机器人自动火焰切割H型钢的设计【全套CAD图纸+答辩毕业论文】

买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 目 录 目录 （ 1） （ 2） 第 1章 工作台的设计院 （ 3） 1 1 工作台总体方案 （ 3） 1 2 工作台的结构设计 （ 3） 1 3 滚珠丝杠螺 母副的确定及验算 （ 4） 1 4 导轨的选型及计算 （ 6） 1 5 推动工件的电机选择 （ 7） 1 6 推动工件的减速器确定 （ 7） 1 7 联轴器选择 （ 8） 1 8 离合器的选择及计算 （ 8） 1 9 导轨的确定 （ 9） 1 10 压紧离合器的弹簧选择 （ 10） 第 2章 机器人总体设计中技术方案的制定 （ 10） 2 1 确定基本技术参数 （ 11） 2 2 选择机器人操作机的机械结构类型 （ 11） 2 3 机器人控制方式的选择和控制系统设计 （ 12） 2 4 机器人驱动方式的选择 （ 12） 第 3章 腕摆设计 （ 12） 3 1 腕摆电机选择 （ 12） 3 2 电机转速 （ 13） 3 3 同步带传动设计 （ 13） 3 4 同步带轮设计 （ 14） 3 5 谐波齿轮减速装置设计 （ 14） 3 6 腕摆中其它零件的选择及设计 （ 16） 3 7 手腕的装配 （ 16） 结束语 （ 17） 鸣 谢 （ 17） 参考文献 （ 18） 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 此处为英文摘要， 字体： （字号： 12 磅，） （行距：固定值 =22） 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 机器人自动火焰切割 机械设计制造及其自动化， 99121110，李活文 指导教师：张 键 副教授 摘 要 ： 利用机器 人切割大型 H 型钢，是目前减轻劳动强度、增加效益的有效途径，尤其 是在环境比较恶劣的地方。机器人作为一种高新科技，在国内应用还只是局限于很少的一些部门，为了使机器人的应用在我国广泛应用到各方面各部门，本设计主要着重于机器人的设计，为机器人的广泛应用呐喊助威。 关键词 ：机器人 ；切割机器人 第 1章 工作台的设计 1 1工作台总体方案 考虑到机器人造价比较贵，采用两个工作台一字排列，如图 1所示 图 1 工作过程为： 先在一个工作台上安装好工件，用机器人气割，在气割的同时，在另一个工作台安装工作；当机器人气割完第一个工件后，马上到第二个工作台去气割工件，同时在第一个工作台上装卸工件。这样有利于提高机器人的利用率。 在工作台的两侧，一侧装卸工件，在另一侧则是机器人运行的轨道；而在工作台下面则是用电机推动工件定位的机构。 1 2工作台的结构设计 由于工作地点在室外，且精度要求不高，所以工作台的结构设计主要安照经验来设计。 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 1 2 1 虑工作的高度，取工作台的长度为 L=12000度为 B=1330度为H=1330 1 2 2 作台采用方形，四条边的宽高分别为 50100在其两侧每隔 2 米在工作台下焊接一根 330 100 50 的铸铁作为工作台的脚部，在工作台面每隔500为支持工件 角钢号数为 10；横条边部平均焊上三片高 200 30 1 3 滚珠丝杠螺母副的确定及验算 滚珠丝杠副传动与滑动丝杠相比其主要特点是： 1）传动效率高，一般可达95%以上，是滑动热杠传动的 24倍； 2）运动平稳，摩擦力小，灵敏度高、低速无爬行； 3）可以预紧、消除丝杠副的间隙，提高轴向接触刚度； 4）定位精度和重复定位精度高； 5）使用寿命为普通滑动丝杠的 410 倍甚至更高； 6）同步性好，用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性； 7）使用可靠、润滑简单、维修方便； 8）不自锁，可逆向传动，即螺母为主动，丝杠为被动。旋转运动变为直线运动； 9）有专业厂生产，选区用配套方便。 1 3 1 工字钢的摩擦力计算 f ，工字钢如图 2 。 