1、工业机械手的顺序控制设计摘要：在现代工业快速发展的过程中，生产过程的机械化和自动化已成为突出主题，机械臂是在自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。而研究和掌握自动化的工业机械手的顺序控制设计，对于节约能源、减少劳动力强度、提高生产效率，改善工作环境尤为重要。研究和掌握工业机械手的顺序控制原理和方法，对于了解和掌握现在自动化流水生产线有一定的意义，通过此次设计对流水线生产的雏形有了一定的了解。本次设计主要通过查阅有关自动化生产线的书籍和电子档的有关资料，从理论上对其运动过程和控制方法有了一定的了解。然后通过对实验室的机械手结构和运动方式的观察，制定了一定的设计思路。关键词：机械手， 信号传递，
2、 顺序运动The order of industrial manipulator motion control designAbstract:In the process of the rapid development of modern industry, in the process of the production process of mechanization and automation has become a prominent theme, mechanical arm is developed in the process of the automated produc
3、tion of a new type of device. The study and master the order of the automation of industrial manipulator control design, for saving energy, reducing labor intensity, improve production efficiency, improve the working environment is particularly important.Study and master the order of industrial mani
4、pulator control principle and method, to understand and grasp now automated assembly lines has certain significance, through the design of the prototype of the assembly line production have a certain understanding. This design mainly through access to books about automatic production lines and elect
5、ronic file of the relevant information, from theory to its movement process and control methods have a certain understanding. And then through the mechanical structure and movement of the laboratory of observation, made some design ideas. Key words: manipulator, Signal transmission, Order movement目
6、录1 绪论11.1研究的背景和意义11.2研究的现状和发展趋势21.3研究的内容和研究的手段52 工业机械手62.1 工业机械手的分类和组成62.2 模块化机械手介绍92.2.1 模块化机械手定义92.2.2 模块的划分和组合原则102.2.3 模块化的作用和技术特性122.3 模块化机械手结构132.4模块机器人部件介绍153 方案的选定及设计过程193.1概述193.2 串联机器人运动学分析193.2.1空间点和向量的表示203.2.2 机器人运动方程的表示213.2.3 运动位置和坐标223.3 网络通信的介绍243.4 机器人顺序运动的具体分析253.4.1 顺序运动的设计263.4.
7、2 机械手动作的建立293.4.3此设计的具体操作过程32结 论34参考文献35致 谢36II1 绪论1.1研究的背景和意义 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。 在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完
8、成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。如果机械手发生某些偏离时，会引起零部件甚至机械本身的损坏，但若有了传感反馈自动，机械手就可以根据反馈自行调整。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出主题，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。研究和掌握自动化的工业机械手的顺序控制设计。对节约能源，减少劳动力有一定的帮助，可以更好的提高生产过程的自动化程度，便于有节奏的生产。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项
9、新技术，并已成为现代制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分的取代人工操作，其二，它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序，时间和位置来完成工件的传送和装卸，其三，它能操作必要的机具焊接和装配。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，因而受到各先进工业国家的重视，并投入了大量的人力物力加以研究和应用。在现代生产企业中，自动化程度较高，大量应用到了机械手。所以更加自动化的机械手在现代工业中就非常重要。研制工业机械手可以帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环
10、境中进行作业，尤其在高温，高压，粉尘噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更加广泛，因此机械手最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人因此一个更加自动化的机械手对现代工业来说是特别有意义的。1.2研究的现状和发展趋势机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条
11、件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部和运动机构组成。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
12、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。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要
13、由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。在现代自动化生产线上机械手具有重要的作用。冲压机械手:机械手能按照预选程序自动完成几个规定的动作，实现物体的自动夹取和运送。在冲压生产中，它不仅用于一台压力机上完成上下料工作，实现单机自动化，也可以用在由若干台压力机组成的流水生产线上，实现各压力机之间工件的自动传递，形成自动冲压生产线。在加工的各个环节中是通过机械手来实现的。机械手在自动生产线中有了不可替代的作用。（图1.1）图1.1 流水生产线 发展前景及方向： （1）重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度,它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指
14、如果动作重复多次,机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要,如果一个机器人定位不够精确,通常会显示一个固定的误差,这个误差是可以预测的,因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围,它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展,机械手的重复精度将越来越高,它的应用领域也将更广阔,如核工业和军事工业等。 （2）模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术,而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置,使机械手运动自如。模块化机械手使同
15、一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能,扩大了机械手的应用范围,是机械手的一个重要的发展方向。 （3）无给油化 为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料（如烧结金属石墨材料）的出现，构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。 （4）机电一体化由“可编程序控制器-传感器-液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件,使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”;省配线的复合集成系统,不仅减少配线、配管和元件,而且拆装简单,大大提高了系统的可靠性。而今,电磁阀的线圈功率越来越小,而PLC的输出功率在增大,由PLC直接控制线圈变得越来越可能。随着科学与技术的发展,机械手的应用领域也不断扩大。目前,机械手不仅应用于传统制造业如采矿,冶金,石油,化学,船舶等领域,同时也已开始扩大到核能,航空,航天,医药,生化等高科技领域以及家庭清洁,医疗康复等服务业领域中.如,水下机器人,抛光机器人,打毛刺机器人,擦玻璃机器人,高压线作业机器人,服装裁剪机器人,制衣机器人,管道机器人等特种机器人以及扫雷机
