机电一体化系统设计课程说明书模板.doc

机电工程学院机电工程学院 机器人的第一次大作业机器人的第一次大作业 设计题目 设计题目 直角坐标型机器人机身设计直角坐标型机器人机身设计 专专 业 业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 号 号 20110663206 姓姓 名 名 吴伟刚吴伟刚 指导老师 指导老师 邱丽梅邱丽梅 课程设计任务书课程设计任务书 一 题目 一 题目 直角坐标型机器人机身设计 二 研究内容与目标 二 研究内容与目标 本设计主要的研究内容是 1 直角坐标机器人的特点 2 直角坐标机器人的应用 3 根据用途运用所学知识进行机构设计 4 融入我的设计思想使设计更有特色 目标 直角坐标型机器人机身 三 研究方法 画出机身的三维图形 对各机构进行设计分析三 研究方法 画出机身的三维图形 对各机构进行设计分析 四 主要参考文献 四 主要参考文献 1 邹庆华 数控新技术动向研究 科技创新导报 2009 31 89 91 2 艾兴 肖诗纲著 切削用量简明手册 M 北京 机械工业出版社 2005 10 1 50 3 陈宏均著 实用机械加工工艺手册 M 北京 机械工业出版社 1996 12 167 258 4 杨胜群 VERICUT7 0 中文版数控加工仿真技术 北京 清华大学出版 社 2010 5 张卫卫 李建生 数控仿真技术分析及发展趋势 心声 2010 85 87 6 王先奎 机械制造工艺学 北京 机械工业出版社 2006 7 熊毅 王哲 唐建生 数控加工仿真系统的研究现状与发展趋势 J 制造技术与机床 2011 12 目录 摘要 6 第一章 绪论 7 1 1 直角坐标型机器人的介绍 7 1 2 直角坐标型机器人的发展状况 7 1 3 目的和现实意义 8 1 4 国内外研究现状 9 1 5 发展和研究方向 10 第二章 PRO E 的选择使用 11 2 1 Pro ENGINEER 产品介绍 11 2 2 Pro ENGINEER 概述 11 2 3 Pro ENGINEER 的特点 13 第三章 机身机身零件的设计 15 3 1 机身底座建模 16 3 2 机身垂直轴旋转体的建模过程 17 总结 32 致谢 32 参考文献 33 直角坐标型机器人机身设计 三明学院机电工程学院 姓名 吴伟刚 摘要 工业应用中 直角坐标型机器人能够实现自动控制的 可重复编程的 多功能的 多自由度的 运动自由度建成空间直角关系 多用途的操作机 他能够搬运物 体 操作工具 以完成各种作业 关于机器人的定义随着科技的不断发展 在不断的完善 直角坐标机器人作为机器人的一种 其含义也在不断的完善中 关键词 直角坐标机器人 直线定位单元 控制系统 伺服控制 第一章第一章 绪论绪论 1 1 直角坐标型机器人直角坐标型机器人的介绍的介绍 直角坐标机器人又称单轴机械手 工业机械臂 电缸等 是以 XYZ 直角坐标系统为基 本数学模型 以伺服电机 步进电机为驱动的单轴机械臂为基本工作单元 以滚珠丝杆 同步皮带 齿轮齿条为常用的传动方式所架构起来的机器人系统 可以完成在 XYZ 三维坐 标系中任意一点的到达和遵循可控的运动轨迹 直角坐标机器人采用运动控制系统实现对其的驱动及编程控制 直线 曲线等运动轨 迹的生成为多点插补方式 操作及编程方式为引导示教编程方式或坐标定位方式 1 2 直角坐标型机器人直角坐标型机器人的发展状况的发展状况 直角坐标型机器人是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的 直角坐标型机器人研究 始于20世纪中期 随着计算机和自动化技术的发展 特别是1946年第一台数字电子计算机 问世以来 计算机取得了惊人的进步 向高速度 大容量 低价格的方向发展 同时 大 批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展 又为机器人的开发奠定了基础 另一方面 核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质 在这一需求背景下 美国于 1947年开发了遥控机械手 1948年又开发了机械式的主从机械手 直角坐标型机器人首先是从美国开始研制的 1958年美国联合控制公司研制出第一台 直角坐标型机器人 它的结构是 机体上安装一个回转臂 顶部装有电磁块的工件抓放机 构 控制系统是示教形的 随着计算机和自动控制技术的迅速发展 农业机械将进入高度自 动化和智能化时期 直角坐标型机器人的应用可以提高劳动生产率和产品质量 改善劳动条 件 解决劳动力不足等问题构成 1 3 目的和现实意义目的和现实意义 作为一种成本低廉 系统结构简单的自动化机器人系统解决方案 直角坐标机器可 以被应用于点胶 滴塑 喷涂 码垛 分拣 包装 焊接 金属加工 搬运 上下料 装 配 印刷等常见的工业生产领域 在替代人工 提高生产效率 稳定产品质量等方面都具 备显著的应用价值 针对不同的应用场合 对直角坐标机器人有不同的设计要求 比如根据对精度 速度 的要求选择不同的传动方式 根据特定的工艺要求为末端工作头选择不同的夹持设备 夹 具 爪手 安装架等 以及对于示教编程 坐标定位 视觉识别等工作模式的设计选择等 从而使之能满足于不同领域 不同工况的应用要求 1 4 国内外研究现状国内外研究现状 目前国内直角坐标型机器人主要用于机床加工 铸锻 热处理等方面 数量 品种 性能方面都不能满足工业生产发展的需要 所以 在国内主要是逐步扩大应用范围 重点 发展铸造 热处理方面的机械手 以减轻劳动强度 改善作业条件 在应用专用机械手的 同时 相应的发展通用机械手 有条件的还要研制示教式机械手 计算机控制机械手和组 合机械手等 同时要提高速度 减少冲击 正确定位 以便更好的发挥机械手的作用 此 外还应大力研究伺服型 