1 3 1 1 G= =230（ 80030） +2 800 30+0 2 =70965=096512000=0 8 1 3 1 2摩擦系数 f= =0 f=0 3=9746N 1 3 2 工 作 台 主 要 受 丝 杠 轴 向 力f/2=9750/2 = 4875 N Z= 4875 N V 0 图 2 1 3 3 最大工作载荷计算 选矩形导轨 FL+f （ C+G） 其中 K=f=取 G=200N 875+ 0+0+200） =5364 N 1 3 4 最大动负载 C C= r=30买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 L=6006 取进给速度 V=1 m/ 丝杠基本导程选 0 n=1000n/10001/10=100 r/ 取 t=8000h 因有冲击，取 而 364 N C= 3 610/1500010060 25364 =48077 N 选用外循环滚动螺旋副，其中丝杠选用 30 a= 51600 N 1 3 5 传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率为 = + ) 式中：为丝杠螺母旋升角，可由上得 =为摩擦角 ,滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 f = 其摩擦角约等于 10。 = (+ 10 ) = 3 6 刚度验算 滚动丝杠副的轴向变形将收起丝杠导程发生变化，从而影响其定位精度和运动平稳性。滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形、丝杠与螺母之间滚道的接触变形、丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。滚珠丝杠的扭转变形小，对 纵向变形的影响更小，可忽略不计。螺母座只要设计合理，其变形量也可忽略不计。 1 3 6 1丝杠的拉压变形量 1 滚珠丝杠奕计算满载时拉压变形量 1 = 式中： 1为在工作载荷 m = 5364N； = 330钢 E = 104 = = 632/4 =3115.7 “ +”号用于拉伸，“ ”用于压缩。 1 = 5364 330/（ 104 = 3 6 2滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2 有预紧 2 = 3 2w = Z = Z圆数列数； Z= w = 63/ = 1 = m = 5364 N 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 因当滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷的 1/3 时， 2 值可减小一半左右，所以 。 C/3 =48077/3 = 16026 N 2 = 3 = 3 6 3珠丝杠副刚度的验算 丝杠的总变形量 = 1 + 2 应小于允许的变形量。一般不应大于机床进给系统规定的定位精度的一半。 = 机床进给系统的定位精度取 其一半为 = 刚度符合要求 1 3 7压杆稳定性验算 临界载荷 FK=2 其中 E=104因材料为钢） I= 4 d=e+2R R= e=) (上可知 R=e=) =3+20. 01337=，一端自由 0 4391223/300 2 =0 6N K/0 6/5364 =411.3 10 稳定性安全系数满足要求 1 4导轨的选型及计算 按标准，导轨副选用 格为 图 3所示： 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 图 3 直线滚动导轨副的特点阵字是： 1） 承载能力大，刚度高。在直线滚动导轨副中，滚珠与圆弧沟槽相接触，因而许用载荷和刚度与点接触相比有较大幅度的提高。 2） 采用直线滚动导轨副可简化设计、制造和装配工作。导轨副的安装基面精度和质量要求不高，只要求精铣或精刨。 1 5推动工件的电机选择 T= +） =9550P2/n 摩擦系数 f= 即得 = 由上选的丝杠可得 3 =254 = （ 5364 63 10+ ) ）=9550P2/n P2/n= 取 n=750 r/ 50= 图 4 取标准 电机型号选 P=3 n=750 r/机的安装及外形，如图 4所示 1 6推动工件的减速器确定 减速器选 1988），其齿轮为渐开线斜齿齿轮，系采用优质材料（如齿轮用 20碳淬火、锻造毛坯，齿面硬度为 5562经磨齿修缘、精度 6级，箱体经精密镗孔等制成。 承载能力高，运转 平稳，噪声低。其代号为 10 I 。如图 5 图 5 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 该减速器的适用条件是高速轴转速不高于 1500 r/齿轮圆周速度不高于 20 m/s ；环境温度 4045 C，低于 0 动前应将润滑油先热到 8 于 45 1 7联轴器选择 1 7 1 连接电机与减速器的联轴器选择 联轴器选用弹性柱梢齿式联轴器，其型号为 如图 6 该种联 轴器与齿式联轴器比，具有结构简单、轻、维护方便，无需润滑等优点。 