沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述 澆注機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計文獻(xiàn)綜述 姓名 趙利民 班級 機(jī)制 1103 指導(dǎo)教師 趙艷春 摘要 機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部 是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生提供耐用消 費(fèi)品的產(chǎn)業(yè) 機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平 的要標(biāo)志 因此 世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之 一 生產(chǎn)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展帶動了整個機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展 現(xiàn)代工業(yè)中 生產(chǎn)過程的機(jī)械化 自動化已成為突出的主題 然而在機(jī)械工業(yè) 中 加工 裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的 單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序接起來 不僅費(fèi)時而且效率不高 同時人的勞動強(qiáng)度非常大 有時還會出現(xiàn)失誤及傷害 顯然 這嚴(yán)重影響制約了整個生產(chǎn)過程的效率和自動化程度 機(jī)械手的應(yīng)用很 好的解決了這一情況 它不存在重復(fù)的偶然失誤 也能有效的避免了人身事故 機(jī)器人是一種智能機(jī)器人的簡化版本 僅僅通過模仿人類行為來幫助完成大 量人類日常生產(chǎn)和生活 操作簡單 重復(fù)率高的工作 在早期的工業(yè)機(jī)器人是一種教學(xué)和再現(xiàn)機(jī)器人 它由驅(qū)動器 教箱 框架控制器 和機(jī)械臂爪等組成 運(yùn)營商通過教學(xué)板輸入機(jī)械手的工作內(nèi)容 機(jī)器人收到啟 動命令后 將從內(nèi)存讀取相關(guān)的程序指令 完成相對的工作內(nèi)容 中期的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)配備外部傳感器設(shè)備 如觸覺傳感器 力傳感器 視覺傳 感器和語音識別設(shè)備等等 可以得到關(guān)于工作條件和操作對象的基本信息 機(jī) 器人根據(jù)信息反饋控制機(jī)械臂的運(yùn)動 現(xiàn)如今 工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展成為一個擁有高度適應(yīng)性和各種認(rèn)知功能的智能 機(jī)器人 這種機(jī)器人控制系統(tǒng)可以自行判斷決定反饋信息 使機(jī)器人在未知環(huán)境 中提前獨(dú)立操作 從事各種復(fù)雜的操作 工業(yè)機(jī)器人和其他專業(yè)自動化生產(chǎn)設(shè)備 的主要區(qū)別是 它的工作內(nèi)容可以通過改變計算機(jī)程序完成 當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)改變 工業(yè)機(jī)器人編程和輔助器具配置 付出相對較低的成本就可以快速適應(yīng)新工作 機(jī)器人機(jī)械手主要由本體和控制系統(tǒng)兩部分組成 本體部分包括機(jī)械臂 驅(qū)動器 和爪子 爪用于抓取工件 或工具 的部件 根據(jù)抓住對象的形狀 尺寸 重量 材 料和需求和結(jié)構(gòu)有很多類型 比如夾類型 類型和吸附型 等等運(yùn)動旋轉(zhuǎn)手完成各 種各樣的機(jī)械手臂 擺動 移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn) 改變抓取工件的位置和姿態(tài) 機(jī)械臂的升降 縮放 旋轉(zhuǎn) 等獨(dú)立運(yùn)動方式 稱為機(jī)械手的自由度 為了抓住 任何在空間對象的位置和方向 需要一定程度的自由 自由度是機(jī)械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù) 自由度越多 機(jī)械手的靈活性越大 通用性更廣泛 它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附件 如自動機(jī)床和自動生產(chǎn)線裝卸或轉(zhuǎn) 讓工件等 一般沒有獨(dú)立的控制裝置 一些操作需要由人直接操縱裝置 例如原 子能部門 正文 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu) 驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成 其組成及相互關(guān)系如下圖 手部安裝在手臂的前端 手臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動軸 可把動作傳給手腕 以轉(zhuǎn) 動 伸屈手腕 開閉手指 機(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)系模仿人的手指 分為無關(guān)節(jié) 固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種 手指的數(shù)量又可以分為二指 三指和四指等 其中以二指用的最多 可以根據(jù) 夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭 以適應(yīng)操作需要 手臂有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分 本課所做的機(jī)械手的手臂采用無關(guān)節(jié)臂 手臂 的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住工件 并運(yùn)送到所需要的位置上 為了使機(jī)械手能 夠正確的工作 手臂的三個自由度都需要精確的定位 總括機(jī)械手的運(yùn)動離不開直線移動和轉(zhuǎn)動二種 因此 它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要 是直線油缸 擺動油缸 電液脈沖馬達(dá) 伺服油馬達(dá) 直流伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬 達(dá)等 軀干是安裝手臂 動力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架 驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要有四種 