Design of a Multi 2Sensor Robotic G ripper
HUANG Ji 2wei ,HUANG Wei 2yi ,WANG Ai 2min ,JIANG Hong 2ming
(Dept .22,Southeast Univer sity ,Nanjing 210096,China )
Abstract : This paper proposes a design of a robotic gripper with force ,touch and position information.The design and its realization of force sens ors ,touch sens ors and position sens or are discussed and als o the design of gripper ’s mecha 2nism structure and control system introduced.K ey w ords : robot ;gripper ;sens or ;control
多感知机器人夹持器设计
①
黄继伟,黄惟一,王爱民,蒋洪明
(东南大学仪器科学与工程系, 南京 210096)
摘要:介绍了一种具有力觉、触觉和位置信息的机器人夹持器设计。讨论了力觉传感器、触觉传感器和位置传感器的设计与实现,概述了夹持器的机械结构及其控制系统设计。关键词:机器人;夹持器;传感器;控制
中图分类号:TP24;TP212 文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2003)04-0397-04
在临场感遥操作机器人系统中,主机器人应具
有感知从机器人所处环境的能力。就机器人夹持器部分而言,系统应能感知从机器人夹持器与环境相互作用的力觉和触觉,还要了解夹持器手指所处的位置。这样主手才能对从手进行基本的控制,实现临场感遥操作。基于此作者结合国家863项目设计了具有力觉、触觉及位置传感器的机器人夹持器。其中包括了机械结构设计、传感器设计、测量电路设计、控制系统设计及软件设计。机械结构示意图如图1所示。
1 夹持器硬件设计
1.1 力觉传感器
本夹持器力觉传感器采用贴在手指指根部分的
图1 夹持器机械结构示意图
电阻应变式力传感器。考虑到手指抓取物体时,由
于受力位置的不同,产生的力信号随之改变。因此
2003年12月
传 感 技 术 学 报
第4期①
收稿日期:2003206213基金项目:国家“863”计划项目资助(2001AA423140).
作者简介:黄继伟(1976-),男,硕士研究生,主要研究信号检测与智能系统,jervish @https://www.doczj.com/doc/db1837863.html, ; 黄惟一(1933-),男,教授,博士生导师,从事测试理论及其应用,HH wy @https://www.doczj.com/doc/db1837863.html,.
这里采用剪切式力传感器,即将电阻应变敏感元件安装在弹性元件上剪应变最大处的主应变方向。如图2(a )示,在A 点弯矩为零,剪应变最大。把电阻应变片粘贴在该处,丝栅与中性层成45°方向,即最大正应变方向,可以有效的消除抓取位置的影响。但实际应变片是无法完全粘贴在A 点,必然受到弯曲应力的影响。图2(b )示出了在手指两侧组成桥路的四片应变片的粘贴方法。
于是有总应变:ε总=ε12ε22ε3+ε4=(εQ 1-εM 1)-(-εQ 2+εM 2
)-(-εQ 3-εM 3)+(εQ 4+εM 4
)=4εQ
其中:
εQ 是各片应变片受到的剪切应变,εM 是各片应变片受到的弯曲应变。上式表明这种粘贴方法消除
了弯曲应变的影响,提高了传感器的灵敏度。
图2 力觉传感器设计
由应变片桥路输出的电压信号在毫伏级的水平上,十分微弱。无法直接供给计算机数据采集系统处理;同时微弱模拟信号在传输过程中,容易受到干扰,引起信号失真。为此,引入前置放大电路及精密稳压电源作为力信号采集电路。分别由仪用放大器AD620与MAX603DC -DC 变换器及MAX660电压
逆变器来实现。经前置放大电路放大后的力信号,由AD574进行A/D 转换。考虑到有左右两个手指,共两路信号,用模拟开关4051与LF398采样器分别采集两路信号。112 触觉传感器
为具有初步判断规则形状物体的能力,本夹持器增加了接触面的触点,每个手指分别设计了4×4个触觉点阵。单个触觉传感器结构如图3所示:
传感器主要由支持保护部分和导体部分组成。支持保护部分由保护层和支持板组成,传感器最上层是柔性保护层,为增加灵敏度,在保护层下放置一个柔性接触点。在保护层和电路板中设有支持板,保证导电橡胶处于指定位置。导体部分由一块印刷
电路板、4×4个各相异性硅橡胶(ACS )
、4×4个各相
图3 触觉传感器设计
同性硅橡胶三种导体组成。印刷电路板上分布有4×4对镀金电极,它们都和ACS 的导电方向垂直。三种导体按各相同性ACS ,各相异性ACS ,镀金电极顺序层叠装配,这样就形成4×4阵列的触觉传感器。当ACS 上受到一定的压力时,其阻值将减小,通过检测电极电压的变化,即可得到手指与物体的接触情况。
触觉信号转换通过LM393电压比较器完成
,转换电路原理如图4示:
图4 触觉信号转换电路
LM393输出极为集电极开路三极管。当输出极
截止时,适当选择R 1和R 2,输出端T 电压通过R 1
和R 2分压可以获得与TT L 兼容的高电平,当输出极导通接地时,输出端T 电压为TT L 兼容的低电平。调节电位器,可以调节触觉传感器的灵敏度。113 位置传感器夹持器的位置传感器由安装在电机转轴的码盘、发光二极管与受光三极管组成。如图5(a )示,受光三极管是由内部具有两个上下排列的受光二极管组成。码盘安装在发光二极管和受光三极管之间,电机启动后带动码盘转动,如图5(b )示依次扫描三极管LE D1和LE D2,经过电路转换产生两个具有固定相位差的电信号。正向运动时信号1超前信号2,反向运动时,信号2超前信号1。故安装在电机上的增量式码盘电路输出的波形信号可以反映手指的位置、速度、转向。
8
93 传 感 技 术 学 报 2003年
图5 位置传感器设计
