搬運機械手監控系統的設計
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搬運機械手監控系統的設計
1 緒論 3
1.1前言 3
1.2 工業機械手的簡史 3
1.3工業機械手在生產中的應用 3
1.3.1 建造旋轉零件（轉軸、盤類、環類）自動線 3
1.3.2 在實現單機自動化方面 3
1.3.3 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 3
1.4 機械手的組成 4
1.4.1 執行機構 4
1.4.2 驅動機構 4
1.4.3 控制系統分類 5
1.5工業機械手的發展趨勢 5
1.6 本文主要研究內容 6
1.7 本章小結 6
2 機械手的總體設計方案 7
2.1 機械手基本形式的選擇 7
2.2機械手的主要部件及運動 8
2.3驅動機構的選擇 9
2.4 機械手的技術參數列表 9
2.5 本章小結 9
3 機械手手部的設計計算 9
3.1 手部設計基本要求 9
3.2 典型的手部結構 9
3.3機械手手抓的設計計算 9
3.3.1選擇手抓的類型及夾緊裝置 9
3.3.2 手抓的力學分析 10
3.3.3 夾緊力及驅動力的計算 11
3.3.4 手抓夾持范圍計算 12
3.4 機械手手抓夾持精度的分析計算 13
3.5彈簧的設計計算 14
3.6 本章小結 16
4 腕部的設計計算 17
4.1 腕部設計的基本要求 17
4.2 腕部的結構以及選擇 17
4.2.1典型的腕部結構 17
4.2.2 腕部結構和驅動機構的選擇 18
4.3 腕部的設計計算 18
4.3.1 腕部設計考慮的參數 18
4.3.2 腕部的驅動力矩計算 18
4.3.3 腕部驅動力的計算 19
4.3.4 液壓缸蓋螺釘的計算 20
4.3.5動片和輸出軸間的連接螺釘 21
4.4 本章小結 22
5 臂部的設計及有關計算 23
5.1 臂部設計的基本要求 23
5.2 手臂的典型機構以及結構的選擇 24
5.2.1 手臂的典型運動機構 24
5.2.2 手臂運動機構的選擇 24
5.3 手臂直線運動的驅動力計算 24
5.3.1 手臂摩擦力的分析與計算 24
5.3.2 手臂慣性力的計算 26
5.3.3 密封裝置的摩擦阻力 26
5.4 液壓缸工作壓力和結構的確定 26
5.5 本章小結 28
6 機身的設計計算 29
6.1 機身的整體設計 29
6.2 機身回轉機構的設計計算 30
6.3 機身升降機構的計算 34
6.3.1 手臂偏重力矩的計算 34
6.3.2 升降不自鎖條件分析計算 35
6.3.3 手臂做升降運動的液壓缸驅動力的計算 36
6.4 軸承的選擇分析 36
6.5 本章小結 37
7 ADAMS 模型的建立與仿真 38
7.1虛擬樣機技術 38
7.2 ADAMS軟件 38
7.3 手部模型的建立 40
7.4 本章小結 44
1 緒論
1.1前言
用于再現人手的的功能的技術裝置稱為 。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業生產中應用的機械手被稱為 。
工業機械手是近代自動控制領域中出現的一項新技術，并已成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分，這種新技術發展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。
工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動生產設備。工業機械手也是工業機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現在人的智能和適應性。機械手作業的準確性和環境中完成作業的能力，在國民經濟領域有著廣泛的發展空間。
機械手的發展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發展，并且取得一定的效果，受到機械工業的 。
機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環境中的工作。
機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業技術的發展，制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。
1.2 工業機械手的簡史
現代工業機械手起源于20世紀50年代初，是基于示教再現和主從控制方式、能適應產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化 。
機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。他的結構是：機體上安裝一回轉長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構，控制系統是示教型的。
1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰，用液壓驅動；控制系統用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產工業機械手。
1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉，臂可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動，控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的基礎。
1978年美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vic-arm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差可小于±1毫米。
美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結構，降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到±0.1毫米。
德國機器制造業是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。
瑞士RETAB公司生產一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。
瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。
日本是工業機械手發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。1979年日本機械手的產值達443億日元，產量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機械手產值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產量達56900臺。在數量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業，其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。
第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。目前國外已經出現了觸覺和視覺機械手。
第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系。并逐步發展成為柔性制造系統FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環。
隨著工業機器手（機械人）研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。
7.4 本章小結
通過本章，對機械手的手部進行了建模，并對結果以曲線的形式輸出仿真結果。對于ADAMS建模，在ADAMS/View提供有零件庫，可以創建各種基本的物體。對于復雜形狀的物體，可以使用ADAMS/Exchange模塊從其它CAD軟件（如：Pro/e）中輸入零件模型。
致 謝
本次畢業設計，是老師考慮到學生日后的研究方向而特意為我安排的。通過這次訓練，提高了自己的動手能力、設計能力和編程水平，為學生日后順利進入機器人這一深邃的科研領域作下了鋪墊。本次畢業設計，學生收獲頗多，這與于老師的悉心指導是分不開的。老師公務繁忙，但是還是經常抽時間來視察學生畢業設計進度，就畢業設計過程中遇到的問題給予耐心指導，敦敦教誨，身體力行，實在令學生欽佩感動不已！特此，學生鄭重向于老師表示感謝！
另外，學生還要感謝師兄，他們在學生畢業設計的過程中給出了許多有益的建議，特此表示感謝！
參考文獻
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