搬运场合应用的球类机械手设计（含全套CAD图纸）
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共35页)
编号：1036365
类型：共享资源
大小：3.57MB
格式：RAR
上传时间：2017-02-23
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
搬运
场合
应用
利用
运用
球类
机械手
设计
全套
cad
图纸
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
2011, 1, 47011 () 2011 of a rm , 9, 2011; , 2011; 5, 2011 he of to of of to as be a as an is do so no To we to a of of it . he is as of 1. to as of a an is a or to to of 2. on is SO as an in or 1. to or to a of An or to as as or 007 % 14,000 At 007 in an 0,000 3. to of an to to in a a of a of of 4. of SA of is to a of a to a of 5. In is of of to a of as of a at of 6. on to . 48 1,000 in of is of up an by In a a a to a is of a a to be to to In in to of an of to as be a as an 2. he of is on a to a 6 of a by of is to a of of is or it is to of As is in a is is is of . of of in it is to a of is of a of 4 a of of of is is in in . by to of is is 80 by 9. of on by In of 0 of at , it is by A. on B, B ) C D) as . of 2011 49A. . of . of B. of E) of D) of B) L = 1 of m (of C) m (of D) m (of E) of in as , B, 1)-(4). of , 5), , 6), to , 7) 8), 0 (1) .8 m s (2) 0 (3) .8 m s (4) 220E m CD D L M (5) 2202D c M (6) m 278.6 oz (7) m oz (8) on is a 80 oz/it is we at , 8), we at to is at is 60 oz/of be , 0 30 a 7.9 of be to to 2011 . 50 it a we to of It to t a on be as In to a to to in of . By of in in we of In we of of a on in a of it is an in in of is . 3. o of to of . D . a by as . a in in y in x z by xz as . In 9: z: in z x: in x y: in y as , 21as 9) 10). 2222180 BC x 2(9) 222122x z2(10) 0(11) is to 1 is to 2. is 2011 51A. . . 11). of in to to 4. he is of of it is to a to it be or is in an we of of is of is a as 0. is by a in 0. 5. he be or In a a a to a to do In we of a a a in it be in a of is 1. is 68 a as 2. is in of , it a it is to is is a It to a as as 3, a s 2011 . 52 1. of 2. 3. on or a In is n As is a as 4. to a to or to to is In x y z 1 2 by an so be in a is is a as 5. to In it a 4. 2011 53A. 5. of it an of be as A on is a 80. of is an in In of we of a of as a to In to a as 6, be to as an a in by a or a of we 6. to as 7. by by to on to a on or on by to of to We a to 6. 7. of is by a in it is by to by in to of an polarizati 外文翻译 of a rm 个具有竞争力的低成本的四自由度机械人手臂的设计与开发 院 、 部 ： 机械工程学院 专业名称： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导老师： 摘 要 这项工作的主要重点是设计，开发和实施具有竞争力的机器人手臂具有增强控制和粗短的成本。机器人手臂的设计采用四自由度和才华来完成精确简单的任务，如光材料处理，这将被整合到了作为一个助理为工业劳动力的移动平台。机器人手臂上配有数个伺服电机的臂之间做链接和执行的手臂动作。伺服电机编码器包括使没有控制器实施。控制我们使用 它执行逆运动学计算和串行通信的适当的角度，以一个微控制器，驱动伺服电机，修改的位置，速度和加速度的能力的机器人。机器人手臂的测试和验证，进行和结果表明，正 常工作。