四自由度多用途气动机器人（机器手）结构设计及控制实现.docx

1、四自由度多用途气动机器人（机器手）结构设计及四自由度多用途气动机器人（机器手）结构设计及控制实现控制实现近几十年，随着全球科学技术的快速发展和信息化水平不断提高，出于解放劳动力、提高生产效率、经济效益和减少生产成本的目的，很多工业领域开始使用工业机器人进行生产运作。为了加深对机器人从设计到工业应用具体是怎样实现的，文章先对工业机器人的发展背景进行阐述，再对机器人（机械手）的机构设计进行介绍，其中包括手部、手腕、手臂等的设计，最终利用可编程序控制器对机器人（机械手）进行有效控制，使机器人（机械手）能够正常运作，进而出现在在更多生产企业的工作线上。机器人（Robot）一词最早出现在国外，二十世纪中

2、后期开始才得到人们的广泛关注，并被人们所熟悉，现如今，在国外，甚至国内有些工厂、企业都可以看得机器人的身影。现代的工业机器人（机器手）主要有可编程、拟人化、通用性、运用广泛这四个特点。科学技术的提高和不断创新，使得当今的工业机器人逐渐具备行走、感知、交流等多种能力。目前，美国和日本在机器人的研发方面处于世界领先水平，对全球机器人的发展最具影响。绝大多数工业机器人都是由主体、驱动系统和控制系统三个部分组成。其中主机包括臂部、腕部、手部等，大多数机器人有 3-6 个运动自由度，文章以下以四个自由度为例进行描述。机器人（机械手）在工业生产过程中能够代替人做些单调、频繁或者重复率强的长时间工作，但是机

3、器人又不是简单意义上的完全复制了人工的劳务，而是在综合了人的工作性能的基础上再结合了机器人其专有的特长。机械手是模仿人手和手臂的某些功能，在设置的特定程序下抓取、搬运物件或者操作工具的自动操作装置。机器人的发展历史经历了一系列阶段，其中机械手则是最早出现的工业机器人，机械手在工业生产中的应用能够有效地减省工人、提高生产效率、降低生产成本、提高产品的品质提升工厂形象，尤其是在某些特殊的环境下，如高温高压、有毒有害、易燃易爆、放射性较大等，机器手得到了广泛的运用。机器人（机器手）结构设计机器人（机器手）结构设计本次设计的机械手是通用气动上下料机械手，其在工业生产有较为广泛的运用。1.1 手部结构的

4、设计对手部结构的设计可以设计成可更换的结构，按照实际情况使用的是夹持式手部还是气压吸盘式结构。夹持式常用的有两指、多指和双手双指式。在设计时应该考虑手指的夹紧力，惯性力和振动性，避免因为抓力不够而致使物品掉落，对手部结构的设计还要考虑一定的开闭角和抓取的对象，因地制宜，这样才能发挥出机器手的最大作用。由于手抓的物品大多数为圆柱形，所以手指形状应该设计成 V 型。在设计时首先计算出手部驱动力的大小，然后计算出气缸的直径，最后计算出缸筒的壁厚。1.2 手腕结构的设计对于手腕结构的设计要充分理解手腕的工作原理，手腕是连接手部和手臂的重要部件，起到的是调整和改变物品的方位，考虑到机器手所抓取的物品是水

5、平放置的，所以手腕在设计的过程中，必须要设有回转运动，而实现手腕回转运动的机构是回转气缸。因此此次设计选择的是回转气缸。对回转气缸的设计首先要计算出手腕转动时所需要的驱动力矩；手腕转动件和物品的偏重会产生一个偏重力，具体表现在是对转动轴产生的一个偏重力矩，所以这时需要计算出这个偏重力矩的大小；手腕转动时也会产生摩擦，所以还需要计算出转动轴对轴颈处造成的摩擦阻力矩；再对回转气缸的驱动力矩进行计算和尺寸进行校核，1.3 手臂结构的设计机器手手臂作为手腕和手部的牵引部分，有三种气缸模式，手臂伸缩气缸、手臂升降气缸和手臂回转气缸。在进行手臂结构的设计时，要计算出这三种气缸的尺寸，并进行校核。同时在设计

6、过程中发现，机器手臂在伸缩运动时应该采用导向装置，可以有效地增加手臂的刚性，避免手臂绕轴线转动。可编程序控制器对机器人（机器手）的有效控制可编程序控制器对机器人（机器手）的有效控制可编程控制器是在工业领域应用的一种数字运算操作的电子装备。此次设计控制的对象是圆柱座标气动机械手，对机器人的有效控制可以分成四个过程。可编程序控制器有四个阶段，首先 CPU 对输入输出状态暂存器清零，随后进行自诊断，当显示一切硬件正常工作后进入第二个阶段；然后处理输入信号，把获得的各个输入端子的状态信息存放到输入输出状态暂存器中；接着再对用户程序进行扫描、运算和处理，将结果写入输出状态暂存器中，最后把暂存器中的信号取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制与被控制设备进行各种相应的动作。周而复始，使机器手能够不断运作。文章对四自由度机器人（机器手）进行研究，提出了其结构设计和控制实现的具体方法。机器人（机器手），作为一种全新的能为企业带来巨大经济效益的工具，在今后的经济发展中必然会发挥出其巨大的优势。我国也应该学习国外先进的有关机器人的科学技术，总结经验，勇于创新，加速机器人研发步伐，为我国经济的快速稳