液壓驅(qū)動 氣壓驅(qū)動 電氣驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動 其中以 液壓氣動用的最多 占 90 以上 電動 機(jī)械驅(qū)動用的較少 液壓驅(qū)動主要是通過油缸 閥 油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動 它利用油缸 馬達(dá)加 上齒輪 齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動 利用擺動油缸 馬達(dá)與減速器 油缸與齒條 齒 輪或鏈條 鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動 液壓驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是壓力高 體積小 出力大 運(yùn)動平緩 可無級變速 自鎖方便 并能在中間位置停止 缺點(diǎn)是需要配備壓 力源 系統(tǒng)復(fù)雜成本較高 氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸 氣壓馬達(dá) 氣閥等 一般采用 4 6 個大 氣壓 個別的達(dá)到 8 10 個大氣壓 它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便 維護(hù)簡單 成本低 缺點(diǎn)是出力小 體積大 由于空氣的可壓縮性大 很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止 只能用于點(diǎn)位控制 而且潤滑性較差 氣壓系統(tǒng)容易生銹 電氣驅(qū)動采用的不多 現(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動機(jī)作為動力 用大減速比減速器 來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu) 直線運(yùn)動則用電動機(jī)帶動絲杠螺母機(jī)構(gòu) 有的采用直線電動機(jī) 通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī) 直流或交流的伺服電機(jī) 變速箱等 電氣驅(qū) 動的優(yōu)點(diǎn)是動力源簡單 維護(hù) 使用方便 驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一 形式的動力 出力比較大 缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢 機(jī)械驅(qū)動只用于固定 的場合 一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作 它的優(yōu)點(diǎn)是動作確實(shí)可靠 速 度高 成本低 缺點(diǎn)是不易調(diào)整 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素 包括工作順序 到達(dá)位置 動作時間和加速度等 控制系統(tǒng)可根據(jù)動作的要求 設(shè)計采用數(shù)字順序控制 它首先要編制程序加以 存儲 然后再根據(jù)規(guī)定的程序 控制機(jī)械手進(jìn)行工作 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用 機(jī)械手 有利于提高材料的傳送 工件的裝卸 刀具的更換以及機(jī)器裝配 等的自動化程度 從而可以提高勞動生產(chǎn)率 降低生產(chǎn)成本 加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生 產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐 避免人身事故在高溫 高壓 低溫 低壓 有灰塵 噪聲 臭味 有放射 性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中 用人手直接操作是有危險或 根本不可能的 而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè) 大大地 改善了工人的勞動條件 同時 在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中 以機(jī) 械手代替人手進(jìn)行工作 可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故 應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作 這是直接減少人力的一個側(cè)面 同時由于 應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作 這是減少人力的另一個側(cè)面 因此 在自動化機(jī) 床和綜合加工自動生產(chǎn)線上目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手 以減少人力和更準(zhǔn)確地控制 生產(chǎn)的節(jié)拍 便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn) 目前國內(nèi)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工 鑄鍛 熱處理等方面 數(shù)量 品種 性能 方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要 所以 在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍 重點(diǎn)發(fā)展鑄造 熱處理方面的機(jī)械手 以減輕勞動強(qiáng)度 改善作業(yè)條件 在應(yīng) 用專用機(jī)械手的同時 相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手 有條件的還要研制示教式機(jī)械 手 計算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等 同時要提高速度 減少沖擊 正確定 位 以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用 此外還應(yīng)大力研究伺服型 記憶再現(xiàn)型 以及具有觸覺 視覺等性能的機(jī)械手 并考慮與計算機(jī)連用 逐步成為整個機(jī) 械制造系統(tǒng)中的一個基本單元 國外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多 發(fā)展也很快 目前主要用于機(jī)床 橫鍛壓力機(jī)的上下料 以及點(diǎn)焊 噴漆等作業(yè) 它可按照事先指定的作業(yè)程序 來完成規(guī)定的操作 國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手 使它具有一定的傳感能力 能反饋外界條件的變化 