关键词：机器人手臂，低成本，设计，验证，四自由度，伺服电机， 机器人控制 目 录 1 引言 . 1 2 机械设计 . 1 3 机械手逆 运动 . 6 4 最终选择效应 . 6 5 机械手的控制 . 7 运动学控制 . 8 动 . 9 6 测试和验证 . 10 7 结果与讨论 . 11 服电机运动范围 . 11 流消耗 . 12 大负载 . 12 终位置 . 12 8 结论 . 13 参考文献 . 14 1 1 引言 机器人实际上是定义为研 究，设计和使用机器人系统的制造 1。机器人通常用于执行不安全的，危险的，高度重复的，和 单调 的任务。它们具有许多不同的功能，如材料处理，组装，电弧焊接，电阻焊接，机床的装载和卸载功能，刷涂，喷涂等。主要有两种不同类型的机器人：一个服务机器人以及工业机器人。服务机器人是机器人，工作半或完全自主地去履行服务，有用的福祉人类和设备，但不包括生产操作 2 。工业用机器人，在另一方面，被正式通过 义的自动控制和多用途可编程操纵器在三个或更多个轴 3。工业机器人是移动的材料，零件，工具，或通过可变的程式动作的 专门设备来执行各种任务。工业机器人系统不仅包括工业机器人，但也能够执行其任务以及测序或监视通信接口需要对机器人的任何设备和 /或传感器。 2007 年全球市场增长了 3，约 114,000 新安装的工业机器人。截至 2007 年底，全国共有大约一万个工业机器人的使用，估计有50,000 服务机器人用于工业用途比较 3 。由于增加使用工业机器人手臂，演变到该主题开始试图模仿人类动作的细节模式。例如一组学生在韩国做创新的设计，为舞蹈的手，举重，中国书法和颜色分类机械臂考虑 4 。另一组工程师在美国开发八个自由度机械臂。该机 器人是能够把握多个对象与很多从笔形状的一球，也模拟人类的手 5。在空间上，航天飞机遥控器系统，被称为 其继任者是例子多度已经用来执行各种使用专门部署热潮的任务，例如航天飞机的检查自由机械臂有摄像头和连接在末端执行器和卫星的部署和检索演习从货舱航天飞机传感器 6 。 在墨西哥，科学家们已经上了轨道设计和 发展 许多机器人的手臂，墨西哥政府估计，在墨西哥有在不同的工业应用中使用了大约 11,000 机械臂。不过，专家认为，机器人手臂的最高点，不仅质量更高，而且准确，可重复性和粗短的成本 。 大多数机器人都设置了一个操作的示教和重复技术。在这种模式下，一个训练有素的操作者（编程器）通常使用的便携式控制装置（示教）手动教机器人的任务。在这些编程会话机器人的速度很慢。 目前的工作是一个两阶段的项目，这需要一个移动机器人能够运送工具从存储室到工业单元的一部分。在这个阶段中的项目，该项目开展了在科技，墨西哥蒙特雷大学，主要的重点是设计， 制定和实施了工业机器人手臂粗短的成本，准确和优越的控制。这个机器人手臂的设计采用四自由度和才华来完成简单的任务，如光队友里亚尔处理，这将被整合到移动平台的形式，作为 一个助理为工业劳动力。 2 机械设计 机器人手臂的机械设计是基于一个机器人操作器具有类似功能的一个人的 2 手臂 6这样的操纵器的链接是由关节，允许旋转运动和操纵器的链接被认为形成一个运动链连接。机械手的运动链的业务最终被称为末端效应器或臂端的 - 工具，它是类似于人的手。图 1 显示了自由体图的机器人手臂的机械设计。 图 1 机械手的自由体图 如图所示，端部执行器不包括在设计，因为市售的夹持器被使用。这是因为端部执行器是系统中最复杂的部分之一，并且，反过来，这是很容易和经济地使用商业 化 生 产 它。 图 2 示 出了机器人手臂的工作区域。 图 2 机械手工作区域图 这是一个机器人臂具有四个自由度（ ）的典型的工作空间。机械设计仅限于 4 自由度，主要是因为，这样的设计允许大部分必要的运动，并保持 成本和机器人竞争的复杂性。因此，关节的旋转运动被限制，其中旋转的肩完成围绕两个轴和周围只有一个在肘和手腕上，参见图 1。 机器人手臂的关节通常是由驱动的电气马达。伺服电动机被选择，因为它们包括编码器，它可以自动提供 3 反馈给电动机并相应地调整位置。但是， 这些电动机的缺点是转动范围小于 180跨度，从而大大减小了臂和可能的 位置到达该区域的 9。的基础上，选定了伺服电机的资格 由结构和可能的负载所需的最大扭矩。在目前的研究中，用于构造的材料是丙烯酸树脂。 图 3 示出用于负载计算的力的图。的计算均只对具有最大负荷关节，由于其他关节将具有相同的电机，即电机可以移动的链接没有问题。计算考虑了权重 的电动机，约 50 克，除电机在关节 B 的重量，因为它是通过链接的 4 示出了力示意图上链路 包含接头（ B 和 C）具有最高的负载（携带了该书的 计算如下进行。 图 3 机械手负载分布图 图 4 负载分布图 用于 扭矩计算的值： 克（体重链接的 克（体重链接的 克（体重链路的 L = 1 千克（负载） 斤（重电机） （公元前链路的长度） 4 液晶显示屏为 （链接的 度） 斯 = （ E 的长度） 执行力之和在 Y 轴，用负载，如图 4 中，并求解 方程（ 1） - （ 4）。同样，执行的时刻周围的点 C 的总和，式（ 5），和点 B，方程 化（ 6），以获得在 C 和 B，等式（ 7）和（ 8），分别在转矩。 0)( y 4 2 0)( y 4 7 5 2 )()( 22 0)()( 0)()( 2)()( 2 0)()( 2 C （ 6） c / （ 7） / （ 8） 该被选择的基础上，计算在伺服马达，是 其具有 280盎司 /英寸的扭矩。该电动机被推荐，因为它比任何其他电机与同样规格便宜得多。由于我们需要更大的扭矩在关节 B，见公式（ 8） ，我们使用两个电动机在点 B 处，以符合扭矩要求 ;然而，一个马达是不够的其它关节。采用两台电机的合资 B 比使用一个大电机 560 盎司 /英寸便宜得多。 图 5 伺服电机 可以在图 5 中示出，其他有关的特征是，它们可以转动 60 度，在 130 毫秒 5 和它们有各自 的重量。一旦被定义为机器人手臂和电机的初始尺寸，设计进行 了使用 台 ;设计应仔细考虑丙烯酸类片材的厚度和该块将被彼此连接的方式。