī)藥化工、造車造船等領(lǐng)域，并擴展到核能、航空、航天、生物化學(xué)等高科技領(lǐng)域以及家居清潔、醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)領(lǐng)域。
1.2設(shè)計目的
畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生最后一個非常重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生學(xué)習(xí)綜合基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能，解決專業(yè)工程和技術(shù)問題的范圍和基礎(chǔ)訓(xùn)練。從事相關(guān)技術(shù)工作和未來的職業(yè)發(fā)展具有一定的意義。
1.3課題內(nèi)容和設(shè)計要求
（一）原始數(shù)據(jù)及資料
（1）原始數(shù)據(jù)：
A.生產(chǎn)綱領(lǐng)：100000件
B.自由度（四個自由度）
臂轉(zhuǎn)動180o
臂上下運動600mm
臂伸長（收縮）500mm
手部轉(zhuǎn)動90o
（2）設(shè)計要求：
a、車床上料機械手設(shè)計圖、裝配圖、各主要零件圖（共一套）
b、設(shè)計計算說明書（一份）
（3）技術(shù)要求
主要參數(shù)的確定：
a、坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)系
b、臂的運動行程：伸縮運動500mm，回轉(zhuǎn)運動180o。
c、運動速度：符合生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求達標(biāo)。
d、控制方式：起止設(shè)定位置。
e、定位精度：±3mm。
f、手指握力：60kg
g、驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動。
（二）料槽形式與動作要求的分析
（1）料槽形式
機械手安裝簡易圖如圖1所示，該裝配布局簡單，不必要其它動力源和特殊裝置，所以本課題采取此種輸料槽.
圖1 機械手安裝簡易圖
（2）動作要求分析
動作一：手臂伸長到料區(qū)
動作二：手爪夾緊
動作三：手臂上升
動作四：手腕旋轉(zhuǎn)
動作五：手臂旋轉(zhuǎn)
動作六：小臂伸長
動作七：機座移動
動作八：手部松開
動作九：小臂縮回
動作十：手腕回轉(zhuǎn)
動作十一：機座移回
動作十二：手臂回轉(zhuǎn)
動作十三：手臂下降
1.4 機械手系統(tǒng)工作原理及組成
機械手系統(tǒng)工作原理框圖如圖2所示。
圖2 機械手的系統(tǒng)工作原理框圖
機械手的工作原理：機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用氣壓傳動方式，來實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置.
機械手的工作原理：執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動機構(gòu)、控制裝置以及位置檢測系統(tǒng)等組成了機械手的主要構(gòu)造。在PLC自動控制系統(tǒng)程序的控制下，利用氣壓傳動手段，實現(xiàn)了執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)部位按規(guī)定要求發(fā)生，有順序且有運動軌跡，有穩(wěn)定速度且有時間動作。同時按照控制系統(tǒng)信息發(fā)出指令對于執(zhí)行裝置，有必要時可以對機械手進行動作監(jiān)視，每當(dāng)動作有誤差或發(fā)生故障立即發(fā)出報警。位置檢測系統(tǒng)立即將執(zhí)行裝置的實際位置反饋給控制裝置，并進行比較，最后通過控制系統(tǒng)進行微觀或者宏觀的調(diào)整，進而使執(zhí)行裝置以高精度達到設(shè)定位置.
(一)執(zhí)行機構(gòu)
包括以下部分：
1、手部
即與物件接觸的部件。根據(jù)接觸方式細(xì)分，可分為夾持式和吸附式機械手，在本研究方向中我們采用夾持式機械手。夾持式機械手手部由手指和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是指物件直接接觸的裝置，常見的手指運動形式有兩種：回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型機械手構(gòu)造簡單，制造方便成本低，因而得到廣泛應(yīng)用。平移型機械手較少，主要原因是裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，然而平移型機械手夾持圓形零件時，工件直徑變化并沒有導(dǎo)致其軸心的位置失位，因此適合夾持直徑變化范圍波動較大工件。手指結(jié)構(gòu)影響因素有：表面形狀、被抓部位(是外廓或者是內(nèi)孔)以及物件的重量和尺寸。
2、手腕
是連接手部及手臂的裝置，可用于調(diào)試被抓取物件的方向(或姿勢)
3、手臂
手臂是被抓物件、手部、手腕用來支撐的重要裝置。其作用是帶動手指從而達到抓取物件的動作，并且按程序預(yù)定要求將抓取物件抓到指定位置。機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的裝置與驅(qū)動源程序相組合，以保證機械手臂的各種運動。
