机电一体化毕业设计（论文）生产线智能传输系统机械手手腕解析.doc

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1、 毕 业 设 计题目_生产线智能传输系统机械手手腕解析 姓 名： 学 号： 系（院）： 机电工程学院 班 级：D09机电二班 指导教师： 职 称： 助教 二O一二 年 五 月 三十 日摘要随着生活水平不断提高和发展，高强度，高危险和普通乏味的工作不在困扰这我们。然而对于机器人动作的灵敏度、精密度有了更高的要求。根据其所处的环境、机器人需要执行的任务和机器人所配备的传感器等。来进行选择。本论文讲解的各种常用的机械手手腕结构和基本原理，和在生产线中的实际应用，描述讨论了关节变量空间。主要分析了各方位的自由度的要求、实现方式以及驱动原件的分析与介绍，以实现理论与实践的结合目的。关键词：工作环境；传感

2、器；自由度；限位系统；坐标系。ABSTRACTAs living standards improve and development, high strength, high risk and ordinary dull job is not in trouble this us. However, to the sensitivity, precision robot action have higher requirements. According to its surroundings, robots need to perform tasks and the robot equipp

3、ed with sensors, etc. To choose. This paper explained the various kinds of wrist structure and basic principle manipulator, and in the production line in the practical application, describe the joint variables discussed space. Mainly analysis the parties of the requirements of a degree of freedom an

4、d realization and drive the original analysis and introduces, in order to realize the combination of theory with practice purposes. Keywords: Work Environment, Sensors, Freedom, Limit System, Coordinate System.目录摘要1一、概论4二、手腕的特点及要求5三、手腕的分类61、按自由度数目来分6（1）单自由度手腕6（2）二自由度手腕7（3）三自由度手腕92、按驱动方式来分11（1）直接驱动手腕

5、11（2）远距离传动手腕12四、实际中的典型结构131、摆动液压缸132、单自由度回转运动手腕143、双回转油缸驱动手腕15五、总结体会16参考文献17致谢18一 概论机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件,它的作用是调节或改变工件的方位, 因而它具有独立的自由度,以使机器人末端操作器适应复杂的动作要求。为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的旋转运动。这便是腕部运动的三个自由度，分别称为手腕的回转R、手腕的俯仰P和手腕的摆动Y。6并不是所有的手腕都必须具备三个自由度，而是根据实际使用的工作性能要求来确定。 图1.1腕部坐标系 图1.2手腕的摆动 图1.3手腕的

6、俯仰 图1.4手腕的回转上述三图分别是手臂根据相应坐标的运动部署，在实际工作生产中，可根据抓取物的相应位置、材料、颜色和形状等来作出其运动的判定依据。其中要结合PLC及生产线的相应科技来实现。如：传感器技术：利用电容式传感器来判定物体的有无；电感式传感器来判断物体的材料；用漫反射式传感器来判定物体的颜色等。二 手腕的特点及要求在分析机械手手腕的特点和要求的的时候，要考虑到机械手的组成及各部分关系概述机械手由三大部分（机械部分、传感部分、控制部分）六个子系统（驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统、控制系统）组成。机械结构系统：机器人的机械结构又主要包括末端操作器、

7、手腕、手臂、机身（立柱）。5驱动系统：驱动器是把从动力源获得的能量变换成机械能，使机器人各关节工作的装置，常见的驱动形式有步进电机驱动、直流电机驱动、交流电机驱动、液压驱动、气压驱动以及近些年出现的一些特殊的新型驱动（例如超声波驱动、磁致伸缩驱动、静电驱动等）。2 5控制系统：机器人的控制方式多种多样，根据作业任务不同，主要可分为点位控制方式（PTP）、连续轨迹控制方式（CP）、力（力矩）控制方式和智能控制方式。2综合以上分析，主要特点要求可以分为：1.结构紧凑、重量轻；2.动作灵活、平稳，定位精度高；3.强度、刚度高；4.合理连接结构，传感器和驱动装置的合理布局及安装等；5.要适应工作环境的

8、需要。三 手腕的分类1 按自由度数目来分手腕按自由度数目来分, 可分为单自由度手腕、 二自由度手腕和三自由度手腕。 （1）单自由度手腕 图3.1.1 R手腕 如图所示。它是一种回转关节, 它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴形式。 这种R关节旋转角度大, 可达到360以上。 图3.1.2 B手腕 图3.1.3 B手腕上两图是一种俯仰、摆动关节(简称B关节), 关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直。 这种B关节因为受到结构上的干涉, 旋转角度小, 大大限制了方向角。图3.1.4移动关节，也称T手腕图3.1.5 T手腕实际应用问题解决：实际应用中的平移机械手，在生产线中不是经常应用。就是能实现简单

9、位移动作，所以在实际生产线中不常应用。（2）二自由度手腕二自由的手腕的设计与应用实际上就是利用单自由度手腕的组合应用来实现的。但是，也有少许注意。 图3.1.6 BR手腕二自由度手腕可以由一个R关节和一个B关节组成BR手腕。图3.1.7 BB手腕也可以由两个B关节组成BB手腕。图3.1.8 RR手腕注意：不能由两个R关节组成RR手腕, 因为两个R共轴线, 所以退化了一个自由度, 实际只构成了单自由度手腕。图3.1.9 二自由度手腕应用一两自由度的机械手运动轨迹，做生产线常用的位移调整。实际应用中很是常见。图3.1.10 二自由度手腕应用实例及原理1问题解决：从上图我们也可以看出它的实际应用价值

