【毕业设计】四自由度棒料搬运机械手毕业设计说明书

它具有寻力觉触觉视觉等进行反馈的能力。

其控制方式较第代工业机器人要复杂得多，这种机器人从年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。

第三代工业机器人即智能机器人。

这种机器人除了具有触觉视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。

并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。

这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用。

世界上工业机器人萌芽于年代的美国，经过多年的发展，已被不断地应用于人类社会很多领域，正如计算机技术样，机器人技术正在日益改变着我们的生产方式。

进入年代，世界机器人工业继续稳步增长，每年增长率保持在左右，世界上已拥有机器人数量达到万台左右，年世界机器人市场曾度出现小的低谷，近年除日本外，欧美机器人市场也开始复苏，并日益兴旺。

与全球机器人市场样，中国机器人市场也逐渐活跃，年上半年，我国从事机器人及相关技术产品研制生产的单无锡太湖学院学士学位论文位已达家，研制生产的各类工业机器人约有台，其中已用于生产的约占。

目前全国约有机器人用户家，拥有的工业机器人总台数约为台，其中从家外国公司进口的各类机器人占以上，并每年以台的速度增加。

从机器人的应用与发展来看，在很多方面工业机器人代替人力劳动已是必然的趋势，工业机器人将来必定有广阔的发展前景。

本设计中的四自由度棒料搬运机械手所实现的功能本设计中的四自由度棒料搬运机械手，主要是针对质量少于的圆形棒料的搬运。

本设计中的机械手有四个自由度，由底座的旋转，手臂的升降，手臂的伸缩，手爪的旋转组成。

本设计中的机械手是种通用型棒料搬运机械手。

通过气爪手指的不同选择可满足小于直径的棒料的搬运。

通过示教再现或程序的直接控制可实现在机械手工作范围内把棒料从指定点搬运到另指定点，并把棒料翻转过来。

通过对机械手的相应控制还可实现对棒料的排列。

本设计中的四自由度棒料搬运机械手设计的意义机器人工程是近二十多年迅速发展起来的，目前已应用与许多生产领域。

由目前的发展状况看，在可预见的将来它将在生产中扮演越来越重要的角色。

本机械手就是基于此并为提高劳动生产率产品质量和经济效益，减轻工人劳动强度而设计的。

在些劳动条件极其恶劣的条件下，工人难以用手工工作，可用本机械手代替人力劳动。

在社会不断发展的今天，机器人在工业现场中的应用也越来越广泛，用机器的力量代替人力，而将人类从繁重的体力劳动中解放出来是历史发展的趋势。

四自由度棒料搬运机械手设计机械手的总体设计设计要求要求本毕业设计要求学生掌握机器人或工业机械手的结构及工作原理，实现机械手的上升下移左移右移抓紧和放松等多个自由度，完成四自由度搬运机器人设计，要求所设计机器人能抓取定质量的工件并到达规定的地点。

机械手的组成图机械手的组成图本机械手由机械系统执行系统驱动系统控制检测系统组成。

机械系统执行系统执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括气爪手臂升降手臂伸缩底座旋转。

驱动系统为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。

本设计选用机械传动气压传动和电机驱动。

控制系统通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生或故障时发出报警信号。

机械手机械系统控制系统执行机构驱动机构气爪旋转机构伸缩机构升降机构底座电器混合驱动无锡太湖学院学士学位论文总方案的拟定由设计要求本设计机械手实现的作用自动线上有，两条输送带，之间距离为，现设计机械手将棒料工件从带送到带并将棒料翻转过来。

确定为四自由度的机械手。

其中个为旋转，个为平移。

在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。

这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。

本次设计就是在这思维下展开的。

根据设计内容和需求确定机械手，利用步进电机驱动和谐波齿轮传动来实现机器人的旋转运动利用另台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与滚珠丝杠螺母副固连在起的手臂实现上下运动考虑到本设计中的机械手工作范围不大，故利用气缸驱动实现手臂的伸缩运动末端夹持器则选用气爪来做夹持器，用小型气缸驱动夹紧。

气爪的旋转则由与气爪连接的摆动气缸实现。

其外观与工作移动方位如图图机器人外形图机器人的工作空间本机械手底座采用圆柱坐标型结构，其工作空间是个具有定角度的绕机械手转动轴的扇形体立体空间。

机器人具有较大的相对工作空间和绝对工作空间，所谓相对工作空间是指手腕端部可抵达的最大空间体积与机器人本体外壳体积之比，绝对工作空间是指手腕端部可抵达的最大空间体积，只要工件搬运点都在此范围内即可实现搬运。

下图描述了本机械手的工作空间，是顶视图。

高度即为手臂可升降的高度。

四自由度棒料搬运机械手设计图工作空间图机械手驱动系统的设计机械手驱动器机械手驱动系统包括驱动器和传动机构，它们常和执行器联成体，驱动臂，杆和载荷完成指定的运动。

常用的驱动器有电机液压和气动等驱动装置，其中采用电机驱动器是最常用的驱动方式，包括直流伺服电机，交流伺服电机及其步进电机等。

本设计中底座的旋转与手臂升降都是采用步进电机作为驱动器在第章计算说明步进电机的选择，而手臂的伸缩则选用七缸作为驱动器。

气爪的翻转是通过摆动气缸来作为驱动器。

机械手传动机构手臂的升降是步进电机通过联轴器直接与丝杆连接。

手臂上安装丝杆螺母副，从而驱动手臂的升降。

手臂的伸型气缸本气缸活塞安装有传感装置，活塞位置可以被行程开关检测到，从而实现对气缸位置的控制。

选用的控制安装附件为。

该气缸的缓冲长度为表气缸参数最大许用工作压力温度范围时推进力时推进力缓冲长度连续尺寸无锡太湖学院学士学位论文表气缸材料连接形式由于本气缸工作行程较大，且推杆端的垂直负载较大，使推杆受的弯曲应力较大。