图 6 1 7 2 连接减速器与锥式摩擦离合器的联轴器选择 在锥式摩擦离合器的一端用轴套加厚至与减速器的输出轴一端同样大小，取即为 75 ，然后再用轴套联轴器连接起来。轴套联轴器选用 d = 75，其标号为 75 。 1 8离合器的选择及计算 离合器选锥式摩擦离合器 由电机的 d=42定锥式摩擦离合器的大 小 D=（ 46） d=（ 46） 42=168252 取 D=230 2 = 2d = 242 = 84 2 = 63 2 = 21 t = 2 = s = 2 =c = 2=a 810 取 a=9 静摩擦系数 f=许用比压 P= 锥式摩擦离 合器如图 7 摩擦面平均直径 m=d =230-( 42 =摩擦面宽度 b b = ( ( 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 = b = 45 计算转矩 T/( 图 7 其中 = 现取 K=1.4 1.3 结合次数修正系数，取 1 由上可得 T = + ) T = 5364 6310 + = m = m 摩擦锥行程 x = /其中离合脱开所需间隙，一般取 = 1 现取 = 0.8 x = 0.8/= 脱开力与结合力 Q = 2Tp()/ ( ) 接合时用“ +” ， 脱开时用“ -” Q 合 = 2 10 3 ( )/ ( =572 N Q 开 =2 10 3 ( )/ ( = 摩擦面比压 P=2 P P=210 3/ (45 = P= P = 9导轨的确定 1 9 1 导轨主要受机器人的自身重力，其受力不大 选用中小型起重机的小车常用轻型，其型号选为 15 。 其外形如图 8 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 图 8 图 9 1 9 2 用热轧槽钢把导轨焊接在一起，热轧槽钢型号选用 40c 1 9 3 小车轮子的设计 按经验及主要考虑安全因数设计轮子，现设计为两轮子的直径为 92 厚度为 30 中间轴直径为 50 长度为 43 两端轴直径为 25 如图 9 1 9 4小车的设计 小车板面设计成为 80050030 的工作板块。 1 9 5小车板块上树立外径为 300 空心圆柱，内径为 200 树立的圆柱顶部再焊一条同样规格的空心圆柱，不过是水平方向放置。 紧离合器的弹簧选择 弹簧的性能和使用寿命很大程度上取决于材料的选择。要求材料具有 较高的疲劳极限、屈服点和足够的冲击韧度。现选取的弹簧材料用热轧弹簧钢经热卷成型后，再淬火回火处理制。 由 Fm/f = f = Fm/ = 5264/ = 5430 N 一个离合器接二个弹簧 试验载荷取 为 2715 N 据标准选取圆柱螺旋压缩弹簧 ,其材料直径 d = 8 簧直径 D = 32 许用应力 p = 585 验载荷 3676 N ,一圈弹簧的试验变形量 其端部结构形式为 ：两端圈并紧并磨平。 第二章 机器人总体设计中技术方案的制定 机器人系统的引用，应做到以下几点： 1 析和确定机器人系统的方案。 （ 1） 机器人系统的应用和可行性调查。可行性调查主要是技术和经济两个方面。 （ 2） 确定产品工艺过程和机器人作业动作要求。对工艺过程中每一个工作单元的任务应有明确规定，即每一个工作单元将要做的工作数量。 （ 3） 确定机器人系统的能力和适用的作业范围和外围装置。机器人系统的外围装置指的是为完成机器人操作，而应配的辅助装置。 （ 4） 进行不同方案的对比研究。 （ 5） 确定机器人系统方案。 2 详细设计阶段 详细设计 的内容有： （ 1） 机器人机座、手臂、手腕、末端执行器及与机器人作业对象有关的设计。 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 （ 2） 外围设备的设计。 （ 3） 安全装置的设计。 （ 4） 布局设计。 包括人 机系统的详细内容，作业对象的流动系统，维护和服务区等的布局设计。 （ 5） 安全保护设施的设计。 3 制造、安装、试运转阶段 其工作内容有： （ 1） 自制设备的制造、外购设备的检查验收。 （ 2） 系统的总体布置和设备安装。 （ 3） 调试、试运转。 （ 4） 边续工作运转，调整。 2 1确定基本技术参数 2 1 1额定负载 目前，国内外使用的工业机器人中，其负载能力的范围很大，最小的额定负载在5大可达 9000N。负 载大小的确定主要是考虑沿机器人各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中应包括机器人末端执行器的重量、抓取工件或作业对象的重量和在规定速度和加速度条件下，产生的惯性力（矩）等。 2 1 2工作范围 工业机器人的工作范围是根据工业机器人作业过程中的操作范围和运动的轨迹来确定，用工作空间来表示的。