4、立柱
立柱是手臂支撐部分的構(gòu)件，同時也是機械手臂的一部分，機械手臂的回轉(zhuǎn)運動與升降/俯仰運動均是和立柱有緊密的關(guān)系。機械手臂的立柱因為工作的需要，偶爾也能橫向移動，所以被稱為可移式立柱。
5、機座
機座作為機械手臂的基礎(chǔ)部分，用來執(zhí)行裝置的各構(gòu)件和驅(qū)動裝置安裝于此，故起到支撐和連接的重要作用。
(二)驅(qū)動系統(tǒng)
驅(qū)動裝置是依靠驅(qū)動機械手執(zhí)行機構(gòu)來運動的。它由動力部件、調(diào)節(jié)部件和輔助部件組成。常用的驅(qū)動裝置有液壓傳動裝置、氣壓傳動裝置、機械傳動裝置。
(三)控制系統(tǒng)
支配機械手按規(guī)定要求運動的系統(tǒng)稱之為控制系統(tǒng)。目前為止工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)是由程序控制裝置和電氣定位裝置組成。該機械手臂利用的原理是PLC程序自動控制原理，由它支配機械手規(guī)定程序運動，并且負(fù)責(zé)記憶操作者給予機械手的信息指令(如動作、軌跡、速度及時間)，于此同時，按其控制系統(tǒng)發(fā)出的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的指令，有必要時可以對機械手的各種動作進行監(jiān)視監(jiān)測，當(dāng)動作有誤差或發(fā)生故障時即進行報警。
(四)位置檢測裝置
是控制機械手用來執(zhí)行機構(gòu)的運動裝置，隨時將執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生或所處的的實際位置反饋給控制機構(gòu)，并和設(shè)定的位置一起進行比較，并通過PLC自動控制系統(tǒng)進行調(diào)整，進而使執(zhí)部件以一定的精度達到設(shè)定位置的標(biāo)準(zhǔn)。
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第2章 機械手整體設(shè)計方案論證
第2章 機械手整體設(shè)計方案論述與證明
2.1機械手的總體設(shè)計
2.1.1機械手整體結(jié)構(gòu)類型
工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式主要有：直角坐標(biāo)系，圓柱坐標(biāo)系，球面坐標(biāo)系，四類節(jié)點結(jié)構(gòu)。每個結(jié)構(gòu)并介紹了其相應(yīng)的特點。
（1）直角坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)
與三個相互垂直的直線運動，實現(xiàn)機器人在笛卡爾空間運動，如圖3。由于線性運動很容易實現(xiàn)全封閉回路的位置控制，所以直角坐標(biāo)機器人可以達到高的位置精度（米）。然而，相對機器人的結(jié)構(gòu)尺寸而言，直角坐標(biāo)機器人的運動空間相對較小。因此，我為了達到一定的運動空間，將直角坐標(biāo)機器人的結(jié)構(gòu)和尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他類型的機器人結(jié)構(gòu)。
在直角坐標(biāo)系中，機器人的工作空間主要是用于裝配和搬運作業(yè)，以及直角坐標(biāo)機器人懸臂、龍門、起重機等三種結(jié)構(gòu)。
（2）圓柱坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)
圓柱坐標(biāo)機器人的空間運動是一個旋轉(zhuǎn)運動和直線運動來實現(xiàn)的，如圖3所示。SED在裝卸作業(yè)。它的工作空間是一個圓柱形的空間。
（3）球坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)
采用雙旋轉(zhuǎn)運動和直線運動，實現(xiàn)了球面坐標(biāo)機器人的空間運動，如圖3、圖、該機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、精度高的問題。不很高。主要用于處理操作。它的工作空間是一種球形空間。
（4）關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu)
關(guān)節(jié)型機器人的空間運動是由三個旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，如柔性圖3、D關(guān)節(jié)型機器人動作、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小。相對于機器人機身尺寸，其工作空間相對較大。這種類型的機器人在工業(yè)上被廣泛使用，如焊接、噴漆、處理、裝配等操作，被廣泛應(yīng)用于這一類機器人。
關(guān)節(jié)型機器人的結(jié)構(gòu)，有2種類型的水平和垂直的關(guān)節(jié)類型
圖3 機械手總體結(jié)構(gòu)類型
2.1.2坐標(biāo)形式和機械手的自由度
