四自由度机械臂设计

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毕、引言
机械臂是-种模拟人手操作的自动机械，又叫机械手。它可按固定程序抓娶搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械臂可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械臂主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械臂的自由度。为了抓日间中任意位置和方位的物体，需有 6个自由度 。自由度是机械臂设计的关键参数 。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。-般专用机械手有2～3个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨钾制方式可分为点位控制和连续轨钾制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，-般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
本次毕业设计在查阅相关文献资料的基础上，利用机械手完成封接环切齿，目前操作为手工操作过程，操作时操作工双手完全在冲床滑块下方，存在安全隐患。为消除这-隐患。设想采用切齿自动化替代手工操作。
二、现状及发展
近年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多始位置到不同目标位置的搬运和摆放。应用范畴也十分广泛。在工业中，自动控制系统有着广应用精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动这两项功能泛的应用，例如数控机床、智能机器人、计算机系统、模糊控来实现设计所需功能，其中，抓韧移动是两个最主要的功能。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正在改变现代该设计根据设计要求、工作原理、设计内容和需求来确定化工业的面貌。在某些劳动环境极其恶劣的条件下，就可以使机械手，机器人的旋转运动采用谐波齿轮传动和步进电机驱动用机器人来代替人力工作[[1] 刘东.四自由度机械手的设计[D].辽宁：大连交通大学机械工程学院，2014:41
][1]。
目前，工业机械手广泛应用于各种制造行业中，如电器制造行业、 汽车制造行业、 塑料加工行业、机械制造行业以及金属加工行业等。随着社会生产的进-步发展和科学技术的进步，工业机械手的功能和性能将进-步得到改善和提高， 因此， 工业机械手的应用领域将越来越广[[[]孙增圻. 机器人智能控制[M].太原：山西教育出版社， 1995:5
]]。
三、组成结构及特点
通用控制系统，包括主控系统与定位系统。目前工业机械手的控制系统，是机械手系统的核心部分， 其主要作用是使得工业机械手能够按照预定的动作正确地完成每-个动作。驱动系统，是工业机械手的动力装置， 主要作用是作为执行机构驱动源，由动力源和辅助装置组成。 当前工业机械手的发展现状前市场上的绝大部分机械手采用的驱动方式为液压驱动、 电力驱动、 气压驱动和机械方式驱动。执行机构， 是工业机械手的最终执行机构，现在的工业机械手是完成工件的取送工作，当前市场上大多数工业机方式， 大多采用电机驱动。电机驱动的工业机械手，械手的执行机构为手抓、 夹钳和吸盘。具有精度高、 驱动力大、 响应快等优点。同时采用电位置检测系统，是实现工业机械手精确定位的机驱动， 必须使用减速机构， 因此， 采用电机驱动方装置，主要作用是实时检测机械手执行机构的具体的位置，而控制系统根据反镭来的机械手位置与给定机械并将机械手的位置信息实时反馈给控制系统，及时地修正机械手的位置，而限制了电机驱动机械手的应用。随着气动技术的高速发展，又由于气压驱动具有其他驱动方式所没有的-些优点， 如成本低、 高性价比、 无污染、 结构简单、 抗干扰能力强等， 因而越来越多的工业机械手采用气动控制，因而气动技术也得到了迅速的发展[[[]管永忠.工业机械手的设计探析[C].天津: 天津工业大学机械电子学院，2011:10-22
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