作相應(yīng)的變更 如位置 發(fā)生稍許偏差時 即能更正并自行檢測 重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能 目 前已經(jīng)取得一定成績 目前世界高端工業(yè)機(jī)械手均有高精化 高速化 多軸化 輕量化的發(fā)展趨 勢 定位精度可以滿足微米及亞微米級要求 運(yùn)行速度可以達(dá)到 3M S 量新 產(chǎn)品達(dá)到 6 軸 負(fù)載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG 更重要的是將機(jī)械手 柔性造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合 從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操 作狀態(tài) 同時 隨著機(jī)械手的小型化和微型化 其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機(jī) 械領(lǐng)域 而向著電子信息 生物技術(shù) 生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展 目前國際機(jī)器人界都在加大科研力度 進(jìn)行機(jī)械手共性技術(shù)的研究 并朝 著智能化和多樣化方向發(fā)展 主要研究內(nèi)容集中在以下幾個方面 工業(yè)機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計技術(shù) 探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料 進(jìn)一步提高負(fù)載 自 重比 同時機(jī)構(gòu)向著模塊化 可重構(gòu)方向發(fā)展 機(jī)械手控制技術(shù) 重點(diǎn)研究開放式 模塊化控制系統(tǒng) 人機(jī)界面更加友好 語言 圖形編程界面正在研制之中 機(jī)械手控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化 以及基 于 PC 機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器己成為研究熱點(diǎn) 編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可 操作性之外 離線編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn) 多傳感器系統(tǒng) 為進(jìn)一步提高機(jī)械手的智能和適應(yīng)性 多種傳器的使用是其 問題解決的關(guān)鍵 其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器信息融合算法 特別是 在非線性及非平穩(wěn) 非正態(tài)分布的情形下的多傳感器信息融合算法 另一個問 題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)靈巧 控制系統(tǒng)愈來愈小 二者正朝著一體化方向發(fā)展 機(jī)械手遙控及監(jiān)控技術(shù) 半自主和自主技術(shù) 多個機(jī)械手和操作者之間的協(xié)調(diào) 控制 通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)械手遙控系統(tǒng) 在有時延的情況下 建立預(yù) 先顯示進(jìn)行遙控等 虛擬機(jī)械手技術(shù) 基于多傳感器 多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場感技術(shù) 實(shí)現(xiàn) 機(jī)械手的虛擬遙操作和人機(jī)交互 多智能體調(diào)節(jié)控制技術(shù) 這是目前機(jī)械手研究的一個嶄新領(lǐng)域 主要對多智 能體的群體體系結(jié)構(gòu) 相互間的通信與磋商機(jī)理 感知與學(xué)習(xí)方法 建模和規(guī)劃 群體行為控制等方面進(jìn)行研究 軟機(jī)械手技術(shù) 主要用于醫(yī)療 護(hù)理 休閑和娛樂場合 傳統(tǒng)機(jī)械手設(shè)計未 考慮與人緊密共處 因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料 軟機(jī)械手技術(shù)要求 其結(jié)構(gòu) 控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)械手意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全 機(jī)器人對人是友好的 仿人和仿生技術(shù) 這是機(jī)械手技術(shù)發(fā)展的最高境界 目前僅在某些方面進(jìn)行 一些基礎(chǔ)研究 總結(jié) 就本次設(shè)計而言 我在所掌握的資料的基礎(chǔ)上 增加了對液壓缸設(shè)計過程 以及機(jī)械手手部和手腕結(jié)構(gòu)的分析和液壓控制系統(tǒng)的原理 這使我加深了對液 壓系統(tǒng)和有關(guān)機(jī)械手知識的認(rèn)識和理解 鞏固了以前書本上的理論知識 最重 要的是 在這次設(shè)計中 我學(xué)會了液壓設(shè)計的步驟以及分析和解決問題的方法 開闊了視野 增加了自己的知識面 同時也鍛煉了自己獨(dú)立思考和實(shí)際動手的 能力 但是 在這次設(shè)計中也存在著一些不可避免的欠缺和不足 主要是因?yàn)槿?少設(shè)計經(jīng)驗(yàn) 對許多的細(xì)節(jié)問題考慮不周 希望老師給予批評和指導(dǎo) 我會在 以后的學(xué)習(xí)和設(shè)計工作中不斷的完善和糾正自己 努力的提升自己的專業(yè)素質(zhì) 參考文獻(xiàn) 1 董林福 趙艷春 液壓與氣壓傳動 M 沈陽 化學(xué)工業(yè)出版社 2006 15 36 2 章宏甲 黃誼 液壓傳動 M 上海 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 27 59 3 成大先 機(jī)械設(shè)計手冊 M 沈陽 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 12 31 4 孫志禮 冷興聚 魏延剛等 機(jī)械設(shè)計 M 沈陽 東北大學(xué)出版社 2000 19 25 5 王承義 機(jī)械手及其應(yīng)用 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1981 13 78 6 加藤一郎 機(jī)械手圖冊 M 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1979 27 42 7 劉朝儒 彭福蔭 高政一 機(jī)械制圖 M 北京 高等教育出版社 2002 25 30 8 劉鴻文 材料力學(xué) M 北京 高等教育出版社 2012 11 15