两路信号经过施密特触发器转换后可输出两个具有固定相位差的脉冲信号(如图6所示)。因此,采用双通道单稳态触发器74HC221可以完成脉冲边沿的检测,当电机正向运行时用74HC221检测信号1的下降沿,用其与信号2
相与得正计数脉冲;当电机反向运行时检测信号2的下降沿,同样与信号1相与后得逆信号。再通过计数器计数即可得到位置信息。
图6 码盘信号波形及计数脉冲图
114 夹持器控制系统设计
实现对夹持器的控制,控制系统硬件部分包括上述的力觉信号放大电路、力觉信号采集电路、触觉信号转换电路、位置信号采集电路等,还包括了触觉信号采集电路、电机控制电路等。其中又可分为数字部分和模拟部分。数字部分可以用一片CP LD
实现,这两部分都集成在一块IS A 扩展卡上。本夹持器每个手指各设计了16个触觉点阵,每个触点所涉及的电路是相同的,如果分别设计,这就造成了简单重复
,电路复杂。又考虑到位置信息是由安装在电机上的增量式码盘输出的信号经处理后得到的,所需的计数总量达65000多个,所以需一个16bit 的计数器,这给设计带来了难度。其实这些工作均可由一片CP LD 芯片完成,简化电路设计,提高效率。模拟部分则包括了A/D 转换电路、触觉信号电平转换电路、电机驱动电路等。图7表示了其结构。11411 PW M 信号逻辑设计
采用电枢控制的直流电动机具有良好的特性,本夹持器采用的是基于脉宽调制型(PW M )放大器电枢电压控制法。PW M 信号需要调节的两个参数为:频率和占空比。设计用一个可设定计数值的分频器及一个可编程单脉冲输出触发器来实现。时钟信号
图7
控制系统结构原理图
为计算机时钟信号C LOCK 。工作时设定数值D 1给分频器,把C LOCK 信号分频为PW M 信号的频率,产生的脉冲信号作为触发器的触发信号。在触发信号
到来前,触发器输出低电平,到来后触发器输出高电平,并维持D 2个时钟周期,D 2由计算机编程设定。所以通过设定D 1和D 2(D 2 图8 PW M 信号时序图 11412 正逆计数器逻辑设计 夹持器有夹紧与松开两种状态。启动电机后, 将手指移到初始状态。此时设定计数器计数值为0000。夹紧状态,计数器为加法,松开状态,计数器 为减法,由此判断手指所处的位置。所以,计数器必须有正计数和逆计数两种状态,正逆信号有外部电路产生。16bit 计数器在CP LD 中,用AH D L 语言来实现。图9示出了用MAX +plus II 设计的16bit 计数器仿真时序图。 由于计数值总随着夹持器手指位置的改变而改变,而计算机在读取计数数据时要求数据有一个稳定时间,另数据总线为8bit ,需要有两个8bit 数据锁存器锁存计数器计数值。通过片选信号分别读取高8bit 与低8bit 。 9 93第4期 黄继伟,黄惟一等:多感知机器人夹持器设计 图9 16bit计数器时序图 11413 触觉信号融合与转换逻辑设计 设计4个总线收发器,通过片选信号依次选通,计算机读入后,经程序处理便能判断手指与物体接触情况了。 2 夹持器控制系统的软件设计 要完成对夹持器的控制,程序设计需要包括系统初始化、控制算法设计、电机驱动设计、触觉信号采集、力觉信号采集、位置信息采集等。系统初始化包括电机复位、计数器清零、保存力觉信号零点、选取控制算法及算法系数设定等。控制电机转速是根据所选算法,逐渐逼近被抓取物体,这既要结合力觉信号又要结合触觉信息,保证有效抓取,又不把物体夹坏。程序设计采用面向对象的C++,设计了一个G ripper类,生成一个G ripper类的对象Finger。定义G ripper类的私有成员:各I/O口的临时数据,控制算法的系数及临时变量;公有成员:左右手指触觉信息、手指所处位置信息、指定位置信息、移动指令、控制算法、速度指令、初始化指令等。对使用者来说,只要用几个简单的变量和函数。如:初始化函数.Finger.Initilize()、力信号采集函数Finger.G et2 F orce(double&LeftF orce,double&RightF orce)、位置信息采集函数Finger.G etP osition(double &ActualP osition)、触觉信号采集函数Finger.G etT ouch (LeftT ouch,RightT ouch)、移动函数Finger.M ove (RequireP osition,RequireS peed)等。 3 结 论 本机器人夹持器为远程操作机器人的智能控制技术及其手控器研究课题的一部分。夹持器被安装在m otoman S V3X工业机器人上,而相应的软硬件都挂在远端从机器人的下位工控机上。实际使用良好,可以完成夹持多种规则形状物体的操作任务,达到了设计要求。 参考文献: [1] 马云飞,王爱民,蒋洪明等。多感知能力新型夹持器控 制器设计[J]。测控技术,2002,21(2):25-27. 004 传 感 技 术 学 报 2003年 工业机器人的传感器 一．工业机器人的感觉系统 工业机器人的传感器主要分为：1.工业机器人的感觉系统2 .工业机器人内部传感器3 .工业机器人外部传感器4 .工业机器人传感器应用 其中工业机器人的感觉系统的基本组成为：视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉、平衡感觉和其他，而工业机器人传感器按用途可分为内部传感器和外部传感器。其中内部传感器装在操作机上，包括位移、速度、加速度传感器，是为了检测机器人操作机内部状态，在伺服控制系统中作为反馈信号。外部传感器，如视觉、触觉、力觉距离等传感器，是为了检测作业对象及环境与机器人的联系。工业机器人传感器的一般要求有精度高、重复性好，稳定性和可靠性好，抗干扰能力强，质量轻、体积小、安装方便。其特定要求有适应加工任务要求，满足机器人控制的要求，满足安全性要求以及其它辅助工作的要求。 二．工业机器人内部传感器在工业机器人内部传感器中，位置传感器和速度传感器，是当今机器人反馈控制中不可缺少的元件。现已有多种传感器大量生产，但倾斜角传感器、方位角传感器及振动传感器等用作机器人内部传感器的时间不长，其性能尚需进一步改进。内部传感器功能分类有： 1）规定位置、规定角度的检测 检测预先规定的位置或角度，可以用开/关两个状态值，用于检测机器人的起始原点、越限位置或确定位置。 微型开关：规定的位移或力作用到微型开关的可动部分(称为执行器)时，开关的电气触点断开或接通。