根據(jù)機械臂的不同形式的運動及其組合，將坐標(biāo)型分為直角坐標(biāo)型（圖4）、圓柱坐標(biāo)型等球面坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于車床上的機械臂上有一個起升、收縮和旋轉(zhuǎn)運動（圖5）。因此，圓柱坐標(biāo)系三自由度機械手。
圖4 機械手直角坐標(biāo)系
圖5 機械手手腕轉(zhuǎn)動形式
2.1.3設(shè)計具體采用方案
機械手結(jié)構(gòu)。機械臂的基本要求是能夠快速、準(zhǔn)確地提取、提出并攜帶物體，這就要求它們具有高精度、快速響應(yīng)能力，一定的承載能力，在任何位置足夠的工作空間和靈活的自由度，可以是機器人原理的自動定位的特點是：工作的目標(biāo)分析（工件）技術(shù)，制定最合理的操作程序和工藝，并滿足系統(tǒng)的功能要求和環(huán)境條件；明確工件的形狀和材料性能、定位精度、抓取、處理應(yīng)力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)，從而進一步確定結(jié)構(gòu)和操作控制系統(tǒng)的要求；要使用標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化了設(shè)計和制造工藝，一般和具體的，實現(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)換和編程控制。機械手的設(shè)計是一個目的操作（如圖6所示），是一種適合于批量或小批量生產(chǎn)中，，可以改變程序自動處理或操作設(shè)備的作用，作用強度算子單調(diào)頻繁的場合。它可能是對惡劣的操作環(huán)境的場合。
圖6 通用車床上料機械手整體結(jié)構(gòu)
2.2機械手腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計
為了進行機械手的總體設(shè)計，它是關(guān)于腰部、手臂、手腕、末端執(zhí)行器等零件的詳細(xì)設(shè)計。
2.2.1機械手腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計要求
工業(yè)機器人的腰部是圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系和機器人的旋轉(zhuǎn)運動。它是第一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，一個機器人的運動的一部分安裝在腰部。這是你在機器人的全部重量。在機器人腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要注意以下幾個原則：
（1）腰座應(yīng)有足夠的安裝，以確保整個機器人安裝在工作中的穩(wěn)定性。
（2）腰座要承擔(dān)所有的機器人的重量和載荷，因此，機器人的底座和腰軸和軸承結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強度和剛度，以保證其承載能力。
（3）機器人的腰部是機器人的第一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。它對機器人末端的運動精度有很大的影響。因此，對腰軸系統(tǒng)的精度和剛度進行了分析和研究在設(shè)計中應(yīng)特別注意傳動鏈的設(shè)計。
（4）旋轉(zhuǎn)運動的腰部有相應(yīng)的驅(qū)動裝置，它包括驅(qū)動（電動、液壓、氣動）和減速器。該驅(qū)動裝置一般配備速度和位置傳感器，以及剎車。
（5）腰部結(jié)構(gòu)便于安裝調(diào)整。腰部與機械臂連接到可靠的定位基準(zhǔn)，以保證各關(guān)節(jié)相對位置的準(zhǔn)確度。用的調(diào)節(jié)機構(gòu)，用于調(diào)節(jié)腰部軸承間隙和減速傳動間隙。
（6）為了減小機器人運動的慣性，提高機器人的控制精度，采用了由鋁合金材料制成的普通的腰轉(zhuǎn)向運動零件二的比例，和運動的基礎(chǔ)是由鑄鐵或鑄鋼材料制成的。
2.2.2設(shè)計具體采用方案
腰圓傳動或電機通過減速器來實現(xiàn)，無論是通過振動液壓缸或液壓馬達來實現(xiàn)，目前的趨勢是使用前。由于電氣控制ACC精度可以很高，結(jié)構(gòu)緊湊，沒有設(shè)計液壓系統(tǒng)和輔助部件。考慮到腰部是第一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對鰭的影響機械手的精確性，使電機驅(qū)動實現(xiàn)對腰部的旋轉(zhuǎn)運動。通用汽車不能直接驅(qū)動，在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求，具有較大的傳輸齒輪傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩放大率。因為齒輪傳動有齒隙，傳動精度的影響，所以使用齒輪，大傳動機構(gòu)的傳動系統(tǒng)鈦（大于100），并為了降低機械臂的整體結(jié)構(gòu)，齒輪是由高強度，高硬度材料，高精度加工和制造小該齒輪傳動成的誤差。腰混凝土結(jié)構(gòu)如圖7所示。
圖7 腰座具體結(jié)構(gòu)