用于使机器人的聚丙烯酸酯片材是 1/8 厚度和该薄片的选择，因为它更容易加工和更轻的重量以良好的抗性。在设计过程中，我们面临着由于强烈的加盟薄亚克力部分的方式有些困难。它是需要工具来烧，并加入丙烯酸零件和未提供的和球队认为机械结基于螺钉和螺母会比其他的替代品，如胶如多强。为了做到这一点，一个小的特征，设计这允许紧固用螺母，螺栓，而不必在薄的丙烯酸层的螺丝。这个过程的结果是在图 6 所示立体设计。 图 6 机械手 3D 模型 按照设计的结束，每个部分被印在满刻度的硬纸板，然后我们核实了所有尺寸和组件的接口。反过来，我们建立了机器人手臂的第一个原型。接着，上述机器人手臂的部件从使用圆锯和皮肤的工具的聚丙烯酸酯片材进行机械加工。的详细说明在各部分被做在一个专业工场因为机器人手臂的部分太小，这并不是一件容易的实现这种小而准确的切割。在组装机器人部件的电机，几个问题弹出。有报道说，没有抵抗所述紧固，并且，反过来，可能会破裂的临界点 ;因此，在这些点援军进行了审议。机器人手臂的最终结果示于图 7。 图 7 机械手总体装配图 6 3 机械手 逆运动 为了验证机械臂的定位准确，逆运动学计算进行。这样的计算来获得每个电机从通过使用直角坐标系， 图 8 坐标系 如图 8 所示的位置上的角度各电动机将具有特定功能：位于 A 结合的位置的马达，在 y 的最终元件轴，马达 B 和 C 的位置在 x 和 z 轴的最后一个元件。该问题已经通过使用 面简化，如图 9 在其下面的已知值被定义在 9 ：前臂长度。 臂长。 Z：在 z 轴上的位置。 X：在 x 轴的位置。 Y：在 y 轴的位置。利用三角关系，如图 9 所示， 2 和 1 可以得到，如在方程（ 9）可见，（ 10）的马达角度。 图 9 面 马达 B 将使用 1和马达 C 被打算用 2。的角度为马达 A 的计算公式为 11）。通过这些计算，伺服电机的角度得到，从而他们采取的行动，整个结构移动到特定位置。 4 最终选择效应 端部执行器可能是该系统的最重要和最复杂的部分之一。 明显 的，它是非常 7 容易和经济地使用商业人比构建它。端部执行器主要是根据应用和机器人臂完成的任务而变化 ;它可 以是气动，电动或液压。由于我们的机器人手臂是基于在电力系统中，我们可以选择末端效应器的电基础。此外，本系统的主要应用是处理，因此，我们的末端执行器的推荐类型是一个夹持器，如图 10。 图 10 夹持器与伺服 5 机械手的控制 该机器人手臂能自动或手动控制。在手动模式下，训练有素的操作人员（程序员）通常使用的便携式控制装置（示教）教一个机器人做手工任务。在机器人的速度这些编程会话是缓慢的。在目前的工作中，我们所包围的两种模式。一个微控制器，一个驱动器和一个台电脑化用户界面：三个层次的呈现机器人手臂的控制基 本上由。该系统具有独特的特点，允许灵活的编程和控制方法，它是利用逆实施运动学 ;此外它也可以在全手动模式下实现。控制的电子设计示于图 11。 图 11 控制器的电子方案 8 用微控制器是一个的 68 ，它有一个名为 “ ”发展规划板，如图 12 。 图 12 微控制器板 图 13 伺服控制器驱动器 编程语言非常类似于 C ，但包括几个库，帮助在 I / O 端口，定时器的控制和串行通信。该微控 制器被选中因为它具有低的价格，这是很容易重新编程，该编程语言是简单的，并且中断可用于这个特定的芯片。所使用的驱动程序是一个六通道微大师伺服控制器板。它支持三种控制方式： 接连接到一台计算机， 口与嵌入式系统，如 微控制器和内部脚本中使用自包含和主机无需控制器的应用。这个控制器，如图 13 所示，包括位置和内置的速度和加速度控器 秒分辨率 用户界面取决于所使用的控制方法，即，逆运动学或全手动模式。在下文中，每个接口描述： 运动学控制 在这种控制方法中，用户输入的坐标系 统中的位置，其中夹爪应。至于后果，接口与 过一个可视化的用户生成的，如图 14 图 14 用户界面 9 程序将自动执行逆运动学的计算，以得到每个电机应具有的角度，然后发送一个命令要么到微控制器，或直接将机器人移动到指定的位置的驱动器。通信是通过 32 协议进行。在下文中，您可能会看到 用户界面的输入和输出。 用户界面输入： X 轴位置。 y 轴的位置。 Z 轴位置。夹持器打开。叼纸牙攻角。串行端口。 用户界面输出是： 电机 A 角。 电机 度。 电机 度。 电机 角。 攻角。 姿势角度 这样的输出变量进行处理，并通过适当的方式发送的，这样的信息可以在一个正确的方式来解释。该输出是通过其连通于控制器串行端口发送。当按钮 “移动 ”被点击时，一个过程将发生，如图 15 图 15 程序流程 在图 15 中，随着这个动作，所述机器人臂将根据所输入的值改变其位置。此外，它有一个待机按钮，停止该通信控制器。 这种方法的主要优点是，它使用移动的有效方法，并提供进一步的功能，可以实现，比如位置和顺序学习。的缺 点，另一方面，是使 具有有效的角度逆运动学计算之后可能的位置是非常有限的，因为伺服电机有180一个约束。 动 这种类型的控制是我们的系统，在特定的位置有用多了一种选择。在强制的情况下持仓逆运动学模式不能计算其有效的角度，我们可以用手动控制来代替。 10 基本上，手动控制包括一系列模拟输入，诸如电位器，一种是与这将解释该值并发送一个命令到伺服驱动器的微控制器相连。为了实现这一点，一个控制板，如图 16 图 16 电位器板 应该被构建为一个接口与用户的工作。可能实现包括教学功能，使微控制器存储在 内存中，并通过键盘或系列交换机，我们可能还记得这些职位的职位 。 6 测试和验证 若干 测试 是 验证该机器人臂和它的组件。 测验 涉及的特定元件和整个系统的，如图 17 所示。 图 17 机械手测试 微控制器测试是由软件发送不同的命令给单片机，检查这是连接到开启或关闭取决于命令伺服电机的输出发生变化。伺服电动机分别通过发送不同的直接脉冲到每个伺服电动机和验证移动到合适的位置的响应之后进行测试。我们使用的 11 标记知道在哪里的初始位置是和最终电机的位置是通过与微控制器发送信号，并且，反过来，它是由伺服解释和比较，由编码器提供的信 号，从而在旋转到所需的位置来确定。