1.2工业机器人的应用与发展

1.2.1工业机器人的应用

机器人早期主要被汽车行业需要，用于喷涂处理、焊接金属、搬运工件。工业机器人可以在有害的环境中，比如低温或高温环境下代替人来工作,同时代替人完成繁重的重复劳动。目前，工业机器人主要用于以下几个方面：

（1）工作环境恶劣和危险的工作：安全系数高的工作，对人类的健康造成危害，甚至有生命危险，就可以让工业机器人去完成；（2）限制在特殊工作场所的操作：例如，火山勘探、深海探险、极地探险、太空探索和其他领域人类是无法做到的，只能用机器人完成；（3）自动化生产方面：在生产发展的初期，工业机器人主要进行焊接，机床方面应用较多；（4）农业生产；（5）在军事上的应用。

1.2.2国内的发展现状

1.2.3国外研究现状

1.3本设计主要研究的内容

本次设计主要研究机械手机械结构部分和液压系统方面，需要解决的问题如下：

1.3.1机械结构部分

1.运动形式方案选择根据动作的不同，应多选几种方案进行比较。本课题已确定采用关节式机构。

2.立柱结构立柱只考虑回转结构，而不考虑它的升降和伸缩机构。

3.手臂结构手臂有伸缩、升降、回转三种运动方式，都需要考虑，是本次设计的重点。

4.手腕结构手腕只需要设计成一个单自由度的手腕即可满足要求，手指拟采用四指V型机械手爪。

1.3.2机械手驱动方式

本设计中的机械手各部件的驱动全部采用液压驱动，拟定立柱的回转动作，由液压马达实现；手臂的伸缩、升降、旋转，手腕的旋转，手指的抓取这些动作，均由液压缸实现，就可满足设计要求，达到设计目的。

第二章 机械手的总体设计

2.1机械手的组成

机械手主要由三部分组成，执行机构、驱动器和控制系统。执行机构：机械手的执行机构又主要包括手部、手臂和躯干。手部安装在手臂

的前面，手臂的内部装有传动轴，手腕的转动、手指的开和闭都可以通过传动轴来实现；手臂有有关节臂和无关节臂两种，目前机械手所采用的几乎都是无关节臂；躯干是用来支持动力装置、执行机构和手臂的安装。

驱动器：驱动器是将能量从电源转换成机械能的装置，从而带动机器人的关节进行工作，常见的驱动器类型主要有液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动这四种，其中采用液压、气压驱动的方式最多。

控制系统：工作顺序、位置停留、工作时间、移动速度和速度调整等，这都是机械手控制系统所控制的对象。控制机械手可以通过点位控制和连续轨迹控制两种方式进行，其中以点位控制为主要方法。

2.2机械手的设计

2.2.1设计要求

确定设计一种多自由度的工件搬运机械手，包括机械手的总体设计、运动模式的设计、运动规划的设计以及液压系统的设计。

本课题机械手的运动规划设计为：初始位置→手爪闭合抓住工件→机身水平回转→手臂上升→手臂伸长→手腕上下俯仰→手爪松开放下工件→手腕归位→手臂回缩→手臂回到原位→机身回转回到初始位置。

2.2.2总体设计

(1) 结构型式的选择：机械手的基本类型有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型四种。

直角坐标型：是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手，这种型式的手臂可作伸缩，左右和上下移动，其工作范围可以是一直线运动、两直线运动或三直线运动。它的优点是能满足高速、方便运输的要求；在生产线上，容易与传送带和加工装配机械相配合；适用于包装、多工序的复杂工作；定位精度高，缺点是这种机械手操作范围小。