物料搬运手部系列的设计2.doc

目 录 1 引言 1 1.1 机器人概述 1 1.2 机器人的研究历史及现状 1 1.3 机器人的发展趋势 2 2 手部的设计与计算 3 2.1 手部的设计 3 2.2 驱动方式 3 2.3 手部夹紧力的计算 5 2.4 弹簧的计算[6] 5 2.5 手部电机选择原则【7】 7 2.5.1 一般执行电机的选择原则 7 2.5.2 电机的选用 8 2.6 手部电机参数计算 9 2.7 电机转速与夹紧力速度几何关系的确定 10 3 手臂的设计与计算 10 3.1 手臂结构设计 10 3.2 手部质量计算 11 3.2.1 爪子的质量计算 11 3.2.2 手部外壳质量计算 11 3.2.3 手部主轴的质量计算 12 3.2.4 其它部件的质量估算 12 3.3 手臂计算及电机选择 13 4 结 论 14 【参 考 文 献】 15 致 谢 16 附录1：英文文献 17 附录2：英文文献翻译 20 摘 要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，一般采取示教再现的工作方式。 针对用于给冲压设备运送物料的物料搬运机器人的手部系统进行设计。通过对机器人的大臂、小臂和机械手的结构的设计，选择合适的传动方式、驱动方式包括伺服电机、步进电机和传动方式的选择，以实现关节的伺服控制和制动问题，以及搬运时的抓紧力、抓紧方式，从而实现物料的准确搬运。 关键词：机器人；机械手；伺服；制动 ABSTRACT 1 引言 1.1 机器人概述 “工业机器人”（Industrial Robot）多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置，国内称作工业机器人或通用机器人。 机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优点，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人【1】。 要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动—传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。一般而言，机器人通常就是由这三部分组成，这些系统的性能就决定了机器人的性能。如图 1 所示。 目前，工业机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无论是数量、品种，还是性能方面都还不能完全满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的工作环境。 在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就会导致零部件甚至机器人本身的损坏。 我国虽然开始研制工业机器人的时间仅比日本晚5～6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢【4】。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。 1.3 机器人的发展趋势 随着现代化生产技术的提高，机器人的设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统相结合，从而改变目前机械制造的人工操以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合； （3）研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。 对于现代智能机器人而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机器人“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，以及机器人的触觉装置。 2 手部的设计与计算 2.1 手部的设计 工业机器人的手又称为末端执行器，它是机器人直接用于抓取和握紧（吸附）专用工具（如喷枪、扳手、焊具、喷头等）进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量。 2.2 驱动方式 机械手常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。这三种方法各有所长，各种驱动方式的特