2.3機械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計
按照工件夾持器的要求，用三度的自由度車床進給機械臂，并可伸縮、旋轉(zhuǎn)和減少左右移動的左、右（或俯仰）。通過該列實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂和提升運動，該列的橫向運動是滑動臂。實現(xiàn)臂缸的運動。
2.3.1機械手手臂設(shè)計要求
該機器人手臂的作用是在一定的負(fù)載和一定的速度，以達到所需的工作空間的機器人運動。在機器人手臂設(shè)計中，遵循以下原則；
（1）盡可能使機器人手臂的各關(guān)節(jié)軸平行于彼此垂直的軸線應(yīng)盡可能接近，這樣，機器人可以使機器人逆運動學(xué)的簡化，有利于機器人的控制。
（2）機器人手臂結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合機器人工作空間的要求。的形狀和大小的機器人臂長的工作空間，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系的關(guān)系。但是在機器人手臂的工作最終沒有考慮機器人手腕的空間姿態(tài)，如果機器人手腕提出具體要求的態(tài)度，手臂的實現(xiàn)麗澤空間小于上述沒有考慮工作空間的手腕姿勢。
（3）為了提高機器人的運動速度和控制精度，應(yīng)保證機械臂具有足夠的強度和剛度，盡可能在結(jié)構(gòu)材料的可能，試圖緩解手臂的重量。為了使用高強度輕質(zhì)材料，通常是用高強度鋁合金制造的機械臂。目前，我在國外，也在研究碳纖維復(fù)合材料制造的機械手臂。碳纖維復(fù)合材料的拉伸強度高，抗振動，比重?。ㄌ岢鲣摰?／4比例，相當(dāng)于2 / 3），但價格昂貴，且性能穩(wěn)定，制造復(fù)雜形狀工件的存在嗎？問題，所以這不是在實際生產(chǎn)中應(yīng)用。采用有限元法對機械臂結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。為了保證所需的強度和剛度，減輕機器人手臂的重量。
（4）機器人各關(guān)節(jié)的軸承間隙應(yīng)盡可能小，以減少機械間隙引起的運動誤差。因此，所有的關(guān)節(jié)都應(yīng)該是可靠和容易的調(diào)整間隙調(diào)整機構(gòu)。
（5）機械臂相對于關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)應(yīng)盡可能的在重量平衡，從而降低電機負(fù)載和提高響應(yīng)速度的機器人手臂的運動是非常有利。在機器人手臂的設(shè)計上應(yīng)該盡可能的使用機械和電器元件的重量和安裝在機器人上的裝置，以減少不平衡如果有必要的話，機器人手臂的重量，將設(shè)計平衡機構(gòu)平衡臂剩余不平衡量。
（6）機器人手臂的結(jié)構(gòu)考慮關(guān)節(jié)限位開關(guān)具有一定的機械限位塊的緩沖能力，以及驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)等組成NTS的安裝。
2.3.2設(shè)計具體使用的程序
垂直臂（臂）升降和水平臂（臂）伸縮運動的氣動臂的重量。線性運動一般驅(qū)動、液壓驅(qū)動和電動摩托驅(qū)動滾珠絲桿來實現(xiàn)。考慮到搬運工較大，考慮工件質(zhì)量為30kg的處理，是一種中等重量，也考慮到操作器的動態(tài)性能和運動穩(wěn)定性及臂剛度安全性有了更高的要求?？紤]雙臂驅(qū)動液壓缸驅(qū)動液壓缸的選擇液壓缸是驅(qū)動元件，并執(zhí)行運動，不必設(shè)計也保持和液壓缸實現(xiàn)直線運動，控制簡單，易于實現(xiàn)控制的計算機。
由于液壓系統(tǒng)可以提供較大的驅(qū)動力，因此在驅(qū)動力、結(jié)構(gòu)的強度是比較容易實現(xiàn)的，關(guān)鍵是機械手的運動穩(wěn)定性和剛度來滿足。所以臂油缸的設(shè)計原理是缸筒直徑越大（在整個結(jié)構(gòu)允許的），那么一個核的強度。
剛度提高的同時，由于控制和具體工作要求，機械手的結(jié)構(gòu)不能太大，如果只有通過增加液壓缸孔剛ESS，無法滿足系統(tǒng)要求。因此，在設(shè)計中還增加了導(dǎo)桿機構(gòu)，小臂加兩導(dǎo)桿和活塞桿組成的等邊三角形的CRO不銹鋼截面形式，試增加剛度；大臂增加四導(dǎo)向桿，方形布局，以降低各導(dǎo)桿的質(zhì)量，采用空心結(jié)構(gòu)。通過增加一個導(dǎo)向桿，能顯著提高機械手的運動剛度和穩(wěn)定性，較好地解決了結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的問題。
2.4機械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計
機器人手臂的運動，包括腰部的旋轉(zhuǎn)運動，并給出了機器人在工作空間的運動位置，并安裝在機器人手臂的手腕末端的末端執(zhí)行器，給出了機器人在工作空間中執(zhí)行裝置的運動姿態(tài)。人的手腕的機器是機器人的末端，它用一個帶有運動的機器人的手臂，安裝在手腕末端對于空間運動軌跡的因素和運動姿態(tài)，完成工作的行動。
