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在国外机械制造业中,工业机械手应用较多,发展较快。目前主要用于机床、模
锻压力机的上下料,以及点焊、喷漆等作业中,它可按照事先制定的作业程序完成规
定的操作,但是还不具备任何传感反馈能力,不能应付外界的变化。如发生某些偏离
时,就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此,国外机械手的发展趋势是大力研
制具有某些智能的机械手,使其拥有一定的传感能力,能反馈外界条件的变化,做出
相应的变更。如位置发生稍些偏差时,即能更正,并自行检测,重点是研究视觉功能
和触觉功能。
视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪(即距离传感器)以及卫
星计算机。工作时,电视照相机将物体形象变成视频信号,然后传送给计算机,以便
分析物体的种类、大小、颜色和方位,并发出指令控制机械手进行工作。
触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找
工件,通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用,然后伸向前方,抓住工件。
手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制,达到自动调整握力的
大小。总之,随着传感技术的发展,机械手的装配作业的能力将进一步提高。到 1995
年,全世界约有 50%的汽车由机械手装配。
现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相合,
从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。
1.5 本论文的主要工作
本文研究了国内外机械手发展的现状,通过学习机械手的工作原理,熟悉了搬运
机器人的运动机理。在此基础上,确定了四自由度搬运机器人的基本系统结构,对搬
运机器人的结构进行了简单的强度计算,完成了搬运机器人机械方面的设计(包括传
动部分、执行部分、驱动部分)和简单的三维实体造型工作。
本课题将要完成的主要工作如下:
1) 选取机械手的座标型式和自由度;
2) 确定四自由度搬运机器人驱动系统的类型;
3) 确定四自由度搬运机器人的整体结构设计方案;
4) 设计出机械人的各执行机构,包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使
通用性更强,手部设计成可更换结构;
5) 零部件结构强度计算与校核;
6)绘制机器人的各零部件图,并完成搬运机器人装配图,最后运用三维软件画出
实体图;
7)控制方案的设计。
2 搬运机器人总体设计方案
对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾放和搬运物件,这就要求它们具有
高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置
都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术
要求,拟定最合理的作业工序和工艺,并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的
结构形状和材料特性,定位精度要求,抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等,
从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标准组件,简化设