毕业设计论文：三自由度机械臂机构设计

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1、三自由度机械臂机构设计第一章绪论1.1工业机械臂机构概述随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械臂机构技术快速发展，其中气动机械臂机构系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械臂机构有气控机械臂机构、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各

2、种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。随着工业自动化程度的提高，机械臂机构的应用领域越来越广。机械臂机构能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具。机械臂机构可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度、提高生产效率。气压传动机械臂机构是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械臂机构。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低

3、，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械臂机构的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。气动传动具有以下优势:(1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题.(2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般不卜浇塞仅为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。(3)动作迅速，反应灵敏

4、。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。24(4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。(5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。(6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。传统观点认为:由于气体具有可压缩

5、性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(尤其在高速情况下，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械臂机构，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械臂机构、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。1.2气动机械臂机构的设计要求1.2.2课题的设计要求本课题将要完成的主要任务如下:(1)机械臂机构为通用机械臂机构，因此相对于

6、专用机械臂机构来说，它的适用面相对较广。(2)选取机械臂机构的座标型式和自由度。(3)设计出机械臂机构的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。(4)气压传动系统的设计本课题将设计出机械臂机构的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。(5)机械臂机构的控制系统的设计本机械臂机构拟采用可编程序控制器(PLC)对机械臂机构进行控制，本课题将要选

7、取PLC型号，根据机械臂机构的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。1.3机械臂机构的系统工作原理及组成机械臂机构的系统工作原理框图如图1-1所示。24控制系统（PLC）位置检测装置驱动系统（气压传动）执行机构立柱手臂手腕手部图1-1机械臂机构的系统工作原理框图机械臂机构的工作原理：机械臂机构主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机

8、构发出指令，必要时可对机械臂机构的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.(一)执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件。1、手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手