2.4.1機器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求
（1）機器人手腕盡可能增加關(guān)節(jié)的柔性度，可根據(jù)工作需要設(shè)計出的腕關(guān)節(jié)自由度。該機器人的腕關(guān)節(jié)自由度多，各關(guān)節(jié)運動一個角度越大，機器人手腕越來越高，機器人操作的適應(yīng)能力越強。然而，自由度，但也會使手腕結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機器人合作控制更加困難，成本將增加。因此，腕關(guān)節(jié)的自由度應(yīng)根據(jù)實際操作要求。為了滿足操作要求的前提硒，自由度。2 ～3自由度的數(shù)目，有的需要更多的自由度，和一些機器手腕的人不需要自由，一個人的運動手臂和腰部的氮可以達到任務(wù)的操作要求。因此，為了對具體問題進行具體分析，考慮多種機器人的布局、運動方案，符合要求的簡單方案。
（2）在機器人手臂末端安裝了一個機器人的手腕，在設(shè)計機器人的手腕時，應(yīng)力求減小重量和體積，結(jié)構(gòu)和力求緊湊。為了減輕重量的機器人的手腕，手腕機構(gòu)的傳動分離。腕驅(qū)動一般安裝在手臂上，而是采用直接驅(qū)動，并選用高強度鋁合金制造制作。
（3）機器人手腕必須與末端執(zhí)行器連接。因此，應(yīng)該有一個標(biāo)準(zhǔn)的連接法蘭，結(jié)構(gòu)應(yīng)該是方便的端部執(zhí)行器。
（4）機器人的手腕機構(gòu)應(yīng)具有足夠的強度和剛度，以保證傳動的力和運動的運動。
（5）建立一個可靠的傳動間隙調(diào)整機構(gòu)，減少空回間隙，提高傳動精度。
（6）將關(guān)節(jié)軸的腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)到限位開關(guān)，并設(shè)置了限位，防止超負(fù)荷造成機械損傷。
2.4.2設(shè)計程序的具體運用
通過對數(shù)控機床進給作業(yè)的詳細(xì)分析，考慮機床的具體形式和機械手的具體要求和進給操作，在下為提高安全性和可靠性，滿足工藝系統(tǒng)的要求，使機械手的結(jié)構(gòu)盡量簡單，降低了控制難度，T他設(shè)計的手腕不增加自由度。實踐證明，這是完全能夠滿足三自由度的操作要求，實現(xiàn)機器的鐵學(xué)完全足夠了。具體手指結(jié)構(gòu)如圖8所示。
圖8 車床上料機械手手指
2.5機械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.5.1機械手末端執(zhí)行器的設(shè)計要求
在機器人的末端執(zhí)行器安裝在機器人的手腕上，用于某些操作或作業(yè)附件。許多機器人的末端執(zhí)行器，以適應(yīng)不同的操作要求和操作機器人NTS。末端執(zhí)行器可分為處理、處理和測量的端部執(zhí)行器是用來指各種夾緊裝置，用于抓取或吸附的對象被攜帶。在執(zhí)行器末端加工時配有噴槍和機器人焊接、砂輪等，如銑加工工具附加裝置，以相應(yīng)的加工操作。末端執(zhí)行器是一個附加的設(shè)備，配備測量頭或傳感器測量和測試操作。
在機器人末端執(zhí)行器的設(shè)計中，應(yīng)注意以下幾個問題；
（1）根據(jù)機器人的要求，設(shè)計了機器人的末端執(zhí)行器。一個新的末端執(zhí)行器的外觀，您可以增加一個新的機器人應(yīng)用場所。因此，根據(jù)操作技術(shù)要求和人們的想象和創(chuàng)造新的機器人，將繼續(xù)擴大機器人的應(yīng)用。
（2）機器人末端執(zhí)行器的重量是物體的重量和機器人的工作力的總和。因此，機器人末端執(zhí)行器具有體積小、重量輕和緊湊的結(jié)構(gòu)重新。
（3）機器人末端執(zhí)行器的通用性和特殊性。通用的末端執(zhí)行器在結(jié)構(gòu)上是非常復(fù)雜的，很難實現(xiàn)，例如，仿人機器人靈巧手，尚未實際。目前，可用于制作結(jié)構(gòu)簡單、可操作性不強的機器人末端執(zhí)行器。從實際的工業(yè)應(yīng)用中，應(yīng)注重各種專業(yè)化的發(fā)展，機器人末端的效率高，除執(zhí)行機構(gòu)的快速更換裝置的一端，為了實現(xiàn)各種機器人的工作功能，并不提倡使用一百萬到年底的執(zhí)行器來完成各種任務(wù)。由于這個執(zhí)行器的復(fù)雜和昂貴。
（4）通用性和通用性是2個概念，通用的是一臺機器可以，多功能性是指端的有限執(zhí)行器，可以適用于不同的機器人，要求的電子和效應(yīng)的一個標(biāo)準(zhǔn)的機械接口（如法蘭），最終執(zhí)行器，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。
（5）在機器人末端執(zhí)行器應(yīng)方便安裝和維護，便于實現(xiàn)計算機控制。用計算機控制最方便的是電動執(zhí)行器。因此，礦石的主流工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)是電動式，其次是液壓、氣動（電動液壓或電-氣轉(zhuǎn)換鏈接）增加的需求驅(qū)動的接口。
2.5.2機械手驅(qū)動模式