工作空间的形状尺寸则影响机器人的机械结构坐标型式、自由度数和操作机各手臂关节轴线间的长度和各关节轴转角的大小及变动范围的选择。 2 1 3运动速度 机器人操作机手臂的各个动作的最大行程确定后，按照循环时间安排 确定每个动作的时间，就能进一步确定各动作速度，用 m/s 或（） /s 表示，各动作的时间分配要考虑多方面的因素，例如总的循环时间的长短，各动作之间顺序是依序进行还是同时进行等。应试作各动作时间的分配方案表，进行比较，分配动作时间除考虑工艺动作的要求外，还应考虑惯性和行程的大小，驱动和控制方式、定位方式和精度要求。 2 1 4 分辨率、位姿准确度和重复性、轨迹准确度和重复性以及最小定位时间 工业机器人各运动轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度称分辨率。次执行同一位姿指令，实到位姿与指令位姿之间不一致程度自然保护 区位姿准确定。机械接口中心跟随指令运动轨迹的不一致程度，称为轨迹谁确度。在相同条件下，用同一方法操作，重复多次所测得的同一位姿散布的不一致程度，称为位姿重复性。机械接口中心沿同一轨迹运动，重复多次所测得的轨迹的不一致程度，称为轨迹重复性。 工业机器人中分辨率、准确度、重复性精度要求是根据其使用要求确定的，而工业机器人本身所能达到的精度则取决于操作机结构的刚度，运动速度控制和驱动方式、定位和缓冲方法等因素，应用在不同操作和工艺过程的工业机器人重复性精度要求也不同。 2 2 选择机器人操作机的机械结构类型 机械 结构类型是以其坐标形式来表明其类型，并说明其自由度数。根据对机器人买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 基本技术参数的要求来选择机械结构类型的坐标形式及其自由度数是机器人系统设计中进行结构设计的基础。选择何种类型须根据现场作业位置，工艺操作要求等情况，经分析、比较后进行选择。自由度数愈多，机器人的灵活性和通用性愈大。工业机器人一般须有 46个自由度才能满足灵活性和通用性的要求。在满足需要的条件下，应使用自由度最少，以简化机器人的结构和控制。 在确定所加工产品（工字钢，即机器人作业对象）工艺过程和机器人作业动作要求时，应在满足工艺要求的前提下，缩 短动作行程，简化动作运动轨迹，减少机器人操作机的自由度数。动作行程短，在相同的循环时间条件下，降低了机器人手臂动作的运动速度，能提高运动准确度和重复精度，便于设计和制造。 2 3 机器人控制方式的选择和控制系统设计 根据近期内外设计制造的工业机器人来看，都采用计算机控制系统，所以本设计也采用计算机控制系统。 2 4 机器人驱动方式的选择 驱动装置是带动操作机各运动臂的动力源，本设计中采用电动机来驱动。 第 3章 腕摆设计 腕部结构的设计要满足传动灵活、结构紧凑轻巧，避免干涉。多数将腕部 结构的驱动部分按在小臂上。首先设法使几个电动机的运动传递到同轴旋转的心轴和多层套筒上去。运动传入腕部后再分别实现各个动作。 从腕部结构图和传动原理图图 10，可以看出，这是一个腕摆一个手转二自由度的手腕结构，其传动路线为，腕摆电机通过同步齿形带传动带动腕摆谐波减速器，减速器的输出轴带动腕摆框实现腕摆运动；手转电机通过减速器和和齿形带，以及一对锥齿轮来实现手转运动。注意，当腕摆框摆动而手转电机不转时，联接手部的锥齿轮在别一锥齿轮上滚动，产生附加的手转运动，在控制上要进行修正。 图 10 3 1 腕摆电机选择 驱动形式选用电动机形式驱动，且为步进电动机，性能特点有如以下： （ 1） 使用范围，适用于运动控制要求严格的中、小型号机器人。 （ 2） 控制性能和安全性，控制性能好，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境无影响。 （ 3） 结构性能，体积小，需减速装置。 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 （ 4） 安装和维护要求，维修使用较复杂。 （ 5） 效率与制造成本，成本较高，效率为 由能量守恒量可得： p t = m g h 其中 = 取 t = 2 s m = 10 + 20 = 30 h = 30 p230p = 55 W 由于其效率为 P = 55/ 110 W 选电机型号为 75相数为 3。 