限位开关通常装在盒里，以防外力的作用和水、油、尘埃的侵蚀。 光电开关：光电开关是由LED光源和光敏二极管或光敏晶体管等光敏元件组成，相隔一定距离而构成的透光式开关。当光由基准位置的遮光片通过光源和光敏元件的缝隙时，光射不到光敏元件上，而起到开关的作用 2）位置、角度测量 测量机器人关节线位移和角位移的传感器是机器人位置反馈控制中必不可少的元件。 a)电位器 b)旋转变压器 c)编码器 3）速度、角速度测量 速度、角速度测量是驱动器反馈控制必不可少的环节。有时也利用测位移传感器测量速度及检测单位采样时间位移量，但这种方法有其局限性：低速时测量不稳定的危险；高速时，只能获得较低的测量精度。 最通用的速度、角速度传感器是测速发电机或成为转速表的 目录 第一章绪论 1.1 项目的技术背景与研究意义 1.2 取苗装置的国内外研究现状 1.2.1国外取苗装置的研究现状 1.2.2国内取苗装置的研究现状 1.3论文的研究目标与研究内容 1.4论文研究的技术路线 第二章穴盘苗自动移栽机机械手整机方案设计 2.1 穴盘苗自动移栽机机械手工作原理和结构分析2.2 利用UG建立样机模型 第三章穴盘苗自动移栽机取苗装置的结构设计 3.1 取苗机构的基本构成 基本结构 （1）机械手 （2）穴盘定位平台 （3）驱动系统 （4）控制系统 PLC程序 （5）底座 3.2 取苗机构的工作原理 第四章穴盘苗自动移栽机送苗装置的设计要求分析1穴盘育苗及穴盘的选择 2送苗装置的工作原理和结构组成 3送苗机构的控制系统 第五章取苗装置的实验研究 1.取苗装置影响因素分析 2影响取苗成功率的因素 3取苗装置手臂角度的实验分析 第六章总结与展望1 全文总结 2研究展望 结束语 参考文献 致谢 第一章绪论 1.1项目的技术背景与研究意义 随着社会进步和人民生活水平的提高，设施农业已成为国民经济中的支柱产业，温室蔬菜、花卉及棉花生产对发展农村经济，增加农民收入，丰富人民的菜篮子，改善人民生活具有举足轻重的作用。穴盘苗移栽是近年才兴起的种植新技术，它具有缩短生育期，提早成熟，提高棉花单产，具有广阔的推广前景。过去几年温室大棚育出成品苗向大田移栽，全部是靠人工移栽。穴盘苗自动移栽技术是温室蔬菜或花卉生产实现工厂化和自动化而采用的一种重要的种植方式。目前，国内穴盘苗移栽的取苗、喂苗环节主要靠手工完成，劳动强度大，作业效率低，不能满足规模化生产的需要，从而制约了蔬菜生产的发展。因此，研制开发适合我国国情、结构简单、价格低廉、性能稳定可靠的中小型穴盘苗自动移栽机迫在眉睫，而移栽机械手是温室穴盘苗移栽自动化的关键部分，能够完成“穴盘定位—自动送苗—钵苗抓取—钵苗投放”这一系列连续动作，其性能直接影响移栽机的移栽质量。穴盘苗移栽机械手的研究对实现实现温室穴盘苗移栽生产过程自动化、减轻穴盘苗移栽作业的劳动强度、提高作物移栽质量，推进我国温室农业作物生产机械化和自动化进程，特别是我国“十二五”农业发展规划的顺利实施具有重大意义。 1.2 取苗装置的国内外研究现状 国外穴盘苗移栽机取苗装置的技术较成熟，而且大部分机型开始投入使用，尤其是应用于花卉、蔬菜等经济价值高的作物的大面积移栽，具有很好的经济价值。国内的研究主要集中在各大高校及科研院所，且大部分的研究成果只是样机的试制，尚没有成型的机型投入生产应用。 1.2.1国外取苗装置研究现状 20 世纪初期部分国家开始出现移栽机具。三十年代出现移栽装置或移栽器代替人工取苗。五十年代移栽的生产技术研究，研制出了不同结构的半自动移栽机。八十年代，半自动移栽机已在欧美国家的农业生产中广泛被使用，培育穴盘苗、移栽作物等，实现了制造机械、播种机械、移栽机等各种机械配套使用。到90年代,有关部门加强从育苗到栽植整个系统的研究,使育苗和栽植有机地结合,研制出多种全自动移栽机,如日本90年代初将穴盘苗自动移栽机列为农业机械急需开发的项目,日本农机研究所联合三家农机公司,于1993年至1995年期间开发出了三种型号的全自动移栽机（图1-1～1-3）,可移栽穴盘苗或纸钵苗,主要 2.2.1.1夹紧力计算 手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。 手指对工件的夹紧力可按下列公式计算： 123N F K K K G ≥ 2-1 式中： 1K —安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.2——2.0，取1.5； 2K —工件情况系数，主要考虑惯性力的影响， 计算最大加速度，得出工作情况 系数2K , 20.02/1 11 1.0029.8 a K g =+=+=，a 为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的绝对值（m/s ）； 3K —方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定， 手指与工件位置：手指水平放置 工件垂直放置； 手指与工件形状：V 型指端夹持圆柱型工件， 30.5sin K f θ = ，f 为摩擦系数，θ为V 型手指半角，此处粗略计算34K ≈,如图2.1 图2.1 G —被抓取工件的重量 求得夹紧力 N F ， 123 1.5 1.002439.8176.75N F K K K Mg N ==????=，取整为177N 。 2.2.1.2驱动力力计算 根据驱动力和夹紧力之间的关系式： 2sin N Fc F b a = 式中： c —滚子至销轴之间的距离； b —爪至销轴之间的距离； a —楔块的倾斜角 可得2sin 177286sin16195.1534 N F b a F N c ???===o ，得出F 为理论计 算值，实际采取的液压缸驱动力' F 要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率η，一般取0.8～0.9，此处取0.88，则： '195.15 221.7620.88 F F N η = = = ，取'500F N = 2.2.1.3液压缸驱动力计算 设计方案中压缩弹簧使爪牙张开，故为常开式夹紧装置，液压缸为单作用缸，提供推力： 2= 4 F D p π 推 式中 D ——活塞直径 d ——活塞杆直径 p ——驱动压力， ' F F =推,已知液压缸驱动力' F ，且'50010F N KN =< 由于' 10F KN <，故选工作压力P=1MPa 据公式计算可得液压缸内径： 25.231D mm === 根据液压设计手册,见表2.1，圆整后取D=32mm 。 