在测试过程中，伺服电动机是因为不正确的极化的不一致性与机器人臂系统。 伺服电机驱动器中使用 件发送命令到发送的特定命令其中有一台电机连接根据称道改变位置的驱动微控制器也测试。要注意到，在这一点很重要开始一个项目的不同的伺服电机驱动器被选中，但与他们和微控制器之间的通信几个问题都存在。所以，我们选择一个驱动器，允许数据被直接从计算机发送到它与只有一个 ，所以，微控制器将仅在箱子的使用实现手动控制。其他测试，以验证整个系统的功能， 图 18 机器人手臂的动作 如显示在图 18 中通过引入在 面中的特定位置和测量，以验证一个参考点和最后点之间的距离发生了那些测试：该从逆正确变换到正运动学，指定的角度和马达的转动之间的关系。机器人手臂的测试和验证是需要细长时间，因为需要几次迭代的任务之一。在我们的测试中，很多问题出现的：错误的角度计算，电机的错误校正，问题与物理角度和位置测量，因为这是没有预料过载烧毁伺服电机之一 。 7 结果与讨论 服电机运动范围 伺服电机的极限得到规范，因为这种类型的电机都包含有小于 180 度的跨 12 度。实际范围为所有 电机被发现是在范围 125 - 142 度，如表 1 所示的这清楚地表明，机器人手臂的实际操作是从机架的情况下不同。 表 1 电机角的范围 电动机 角度范围 电机 A 130 电机 135 电机 140 电机 142 电机攻击角度 125 流消耗 消耗电流取决于负载和机器人臂的运动的类型。在目前的研究中，有 4 个级别的电流消耗为： 低（从 0 到 200 这种消费发生时，机器人处于静止状态（不运动的情况下）。 正常（从 200 到 500 这件事发生时，机器人手臂移动与能力去目标没有很大的扭矩需求。 高（ 500 900 毫安）。达到按账面负载的开头这个范围。通过克服的惯性载荷的初始瞬间，在正常范围内发生的地方。 过电流（超过 900 负荷太重，电机不能动弹。为在此条件下被用于多于一分钟，将马达烧毁，也就是说，它是不可能使用的任何多 大负载 这些结果是用不同的权重得到的 ;一袋玉米被用于与规模来决定包的体重。结果进行了使用机器人手臂拿起袋子，并将其移动到特定位置。表 2电流消耗袋玉米的不同权重。从表 2 中可以看出，该机器人可在负载没有问题的移动超过 50 克以下。在负载 60 克，机器人手臂开始有困难，并通过 80 克后发生严重的情况，其中愤怒可逆的损害可发生在马达。 终位置 结果表明，该机器人臂的精度移动至不同的重量（ 50 克），结果列于表 3 ，如图所示，在机器人手臂能够执行移动到指定的位置。然而，这种移动不平滑，有时马达没有足够的力，尤其是当负载很重。此外，一些问题可能会由于同步两个底部的电机。两个电机的步骤是不重合而引起的丙烯酸部位张力，这在箱子被过多会破坏的部分。 13 表 2 负载与电流消耗 空载 电流损耗 20 克 低 40 克 正常 50 克 正常 60 克 高 80 克 过流 100 克 过流 表 3 精度上的所有轴 轴 精度（ + / - ） 1 厘米 2 厘米 1 厘米 8 结论 本文介绍了机器人手臂，具有天赋太一， 单的任务，如光材料处理的设计，开发和实施。机器人手臂的设计和建造从那里伺服电机被用来进行武器之间的联系和执行的手臂动作亚克力材质。伺服电机编码器包括使没有控制器实施 ;然而，电机的转动范围小于 180范围，从而大大减小了臂和可能的位置到达该区域。机器人手臂的设计，因为这是有限的四个自由度设计允许大多数必要的运动和保持成本和机器人竞争的复杂性。末端执行器是不包括在设计，因为市售的夹持器使用，因为它是更容易和经济地使用商业 1 比生成它。在设计过程中，我们面临着由于强烈的加盟薄亚克力部分的方式有些困难。根据螺钉和螺母的机械连接点被使用，并且，为了实现这一点，一个小的特征，设计这使与紧固螺母螺栓，而无需在薄亚克力层螺旋。到控制的机器人手臂，三种方法被执行：一个微控制器，一个驱动器，和一个基于计算机的用户界面。该系统具有独特的特点，允许在编程和控制方法的灵活性，它利用逆运动学实施 ;是 - 两侧也有可能是在全手动模式下实现 。这个机器人手臂是与他人的对比作为多比现有机器人手臂更便宜，还可以控制所有从一台计算机的动作，使用 接口。数进行测试，以验证上述机器人手臂其中睾丸不但涉及特定元素和整个系统 ;在不同的操作条件下的结果显示信任的机器人手臂呈现的。 14 参考文献 1 操作型工业机器人 - 词汇，国际标准化组织标准 8373 ， 1994 . 2 工业和服务机器人，机器人的 际联合会， 2010. 3 案例研究和投资的机器人，机器人协会统计部， 2008 年盈 利能力。 4 ， 人， “多重功能的智能机械臂， ” 志，韩国， 2009 年 8 月 20 ,1995。 5 ，米 人， “设计 8 自由度人型机器人手臂， ”国际智能与先进系统，吉隆坡， 2007 年 11 月 25 1069 6 丽酿， 罗伯茨， “介绍到航天飞行设计：太空机器人 ”太空机器人，马里兰大学巴尔的摩， 2002 年 3 月 26 日的研讨会。 7 职业安全与健康 管理局技术手册， 167 ，劳动， 1970 年美国国防部。 8 L. G “机器人，建模，规划与控制 ”，施普林格，伦敦， 2009 。 9 M. P. “工业机器人 ,可编程 的技术 应用 “西哥 1989 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 宁院 课程设计 (论文 ) 搬运场合应用的球类机械手设计【 7 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 摘 要 搬运场合应用的各类机械手 是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件 之一 。 该装置涵盖了可编程控制技 术 ， 位置 控制技术 、 检测技术 等 ， 是机电一体化的典型代表仪器之 一 。 