工業(yè)機(jī)器人商城為您發(fā)布動(dòng)態(tài)信息：

　　建筑技術(shù)研究 第2卷◆第 1期◆版本 1.0◆2019 年1月

　　文章類型：論文

　　刊號(hào)（ISSN）：2630-4651

　　Copyright c This word is licensed under a Commons Attibution-Non Commercial 4.0 International License. 106 Building technology research

　　工業(yè)機(jī)械手及控制設(shè)計(jì)

　　王大潤(rùn) 王馨怡

　　盤錦智人科技有限公司

　　DOI:10.32629/btr.v2i1.1765

　　[摘 要] 機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部,是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民提供耐用消費(fèi)品的行業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),還是新興產(chǎn)業(yè),都離不開各種各樣的機(jī)械裝備。機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性級(jí)、質(zhì)量和成本,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益,有很大的直接影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)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(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之上。

　　[關(guān)鍵詞] 工業(yè)；機(jī)械手；控制設(shè)計(jì)

　　1 概述

　　工業(yè)機(jī)械手(以下簡(jiǎn)稱機(jī)械手)是近代控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù),并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。這種新技術(shù)發(fā)展很快,逐漸形成一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。 機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求,遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配,從而大大的改善工人的勞動(dòng)條件,顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,回憶實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而,受到各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的重視,投入大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合,應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó),近幾年來也有較快的發(fā)展,并取得一定的效果,受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。

　　2 機(jī)械手的分類 機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序,以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的物理性能之外,還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要工人操作的,稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè),先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè),后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機(jī)械手,主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上,用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“Mechanical Hand”,它是為主機(jī)服務(wù)的,由主機(jī)驅(qū)動(dòng),除少數(shù)以外,工作程序一般是固定的,因此是專用的。在國(guó)外,目前主要是高第一類通用機(jī)械手,國(guó)外稱為機(jī)械人。本篇所分析的機(jī)械手是屬于第三類專用機(jī)械手。

　　3 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成

　　3.1 系統(tǒng)組成 本機(jī)械手系統(tǒng)由機(jī)體,傳送機(jī)構(gòu),動(dòng)力源和控制裝置四部分組成。其中機(jī)體由小車及本體等部分組成；傳送機(jī)構(gòu)主要由伸縮臂及抓取機(jī)構(gòu)所組成；動(dòng)力源由液壓驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)兩種形式構(gòu)成；控制裝置主要由自動(dòng)控制和手動(dòng)控制二部分組成。

　　3.2 總體技術(shù)方案 把我們所涉及的比較分散的知識(shí)綜合起來,并進(jìn)行靈活應(yīng)用?，F(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)電一體化,因此我們是要我們將“機(jī)”、“電”、“液”三者結(jié)合起來。 “機(jī)”是指機(jī)械。機(jī)械手的動(dòng)作過程可分為五部分,即機(jī)械手的上升下降、機(jī)械手的前伸后退、機(jī)械手的夾緊放松、機(jī)械手的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、小車的前進(jìn)后退。在這五部分中,我們靠機(jī)械完成機(jī)械手的上升下降動(dòng)作,即本課題所做的機(jī)械手采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手臂的上升、下降方面。 滾珠螺旋傳動(dòng)是在絲杠和螺母滾道之間放入適量的滾珠,使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦,絲杠傳動(dòng)是帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)。滾珠螺旋傳動(dòng)與滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)或其他直線運(yùn)動(dòng)副相比有以下特點(diǎn)：

　　3.2.1 傳動(dòng)效率高 一般滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率達(dá) 85%-98%,為滑動(dòng)絲杠副的 3-4 倍。

　　3.2.2 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾動(dòng)摩擦系數(shù)接近常數(shù),啟動(dòng)與工作摩擦力矩差別很小。啟動(dòng)時(shí)無沖擊,低速時(shí)無爬行。

　　3.2.3 能夠預(yù)緊 預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈,提高剛度和傳動(dòng)精度,同時(shí)增加的摩擦力矩相對(duì)不大。

　　3.2.4 工作壽命長(zhǎng) 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度、高精度,具有較長(zhǎng)的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動(dòng)絲杠副的 4-10 倍以上。

　　3.2.5 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙,通過預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸的補(bǔ)償?shù)臒崤蛎?因此可達(dá)到較高的定位精度。

　　3.2.6 同步性好 用幾套相同的滾珠死杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部件,可得到較好的同步運(yùn)動(dòng)。

　　3.2.7 可靠性高 潤(rùn)滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修方便。

　　3.2.8 不自鎖 用于垂直運(yùn)動(dòng),必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。

　　3.2.9 經(jīng)濟(jì)性差,成本高 由于結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜,故制造成本高。價(jià)格往往以 mm 計(jì)算。

　　經(jīng)過計(jì)算,選擇如下： 電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Y802-2  功率：1.1W  絲杠型號(hào)：TR40*7 3.3 動(dòng)作分析 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)是指它的執(zhí)行系統(tǒng),是機(jī)械手抓持工件、進(jìn)行操作及各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件。機(jī)械部件主要包括手部,手臂前后伸縮部分,手臂上下升降部分,腰轉(zhuǎn)部分以及機(jī)座和行走機(jī)構(gòu)。

　　3.3.1 手部 包括械桿手指,單向作用式握緊油缸等。其工作原理是：物體進(jìn)入手指后,拉桿受油缸作用,通過拉桿帶動(dòng)杠桿手指回轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)握緊和松開動(dòng)作。