表2.1 液压缸的内径系列（JB826-66）（mm ） 天津机电职业技术学院毕业综合实践报告 专业电气自动化 班级电气自动化三班 目录 1 机械手的基本介绍 (1) 1.1 机械手的基本结构组成 (1) 1.1.1 气动手爪 (1) 1.1.2 伸缩气缸 (1) 1.1.3 回转气缸及垫板 (2) 1.1.4 提升气缸 (2) 1.2 直线运动传动组件 (2) 1.3 气动控制回路 (3) 2 传感器部分 (5) 2.1 传感器简介 (5) 2.2 磁性开关 (5) 2.3 光电传感器和光纤传感器 (5) 3 伺服电机应用 (7) 3.1 伺服系统 (7) 3.2 交流伺服系统的位置控制模式 (8) 3.3 接线 (10) 3.4 伺服驱动器的参数设置与调整 (10) 3.4.1 参数设置方式操作说明 (11) 3.4.2 面板操作说明： (11) 3.4.3 部分参数说明 (11) 3.5 最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）12 3.6 移动包络 (13) 4 PLC程序编写 (15) 4.1 PLC的选型和I/O接线 (15) 4.2 伺服电机驱动器参数设置 (15) 4.3 编写和调试PLC控制程序 (16) 4.4 初态检查复位子程序和回原点子程序 (19) 4.5 急停处理子程序 (20) 个人收获 (23) 参考文献 (24) 附录 (25) 致谢 (28) 1 机械手的基本介绍 1.1 机械手的基本结构组成 1.1.1 气动手爪 用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。见图 1-1 图 1-1 气动手爪 1.1.2 伸缩气缸 用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。见图 1-2 图 1-2 伸缩气缸 机器人传感器的类别及应用原理 一般机器人系统由机械手、环境、任务和控制器四个互相作用的部分组成。我们称一般安装在机器人机械手上的传感器为内传感器（Inner Sensons），而称作为环境的一部分的传感器为外传感器（External Sensons）。下面将以此为主，结合机器人传感器其它分类方法进行阐述。 机器人产业近年来发展很快，2012年全球产量为16万台，欧、美、日等工业发达国家机器人市场已比较成熟，已处于平增长阶段。其机器人密度（万名员工使用机器人台数）韩国为347台，日本为339台，法国为261台，而我国为10台（有统计数据称为21台，仅供参考）。而我国机器人市场也发展很快，工业机器人每年装机量增长速度均超过20%，2010年装机量为52290台，2011年上涨到74317台，实现了42%的增长率。在2012年，我国出台了《智能制造科技发展十二五专项规划》，2013年4月21日还成立了中国机器人产业联盟，这些均证明了我国机器人产业将会有更大的发展。 机器人产品目前分类为工业机器人和服务机器人两大类。国内也有分为工业机器人和特种机器人两大类的；或分为一般机器人和智能机器人两大类；或分为一般机器人和移动机器人两类；或分为一般机器人和拟人机器人两类等。目前工业机器人多用于搬运、分拣、上下料、包装、码垛、焊接、喷涂、打磨、抛光、切割、摆放、装配等方面。 随着智能化的程度提高，机器人传感器应用越来越多。智能机器人主要有交互机器人、传感机器人和自主机器人3种。从拟人功能出发，视觉、力觉、触觉最为重要，早已进入实用阶段，听觉也有较大进展，其它还有嗅觉、味觉、滑觉等，对应有多种传感器，所以机器人传感产业也形成了生产和科研力量。 机器人的控制系统相当于人类大脑，执行机构相当于人类四肢，传感器相当于人类的五官。因此，要让机器人像人一样接收和处理外界信息，机器人传感器技术是机器人智能化的重要体现。 传感器是机器人完成感觉的必要手段，通过传感器的感觉作用，将机器人自身的相关特性或相关物体的特性转化为机器人执行某项功能时所需要的信息。根据传感器在机器人上应 目录 摘要 (1) 引言 (1) 1.机械手总体方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2运动形式的选择 (2) 1.3驱动方式的选择 (4) 1.4总体结构设计 (5) 2.机械手手部设计 (6) 2.1结构分析 (6) 2.2计算分析 (6) 3.PLC控制系统设计 (1) 1 3.1机械手移动工件控制系统的控制要求 (1) 1 3.2机械手移动工件控制系统的PLC选型和资源配置 (1) 3 3.3机械手移动工件控制系统的PLC程序 (1) 4 4.动画制作 (1) 8 4.1建立机械手模型 (1) 8 4.2制作机械手的动画 (1) 8 结束语 (2) 6 致谢 (2) 6 参考文献 (2) 6 附录 (2) 7 摘要 机械手设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。本课题通过对设计要求的分析，设计出机械手的总体方案，重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，完成了整个系统工作的动画设计。实现了机械手的基本搬运功能，达到了预期要求，具有一定的应用前景。 关键词：机械手PLC 动画 引言 随着世界经济和技术的发展，人类活动的不断扩大，机器人应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，也从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化各机器人化的要求。随着机器人的产生和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。 