四自由度多用途气动机器人(机器手)结构设计及控制实现.doc

四自由度多用途气动机器人〔机器手〕结构制定及控制实现
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升，出于解放劳作力、提升生产效率、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制定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〕的机构制定进行介绍，其中包括手部、手腕、手臂等的制定，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。科学技术的提升和不断革新，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、提升生产效率、降低生产成本、提升产品的品质提升工厂形象，尤其是在某些特别的环境下，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〕结构制定
本次制定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。

对手部结构的制定可以制定成可改换的结构，按照实际状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。在制按时应该合计手指的夹紧力，惯性力和振动性，避免因为抓力不够而致使物品掉落，对手部结构的制定还要合计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，所以手指形状应该制定成V型。在制按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。

关于手腕结构的制定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，合计到机器手所抓取的物品是水平放置的，所以手腕在制定的过程中，必必需要设有回转运动，而实现手腕回转运动的机构是回转气缸。因此此次制定选择的是回转气缸。对回转气缸的制定首先要计算出手腕转动时所必需要的驱动力矩；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，所以这时必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，所以还必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，

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。在进行手臂结构的制按时，要计算出这三种气缸的尺寸，并进行校核。同时在制定过程中发现，机器手臂在伸缩运动时应该采纳导向装置，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。此次制定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，提出了其结构制定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庞大经济效益的工具，在今后的经济发展中必定会发挥出其庞大的优势。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，勇于革新，加速机器人研发步伐，为我国经济的快速稳定发展注入一股新的力量。