本文介绍的 搬运场合应用的各类机械手 是由 出三路脉冲 ， 分别驱动横轴 、 竖轴变频器 ， 控制 搬运场合应用的各类机械手 横轴和竖轴的 精确定位 ， 微动开关将位 置信号传给 机 ； 位置信号由接近开关反馈给 机 ，通过交流电机的正反转来控制 搬运场合应用的各类机械手 手爪的张合 ， 从而实现 搬运场合应用的各类机械手 精确运 动的功能。本课题拟开发的物料搬运 ,搬运场合应用的各类机械手 可在空间抓放物体，动作灵活多样 ， 可代替人工在高温和危险的作业区进行作业 ，并可根据工件的变化及运动流程的 要求随时更改相关参数。 关键词： 搬运场合应用的各类机械手 , 交流电机，购买后包含有 纸和论文 ,咨询 of C a is a of of a to to to be be of AC 纸和论文 ,咨询 目 录 摘 要 . 2 . 2 目 录 . 3 1 绪 论 . 5 题背景及目的 . 10 器人的定义与发展状况 . 10 义 . 10 器人的发展 . 11 . 11 2 搬运场合应用的各类机械手 介绍分析 . 13 . 13 组成 . 16 应用 . 错误 !未定义书签。 分类 . 17 3 搬运场合应用的各类机械手 结构方案和驱动方案选型 . 19 . 19 作要求分析 . 19 构及驱动系统选型 . 20 4 系统各主要组成部分设计 . 21 . 21 . 21 4 . 22 . 23 伸缩机构设计 . 25 压驱动系统设计 . 27 部抓取缸 . 28 部摆动液压回路 . 29 体系统图 . 29 身结构的设计 . 30 机的选择 . 31 速器的选择 10 . 31 11 . 32 . 33 定位及平稳性确定 . 34 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 . 34 . 34 动的缓冲装置 . 35 制液压系统图 . 36 5 机械手控制系统设计 . 错误 !未定义书签。 械手的工艺过程 . 错误 !未定义书签。 制系统 . 错误 !未定义书签。 制系统程序设计 . 错误 !未定义书签。 总结与展望 . 37 参考文献 . 38 致 谢 . 39 5 6 7 8 9 10 1 绪 论 题背景及目的 课程设计 是机械设计制造及其自动化专业在校学习的最后一个环节，是对四年大学学习的继续深化和检验，即有实践性又有综合性，是其他单一课程所不能替代的，通过课程设计 更能提高综合训练能力，为即将走向工作岗位，提高实际工作能力起到十分重要的作用。以达到如下目的： （ 1）综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能，提高分析解决实际问题的能 力。 （ 2）接受工程师必须的综合训练，提高实际工作能力。如调查研究、查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制订设计或试验方案的能力；设计、计算和绘图能力；总结提高撰写论文的能力。 （ 3）检验综合素质与实践能力。 器人的定义与发展状况 义 目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义 ，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义： 工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具 1。 工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。 工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。机器人的诞生和 11 发展虽 只有 30 多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力 2。 根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。 在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下 展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。 器人的发展 工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代： 第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。 第二 代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从 1980 年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。 第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用 2 题研究意义 (1)培养学生综合分 析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和。 (2)培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程 12 序规范和方法。 (3)培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。 (4)培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。 13 2 搬运场合应用的各类机械手 介绍分析 运场合应用的各类机械手 搬运场合应用的各类机械手 ，顾名思义，是指能模仿人手 的部分动作，用以完成某些抓放，搬运物件或操纵工具等工作的自动化机械装置。 搬运场合应用的各类机械手 通常用附属于它所服务的设备，动作程序固定，多数没有独立的控制系统，其控制装置包括在主机的控制系统（不包括工业机器人）。 