10、，实现：取料、平移、卸料的功用。例如：在电气插头的生产线中所用的机械手就是应用的这种手腕。灵活方便，实际应用性强。（3）三自由度手腕图3.1.11 三自由度手腕实例三自由度手腕可以由B关节和R关节组成许多种形式。下面均属于三自由度手腕的组合解析图。图3.1.12 BBR手腕上图所示是通常见到的BBR手腕, 使手部具有俯仰、 偏转和翻转运动, 即RPY运动。图3.1.13 BRR手腕上图所示是一个B关节和两个R关节组成的BRR手腕, 为了不使自由度退化, 使手部产生RPY运动,第一个R关节必须进行如图所示的偏置。图3.1.14 RRR手腕上图所示是三个R关节组成的RRR手腕,它也可以实现手部RP

11、Y运动。图3.1.15 BBB手腕上图所示是BBB手腕, 很明显, 它已退化为二自由度手腕,只有PY运动,实际上不采用这种手腕。 此外, B关节和R关节排列的次序不同,也会产生不同的效果,同时产生了其它形式的三自由度手腕。为了使手腕结构紧凑, 通常把两个B关节安装在一个十字接头上, 这对于BBR手腕来说， 大大减小了手腕纵向尺寸。 图3.1.16三自由度手腕的实例6问题解决：三自由度机械手的灵活性有了很大的提高和应用价值，图5、图2是实际的应用方式，不仅可以实现被加工件的平移、上料、卸料，还可以实现在一定角度内的旋转，及复合的动作要求。应用起来更显得便利、方便。2 按驱动方式来分手腕按驱动方式

12、来分,可分为直接驱动手腕和远距离传动手腕。 （1）直接驱动手腕图3.2.1所示为一种液压直接驱动BBR手腕, 设计紧凑巧妙。 M1、M2、M3是液压马达, 直接驱动手腕的偏转、 俯仰和翻转三个自由度轴。4图3.2.1 液压直接驱动BBR手腕（2）远距离传动手腕图3.2.2所示为一种远距离传动的RBR手腕。这种远距离传动的好处是可以把尺寸、重量都较大的驱动源放在远离手腕处, 有时放在手臂的后端作平衡重量用,这不仅减轻了手腕的整体重量, 而且改善了机器人的整体结构的平衡性。图3.2.2 远距离传动的RBR手腕四 实际中的典型结构1 摆动液压缸（又称回转液压缸 图4.1.1）（1）结构由缸体、隔板、

13、叶片、花键套等主要部件构成。其中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱动轴连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。（2）工作原理在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩使被驱动轴转动。摆动缸转角在270左右。4图4.1.1 摆动液压缸2 单自由度回转运动手腕（图4.2.1） 图4.2.1 单自由度回转运动手腕4（1）结构特点机器人手部的张合是由汽缸驱动的，而手腕的回转运动则由回转液压缸实现。（2）工作原理将夹紧汽缸的外壳与摆动油缸的动片连接在一起，当摆动液压缸中不同的油腔中进油时，即可实现手腕不同方向的摆动。3、双回转

14、油缸驱动手腕（图4.3.1） 图4.3.1双回转油缸驱动手腕（1）结构特点采用双回转油缸驱动，一个带动手腕作俯仰运动，另一个油缸带动手腕作回转运动。（2）V-V视图表示回转缸中动片带动回转油缸的刚体，定片与固定中心轴联结实现俯仰运动；L-L视图表示回转缸中动片与回转中心轴联结，定片与油缸缸体联结实现回转运动。4五 总结体会通过上述简单的分析与论述，可以清楚的知道：在智能生产线化系统中，机械手的重要性。然而简单的单一自由度手腕是不能满足以后的生产需要的。在这次研究分析中，我们只是对一些简单的、常用的机械手手腕进行了分析。然而，对于多自由度的机械手手腕还是不尽完美。在第四个层次中，我们所主要阐述和

15、所举的实例，大都是液压控制驱动的，对于数字化化控制方面还欠层次性和深入性。如果有可能对生产线智能传输系统机械手手腕作进一步的研究和分析，我希望是数字化控制液压及机械全方位的也就是数控整套系统的研究与开发。更重要的是能与实际生产相结合，建议多做实际性的验证，最终取得骄人的成就！对于工业机械化、自动化势必是机械领域的重要发展趋向。我深知以后的发展这些根本就不能称什么，只能算是九牛一毛。相比之下专业知识的重要性更显突出。机器人在今后的生活中将扮演着更重要的角色。我始终都认为设计是一种技能的延伸与实施，而论述与分析则是对于一件事物的巩固及加强。相信在一定的基础之下才会有更好的发展和成就。参 考 文 献1何庆. 机械生产实习教程与范例 M.北京: 电子工业出版社,2011.2段铁群. 机械系统设计 M.北京: 科学出版社,2010.3闻邦椿.机械设计手册M.北京: 机械工业出版,2010.4白柳.液压与气压传动M.北京: 机械工业出版社,2009.5 杨义勇.机械系统动力学M.北京: 清华大学出版社,2009. 6 杨可桢. 机械设计基础M.北京:高等教育出版社,2006. 致谢通过这次毕业论文的强化训练，使我对于机械自动化有了更多的认识，在这次任务中，对于机械手手腕分析还有所不足，相信在以后的工作生活中会有更好的进步。在此我感谢老师的谆谆教诲和同学们对我的帮助。谢谢！