工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作机, 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 机械手是一种模仿人手动作，并按设定的程序来抓取、搬运工件或夹持工具， 传感器在工业机器人中的应用 工业机器人的准确操作取决于对其自身状态、操作对象及作业环境的限确队识。这种准 确认识沟通过传感器的感觉功能实现。 机器人自身状态信息酌获取项过其内部信息传感25(位置、速度、加速度等)获取并为机 器人控制反馈信息。希迪电子操作刘象钟L部环境的队识通道外部传感器得到。 一、零位和极限位互的检测 答你的检测精度皇接影响—[业机器人的重复定位精度和轨迹精度，极限位置的检洲则起 保护机器人和安全动作曲作用。 工业机器人常川的位置传感器有接触式微动开关、精密电位计或非接触式光电外关、电讽 流传感器。通常在机器人的每个共计上各安装种接触式传感器或非接触式传感器及与其对 ／匝的死挡块。在接近极限位置g1．传感器先产土限位停止信号，如果限位停止信号发出之后还 未停J：，则油死挡块强制停[L。肖无法确定机器人某关节的学位时．司“出位移传感器的输出信 号确定。利用微动开关、光电开关、电涡流等传感器确定零位的特点是零位的固定性。当传感器 位置调好后，此关哨的零位就确定丁，若要改变，则必须重新调整传感器的价黄。而用电位11或位移仕感器确定零位时．不需要至斯调理其位置．只要在LI宾机软件中修改车位参数他即可。 ＝、位移量的检测 位移传感器一股都安装在机器人各关节上，用于检测机器人各关节的位移量，提供机器人 的位置控制信息。选用时府考虑到女装传感器结构的*IJ行件以及传感器本身的精度、分辨率 及灵敏度等。机器人上常用的位移传感器打旋转变比2E、起动变压器、感应同步器、电位汁、光 栅、磁枷、光电编码器辞。 关啊型机器人大多采用光电编码器，Au采用光电增量码盘。经过处理后酌佰号是勺关节 转角角度成一定关系式的脉冲数．计算机在确定零位和正、负方向后．只要计脉冲数就可以得 到关节转角酌角位移值。如果将七安装在关节的木端转驯L：川lJ可以形成该关节的闭环控制。 理论—懒可以获得较高的控制精度。但这样对传感甜的分辨率要求高。 在机器人中使用速度传感器是为实现机器人番关节的速度闭环控制。在用应流、交流伺 服电动机作为工业机器人驱动元件时．钽电容一般采用测速发电机作为速度酌检测器。它勺电动机 同轴，电动机转速不同时，输出的电压位也不问、将其电压侦输入到速度控训罚环反馈回路中， 以提高机器人的动态性能。 加直度传感器被用于机器人中关节的加速度控制。钉时为了抑制振动而在关节上进行检 测，将测到的振动频率、幅值和相位输入计算机。然后在控制环节中叠An一个勺此频率相向、 幅值相等而相位相反的控制信号用于抑制振动。 四、外部信息传感器在电弧焊机器人中的应用 闭门—2为其应用之一。在垂直于坡u楷面的上方安装一窄缝光发射器．在抖L方用视 摘要 随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展，机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。在各种类型的机器人中，模拟人体手臂而构成的关节型机器人，具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点，是应用最为广泛的机器人之一。尤其由柔性关节组成的柔性仿生机器人在服务机器人及康复机器人领域中的应用和需求越来越突出。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动 ABSTRACT With the development of microelectronic technology, sensor technology, the rapid development of control technology and machinery manufacturing technology level, the application of robots gradually expanded from cars to other fields. In all types of robots, the articulated robot arm simulation human form, has the advantages of compact structure, small occupied space, large moving space, is one of the most widely used robots. Especially flexible biomimetic robot composed of flexible joint in the field of service robot and rehabilitation robot application and demand more and more prominent. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake 机器人常见末端夹持机构大全 对于工业机器人来说，搬运物料是其抓取作业方式中较为重要的应用之一。工业机器人作为一种具有较强通用性的作业设备，其作业任务能否顺利完成直接取决于夹持机构，因此机器人末端的夹持机构要结合实际的作业任务以及工作环境的要求来设计，这导致了夹持机构结构形式的多样化。 图1 末端执行器要素、特征、参数的联系 大多数机械式夹持机构为双指头爪式，根据手指运动方式的可分为：回转型、平移型；夹持方式的不同又可分成内撑式与外夹式；根据结构特性可分为气动式、电动式、液压式及其组合夹持机构。 一、气压式末端夹持机构 气压传动的气源获取较为方便，动作速度快，工作介质无污染，同时流动性优于液压系统，压力损失较小，适用于远距离控制。以下为几种气动式机械手装置： 1. 回转型连杆杠杆式夹持机构 该种装置的手指（如V型手指、弧形手指）通过螺栓固定在夹持机构上，更换较为方便，因此能够显著扩大夹持机构的应用场合。 图 2 回转型连杆杠杆式夹持机构结构 2.直杆式双气缸平移夹持机构 这种夹持机构的指端通常安装于配备有指端安装座的直杆上，当压力气体进入单作用式双气缸的两个有杆腔时，会推动活塞逐渐向中间移动，直至将工件夹紧。 