二系统功能原理分析 总功能：装卸货物 分功能 1：进给机械手 分功能 2：夹放货物 分功能 3：举升货物 动力源 进给传动 进给执行 动力源 动力源 举升传动 夹放传动 夹放执行 举升执行 功能元B 功能元C 功能元D 功能元E 功能元F 功能元G 功能元H 功能元I 功能元A 14 三机构方案拟定 2 功能元候选机构形态学矩阵表 候选机构 功能元 1 2 3 4 电动机 内燃机 柴油机 液压缸 液压传动机构 齿轮齿条机构 凸轮机构 蜗轮蜗杆机构 液压传动机构 螺旋机构 曲柄滑块机构 齿轮齿条机构 齿轮齿条机构 螺旋机构 凸轮机构 液压传动机构 双压块制动机构 双滑块机构 平行四边形夹持机构 杠杆式夹持机构 蜗轮蜗杆机构 齿轮机构 双摇杆机构 液压传动机构 曲柄摇杆机构 平行四边形机构 双曲柄机构 线轮摆动机构 3 运动实现方案机构网络图 方案： 4 4 4 1 3 3 方案： 15 方案： 优缺点 方案 优点 缺点 方案 可靠性高，安全性好 压力角大 方案 机构简单 传动性差 方案 安全性高 可操作性差，结构复杂 性能 方案 可靠性 安全性 结构工艺性 经济性 可操作性 环保性 结论 方案 + + + + + + 方案最优 方案 + + + + + + 方案 + + + + + + 四 机构的运动尺寸设计 1 系统工作循环图 4 4 4 16 15 45 30 60 0 运动时间 /s 图 4运机械手的三个部分为进给机构、夹放机构和举升机构，其工作循环图如图 4 4 进给机构 前进 静止 前进 静止 退回 静止 退回 夹放机构 保持 夹紧 保持 松开 保持 举升机构 保持 举升 保持 降回 保持 运场合应用的各类机械手 的组成 图 4 4 417 执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。 搬运场合应用的各类机械手 主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。 手部是夹紧（或吸附、托持）与松开工件或工具 的部件，由手指（或吸盘），驱动元件和传动元件等组成。 腕部、臂部、机身是将手部抓取的工件或工 具进行搬运或操作的部件。 驱动系统是驱动臂部、腕部、手部和 搬运场合应用的各类机械手 整体运动机构动作的动力装置，常用的驱动方式有液压、 液 动、机械、电 液 或其他的组合。 控制系统是支配 搬运场合应用的各类机械手 按规定程序和要求进行运动的装置，他们主要用来控制：位置（点位控制或连续轨迹控制）、 时间、速度和加速度等参数。 搬运场合应用的各类机械手 与主机及其它有关装置之间的联系 3。 佳功能原理方案确定 按搬运场合应用的各类机械手布局形式分可分为：架空式搬运场合应用的各类机械手、附机式搬运场合应用的各类机 械手、落地式搬运场合应用的各类机械手三种。此外，还有安装在自动线料道上或料道旁，实现工件上、下料、传递转位、转向等用途的搬运场合应用的各类机械手，他们具有运动单一、结构简单，位置灵活及精度一般要求较低的特点。 搬运场合应用的各类机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置 3。 (1)根据所承担的作业的特点，工业 搬运场合应用的各类机械手 可分为以下三类： (a)承担搬运工作的 搬运场合应用的各类机械手 ：这种 搬运场合应用的 各类机械手在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。 (b)生产工业用 搬运场合应用的各类机械手 ：可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。 (c)通用工业 搬运场合应用的各类机械手 ：其用途广泛，可以完成各种工艺作业 9。 (2)按功能分类 : (a)专用 搬运场合应用的各类机械手 ：它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用 搬运场合应用的各类机械手 具有动作少，工作对象单一，结构 18 简单，实用可靠和造价低等特点，适用于大批大量的自动化生产，如自动机床，自 动线的上、下料 搬运场合应用的各类机械手 和“加工中心”附属的自动换刀 搬运场合应用的各类机械手 。 (b)通用 搬运场合应用的各类机械手 ：又称工业机器人。它是一种具有独立控制系统的机械装置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。 (c)示教再现 搬运场合应用的各类机械手 ：采用示教法编程的通用 搬运场合应用的各类机械手 。所谓示教，即由人通过手动控制，“拎着” 搬运场合应用的各类机械手 做一遍操作示范，完成全部动作后，其储存装置即能记忆下来。 搬运场合应用的各类机械手 手可 按示范操作的程序行程进行重复的再现工作。 (3)按驱动方式分 ： (a)液 力驱动式的机器人： 液 源压力一般只有 宜抓举力较小的场合。 (b)液力驱动式的机器人：结构紧凑，传动平稳且动作灵敏，但对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本较高。 (c)电力驱动式的机器人：无环境污染，易于控制，运动精度高，成本低，驱动效率高等优点，其运用最为广泛。 (d)新型驱动式的机器人：例如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动器，人工肌肉及光驱动器等 (4)按控制方式分 : (a)固定程序 搬运场合应用的各类机械手 ：控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单，程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。 (b)可编程序 搬运场合应用的各类机械手 ：控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需要编排，行程能很方便改变 9。 