其功率 p = 120 W 3 2 电机转速 b / (360 p ) 其中 b = 步 p =冲 1m/s = 60000 mm/ 60000360= 2500 r/即 2500 r/ 3 同步带传动设计 3 3 1 功率计算 中 120=132 W = w 3 3 2 选择带型 L 3 3 3 小带轮齿数 12 考虑有利于提高带的经曲疲劳寿命，现取 15 3 3 4 小带轮节圆直径 由上可 得节距大小 15 3 3 5 大带轮齿数 取 i= 则 15 = 48 n1/i = 2500/ 781.3 r/ 3 6 大带轮节圆直径 d 2 = 48 3 3 7 带速 V = 601000 ) 50 m/s V = 2500/( 601000 ) = m/s 50 m/s 合符要求 3 3 8 初定中心距 ( = 现取 180 3 9 带节线长及其齿数（ Z ） 2 (2 + ( (4买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 = 2180 + +( (4180 ) = 524 带长代号： 210 节线周长 节线长上的齿数 Z=105 3 3 10实际中心距 a = ( 2 现取“ +” 号 a = 180 + （ 524） /2 = 184.3 3 11小带轮啮合齿数 ( 1/2 (6a) 6 1/2 (6 15 = 6 3 3 12基本额定功率 （ v 10 3 基本额定功率是基准宽度 中 9.5 用工作拉力 31 N ， m = g/m (31 ) 10 3 = w 3 3 13带宽 按标准选取 7.9 4同步带轮设计 3 4 1直径按标准选取 3 4 1 1 小带轮：节径 ， 外径 4 1 2 大带轮：节径 , 外径 4 2 宽度 3 4 2 1 小带轮：带轮采用无边挡圈，由于同步带宽度为 7.9 轮最小宽 度为 10.4 现取为 11 3 4 2 2大带轮：跟小带轮的宽度一样，同为 11 3 5谐波齿轮减速装置设计 3 5 1作原理 谐波齿轮传动装置是由三个基本构件组成，即具有内齿的刚轮 G、具有外齿的容易变形的，薄壁圆筒状柔轮 。刚轮子和柔轮上轮齿的齿形和周节相同（齿形多用渐开线或三角形），但柔轮比刚轮少 2 个或几个齿。波发生器由一椭圆盘和一柔性滚珠轴承组成，也可以由一个转臂和几个滚子组成。通常波发生器为主动件，柔轮和刚体之一为从动件，另一为固定件。 谐波齿轮传动的工作原理如图 10 所示，若刚轮 G 为固定件，波发生器 H 为主动件，柔轮 将波发生器装入柔轮内孔时，由于波发生器两滚子外侧之间的距离略大于柔轮内孔直径，使原为圆形的柔轮产生弹性变形成为椭圆，使其长轴两端的齿与刚轮齿完全啮合。同时，变形后柔轮短轴两端的齿则与刚轮齿完全 脱开，其余各处的齿，则视回转方向不同分别处于“啮入”或“啮出”买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 状态，当波发生器连续回转时，啮入区和啮出区将随着椭圆长短轴相位的变化而依次变化。于是柔轮就相对于不动的的刚轮沿与波发生器转向相反的主向作低速回转，柔轮长轴和短轴相位的连续变化，使柔轮的变形在其圆周上连续的简谐波开。因此，这种传动称为谐波传动。若柔轮固定，刚轮从动，其工作过程完全相同，只是刚轮的转向与波发生器转向相同。 波发生器轮11 3 5 2 计算 如图 11 所示，波发生器有两个触头，产生两个啮个区，故称双波发生器。其传动比计算： 现选为：波发生器主动、柔轮固定、刚轮从动，当波发生器回转时，迫使刚轮顺序地和刚轮啮合，波发生器回转一周 轮相对柔轮与波发生器同方向转过（ 齿 ,即顺转了（ 。因此波发生器和刚轮的减速传动比为： nH/ 式中 别为波发生器和刚轮的转速。 现取 200 198 200/（ 200 198） = 100 取模数 m = (2h* 2C*)m =(198 21 2=mm 2h*)m =(198 21) =60 mm dR=98 =59.4 (2h* 2C*)m =(200 21 2=mm 2h*)m =(200 21) =60.6 文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 dG= 200 =60 6 腕摆中其它零件的选择及设计 3 6 1 实现腕部动作，把腕部支连起的来一条阶梯轴，如零件图中所示。 3 6 2 轴的左端，由轴为 20，而选用角接触球轴承 36204连接；右端轴为 15，而选为角接触球轴承 36205。 3 7 手腕的装配 由于机器人存在定位误差，或者讲分辩率有限，会造成装配失败的情况。一般来说在机器人进的精密装配作业中，当被装配零件之间的配合精度相当高，由于被装配零件的不一致性、工件的定位夹具、机器人手爪的定位精度无法满足装配要求时，会导致装配困难。这就需要装配动作的柔顺性要求。 柔顺装配要求技术有两种，一种是从检测、控制的角度，采取各种不同的搜索方法，实现边校正边装配。有的手爪上还配有检测元件如视觉传感器、力传感器等，这就是所谓主动柔顺装配。另一种是从结构的角度在手腕部配置一个柔顺环节，以满足柔顺装