一種機器人夾持器和機器人夾持器。對于一般工業(yè)機器人夾持器兩個手指夾持器。手指按運動可分為移動式和旋轉(zhuǎn)式，按夾緊方式，夾持內(nèi)支撐式2種。
機器人夾持器（夾持器）主要有三種驅(qū)動方式
（1）氣動驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)是電磁閥來控制運動的方向，調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)的運動速度。由于氣壓傳動系統(tǒng)電磁價格低，因此氣體動態(tài)夾緊裝置在工業(yè)上的應(yīng)用較為普遍。此外，由于氣體的可壓縮性，氣動機械手抓取運動具有一定的柔性，這是一個運動捕捉。
（2）電動驅(qū)動電機驅(qū)動夾持器應(yīng)用更廣泛。夾持器、直流伺服電機或步進電機的廣泛應(yīng)用，以及需要減速器獲得足夠大的驅(qū)動力電子與瞬間。電動驅(qū)動方式可實現(xiàn)夾持力和位置控制。然而，這個驅(qū)動不能移動防爆要求下，由于電動機可能產(chǎn)生火花和發(fā)熱。
（3）液壓驅(qū)動系統(tǒng)的液壓驅(qū)動系統(tǒng)是大的，可以實現(xiàn)連續(xù)位置控制。
2.5.3機器人夾持器的典型結(jié)構(gòu)
（1）楔式杠桿式夾持器
楔形和杠桿，以實現(xiàn)夾持器松動，打開，以把握工件。
（2）槽式夾持器
當(dāng)活塞向前移動通過一個銷槽的組合，夾緊動作和夾緊力，當(dāng)活塞向后移動時，夾持器釋放。夾持器啟閉行程較大，要適應(yīng)不同的抓取對象。
（3）連桿
夾持器的推力下的活塞，連桿和一個杠桿夾緊（放松）運動，由于杠桿放大的力量，夾持器可能產(chǎn)生較大的夾緊力。我們性和彈簧的組合使用。
（4）齒輪齒條式夾持器
夾持器通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生夾緊和松動的動作片。
（5）平行爪桿
平行四邊形機構(gòu)，因此不需要指導(dǎo)，我們可以確保夾指，保持平行運動，比平行移動的夾很多SM摩擦導(dǎo)軌所有。
2.5.4設(shè)計具體使用的程序
根據(jù)實際情況，本設(shè)計采用連桿式支架。通過活塞桿的齒條部分，中間框架的活塞桿的中間框架和活塞桿可以帶動活塞將活塞的拖拉機齒輪打開或關(guān)閉。最小開口由工件的直徑設(shè)定。根據(jù)工件的直徑80毫米的設(shè)計。文件夾結(jié)構(gòu)如圖9所示
圖9 手爪的具體結(jié)構(gòu)
2.6機械手的機械傳動機構(gòu)的設(shè)計
2.6.1工業(yè)機器人傳動機構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題
機器人是由多個自由度的多自由度空間運動機構(gòu)組成的。除了直接驅(qū)動的機器人，機器人各連桿和關(guān)節(jié)運動是由司機通過各種機械傳動機構(gòu)驅(qū)動。類似于機器人的傳動機構(gòu)和一般的機械傳動機構(gòu)。常用的機械傳動機構(gòu)機制主要在螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動，傳動帶速度等。由于傳輸元件的精度直接影響到機器人的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力。因此，我們應(yīng)設(shè)計和選擇的滿足傳輸間隙小，高精度，低摩擦，體積小，重量輕，穩(wěn)定移動、快速響應(yīng)、高傳輸轉(zhuǎn)矩、高諧振頻率等方面對伺服電機的動態(tài)性能和其它要求的傳動部件。
在設(shè)計機器人驅(qū)動機構(gòu)時應(yīng)注意以下幾個問題：
（1）為了提高機器人的運動速度和控制精度，要求各運動部件的重量輕、慣性小。因此，驅(qū)動機構(gòu)的機器人應(yīng)緊湊，重量輕，體積小。
（2）間隙調(diào)整機構(gòu)應(yīng)用于傳動鏈和運動副，以減少由反向空氣回流引起的運動誤差。
（3）靜摩擦系統(tǒng)的傳輸元件應(yīng)盡可能小，動態(tài)摩擦應(yīng)盡可能小，如果負(fù)斜率易于蠕變，降低精度，減少壽命。因此，為了使用低摩擦驅(qū)動元件和導(dǎo)向軸承部件，如滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)軌支撐等。
（4）鏈條傳動，提高傳動和軸承剛度，如預(yù)緊力法是用來改善滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動和支承剛度或交流伺服電機的轉(zhuǎn)矩，速度直接與絲杠螺母副連接，以減少中間傳動機構(gòu)的尺寸；螺桿受軸承軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸的支撐結(jié)構(gòu)。
（5）選擇最佳的傳動比，以提高系統(tǒng)的分辨率，減少等效力矩的等效力矩的執(zhí)行器輸出軸，盡可能地提高加速能力。
（6）減少反向死區(qū)的誤差，如消除傳動間隙，減少支架變形等措施。
（7）適當(dāng)?shù)淖枘岜?，阻尼機械諧振系統(tǒng)，更大的，最大的幅度越小，衰減更快；但高阻尼會使系統(tǒng)失去動量和反轉(zhuǎn)薩爾誤差增大，穩(wěn)態(tài)誤差，提高精度，減少。因此，在設(shè)計中的傳輸機制，使阻尼。
2.6.2工業(yè)機器人常用的傳動機構(gòu)形式
