大学本科毕业论文机械工程设计与自动化专业数控卧式镗铣床换刀机械手含CAD图纸.docx

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1、在当今大规模制造业中，企业为进步消费效率，保障产质量量，普遍注重消费过程的自动化程度，机械手作为自动化消费线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。机械手的技术程度和运用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的程度，目前，机械手次要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等反复性并且劳动强度极大的工作，工作方式普通采取示教再现的方式。本文将设计一台四自在度的机械手，次要的功用就是自动换刀。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子

2、板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运转过程的安全性，最终完成的目的包括：关节的伺服控制和制动成绩、实时监测机器人的各个关节的运动状况、机器人的示教编程和在线修正程序、设置参考点和回参考点。关键词：机械手，示教编程，伺服，制动ABSTRACTInthemodem1arge-sca1emanufacturingindustry,enterprisespaymoreattentionontheautomationdegreeoftheproductionprocessinordertoenhancetheproductionefficiency,andguarantee

3、theproductqua1ity.Asanimportantpartoftheautomationproduction1ine,industria1robotsaregradua11yapprovedandadoptedbyenterprises.Thetechnique1eve1andtheapp1icationdegreeofindustria1robotsref1ectthenationa11eve1oftheindustria1automationtosomeextent,current1y,industria1robotsmain1yundertakethejopsofwe1din

4、g,spraying,transportingandstowingetc.,whichareusua11ydonerepeated1yandtakehighworkstrength,andmostoftheserobotsworkinp1aybackway.InthispaperIwi11designanindustria1robotwithfourDOFs,whichisusedtocarrymateria1forapunch.FirstIwi11designthestructureofthebase,thebigarm,thesma11armandtheendmanipu1atorofth

5、erobot,thenchooseproperdrivemethodandtransmissionmethod,bui1dingthemechanica1structureoftherobot.Onthisfoundation,Iwi11designthecontro1systemoftherobot,inc1udingchoosingDAQcard,servocontro1,feedbackmethodanddesigninge1ectriccircuitofthetermina1cardandcontro1software.Greatattentionwi11bepaidonthere1i

6、abi1ityofthecontro1softwareandtherobotsafetyduringrunning.Theaimstorea1izefina11yinc1ude:servocontro1andbrakeofthejoint,monitoringthemovementofeachjointinrea1time,p1aybackprogrammingandmodifyingtheprogramon1ine,se11ingreferencepointandreturningtoreferencepoint.KEYWORDS:robotp1aybackservocontro1brake

7、机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的功能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术程度是衡量国家经济实力和科学技术程度的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化消费设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可经过编程来完成各种预期的作业义务，在构造和功能上兼有人和机器各自的优点，尤其表现了人的智能和顺应性。机械手作业的精确性和各种环境中完

8、成作业的才能，在国民经济各范畴有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化消费过程中发展起来的一种新型安装。在古代消费过程中，机械手被广泛的运用于自动消费线中，机械人的研制和消费已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它愈加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地完成与机械化和自动化的无机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵敏，但它具有能不断反复工作和劳动，不知疲劳，不怕风险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已遭到许多部门的注重，并越来越广泛地得到了运用。机械手技术触及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学范畴，是一门跨学科综合技术。机械手

9、是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自在度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。1.1 机械手的分类机械手普通分为三类：第一类是不需求人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的安装。它可以根据义务的需求编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的功能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需求人工才做的，称为操作机。它来源于原子、军事工业，先是经过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用公用机械手，次要附属于自动机床或自动线上，用以处理机床上下料和工

10、件送。这种机械手在国外称为“Mechanica1Hand”，它是为主机服务的,由主机驱动；除多数以外，工作程序普通是固定的，因此是公用的。在国外，目前次要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人。本课题所做的机械手是属于第三类机械手。1、简史机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储安装

11、。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门消费工业机械手。1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫VeWrSatran机械手。该机械手的地方立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出如今六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种UninIateTiCann型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于拆卸作业，定位误差小于1毫米。联邦德国机械制造业是从1970年开始运用机械手，次要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。联邦德国KnKa

12、公司还消费一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。日本是工业机械手发展最快、运用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研讨。前苏联自六十年代开始发展运用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。目前，工业机械手大部分还属于第一代，次要依托工人进行控制；改进的方向次要是降低成本和进步精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉才能,甚至听、想的才能。研讨安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的义务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐渐发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单

13、元FMC中的重要一环。2、运用简况古代工业中，消费过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性消费过程的自动化已基本得到处理。但在机械工业中，加工、拆卸等消费是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为完成这些工序的自动化而产生的。有材料统计：美国侧重于毛坯消费，日本侧重于机械加工。随着机械手技术的发展,运用的对象还会有所改变。机械手在锻造工业中的运用能进一步发展锻造设备的消费才能，改善热、累等劳动条件。国内机械手工业、铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料，减轻工人的劳动强度。国外铁路工业中运用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。并和机床共同组成一个综合

14、的数控加工系统。采用机械手进行拆卸更始目前研讨的重点，国外已研讨采用摄象机和力传感安装和微型计算机连在一同，能确定零件的方位达到镶装的目的。3、发展趋向目前工业机械手次要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、种类和功能方面还是不能满足工业发展的需求。在国内次要是逐渐扩大运用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在运用公用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作.业要求选择不同类

15、型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件，扩大运用范围。同时要进步速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研讨伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等功能的机械手，并考虑与计算机连用，逐渐成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中工业机械手运用较多，发展较快。目前次要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事前指定的作业程序来完成规定的操作。此外，国外机械手的发展趋向是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感才能，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如地位发生稍许偏向时，即能更正并自行检测，重点

16、是研讨视觉功能和触觉功能。目前曾经获得一定成绩。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）以及微型计算机。工作是电视照相机将物体笼统变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和地位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制安装。工作机遇械手首先伸出手指寻觅工作，经过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向后方，抓住工件。手的抓力大小经过装在手指内的敏感元件来控制，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拆卸作业的才能也将进一步进步。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作形态。1.2 机械手的组成机械手次要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。其组成及互相关系如下图:k执行机构（如图1.2-1所示）图1.2-1（1） 手部手部安装在手臂的前端。手臂