记忆再现型 以及具有触觉 视觉等性能的机械手 并考虑与计 算机连用 逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元 国外直角坐标型机器人在机械制造行业中应用较多 发展也很快 目前主要用于机床 横 锻压力机的上下料 以及点焊 喷漆等作业 它可按照事先指定的作业程序来完成规定的 操作 国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手 使它具有一定的传感能 力 能反馈外界条件的变化 作相应的变更 如位置发生稍许偏差时 即能更正并自行检 测 重点是研究视觉功能和触觉功能 目前已经取得一定成绩 目前世界高端工业机械手 均有高精化 高速化 多轴化 轻量化的发展趋势 定位精度可以满足微米及亚微米级要 求 运行速度可以达到 3M S 量新产品达到 6 轴 负载 2KG 的产品系统总重已突破 100KG 更重要的是将机械 手 柔性制造系统和柔性制造单元相结合 从而根本改变目前 机械制造系统的人工操作状态 同时 随着机械手的小型化和微型化 其应用领域将会突 破传统的机械领域 而向着电子信息 生物技术 生命科学及航空航天等高端行业发展 1 5 发展和研究方向发展和研究方向 随着直角坐标机器人的应用越来越广泛 直角坐标机器人的设计工作日益显得重要 成功 的设计一台直角坐标机器人涉及到很多方面的工作 包括机 械结构 动力驱动 伺服控制等等 沈阳力拓自动化控制技术有限公司有着多年直角坐标 机器人技术应用 数控技术和产品研发经验 我们依托德国 BAHR 公司直线定位系统性及机械手臂开发出了价比优良的系列数控直角坐标机器人 被广 泛地应用在汽车 电子 电器 检测 医疗 航天 食品等 各个领域的生产线上 第二章第二章 Pro EPro E 的选择使用的选择使用 2 1 Pro ENGINEER 产品介绍 Pro Engineer 是软件包 并非模块 它是该系统的基本部分 其中功能包括参数化功能 定义 实体零件及组装造型 三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图 三 维造型还可移动 放大或缩小和旋转 Pro Engineer 是一个功能定义系统 即造型是通 过各种不同的设计专用功能来实现 其中包括 筋 Ribs 槽 Slots 倒角 Chamfers 和抽空 Shells 等 采用这种手段来建立形体 对于工程师来说是更自然 更直观 无需采用复杂的几何设计方式 这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺 寸 不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体 这样工程师可任意建立形体上的尺寸 和功能之间的关系 任何一个参数改变 其也相关的特征也会自动修正 这种功能使得修 改更为方便和可令设计优化更趋完美 造型不单可以在屏幕上显示 还可传送到绘图机上 或一些支持 Postscript 格式的彩色打印机 Pro Engineer 还可输出三维和二维图形给予其 他应用软件 诸如有限元分析及后置处理等 这都是通过标准数据交换格式来实现 用户 更可配上 Pro Engineer 软件的其它模块或自行利用 C 语言编程 以增强软件的功能 它 在单用户环境下 没有任何附加模块 具有大部分的设计能力 组装能力 人工 和工程 制图能力 不包括 ANSI ISO DIN 或 JIS 标准 并且支持符合工业标准的绘图仪 HP HPGL 和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出 2 2 Pro ENGINEER 概述概述 Pro Engineer 是一款操作软件 该软件以参数化著称 是参数化技术的最早应用者 在目 前的三维造型软件领域中占有着重要地位 是美国参数技术公司 PTC 旗下的 CAD CAM CAE 一体化的三维软件 作为当今世界机械 CAD CAE CAM 领域的新标准而 得到业界的认可和推广 是现今主流的 CAD CAM CAE 软件之一 特别是在国内产品设计 领域占据重要位置 2 3 Pro ENGINEER 的特点的特点 Pro E 第一个提出了参数化设计的概念 并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问 题 另外 它采用模块化方式 用户可以根据自身的需要进行选择 而不必安装所有模块 Pro E 的基于特征方式 能够将设计至生产全过程集成到一起 实现并行工程设计 它不 但可以应用于工作站 而且也可以应用到单机上 Pro E 采用了模块方式 可以分别进行草图绘制 零件制作 装配设计 钣金设计 加工处理等 保证用户可以按照自己的需要进行选择使用 1 参数化设计 相对于产品而言 我们可以把它看成几何模型 而无论多么复杂的几何模型 都可以 分解成有限数量的构成特征 而每一种构成特征 都可以用有限的参数完全约束 这就是 参数化的基本概念 2 基于特征建模 Pro E 是基于特征的实体模型化系统 工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的 功能去生成模型 如腔 壳 倒角及圆角 您可以随意勾画草图 轻易改变模型 这一功 能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活 3 单一数据库 全相关 Pro Engineer 是建立在统一基层上的数据库上 不像一些传统的 CAD CAM 系统建立 在多个数据库上 所谓单一数据库 就是工程中的资料全部来自一个库 使得每一个独立 用户在为一件产品造型而工作 不管他是哪一个部门的 换言之 在整个设计过程的任何 一处发生改动 亦