（一）齒輪傳動機構(gòu)
機器人常用的齒輪傳動機構(gòu)是圓柱齒輪、錐齒輪、諧波齒輪、齒輪、蝸輪等。
機器人系統(tǒng)中齒輪傳動設(shè)計中的幾個問題
（1）齒輪傳動與傳動比之間的最佳匹配。變速器傳動部分是轉(zhuǎn)矩、速度和轉(zhuǎn)向，對于伺服系統(tǒng)的減速器是一個轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，傳動齒輪比應(yīng)滿足驅(qū)動元件和負(fù)載位移和轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的匹配要求，高速、電機輸入低轉(zhuǎn)矩和低轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)矩，齒輪傳動系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的剛度和轉(zhuǎn)動慣量，以獲得相同的加速轉(zhuǎn)矩，在相同的驅(qū)動力，加速度響應(yīng)。齒輪嚙合間隙會導(dǎo)致傳動區(qū)域的動量損失），如果死是一個閉環(huán)系統(tǒng)可能會導(dǎo)致瞬態(tài)電磁不穩(wěn)定，往往使系統(tǒng)的低頻振蕩，所以盡可能的差距是小，高精度齒輪；降低生產(chǎn)成本，消除或減少齒隙調(diào)整方法，以減少嚙合間隙，提高傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
（2）最優(yōu)分配原則的傳輸率水平。當(dāng)計算傳動比的減速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，滿足動態(tài)性能性能和提高傳動精度的要求來合理分配傳動比的原則和水平如下：
輸出軸旋轉(zhuǎn)誤差最小原理。為了提高齒輪傳動系統(tǒng)的運動精度，傳動比水平應(yīng)根據(jù)“小”的原則理分布，以減少齒輪的加工誤差、安裝誤差和旋轉(zhuǎn)的角度誤差對輸出精度的影響。各級齒輪GEA轉(zhuǎn)換為總角誤差的最終輸出軸的傳動角誤差，
…………………………………………………（2-1）
式中：-----第個齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差；
-----第個齒輪的轉(zhuǎn)軸至n級輸出軸的傳動比。
則四級齒輪傳動系統(tǒng)的各級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差（、、...、）換算到末級輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為
…………（2-2）
從而顯示出總的角度誤差，主要取決于上一級齒輪的角度誤差和傳動比的大小。因此，在設(shè)計中的兩級傳動比應(yīng)采取較大，并嘗試提高加工精度。
等效轉(zhuǎn)動慣量最小原理。利用齒輪系統(tǒng)的設(shè)計原理，轉(zhuǎn)換到電機軸的轉(zhuǎn)動慣量最小，傳輸率水平的依據(jù)行政長官與“前”的順序分配，使結(jié)構(gòu)緊湊。
具體來說，有幾點：
（1）為穩(wěn)定運動的要求，在伺服系統(tǒng)的最低限度的等效力矩和總轉(zhuǎn)動的過程中，對伺服系統(tǒng)的起動和停止經(jīng)常和動態(tài)性能的要求角誤差的原理來處理。
（2）對于變速器變速器齒輪系統(tǒng)的變速器在各級傳動比最佳的使用次數(shù)的數(shù)目的同時，以避免嚙合，以減少噪音和振動。
（3）提高齒輪傳動系統(tǒng)的傳動精度，減少齒輪傳動系統(tǒng)的誤差，根據(jù)最小角度誤差的原理，對變速器的變速器進行變速在生長容易破壞齒輪傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性應(yīng)該在幾個層次上成長的開始，每一階段的生長比最好的比為1:3，有火車增加剛度，減少傳動誤差。
（4）具有比較大的傳動比傳動裝置的傳動裝置，通常需要將軸齒輪和行星齒輪系組合在一起的混合齒輪傳動。大傳動大鼠輸入輸出精度高，傳動效率高，傳動平穩(wěn)，體積小，重量輕。可以選擇諧波齒輪傳動模型。
（二）諧波齒輪傳動
諧波齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、傳動比大、傳動精度高、噪聲小、傳動平穩(wěn)、承載能力強等優(yōu)點，具有較高的效率和一系列優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人系統(tǒng)。小齒差行星齒輪傳動的諧波齒輪傳動是非常相似的，它是靠齒輪傳動的變形而引起的齒輪與齒輪的相對運動，因此諧波齒輪傳動與一般齒輪的傳動本質(zhì)是不同的。
（三）螺旋傳動
螺釘和螺母，主要用于旋轉(zhuǎn)變換為直線運動或直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。螺桿傳動，以能量傳遞為主，如螺桿新聞，杰克，主要用于傳遞運動，如機床工作臺進給絲杠。