19 3 搬运场合应用的各类机械手 结构方案和驱动方案选型 始数据及资料 设计题目：机械手 技术指标：自由度 : 4 抓举重量： 7力源： 液压 对 象： 球类 种 类：搬运场 合应用的各类机械手 作要求分析 动作一：送 料 动作二：预夹紧 动作三：手臂上升 动作四：手臂旋转 动作五：小臂伸长 动作六：手腕旋转 预夹紧 手臂上升 手臂旋转 手臂伸长 手臂转回 手腕旋转 图 运场合应用的各类机械手 动作简易图 20 运场合应用的各类机械手 结构及驱动系统选型 本课题所设计的 搬运场合应用的各类机械手 为通用型的 搬运场合应用的各类机械手 ，其中坐标系为圆柱坐标系结构。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式手部设计方案。手部部分由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放 工件的任务。其他部分则按照一般工业生产所采用的通用形式进行设计。 驱动系统选用电机驱动和液压驱动，电机驱动用于机座的旋转和手臂的上下移动，液压驱动用于手臂的伸缩和 搬运场合应用的各类机械手 的夹取和翻转 3。21 4 系统各主要组成部分设计 取机构设计 部设计计算 a有适当的夹紧力 手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 b有足够的开闭范围 夹持类手部 的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图 图 运场合应用的各类机械手 开闭示例简图 c 力求结构简单，重量轻，体积小 手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个搬运场合应用的各类机械手 的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计 22 手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。 d 手指应有一定的强度和刚度 因此送料，夹紧 搬运场合应用的各类机械手 ，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭式弹簧夹 紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。 紧装置 4 液 缸右腔停止进 液 时，弹簧力夹紧工件， 液 缸右腔进 液 时松开工件。 (a)右腔推力 为 p 4 （ 230 . 6 2 5 1 04 =(b)根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为： ,21 c o F ， （ 其中 N =7 98N=686N， （ 抓举重量： 7带入公式 ,21 c o F ， = 68630c o o =1764N 则实际加紧力为 211 实际（ 1764 经圆整 500N 由公式， N 得： a=50.5 mm b=72 23 (c)计算手部活塞杆行程长 L,即 2L （ =25 圆整取 l=25d)确定“ V”型钳爪的 L、 3。 取 3L（ 式中： 5042004 由公式（ ： L=350 取“ V”型钳口的夹角 2 =120，则偏转角按最佳偏转角来确定， 查表得： =2239 (5)机械运动范围（速度） (6)手部右腔流量 =602r=60 25 =s (7)手部 工作压强 （ = 部设计计算 腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸 24 驱动的腕部结构。 要求 ： 0 210， 90 /s 以最大负荷计算： 当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 50 图 部受力简图 (1)计算扭矩14 设重力集中于离手指中心 200扭矩1为： 1（ =10 N M） (2)液 缸（伸缩）及其配件的估算扭矩24 F =5 50N ) S =10入公式 2=5 N M） (3)摆动缸的摩擦力矩摩4 摩F=300（ N）（估算值） S=20 （估算值） 摩=摩 S =6（ N M） 工件 25 (4)摆动缸的总摩擦力矩4 =1+2+摩（ =N M） (5)由公式 8102 （ 其中： b 叶片密度，这里取 b=3 A 摆动缸内径 , 这里取1A=10 转轴直径 , 这里取 =3 所以代入（ 式 620 =8 106 =因为 A 所以 8 = 8 =10s =27ml/s 伸缩机构设计 手臂是 搬运场合应用的各类机械手 的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。 臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。 搬运场合应用的各类机械手 的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了 5。 (1)手臂右腔 流量，公式（ ： 26 200 40 =1004800s =0m/s =1000ml/s (2)手臂右腔 工作压力，公式（ 得： 式中： F 取工件重和手臂活动部件总重， 工件为 50N 估算 F =5+20=30F=1000N。 所 以代入公式（ ： = =3)绘制机构工作参数表如表 表 构工作参数表 (4)由初步计算选 液 泵 所需 液 压最高压力 P =需 液 压最大流量 Q =1000ml/s 选取 泵 此泵工作压力为 1速为 1800r/作流量 Q 在 32 70ml/r 之间，可以满足需要。 (5)验算腕部摆动缸： 8 106 （ 机构名称 工作速度 行程 工作压力 流量 手部抓紧 腕部回转 小臂伸缩 60mm/s 90 /s 200mm/s 25 90 500s 27m/s 1000ml/s 27 m 式中：H 机械效率取： 0.9 v 容积效率取： 以代入公式（ ： 8 22 T =N M） T M=N M） 代入公式 （ 得 ： W =s W /4 s 因此，取腕部回转 液 缸工作压力 P =1量 Q =35ml/s 圆整其他缸的数值： 手部抓取缸工作压力1P=2 流量1=120ml/s 小臂伸缩缸工作压力2= 流量2=1000ml/s 压驱动系统设计 液 压控制室 搬运场合应用的各类机械手 的一种主要的控制形式。 