图3 直杆式双气缸平移夹持机构结构图 3.连杆交叉式双气缸平移夹持机构 一般由单作用双联气缸与交叉式指部构成。气体进入气缸的中间腔后，会推动两个活塞往两边运动，从而带动连杆运动，交叉式指端便会将工件牢牢固定；如果没有空气进入中间腔体，活塞会在弹簧推力的作用下复位，固定的工件会被松开。 图4 交叉式双气缸平移夹持机构结构图 4.内撑式连杆杠杆式夹持机构 通过四连杆机构实现力的传递，其撑紧方向和外夹式相反，主要用于抓取带有内孔的薄壁工件。夹持机构撑紧工件后，为了确保其能够顺利的用内孔定位，通常安装3 个手指。 毕业设计论文题目：气动机械手的设计 设计人： 指导教师： 所属院系： 专业班级： 2014年11月10日 第1章前言 1.1工业机械手概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很 本科毕业设计（论文） 题目：机械手夹持器的设计 ________________________ 英文题目：The design of mec hanical hand gripper 学院：________________________ 专业：________________________ 姓名：________________________ 学号：________________________ 指导教师：________________________ 2015年11月12日 毕业设计（论文）独创性声明 该毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签名： 日期：年月日 毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解XX学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，即：学校有权保留送交毕业设计（论文）的复印件，允许被查阅和借阅；学校可以公布全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该毕业设计（论文）。保密的毕业设计（论文）在解密后遵守此规定。 作者签名：导师签名：日期：年月日 摘要 本次的设计来源于机械手夹持器设备更新换代基础之上，通过设计出机械手夹持器，从而来满足当今机械手组成部件之一的机械手夹持器各方面性能不足的缺陷。本毕业设计课题来自于企业的生产实际，通过设计出新型机械手夹持器，从而来掌握机械手夹持器的整个设计生产流程，培养工程意识。 我国生产的机械手夹持器从仿制开始起步，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的机械手夹持器的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，机械手夹持器的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的机械手夹持器势在必行！ 本文运用大学所学的知识，提出了机械手夹持器的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了机械手夹持器总的指导思想，从而得出了该机械手夹持器的优点是高效，经济，并且安全系数高，对提高机械手的工作效率，减少人工投入，增强夹持质量等等起到了很大的作用的结论。 关键词：机械手夹持器机；高效；人工投入；结论 机械手夹持器毕业设计 第二章 夹持器 2.1夹持器设计的基本要求 （1）应具有适当的夹紧力和驱动力； （2）手指应具有一定的开闭围； （3）应保证工件在手指的夹持精度； （4）要求结构紧凑，重量轻，效率高； （5）应考虑通用性和特殊要求。 设计参数及要求 （1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧—放松； （2）所要抓紧的工件直径为80mm 放松时的两抓的最大距离为110-120mm/s ， 1s 抓紧,夹持速度20mm/s ； （3）工件的材质为5kg ，材质为45#钢； （4）夹持器有足够的夹持力； （5）夹持器靠法兰联接在手臂上。由液压缸提供动力。 2.2夹持器结构设计 2.2.1夹紧装置设计. 2.2.1.1夹紧力计算 手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。 手指对工件的夹紧力可按下列公式计算： 123N F K K K G 2-1 式中： 1K —安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.2——2.0，取1.5； 2 K—工件情况系数，主要考虑惯性力的影响，计算最大加速度，得出工作情况 系数 2 K, 2 0.02/1 11 1.002 9.8 a K g =+=+=，a为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的绝对值（m/s）； 3 K—方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定， 手指与工件位置：手指水平放置工件垂直放置； 手指与工件形状：V型指端夹持圆柱型工件， 3 0.5sin K f θ =，f为摩擦系数，θ为V型手指半角，此处粗略计算 3 4 K≈,如图2.1 图2.1 G—被抓取工件的重量 求得夹紧力N F， 123 1.5 1.002439.8176.75 N F K K K Mg N ==????=，取整为177N。 2.2.1.2驱动力力计算 根据驱动力和夹紧力之间的关系式： 2sin N Fc F b a = 式中： c—滚子至销轴之间的距离； b—爪至销轴之间的距离； a—楔块的倾斜角 可得 2sin177286sin16 195.15 34 N F b a F N c ??? ===，得出F为理论计 算值，实际采取的液压缸驱动力'F要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率η，一 传感器在工业机器人中应用 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。 