一種具有直線移動和旋轉運動的二自由度機械手的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械制造業領域,特別涉及一種具有直線移動和旋轉運動的二自由度機械手。
【背景技術】
[0002]人類一直幻想有一種擬人的機械。能像人一樣有手腳靈活自由地運動,代替人從事復雜的勞動,這種機械就是今天所說的“機器人”。機器人是一種自動化設備,自動化設備及生產線是一項以機械、電子,儀表、電氣、信息處理、計算機、自動控制技術等眾多技術結合的復合運用。隨著生產力、新技術的發展,1951年美國誕生了第一臺實用工業機器人。工業機器人工作目的性強,通常稱為機械手,機械手能很快地改變工作程序,適用性較強,因而得到廣泛應用,如在汽車工業、電子工業、核工業等工業部門,在服務行業,在海底、航天類極限能力外的環境中從事焊接、噴涂、裝卸、轉向、分揀或維修等工作。
[0003]隨著現代化工業的不斷發展以及生產過程機械化和自動化水平的提升,工業機械手憑借其自身顯著的特點得到了廣泛應用。如:應用機械手可以減輕勞動強度、提高產品質量、改善勞動條件,避免人身事故的發生,在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、和有放射性以及毒性污染的惡劣環境中,應用機械手可以部分或全部地替代人來安全地完成作業,有節奏地進行生產等。其在機械加工行業中的應用大大提高了生產效率,節省勞動力成本達50%以上。
[0004]機械手通常由如下五部分構成:作為被自動化的對象,起連接固定或某些特定的功能的機械本體。用以獲取信息的檢測及傳感器部分,還包括信息轉換、顯示、記錄等。處理各種信息并做出相應的判斷,決策和指令的控制部分。執行各種指令,完成預期的動作的執行機構部分,通常由傳動機構和執行元件組成,實現設定的運動,傳遞足夠的動力,井具有良好的傳動性能。向自動化設備及生產線供應能量,以驅動它們進行各種運動和操作的動力源部分,常用的有電力源及其他液壓源、氣壓源等。具體而言機械手主要由控制系統、驅動系統、執行機構以及位置檢測系統等組成。
[0005]機械手按用途分可分專用和通用。
[0006]專用機械手工作對象單一,結構簡單。動作少;通用機械手通用性強,動作靈活,程序可變,定位精度高,有獨立控制系統。按驅動方式可分為液壓型、氣壓型、電力型、機械型。液壓傳動型以油液的壓力來驅動執行機構運動,結構緊湊,傳動平穩,抓取力大,氣壓傳動型結構簡單,動作迅速,成本低。電力傳動型由特殊結構的電動機直接驅動機構運動,中間轉換機構少,運動速度快,工作范圍大,機械傳動型由機械傳動機構驅動,動作頻率高,運動準確可靠。
[0007]按種類可分為串聯和并聯。
[0008]串聯機械手的大臂、小臂以串聯方式。相連接。這類機器人形式很多.如球坐標形式、直角坐標形式、圓柱坐標形式和全鉸鏈多關節形式等。并聯機械手用6根支桿將上下兩平臺相連接,6根支桿都可以獨立自由伸縮,分別用球鉸和虎克鉸與平臺連接,上平臺與下平臺可進行6個獨立運動,既有6個自由度,在三維空間可以作任意方向的移動和繞任何方向、位置的軸線轉動,如訓練飛行員的模擬器,汽車總裝線上安裝車輪的機械手等。
[0009]現今機器人的應用領域不斷擴大,并向智能機械手方向發展,如具有視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、力覺等感覺機能,有邏輯思維學習,判斷和決策的功能,可以根據作業要求和環境信息隨機應變,有選擇地采取行動,靈活地處理問題,自主地完成任務。
[0010]手指夾持機構主要由主軸、萬向節、電動機、減速器、絲杠、行走塊、手指、限位開關和脈沖開關等組成;手臂上下擺動機構主要由電動機、減速器、齒輪、鏈條、蝸輪、蝸桿、主軸限位開關和脈沖開關等組成,機械手回轉機構主要由電動機、減速器、蝸輪,蝸桿,限位開關和脈沖開關等組成。各種運動狀態通過監測其對應的脈沖開關產生脈沖數來控制。脈沖開關和限位開關選用同一種微動開關,因在系統控制中起的作用不同分別叫作脈沖開關和限位開關。
[0011]目前,工業機械手大部分還屬干第一代,主要依靠工人進行控制;改進的方向主要是降低成本和提高精度。適應窄小空間、快節奏、360度全工作空間范圍的垂直關節型機器人大量應用于焊接和上、下料。大型、超大型機器人應用于汽車、建筑、橋梁等行業。我國各行業的自動化水平有明顯提高。先進的自動化技術得到了普遍的采用。這些技術的內容包含了先進的信息處理和控制技術,即以計算機為核心,有PLC、工控機、單片機、人機界面、現場總線等組成的控制系統。先進的驅動技術有變頻調速、交流伺服、步進電機等。控制技術上采用32位、64位CPU。控制軸數多達27軸,CNC、離線編程技術被廣泛應用,總線技術的利用使協調.控制技術日趨成熟,實現了多手與變位的協.調及同步控制。
[0012]作為高科技全自動一體化的新型產品,機器人是提升企業效能的產物,將機器人與.包裝線相結合,既能提高生產線正常運行的效能,又能增強運行可靠性。更能讓用戶迅速適應日新月異的生產需求,分享高科技成果產生的巨大效益。機器人綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術產品:機器人的應用情況也是一個國家工業自動化水平的重要標志。
[0013]自20世紀60年代初期問世,機械手歷經了近50年發展,成為了制造業生產自動化中十分重要的機電設備,其發展前景一片光明。首先,伴隨現代控制技術和微電子技術的發展,機械手重復精度提高,其定位準確性得到增強。其次,機械手可具有重構化的機械結構,即模塊化,經拼裝,機械手可具有的功能是:根據實際作業需要啟動所需的模塊,實現所對應的功能,讓同一機械手具有不同的功能,增大其應用范圍。再者,隨著低碳理念的深入人心,機械手的發展也將以無污染、節能為前提,如用一些新型材料可以制造無潤滑元件應用于氣動機械手當中,不僅使系統簡化,且有著穩定的摩擦性能以及較長的壽