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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述 姓名 許文蘭 班級 機(jī)制 1102 班 指導(dǎo)老師 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活提供耐用 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 平的重要標(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 也能有效地避 免了人身事故 關(guān)鍵詞 PLC 控制技術(shù) 機(jī)械手 應(yīng)用與發(fā)展 1 機(jī)械手的組成 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 1 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 手部 手部安裝在手臂的前端 通過手臂前端的氣動機(jī)構(gòu)帶動 手指 運(yùn)動 已 達(dá)到對產(chǎn)品的抓取與放置 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 2 手臂 手臂有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分 本課題所做的機(jī)械手采用無關(guān)節(jié)機(jī)械手 臂 其主要作用是引導(dǎo)機(jī)械手部準(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 總述 機(jī)械手的運(yùn)動離不開直線移動和轉(zhuǎn)動兩種 因此 它采用的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)主要是齒輪 齒條 步進(jìn)電動機(jī) 氣缸等 軀干是安裝手臂 動力源和執(zhí)行 機(jī)構(gòu)的支架 1 2 驅(qū)動機(jī)構(gòu) 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 以液壓氣壓傳動用的占 90 以上 而電動 機(jī)械確定用的較少 1 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 可無極變速 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 2 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 3 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 4 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)定的工作 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 1 3 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素主要包括工作順序 到達(dá)位置 動作時間和運(yùn)動速 度等 控制系統(tǒng)可根據(jù)動作的要求 設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制 它首先要標(biāo)志程序 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 PLC 控制技術(shù)在機(jī)械手控制方面也越來越多地被應(yīng)用 2 在機(jī)械工業(yè)中 機(jī)械手的應(yīng)用具有以下意義 2 1 可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于提高原材料的傳送 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 2 2 可以改善勞動條件 避免人身事故 在高溫 高壓 低溫 低壓 有灰塵 噪聲 臭味 以及有放射性或有其 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 能完成的 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 2 3 可以減少人力 便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 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) 3 國內(nèi)外研究概況 水平和發(fā)展趨勢 應(yīng)用前景 目前國內(nèi)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工 鑄造 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(jì)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 以便更好地發(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(jì)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 柔性制造系統(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 4 研究內(nèi)容 目前國際機(jī)械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 1 工業(yè)機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)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 2 機(jī)械手控制技術(shù) 重點(diǎn)研發(fā)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)式控制器已成為研究熱點(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) 3 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 多種傳感器的使 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 4 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 5 機(jī)械手遙控及監(jiān)控技術(shù) 辦自主和自主技術(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 6 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)械手的虛擬遙控操作和人機(jī)交互 7 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 8 軟機(jī)械手技術(shù) 主要用于醫(yī)療 護(hù)理 休閑和娛樂場所 傳統(tǒng)機(jī)械手設(shè) 計(jì)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 全的 機(jī)器人對人是友好的 9 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 5 總結(jié) 我國機(jī)械手的研發(fā)和應(yīng)用還處在一個發(fā)展的階段 跟美國日本等發(fā)達(dá)國家 相比還有很大的差距 很多產(chǎn)品還需進(jìn)口 特別是高靈活 高精度的機(jī)械手 要使我國機(jī)械工業(yè)更進(jìn)一步再發(fā)展壯大 就必須提高其自動化程度和生產(chǎn)效率 將人手操作變?yōu)闄C(jī)械手操作 同時 國家應(yīng)加大對機(jī)械手及機(jī)器人的研發(fā)投入 積極開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品 從根本上解決對國外產(chǎn)品的進(jìn)口需求 6 參考文獻(xiàn) 1 楊黎明 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊 第一版 國防工業(yè)出版社 1986 12 2 李允文 工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1994 8 3 侯析 劉濤 裝卸機(jī)械手設(shè)計(jì)研究 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 7 4 盧頌峰 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊 第一版 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 4 5 陳新元 張安龍 裝配線機(jī)械手電氣混合控制 液壓與氣動 2007 3 6 徐國華 譚民 移動機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢 J 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 2001 3 7 14 7 張明路 劉興榮 機(jī)器人立體視覺研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 J 信息與控制 2002 31 7 715 720 8 戈新良 張明路 多傳感器信息融合技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 J 河北 工業(yè)大學(xué)學(xué)報 2003 32 2 30 35 9 王建中 齊偉偉等 基于一種新誤差模型的移動機(jī)器人模糊控制 J 北 京理工大學(xué)學(xué)報 2006 3 10 楊欣欣 何克忠 郭木河 張拔 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的室外移動機(jī)器人前輪轉(zhuǎn) 向模型 J 自動化學(xué)報 2000 2 11 孫煒 王榷南 模糊 B 樣條基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在機(jī)器人軌跡跟蹤中的應(yīng)用 J 動力學(xué)與控制學(xué)報 2005 1 12 李允文 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) M 機(jī)械工業(yè)出版社 1996 4 6 13 張軍 封志輝 多工步搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) M 機(jī)械設(shè)計(jì) 2004 4 21 30 14 王承義編 機(jī)械手及其應(yīng)用 M 機(jī)械工業(yè)出版社 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