　　3.3.2 手臂的前后伸縮部分 手臂的前后伸縮部分有直線和油缸帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)直線油缸工作時(shí),通過活塞桿行程的變化,完成手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。

　　3.3.3 手臂的上下升降部分 手臂的上下升降部分是由電動(dòng)機(jī),絲杠傳動(dòng)副,立拄等部分組成。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí),通過連軸器轉(zhuǎn)絲桿,由于絲桿螺母受到立柱的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)限制,使得螺母及手臂架只能做上下運(yùn)動(dòng)。

　　3.3.4 腰轉(zhuǎn)部分 腰轉(zhuǎn)部分主要由轉(zhuǎn)盤和回轉(zhuǎn)油缸組成。 當(dāng)壓力油進(jìn)入回轉(zhuǎn)油缸時(shí),回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn),通過活塞桿的伸縮帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的左右轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　3.3.5 行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī),齒輪,鏈條等組成。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí),通過齒輪,鏈條的傳動(dòng),帶動(dòng)小車的輪子運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)行走。

　　4  回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　4.1 執(zhí)行件 回轉(zhuǎn)裝置主要由執(zhí)行件、傳遞件、驅(qū)動(dòng)件及控制系統(tǒng)四大部分組成。 本設(shè)計(jì)選用的是回轉(zhuǎn)臺(tái)與傳遞件——鏈輪共用的一個(gè)長(zhǎng)平鍵的心軸。 驅(qū)動(dòng)傳遞件——鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng),鏈輪通過共用鍵將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接傳遞給與心軸鍵聯(lián)接的回轉(zhuǎn)臺(tái),并使之旋轉(zhuǎn)。

　　4.2 傳遞件 本課題中機(jī)械手要求作間歇往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),因此考慮采用回轉(zhuǎn)曲線傳動(dòng)。 回轉(zhuǎn)傳動(dòng)可分為齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)。 齒輪傳動(dòng)雖然效率高,工作可靠,壽命長(zhǎng)機(jī)構(gòu)緊湊,圓周速度及功率范圍廣,但制造和安裝精度要求較高,不能緩沖,無過載保護(hù)作用,低精度是噪聲大。由于本課題中機(jī)械手回轉(zhuǎn)精度要求不高,因此不予考慮。 帶傳動(dòng)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作成本低,傳動(dòng)平衡,噪聲小,能緩沖吸振,有過載保護(hù),但由于是摩擦傳動(dòng),傳動(dòng)比不恒定,傳動(dòng)效率較低,帶的使用壽命較短。 氣壓驅(qū)動(dòng)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(gè)大氣壓,個(gè)別的達(dá)到 8-10 個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是起源方便,維護(hù)簡(jiǎn)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(rùn)滑性較差,氣壓系統(tǒng)容易生銹。 為減少停機(jī)是產(chǎn)生的沖擊,氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖減震機(jī)構(gòu)。 電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力,用大減速比減速器來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。通用機(jī)械手則考慮采用同一形式的動(dòng)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(dòng)只用于固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連杠機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作切實(shí)可靠,速度高成本低。缺點(diǎn)是不易于調(diào)整。 液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、油馬達(dá)加齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、油馬達(dá)與減速器、油缸與齒條等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩,可無級(jí)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。 本課題設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)。利用液壓缸帶動(dòng)鏈輪實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)配用液壓總站,與回轉(zhuǎn)裝置并排于小車上。

　　4.3 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間和加速度等。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求,設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)然后再根據(jù)規(guī)定的程序,控制機(jī)械手進(jìn)行工作。

　　5  電氣改進(jìn)方案 電氣設(shè)計(jì)方案在設(shè)計(jì)中采用了壓力繼電器和大量的行程開關(guān)來進(jìn)行限位控制。用壓力繼電器來控制機(jī)械手的夾緊時(shí)間僅能用于夾緊硬質(zhì)物體如鐵塊。如果用來夾緊軟質(zhì)物體會(huì)造成物體的變形和損壞。且實(shí)踐證明用行程開關(guān)來限位并不是一個(gè)很好的方案。特別是在長(zhǎng)期使用后,限位會(huì)很不精確甚至失靈,這樣的話容易產(chǎn)生事故。 現(xiàn)將機(jī)械手的限位控制都改為由時(shí)間繼電器進(jìn)行控制。根據(jù)機(jī)械手的每一步工作所需經(jīng)過的路程和速度,這樣就等于用時(shí)間繼電器的自動(dòng)控制代替了行程開關(guān)的限位控制,這樣不僅簡(jiǎn)化了電氣控制線路,控制線路中無須使用順序控制來區(qū)分兩次相同動(dòng)作后產(chǎn)生的不同動(dòng)作。還使機(jī)械手動(dòng)作的定位更加精確。并且只需調(diào)整機(jī)械手的夾緊時(shí)間便可夾緊不同材質(zhì)的物體,使機(jī)械手的應(yīng)用范圍大大的擴(kuò)大。

翻譯的不好不要嫌棄啊 ?(? ???ω??? ?)?

　　【人氣商品】：

　　機(jī)器人商城產(chǎn)品推薦

　　【品牌推薦】：

　  機(jī)器人周邊產(chǎn)品總覽

　　【了解機(jī)器人】：

　　 機(jī)器人商城官網(wǎng)(網(wǎng)址打不開就+V:I99~46O3~9726機(jī)氣林)

　　上海機(jī)氣林智能科技有限公司

　　上海市青浦區(qū)華浦路 500 號(hào)

電話：021-59801300

　電話：021-59801300