机械手的学习研究报告 学校：广东技术师范学院天河学院 院系：机电工程学院 班级：12材料成型班 姓名：邓什永 学号：20120205431092015年11月15日 机械手的学习研究报告机械手的研发背景 随着自动化水平的发展，国内外出现了很多工业机器人。这些机器人广泛应用于工业，农业，军事，探险勘测等各个领域。在工业方面，机器人用于汽车工业，制造业，建筑业，重型工业还有轻工业。在农业方面，机器人用于蔬菜的收获，除草，喷药；而在军事方面，机器人用于排雷，拆弹，还有无人侦查等；在探险勘测，机器人用于人类无法进行作业的各种环境进行探测。机器人的起步始于上世纪的60年代，而国内机器人的起步比国外晚了十几年，起步于上世纪的70年代。机器人的研发一开始主要应用在工业上，国外比较成功的研发实例主要集中在欧洲和日本，比如德国的库卡机器人，瑞典的ABB,还有日本的法兰克，安川，三菱等。近年来，机器人的发展迅猛，出现了多轴联动仿人形机器人。另外国外的柔性生产系统发展也较为迅速，可以把原料自动加工成成品，自动化集成程度非常高。经过几十年的研发，国内的机器人发展也略有见效，较为知名的有沈阳新松机器人，哈尔滨工业大学海尔机器人。在自动化机床方面有华中数控和广州数控。为响应国家号召，加强我国机器人方面的研发,展现我校的研发能力。于是在去年的下半年，我校投入大量资金，对电饭锅冲压夹持机械手进行研究。经过一年多的努力，终于取得了很大的突破，该四轴联动机械手基本上可以应用在生产线上投入生产。工作原理分析机械手实体照片如下：机械手的系统工作原理框图如下图所示。 控制系统（PLC）位置检测装置驱动系统（电气驱动）执行机构机械手臂 机体座 传动机构工作手爪 机械手的系统工作原理框图机械手的工作原理：机械手工作时，PLC控制系统发出相应信号，信号传输至各个驱动器（伺服电机和气压系统）后，驱动器根据信号作出相应的动作，比如这个电机已某个速度转动几圈，另一个电机转动某一角度，而吸盘形成多少Mpa的负压等。驱动器作出动作后，机械手就会按照给定的轨迹到达某一特定的位置进行指示的工作。在整个过程中，检测装置传感器又会把机械手的运动情况反馈给控制系统，控制系统把反馈的信息与发出的指令数据进行比较。要是动作错误或发生故障，系统会马上发出警报信号。要是当前的位置与设定位置有误差，系统就会发出调整指令，使机器运动到指定位置。机械手的组成部件机械手的组成主要分为机械组件和电子电控元件。（1） 机械组件机械手的主要机械组件有工作手爪，传动机构，机械手臂和机体座等。1工作手爪机械手的工作手爪有多种形式，而我们生产车间主要有两种，一种是卡爪式，另一种是吸附式： 卡爪式工作手爪是通过气动活塞的运动实现手爪的夹持运动。吸附式工作手爪是通过真空发生器使手爪上的吸盘形成足够负压，从而把工件吸附起来。由于我们生产车间机械手的工作对象是板料，机械手的主要工作手爪形式是吸附式。吸附式工作手爪旁需安放一个扫油装置，该装置能为冲压板料表面涂油，以增强卡爪吸盘的真空吸附能力。2传动机构整个机械手中的传动构件主要有同步带轮，滚珠丝杆，导轨滑台和谐波减速器。 同步带轮具有以下特点：（1）传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；（2）传动平稳，具有缓冲，减振能力，噪声低；（3）传动效率高，节能；（4）速比范围大，具有较大的功率传递范围；（5）维护保养方便，不需要润滑，维护费低；（6）预紧力小，所受载荷小。该机械手的手臂末端和机体下方两处应用了同步带轮，确保机械手在工作时具有较高的运动精度。滚珠丝杠主要应用在机械手的升降传动上，滚珠丝杆安装在机体座上，一端连接带轮，从动部分连接滑台。在机械手升降时，滚珠丝杆的转动转变为滑台的上下运动。同样滚珠丝杆的高精度传动，微进给，没侧隙，高刚度，高进给保证了机械手升降的精度和响应速度。机械手臂的左右摆动主要是靠谐波减速器的运动来实现的。该谐波减速器的主动部位固定在机体座的上方，跟一个伺服电机相连，从动部分固定在机械手臂上。伺服电机通过减速器带动手臂转动。谐波减速器由波发生器，刚轮，柔轮三部分组成。工作时，波发生器使柔轮发生弹性变形而呈现椭圆形，使柔轮外齿与刚轮内齿部分啮合，部分脱开。从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器相反方向缓慢旋转。机械手的机体座的作用主要是固定机械手，使之处在一个确定的位置。它具有较大的刚度，防止机械手在工作时发生变形（2） 电控组成 机械手的电控组成有开关，滤波器，电路保护装置，驱动部分，控制系统，检测装置和卸荷系统等。开关是机械手的主要组成部分，它的功能是接通和断开机械手的电源，从而控制机械手的状态。开关旁边是电源指示灯，指示灯亮时表明机械手的电路是接通的。滤波器是为了让流进电路的电流波形稳定在一个区域，以免电流不稳定而损坏电路中的电子元件。电路保护装置是防止电路发生过载时引起电路中其他电子元件损坏。这里的电路保护装置是不可恢复式熔断器。当电路出现过载是，熔断器被破坏，使电路的流断开。驱动部分是机械手的动力来源，因为该机械手是四轴联动的机器，所以这里有四个伺服电机，分别为机械手的升降，摇摆，伸缩，手爪转动提供动力。下图是伺服电机的控制器：控制系统就是运动芯卡，它是机械手的核心组成部分，相当于电脑中的CPU，成本占了机械手总成本的四分之一。它在机械手中的作用是控制机械手的整个运动过程。在机械手工作的时候，运动芯卡发出相关指令驱动伺服电机作出相应的运动，检测装置把机械手的运动情况反馈到运动芯卡，芯卡把反馈的数据与设定的指令进行比较，如若机械手的运动状况与指令存在差距，芯卡会发出相应的指令进行调节。机械手运动指令的生成是通过手动示教实现的。在机械手装配完成后，通过示教过程，机械手的运动轨迹被记录在在芯卡上，并自动动生成程序保存在芯卡上。以下是运动芯卡的实物图：检测装置是保证机械手运动精度的重要组成。整个机械手总共使用了13个传感器，分别3个用来检测机械手的升降运动情况，3个用来检测机械手的摆动情况，4个检测机械手的伸缩运动情况，剩下3个安装在工作手爪上检测手爪的工作情况。这些检测装置实时把机械手的运动情况反馈给控制系统，控制系统根据反馈数据及时调整。卸荷装置也有四个，主要是在机械手需要急停的时候，把电机的动能卸去，以达到机械手在确定的位置上急停。