四自由度多用途氣動機器人(機器手)結(jié)構(gòu)設計及控制實現(xiàn)

上傳人:hong****2021 文檔編號:28192739 上傳時間:2021-08-23 格式:DOCX 頁數(shù):5 大?。?3.73KB
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1、四自由度多用途氣動機器人(機器手)結(jié)構(gòu)設計及控制實現(xiàn) 近幾十年,隨著全球科學技術(shù)的快速發(fā)展和信息化水平不斷提高,出于解放勞動力、提高生產(chǎn)效率、經(jīng)濟效益和減少生產(chǎn)成本的目的,很多工業(yè)領(lǐng)域開始使用工業(yè)機器人進行生產(chǎn)運作。為了加深對機器人從設計到工業(yè)應用具體是怎樣實現(xiàn)的,文章先對工業(yè)機器人的發(fā)展背景進行闡述,再對機器人(機械手)的機構(gòu)設計進行介紹,其中包括手部、手腕、手臂等的設計,最終利用可編程序控制器對機器人(機械手)進行有效控制,使機器人(機械手)能夠正常運作,進而出現(xiàn)在在更多生產(chǎn)企業(yè)的工作線上。 機器人(Robot)一詞最早出現(xiàn)在國外,二十世紀中后期開始

2、才得到人們的廣泛關(guān)注,并被人們所熟悉,現(xiàn)如今,在國外,甚至國內(nèi)有些工廠、企業(yè)都可以看得機器人的身影。現(xiàn)代的工業(yè)機器人(機器手)主要有可編程、擬人化、通用性、運用廣泛這四個特點。科學技術(shù)的提高和不斷創(chuàng)新,使得當今的工業(yè)機器人逐漸具備行走、感知、交流等多種能力。目前,美國和日本在機器人的研發(fā)方面處于世界領(lǐng)先水平,對全球機器人的發(fā)展最具影響。絕大多數(shù)工業(yè)機器人都是由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個部分組成。其中主機包括臂部、腕部、手部等,大多數(shù)機器人有3-6個運動自由度,文章以下以四個自由度為例進行描述。機器人(機械手)在工業(yè)生產(chǎn)過程中能夠代替人做些單調(diào)、頻繁或者重復率強的長時間工作,但是機器人又不是簡

3、單意義上的完全復制了人工的勞務,而是在綜合了人的工作性能的基礎(chǔ)上再結(jié)合了機器人其專有的特長。機械手是模仿人手和手臂的某些功能,在設置的特定程序下抓取、搬運物件或者操作工具的自動操作裝置。機器人的發(fā)展歷史經(jīng)歷了一系列階段,其中機械手則是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人,機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應用能夠有效地減省工人、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的品質(zhì)提升工廠形象,尤其是在某些特殊的環(huán)境下,如高溫高壓、有毒有害、易燃易爆、放射性較大等,機器手得到了廣泛的運用。 機器人(機器手)結(jié)構(gòu)設計 本次設計的機械手是通用氣動上下料機械手,其在工業(yè)生產(chǎn)有較為廣泛的運用。 1.1手部結(jié)構(gòu)的設計

4、 對手部結(jié)構(gòu)的設計可以設計成可更換的結(jié)構(gòu),按照實際情況使用的是夾持式手部還是氣壓吸盤式結(jié)構(gòu)。夾持式常用的有兩指、多指和雙手雙指式。在設計時應該考慮手指的夾緊力,慣性力和振動性,避免因為抓力不夠而致使物品掉落,對手部結(jié)構(gòu)的設計還要考慮一定的開閉角和抓取的對象,因地制宜,這樣才能發(fā)揮出機器手的最大作用。由于手抓的物品大多數(shù)為圓柱形,所以手指形狀應該設計成V型。在設計時首先計算出手部驅(qū)動力的大小,然后計算出氣缸的直徑,最后計算出缸筒的壁厚。 1.2手腕結(jié)構(gòu)的設計 對于手腕結(jié)構(gòu)的設計要充分理解手腕的工作原理,手腕是連接手部和手臂的重要部件,起到的是調(diào)整和改變物品的方位,考慮到機器手

5、所抓取的物品是水平放置的,所以手腕在設計的過程中,必須要設有回轉(zhuǎn)運動,而實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)是回轉(zhuǎn)氣缸。因此此次設計選擇的是回轉(zhuǎn)氣缸。對回轉(zhuǎn)氣缸的設計首先要計算出手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩;手腕轉(zhuǎn)動件和物品的偏重會產(chǎn)生一個偏重力,具體表現(xiàn)在是對轉(zhuǎn)動軸產(chǎn)生的一個偏重力矩,所以這時需要計算出這個偏重力矩的大小;手腕轉(zhuǎn)動時也會產(chǎn)生摩擦,所以還需要計算出轉(zhuǎn)動軸對軸頸處造成的摩擦阻力矩;再對回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩進行計算和尺寸進行校核, 1.3手臂結(jié)構(gòu)的設計 機器手手臂作為手腕和手部的牽引部分,有三種氣缸模式,手臂伸縮氣缸、手臂升降氣缸和手臂回轉(zhuǎn)氣缸。在進行手臂結(jié)構(gòu)的設計時,要計算出這三種

6、氣缸的尺寸,并進行校核。同時在設計過程中發(fā)現(xiàn),機器手臂在伸縮運動時應該采用導向裝置,可以有效地增加手臂的剛性,避免手臂繞軸線轉(zhuǎn)動。 可編程序控制器對機器人(機器手)的有效控制 可編程控制器是在工業(yè)領(lǐng)域應用的一種數(shù)字運算操作的電子裝備。此次設計控制的對象是圓柱座標氣動機械手,對機器人的有效控制可以分成四個過程。可編程序控制器有四個階段,首先CPU對輸入輸出狀態(tài)暫存器清零,隨后進行自診斷,當顯示一切硬件正常工作后進入第二個階段;然后處理輸入信號,把獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息存放到輸入輸出狀態(tài)暫存器中;接著再對用戶程序進行掃描、運算和處理,將結(jié)果寫入輸出狀態(tài)暫存器中,最后把暫存器中的信號取出,送到輸出鎖存電路,驅(qū)動輸出繼電器線圈,控制與被控制設備進行各種相應的動作。周而復始,使機器手能夠不斷運作。 文章對四自由度機器人(機器手)進行研究,提出了其結(jié)構(gòu)設計和控制實現(xiàn)的具體方法。機器人(機器手),作為一種全新的能為企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟效益的工具,在今后的經(jīng)濟發(fā)展中必然會發(fā)揮出其巨大的優(yōu)勢。我國也應該國外先進的有關(guān)機器人的科學技術(shù),總結(jié)經(jīng)驗,勇于創(chuàng)新,加速機器人研發(fā)步伐,為我國經(jīng)濟的快速穩(wěn)定發(fā)展注入一股新的力量。

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