一種具有直線移動和旋轉(zhuǎn)運動的二自由度機械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機械制造業(yè)領(lǐng)域，特別涉及一種具有直線移動和旋轉(zhuǎn)運動的二自由度機械手。
【背景技術(shù)】
[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(fù)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(shè)備，自動化設(shè)備及生產(chǎn)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(shù)等眾多技術(shù)結(jié)合的復(fù)合運用。隨著生產(chǎn)力、新技術(shù)的發(fā)展，1951年美國誕生了第一臺實用工業(yè)機器人。工業(yè)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(yīng)用，如在汽車工業(yè)、電子工業(yè)、核工業(yè)等工業(yè)部門，在服務(wù)行業(yè)，在海底、航天類極限能力外的環(huán)境中從事焊接、噴涂、裝卸、轉(zhuǎn)向、分揀或維修等工作。
[0003]隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展以及生產(chǎn)過程機械化和自動化水平的提升，工業(yè)機械手憑借其自身顯著的特點得到了廣泛應(yīng)用。如:應(yīng)用機械手可以減輕勞動強度、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件，避免人身事故的發(fā)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(huán)境中，應(yīng)用機械手可以部分或全部地替代人來安全地完成作業(yè)，有節(jié)奏地進行生產(chǎn)等。其在機械加工行業(yè)中的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省勞動力成本達50%以上。
[0004]機械手通常由如下五部分構(gòu)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(zhuǎn)換、顯示、記錄等。處理各種信息并做出相應(yīng)的判斷，決策和指令的控制部分。執(zhí)行各種指令，完成預(yù)期的動作的執(zhí)行機構(gòu)部分，通常由傳動機構(gòu)和執(zhí)行元件組成，實現(xiàn)設(shè)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(shè)備及生產(chǎn)線供應(yīng)能量，以驅(qū)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(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)以及位置檢測系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(tǒng)。按驅(qū)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(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，抓取力大，氣壓傳動型結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速，成本低。電力傳動型由特殊結(jié)構(gòu)的電動機直接驅(qū)動機構(gòu)運動，中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)少，運動速度快，工作范圍大，機械傳動型由機械傳動機構(gòu)驅(qū)動，動作頻率高，運動準確可靠。
[0007]按種類可分為串聯(lián)和并聯(lián)。
[0008]串聯(lián)機械手的大臂、小臂以串聯(lián)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(guān)節(jié)形式等。并聯(lián)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(zhuǎn)動，如訓(xùn)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(xiàn)今機器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，并向智能機械手方向發(fā)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(xué)習(xí)，判斷和決策的功能，可以根據(jù)作業(yè)要求和環(huán)境信息隨機應(yīng)變，有選擇地采取行動，靈活地處理問題，自主地完成任務(wù)。
[0010]手指夾持機構(gòu)主要由主軸、萬向節(jié)、電動機、減速器、絲杠、行走塊、手指、限位開關(guān)和脈沖開關(guān)等組成；手臂上下擺動機構(gòu)主要由電動機、減速器、齒輪、鏈條、蝸輪、蝸桿、主軸限位開關(guān)和脈沖開關(guān)等組成，機械手回轉(zhuǎn)機構(gòu)主要由電動機、減速器、蝸輪，蝸桿，限位開關(guān)和脈沖開關(guān)等組成。各種運動狀態(tài)通過監(jiān)測其對應(yīng)的脈沖開關(guān)產(chǎn)生脈沖數(shù)來控制。脈沖開關(guān)和限位開關(guān)選用同一種微動開關(guān)，因在系統(tǒng)控制中起的作用不同分別叫作脈沖開關(guān)和限位開關(guān)。
[0011]目前，工業(yè)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(yīng)窄小空間、快節(jié)奏、360度全工作空間范圍的垂直關(guān)節(jié)型機器人大量應(yīng)用于焊接和上、下料。大型、超大型機器人應(yīng)用于汽車、建筑、橋梁等行業(yè)。我國各行業(yè)的自動化水平有明顯提高。先進的自動化技術(shù)得到了普遍的采用。這些技術(shù)的內(nèi)容包含了先進的信息處理和控制技術(shù)，即以計算機為核心，有PLC、工控機、單片機、人機界面、現(xiàn)場總線等組成的控制系統(tǒng)。先進的驅(qū)動技術(shù)有變頻調(diào)速、交流伺服、步進電機等?？刂萍夹g(shù)上采用32位、64位CPU?？刂戚S數(shù)多達27軸，CNC、離線編程技術(shù)被廣泛應(yīng)用，總線技術(shù)的利用使協(xié)調(diào).控制技術(shù)日趨成熟，實現(xiàn)了多手與變位的協(xié).調(diào)及同步控制。
[0012]作為高科技全自動一體化的新型產(chǎn)品，機器人是提升企業(yè)效能的產(chǎn)物，將機器人與.包裝線相結(jié)合，既能提高生產(chǎn)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(yīng)日新月異的生產(chǎn)需求，分享高科技成果產(chǎn)生的巨大效益。機器人綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)產(chǎn)品:機器人的應(yīng)用情況也是一個國家工業(yè)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(jīng)了近50年發(fā)展，成為了制造業(yè)生產(chǎn)自動化中十分重要的機電設(shè)備，其發(fā)展前景一片光明。首先，伴隨現(xiàn)代控制技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，機械手重復(fù)精度提高，其定位準確性得到增強。其次，機械手可具有重構(gòu)化的機械結(jié)構(gòu)，即模塊化，經(jīng)拼裝，機械手可具有的功能是:根據(jù)實際作業(yè)需要啟動所需的模塊，實現(xiàn)所對應(yīng)的功能，讓同一機械手具有不同的功能，增大其應(yīng)用范圍。再者，隨著低碳理念的深入人心，機械手的發(fā)展也將以無污染、節(jié)能為前提，如用一些新型材料可以制造無潤滑元件應(yīng)用于氣動機械手當中，不僅使系統(tǒng)簡化，且有著穩(wěn)定的摩擦性能以及較長的壽