普通螺桿（滑動摩擦）和滾珠絲杠滾動（摩擦）的滾珠絲杠的傳動點，具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低等優(yōu)點，具有自鎖能力；但摩擦阻力矩大、傳動效率低（30% ~ 40%）。雖然后者的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，但其最大優(yōu)點是摩擦阻力小，傳動效率高（分別為92%、98%），運動穩(wěn)定性好，彈性高。通過預(yù)壓，以消除間隙，提高傳動錫安的剛度；進給精度和重復(fù)定位精度高。使用壽命長；且良好的同步性、可靠的使用、簡單的潤滑，使?jié)L珠絲桿在機器中因滾珠絲桿驅(qū)動回行程不能自鎖，所以在垂直方向上的傳動，需要附加自鎖機構(gòu)或制動裝置：
（1）滾珠絲杠的精度等級；
（2）滾珠絲桿的傳動間隙及預(yù)期載荷的期望值；
（3）負(fù)載情況（靜態(tài)、動態(tài)載荷）及載量的容許值；
（4）滾珠絲桿的工作壽命；
（5）滾珠絲桿的臨界速度；
（6）滾珠絲桿的剛度；
減少滾珠絲杠的返回行程方法，采用了雙螺母結(jié)構(gòu)，是一定預(yù)緊螺母和絲杠之間的關(guān)系。這可以消除傳動間隙，提高傳動精度度和剛度。但預(yù)載荷會導(dǎo)致滾珠絲杠壽命下降，所以預(yù)載荷不應(yīng)超過1 / 3的工作負(fù)荷。
（四）同步帶傳動
比同步帶傳動是一種新型的傳動方式，在工作面和帶輪周邊都是嚙合傳動的普通皮帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點齒與齒嚙合傳動。為了保證帶和帶輪的無滑動同步傳動，齒形帶與軸承無彈性變形高強度材料，彈性滑動，以保證間距不變。同步帶傳動，傳動效率高（可達98%），節(jié)能效果好，吸收振動、低噪音、無需潤滑，傳動平穩(wěn)，高速傳輸（高達40m／s），高達10的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便，等。因此，它在機器人中有著大量的應(yīng)用，主要缺點是安裝精度高，中心距是嚴(yán)格的，而且具有一定的蠕變特性。
（五）鋼皮帶傳動
輸送帶的特點是一條和帶輪的接觸面積是無間隙傳動，摩擦阻力，無滑動，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，運行可靠低噪聲、大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、長壽命、鋼無蠕變、傳動效率。
（六）鏈傳動
在機器人的傳動鏈中進行手腕的傳遞，以減輕機器人末端執(zhí)行器的重量，一般將被腕關(guān)節(jié)驅(qū)動電機安裝在小應(yīng)的后端我或手臂關(guān)節(jié)。由于電機的距離是腕關(guān)節(jié)的傳動遠(yuǎn)，所以使用精密套筒滾子鏈傳動。
（七）鋼絲繩輪驅(qū)動
鋼絲繩輪驅(qū)動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動剛度大、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、成本低等優(yōu)點。缺點是帶輪較大，安裝面積大，加速度不太高。
2.6.3設(shè)計具體采用方案
具體到設(shè)計時，由于液壓缸的選用作為一種機械手的水平臂和一個垂直的手臂，由于液壓缸實現(xiàn)的直接驅(qū)動，它是關(guān)節(jié)機構(gòu)和動態(tài)元件。因此，它不需要中間的傳輸機制，這不僅簡化了結(jié)構(gòu)，提高精度。和瑪尼旋轉(zhuǎn)運動機器人腰一步一步的步進電機驅(qū)動，必須由傳動機構(gòu)減速增扭。經(jīng)過分析比較，選擇圓柱齒輪傳動，確保重新高精度，減少了齒輪傳動誤差引起的誤差，也大大增加了轉(zhuǎn)矩，大大降低了電機的轉(zhuǎn)速，從而使機械手的運動平穩(wěn)，動態(tài)性能良好。這里只采用第一檔傳動，采用大傳動比（100以上），齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。
2.7機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計
2.7.1機器人各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點
工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)，按電源分為液壓、氣動和電動三大類。根據(jù)需要，也可以是三種基本類型的結(jié)合在復(fù)合驅(qū)動系統(tǒng)。的基本驅(qū)動系統(tǒng)的主要功能如下。
（1）液壓驅(qū)動系統(tǒng)
由于液壓技術(shù)是一種成熟的技術(shù)，它具有很大的功率、力（或力矩）和慣性比和響應(yīng)快，易于實現(xiàn)直接驅(qū)動特性。適用于在大容量、大慣性以及在防火防爆環(huán)境中工作的機器人。但是，液壓系統(tǒng)需要進行能量轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換為電能的我為液壓能），速度控制在大多數(shù)情況下，使用油門，效率比電驅(qū)動系統(tǒng)低，液壓系統(tǒng)液體泄漏會造成對環(huán)境的污染，噪音也更高。
（2）氣動驅(qū)動系統(tǒng)
具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、價格低廉等特點。對于在，小負(fù)