搬运场合应用的各类机械手 的运动速度和操作室根据 液 体的流量与压力来确定，因而只要控制 液 的流量和压力，就可以控制 搬运场合应用的各类机械手 的运动速度和操作力， 液 压压力一般在5 140公斤 /厘米 范围内，最大臂力可达 160公斤以上。 主要优点： (1)液 压执行元件 (马达和 液 缸 )结构紧凑，重量轻，功率小。 (2)可通过空 液 带走大量热能，保证机械的正常运行。 (3)液 压元件有直线位移式和旋转式二种，适用范围较广，其控制速度的区间也比较宽。只要通过阀和泵的调节就能实现开环和闭环的控制系统。 28 (4)响应速度比较快，能高速启动，制动和反向，无后滞现象。其力矩一惯量比也较大，因而其加速度能力较强。 (5)液 压元件于其他驱动元件相比，刚度较大，位置误差小，定位精度高，而且耐振动等。 缺点 :控制系统比较复杂，处理功 率讯号的数学运算误差，检测，放大，测试和补偿功能不如电子，机电装置灵活简便 4 部抓取缸 图 部抓取缸 液 压原理图 (1)手部抓取缸 液 压原理图如图 示 (2)泵的供 液 压力 量 Q 取系统所需最大流量即 Q =1300ml/s。 因此，需装图 所示的调速阀，流量定为 作压力 P=2 选取采用： 202调速阀 23 29 部摆动 液 压回路 4图 部摆动 液 压回路 (1)腕部摆动缸 液 压原理图如图 示 (2)工作压力 : P=1量 : Q=35ml/s 选取采用 : 202调速阀 34 换向阀 体系统图 (1)工作过程 : 小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂回转小臂收缩手部放松 (2)电磁铁动作顺序表 : 30 表 体系统图 元件 动作 1臂伸长 手部抓紧 腕部回转 小臂收缩 手部放松 卸荷 - - - - - + + + + - - + - - - + - - + - - - - - - - (4)确电机规格： 液 压泵选取 液 泵，额定压力 P =1作流量在 32 70ml/r 之间。选取80L/ 因此：传动功率 （ 式中： =经验值） 所以代入公式（ ： 010801063 N=取电动机 定功率 17 转速为 2940r/ 身结构的设计 臂部和机身的配置形式基本上反映了 搬运场合应用的各类机械手 的总体布局。本课题 搬运场合应用的各类机械手 的机身设计成机座式，这样 搬运场合应用的各类机械手 可以是独立的，自成系统的完整装置，便于随意安放和搬动，也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间，多见于回转型 搬运场合应用的各类机械手 。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转 。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转，从 31 而达到了自由度的要求 7 机的选择 机身部使用了两个电机，其一是带动臂部的升降运动；其二是带动机身的回转运动。带动臂部升降运动的电机安装在肋板上，带动机身回转的电机安装在混凝土地基上。 带动臂部升降的电机： 初选上升速度 V =100mm/s P =6以 1 0 006 60100n 转 /分 选择 于笼型异步电动机。采用 壳防护等级为 却方式为 I（ 014）即全封闭自扇冷却，额定电压为 380V，额定功率为 50 如表 90 表 型号 额定功率 载时 堵转电流 堵转转矩 最大转矩 电流 A 转速r/率 % 功率因素 额定电流 额定转矩 额定转矩 400 79 减速器的选择 10 减速器的 原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。用来降低转速和增 转矩，以满足工作需要。 初选 圆柱蜗杆减速器。 蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。 蜗杆的材料为 38质 32 蜗轮的材料为 心矩 a=80 q=11 （ 传动比 I =30 传动惯量 10 m 柱的设计与校核 11 螺杆是 搬运场合应用的各类机械手 的主支承件，并传动使手 臂上下运动。 螺杆的材料选择： 从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。 螺距 P =6 梯形螺纹 螺纹的工作高度 h = （ =3纹牙底宽度 b =6= （ 螺杆强度 11 53 s （ 53150=30 50纹牙剪切 =40 弯曲 b=45 55 (1)当量应力 231221 式中 T 传递转矩 N 螺杆材料的许用应力 所以代入公式（ ： 231221 6231221105030d 12231221 102500 126141102 5 0 0900 2 3 6 2 5 0 2 5 62250251236 9001012 6225025 1236 900 1012 即 16471535340 33 合格 (2)剪切强度 6160 合圈数） （ F（ =103 =403)弯曲强度 1b F1 6 03 2 = =45格 座的机械结构 带动机身回转的电机： 初选转速 W =60/s N =1/6 转 /秒 =10 转 /分 由于齿轮 I =3 减速器 I =30 所以 n =10 3 30=900转 /分 选择 电动机采用 壳防护等级为 却方式为 I（ 014）即全封闭自扇冷却，额定电压为 380V，额定功率为 50 如表 90 表 90型号 额定功率 载时 堵转电流 堵转转矩 最大转矩 电流 A 转速 r/率 % 功率因素 额定电流 额定转矩 额定转矩 10 34 运
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号