选用该气缸的个安装附件，导向单元。

气缸直接安装在该导向单元上。

下图为该导向单元外观图图导向单元型号轴承和端盖缸筒铝高质合金钢活塞杆拉杆高质合金钢密封丁腈四自由度棒料搬运机械手设计下图为最大工作负载与导杆投影距离之间的关系图图负载特性图由上图表可查得本设计选用的气缸在最大伸长距离的情况下其最大负载为。

而气爪连工件的质量约为，摆动气缸质量为。

所以导向单元的实际总负载。

满足设计要求，该导向单元可用。

气缸用于补偿径向和轴向偏差的连轴节用户可以根据需要在这根轴上加打安装孔图导向单元与气缸连接图无锡太湖学院学士学位论文机器人控制系统的设置机械手控制器的选择工业机械于是种模仿人手动作井按设定的程序轨迹和要求代替人手抓取搬运工件或操持工具进行操作的机电体化自动化装置。

工业机械手的电气控制系统是通过控制气缸电磁换向阀，电机的正反转来实现不同的动作的，有采用单片机控制的，也有采用可编程控制器来控制的，若采用单片机控制由于电磁的工作电压高于单片机的伏电源所需驱动电流较大因而须设计功率接口电路还要进行抗干扰及其可靠性的设计。

而采用控制，则无需考虑上述问题。

有着极大的灵活性，易于模块化，当机械手工艺流程改变时，只要对点的接线稍作修改，或继电器重新分配，程序中作简单修改，补充扩展即可。

机械手的速度电机运行所需的脉冲数都可以根据给定的要求给予置。

用控制的机械手将更具灵活性可靠性降低成本，提高效率，有着很好的经济效益。

本设计机械手采用控制。

机械手控制系统的特点及对控制功能的基本要求工业机器人具有多个自由度，每个自由度般包括个伺服机构，它们必须协调起来，组成个多变量控制系统。

这种多变量的控制系统，般可用单片机计算机等来实现。

在作业中机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器按点位或轨迹运动，并保持设定的姿态。

在运动中或在规定的点位执行作业规定的操作。

在机器人的各类作业中，运动和控制方式主要有两种。

点位控制方式控制这种控制方式考虑到末端执行器在运动过程中只在些规定的点上进行操作，因此只要求末端执行器在目标点处保证准确的位姿以满足作业质量要求。

而对达到目标点的运动轨迹包括移动的路径和运动的姿态则不作任何规定，这种控制方式易于实现，但不易达到较高的定位精度，适用于上下料搬运点焊和在电路板上安插元件等只要求在目标点保持末端执行器准确的位姿的作业中。

连续轨迹控制方式控制这种控制方式要求末端执行器严格按规定的轨迹和速度在定精度要求内运动，以完成作业要求，这种必须保证机器人各关节连续同步地实现相应的运动。

这种连续轨迹运动，可看成是若干密集轨迹曲线。

若设定的点足够密，就能用点位控制的方法实现所需精度的连续轨迹运动。

本设计机械手用于棒料的点对点搬运，对运动轨迹没太大要求。

所以选用点位控制方式。

四自由度棒料搬运机械手设计控制系统的总体设计机械手控制系统的基本功能本机械手要具有回原点手动点动和自动单步连续控制的操作方式。

手动操作用按钮操作对机械手的每种运动单独进行控制。

回原点操作方式按下回原点启动按钮，机械手自动返回原点位置。

自动操作包括单步操作和连续运行两种操作方式。

操作前提是机械手须处在原点位置上。

单步操作每按次按钮，机械手完成步动作后自动停止。

连续运行系统旦启动，机械手的动作将自动地连续不断地周期性循环。

期间若按停止按钮，要完成个完整的动作循环才停止。

为方便控制系统适应各具体工作情况作小幅，整个控制系统采用模块化结构，以方便指令中的状态初始化指令来进行设计。

总软件系统包括初始化电路故障报警程序点动操作程序回原点程序及自动操作程序五大模块构成，分别解决单个问题然后再进行综合。

各结构模块如下图机械手系统模块本设计机械手完成的动作是个固定的循环动作，其循环动作如下图图机械手的动作示意图及动作顺序初始电路障碍报警程序点动操作程序回原点程序自动操作程序初始位置手臂下降夹紧手臂上升底座旋转手臂伸长手臂下降松开手臂上升手臂收缩底座旋转无锡太湖学院学士学位论文本机械手中驱动部分由电机与气动两部分组成，其中电机部分由直接控制。

而气动部分则由控制电磁筏来实现控制。

下图为气动部分原理图图气动原理表气动系统工作顺序电磁铁动作气爪夹紧气爪松开手臂伸出手臂收缩翻转工件转正气爪为了使机械手在作过程中实现自动或手动运行及运行的安全可靠，摆动气缸，手臂升降都选用限位开关控制，以给相应的电磁阑传递通断信息。

而气爪，伸缩气缸则运用其内部的位置传感器作为位置的控制。

将其传感器的信息