在工业自动化领域，机器需要传感器提供必要的信息，以正确执行相关的操作。机器人已经开始应用大量的传感器以提高适应能力。绝大多数智能机器人的外部传感器,可以大致分为触觉传感器,接近传感器、力学传感器,以及视觉、滑觉、热觉等多种类型的传感器。例如有很多的协作机器人集成了力矩传感器和摄像机，以确保在操作中拥有更好的视角，同时保证工作区域的安全等。 用于避障的传感器 避障可以说是各种机器人最基本的功能，不然机器人一走动就碰到花花草草就不好了。机器人并不一定要通过视觉感知自己前方是否有障碍物，它们也可以通过触觉或像蝙蝠那样通过声波感知。因此，检测机器人前方是否存在障碍物的传感器，可以分为接触式和非接触式的。 最典型的接触式测障传感器便是碰撞开关（图1）。碰撞开关的工作原理非常简单，完全依靠内部的机械结构来完成电路的导通和中断。 图1 碰撞开关 在机器人上的用法多数是将探测臂加长，扩大探测范围和灵敏度。当机器人撞到前面的障碍物，碰撞开关的信号端便可返回一个高电平，控制芯片由此可以知道小车面前存在着障碍物。 非接触式测障开关一般的工作原理与声纳和雷达相似，发射声波或某种射线，遇到 障碍物，声波或射线被反射回来，并被传感器接收，这时传感器就认为发现了障碍物。我们最常用的便是发射和接收红外线的传感器（图3，图4）。 图3 红外发射管 图4 红外接收管 红外测障传感器成本较低（当然比碰撞开关还是要高一点），电路简单，检测范围大。如果在电路中加上一个电位器，就可以随时调节传感器的检测范围。这种检测方式为非接触式，控制起来更加方便、灵活。但这种测障方式也有缺点，多个红外传感器之间容易互相干扰，因此在传感器的布局上需要多花心思，安装位置也要尽可能地避免红外信号的碰撞。 用于测距的传感器 机器人光知道哪个方向有障碍物并不够，还必须知道障碍物距离自己具体有多远，才好判断下一步的行动。这时我们就需要测距传感器。 测距传感器大多为非接触式的，目前在个人机器人制作领域用得比较多的是红外和超声波测距传感器两种。 提到红外测距传感器，就不能不提夏普的GP2D12红外测距传感器（图5）。GP2D12几乎可以说是机器人爱好者的必备传感器，在我们平时常看到的一些个人机器人作品中，绝大多数都可以看到它的身影。 液压机械手设计毕业设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 一、引言 1.1机械 液压通用机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。 “机械手”（Machanical Hand）：多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装臵（国内一般称作机械手或专用机械手）。如自动线、自动机的上下料，加工中心的自动换到的自动化装臵。 1.2机械手特点、结构与研究意义 1.2.1机器人的特点 机器人的主要特点体现在它的通用性和适应性等方面。 1.通用性 机器人的通用性指具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力；通用性也意味着，机器人是可变的几何结构。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 2.适应性 机器人的适应性是指具有对环境的自适应能力，及机器人能够自主执行实现经规划的中间任务，而不管执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。 1.2.2机器人的系统结构 一个机器人系统一般由四个相互作用的部分组成，即机械手、环境、任务和控制器。 工业机器人的本体机械系统即为通常的机械手装臵，他由肩、臂、腕、机身或行走机构组成，组合为一个相互依赖的运动机构。 环境即指机器人所处的周围状态，环境不仅由机和条件决定，而且有环境和它所包含的每个事物的全部自然特性决定。 机器人体系结构中的任务一般定义为环境的两种状态（初始状态和目标状态）间的差别，必须用适当的程序语言来描述，并能为计算机所理解。 机器人控制器一般为控制计算机，接收来自传感器的信号，对其进行数据处理，并按照预存信息，即机器人的状态及环境情况等，生成控制信号来驱动机器人的各个关节运动。 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920667344.6 (22)申请日 2019.05.10 (73)专利权人 河南中原智信科技股份有限公司 地址 454750 河南省焦作市孟州市西虢镇 产业集聚区淮河大道69号 (72)发明人 许朋 王帅 刘芳 马晓阳 (74)专利代理机构 焦作市科彤知识产权代理事 务所(普通合伙) 41133 代理人 杨明环 (51)Int.Cl. B25J 15/00(2006.01) (54)实用新型名称 一种机器人末端夹持器 (57)摘要 本实用新型公开了一种机器人末端夹持器， 包括菱形端拾器、成品气爪、毛胚气爪，所述菱形 端拾器包括固定端、成品气爪连接端和毛胚气爪 连接端，所述固定端设有固定座，所述成品气爪 连接端和毛胚气爪连接端分别设有成品气爪连 接座和毛胚气爪连接座，所述成品气爪连接端和 毛胚气爪连接端相邻设置，所述成品气爪、毛胚 气爪分别连接在成品气爪连接座和毛胚气爪连 接座上，所述成品气爪上设有成品夹爪，毛胚气 爪上设有毛胚夹爪。本实用新型结构简单，能够 适用多种规格汽缸套和多个生产工序，实现了同 一机器人对多种气缸套在不同工序中的安全夹 持，且减少了夹持器数量、检修维护方便、工作效 率高， 有利于降低检修维护成本和生产成本。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 209970759 U 2020.01.21 C N 209970759 U 权 利 要 求 书1/1页CN 209970759 U 1.一种机器人末端夹持器，其特征在于：包括菱形端拾器、成品气爪、毛胚气爪，所述菱形端拾器包括固定端、成品气爪连接端和毛胚气爪连接端，所述固定端设有固定座，所述成品气爪连接端和毛胚气爪连接端分别设有成品气爪连接座和毛胚气爪连接座，所述成品气爪连接端和毛胚气爪连接端相邻设置，所述成品气爪、毛胚气爪分别连接在成品气爪连接座和毛胚气爪连接座上，所述成品气爪上设有成品夹爪，毛胚气爪上设有毛胚夹爪。 2.根据权利要求1所述的机器人末端夹持器，其特征在于：所述成品夹爪包括设于成品气爪上的两个相对应的第一气爪大指和第二气爪大指。 3.根据权利要求2所述的机器人末端夹持器，其特征在于：所述毛胚夹爪包括设于毛胚气爪上的两个相对应的第一上料夹指和第二上料夹指，所述第一上料夹指上还设有夹持孔，所述夹持孔外侧设有气缸安装座，所述气缸安装座固定在第一上料夹指上，所述气缸安装座上安装有夹紧气缸，所述夹紧气缸的活塞工作端设有夹紧块，所述夹紧块与夹持孔相匹配。 4.根据权利要求3所述的机器人末端夹持器，其特征在于：所述第二上料夹指上设有与所夹持工件相匹配的弧形凹槽，所述第一气爪大指、第二气爪大指和第一上料夹指的夹持侧均可拆卸连接有V形夹块，所述V形夹块的夹持面与所夹持工件的形状和尺寸相匹配，所述弧形凹槽与第一上料夹指上的V形夹块的夹持面相对应。 5.根据权利要求4所述的机器人末端夹持器，其特征在于：所述第一气爪大指、第二气爪大指和第一上料夹指分别通过螺栓与V形夹块相连接。 6.根据权利要求1-5任意一项所述的机器人末端夹持器，其特征在于：所述成品气爪和毛胚气爪均选用AF-30-125-NO气爪。 2 2.2.1.1夹紧力计算 手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。 手指对工件的夹紧力可按下列公式计算： 123N F K K K G ≥ 2-1 式中： 1K —安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.2——2.0，取1.5； 2K —工件情况系数，主要考虑惯性力的影响， 计算最大加速度，得出工作情况 系数2K , 20.02/1 11 1.0029.8 a K g =+=+=，a 为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的绝对值（m/s ）； 3K —方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定， 手指与工件位置：手指水平放置 工件垂直放置； 手指与工件形状：V 型指端夹持圆柱型工件， 30.5sin K f θ = ，f 为摩擦系数，θ为V 型手指半角，此处粗略计算34K ≈,如图2.1 图2.1 G —被抓取工件的重量 求得夹紧力 N F ， 123 1.5 1.002439.8176.75N F K K K Mg N ==????=，取整为177N 。 2.2.1.2驱动力力计算 根据驱动力和夹紧力之间的关系式： 2sin N Fc F b a = 式中： c —滚子至销轴之间的距离； b —爪至销轴之间的距离； a —楔块的倾斜角 可得2sin 177286sin16195.1534 N F b a F N c ???===o ，得出F 为理论计 算值，实际采取的液压缸驱动力' F 要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率η，一般取0.8～0.9，此处取0.88，则： '195.15 221.7620.88 F F N η = = = ，取'500F N = 2.2.1.3液压缸驱动力计算 设计方案中压缩弹簧使爪牙张开，故为常开式夹紧装置，液压缸为单作用缸，提供推力： 2= 4 F D p π 推 式中 D ——活塞直径 d ——活塞杆直径 p ——驱动压力， 'F F =推,已知液压缸驱动力' F ，且'50010F N KN =< 由于' 10F KN <，故选工作压力P=1MPa 据公式计算可得液压缸内径： 25.231D mm === 1 绪论 1.1课题研究的目的和意义 机器人是人类很早就梦想制造的、具有仿生性且处处听命于人的自动化机器，它可以帮助人类完成很多危险、繁重、重复的体力劳动。机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物，它涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、人工智能、知识库系统以及认识科学等众多学科领域，是当代最具有代表性的机电一体化技术之一。人类文明的发展、科技的进步已和机器人的研究、应用产生了密不可分的关系。为了适应社会的需求，各院校都比较重视机器人技术和控制技术等课程在机械设计及其自动化专业的开设，使培养的学生懂得机器人设计方面的技术。经过40多年的发展，现代机器人技术在工业、农业、国防、航空航天、商业、旅游、医药卫生、办公自动化及生活服务等众多领域获得了越来越普遍的应用。机器人技术不断进步与创新，所到之处使整个制造业乃至整个社会都发生了和正在发生着翻天覆地的变化。机器人是最具代表性的现代多种高新技术的综合体，它可以从某个角度折射出一个国家的科学水平和综合国力。由于社会的需求，造就了一批从事设计、开发和使用机器人的高级人才。而设计和开发的基础，是对机器人机械系统、感知系统和控制系统等的理解和掌握，才能较好的使用其中的资源来进行设计。故此本文介绍了机器人设计的基本理论，讨论了机器人本体基本结构的相关内容，描述了机器人控制器和传感器等的基本原理，然后再介绍机器人轨迹规划和静力分析方面的知识，使学生既懂得怎样设计一个机器人，同时能熟练地运用此设计理论。 机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物，计算机技术的不断肩部和发展使机器人技术的发展一次次达到一个新的水平。机器人涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、知识库系统以及认识科学等诸多学科领域，成为高科技中极为重要的组成部分。人类文明的发展、科技的进步已和机器人的研究、应用产生了不可分的关系。机器人技术是当代最具代表性的机电一体化技术之一。机器人已广泛地应用于工业、国防、科技、生活等各个领域。机器人在现代工业中应用得特别广泛，而其与外界环境直接接触的部分是机械手，它可以代替人手，与外界环境中有毒以及有害的物质直接接触以减少对人工业机器人的传感器
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