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六自由度搬运机械手结构设计
目 录
目 录- 1 -
摘 要- 3 -
Abstract- 4 -
第一章 绪论- 5 -
1.1 工业机械手的概述- 5 -
1.2 本论文研究的主要内容- 5 -
第二章 机械手方案的创成和机械设计- 6 -
2.1 机械手机械设计的特点- 6 -
2.2 与机械手有关的概念- 6 -
2.3 设计方案- 7 -
2.3.1 方案要求- 7 -
2.3.2 方案功能设计与分析- 7 -
2.5 后轴和大臂板刚度和强度分析- 10 -
2.5.1 后轴和大臂板有限元模型的建立与解析- 11 -
2.5.2 计算结果分析- 12 -
2.6 机械手旋转电机的选取- 13 -
第三章 运动学分析- 16 -
3.1 概述- 16 -
3.2 运动学正解- 18 -
3.3 运动学逆解- 20 -
3.4 雅可比矩阵的推算和速度分析- 23 -
第四章 工作空间分析- 26 -
4.1 工作空间分析简述- 26 -
4.1.1 工作空间的概念- 26 -
4.1.2 工作空间的形成- 26 -
4.1.3 工作空间中的空腔和空洞- 27 -
4.2 理想工作空间的包络方程- 28 -
4.3 实际工作空间分析和作图- 32 -
第五章 机械手结构设计- 34 -
5.1 手部设计基本要求- 34 -
5.1.1 传动机构- 34 -
5.1.2 回转型传动机构- 34 -
5.1.3 平移型传动机构- 35 -
5.1.4 机械手手抓的设计计算- 35 -
5.2 腕部设计的基本要求- 37 -
5.2.2 腕部的结构以及选择- 38 -
5.2.3 腕部设计考虑的参数- 38 -
5.3 机身回转结构的选择- 40 -
5.4 机械手最终设计三维图- 40 -
第六章系统控制部分- 41 -
6.1 应用背景与要求- 41 -
6.2 组成部分- 41 -
6.2.1 关节的限位控制- 41 -
6.2.2 工件坐标系的测量与计算- 41 -
6.2.3 机械手的张合控制- 42 -
6.2.4 公式之间的转换- 42 -
6.2.5 计算结果的存储- 42 -
6.3 机械手系统的工艺流程- 42 -
6.4 机械手控制系统功能设计分析- 44 -
6.4.1 PLC的资源分配- 44 -
6.4.2机械手系统的控制程序- 45 -
第七章 结论- 47 -
7.1 本论文取得的结果- 47 -
7.2 设计中存在的问题- 47 -
7.3 对本设计改进的方法- 47 -
致 谢- 48 -
参考文献- 49 -
附录一 PLC I/O口分配图- 51 -
附录二 示例程序- 52 -
摘 要
随着现代科学技术的发展，机械手技术越来越受到广泛关注，在工业生产日益现代化的今天，机械手的使用变得越来越普及。因此，对于机械手技术的研究也变得越来越迫切，尤其是工业机械手方面。本论文作者针对这一领域，设计了一款拥有6个自由度的机械手。首先，作者针对该机械手的设计要求，对结构设计选择了一个最优方案，同时进行了运动学分析，用D-H法建立坐标变换矩阵，推算了运动方程的正逆解，用矢量积法推导了速度雅克比矩阵；其次进行工作空间分析；然后进行动力学分析，对关键零件进行校核。
机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用，因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。本课题对搬运机械手进行了总体方案研究，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。
关键词：机械手，运动学分析，工作空间分析，动力学分析
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Abstract
With the development of modern science and technology, robotics, more and more attention in an increasingly modernized industrial production, the use of robots becoming more and more popular. Therefore, robotics has become increasingly urgent, especially industrial robots. For this area, the authors designed a robot with 6 degrees of freedom. First of all, of the requirements for the design of the robot, structural design options for an optimal solution, while for the kinematic analysis, coordinates with the DH method to establish the transformation matrix is calculated by inverse solution of equations of motion, derived by vector product method Jacobian matrix of speed; followed by spatial analysis work; and dynamic analysis, the key parts of the check.
Industrial manipulator is the inevitable product of industrial production, it is a part of the upper extremity function to imitate the human body, in accordance with the scheduled transfer jobs or holding tools required to operate the automation equipment, automation of industrial production, and promote the further development of industrial production playsimportant role, which has a strong vitality by the widespread attention and welcome.The subject of the overall transportation plan manipulator studied to determine the coordinates of the manipulator forms and degrees of freedom to determine the technical parameters of the manipulator.
Key Words: manipulator,； kinematic analysis； work space analysis； dynamic analysis
第一章 绪论
1.1 工业机械手的概述
在工业领域广泛应用着工业机械手。工业机械手一般是指在工业生产过程中为实现自动化生产的需要，用于搬运材料、工具、零件等或进行装配、加工等各种工作任务的特种装置。
工业机械手的定义有很多，综合而言有以下几个重要特征：
(1) 是一种类似人的手臂的机械装置，用于搬运材料、零件、工具等或进行装配、加工等各种工作任务。
(2) 是可以再编程的，用户可根据工作环境编制各种程序流程，完成不同的作业任务。
(3) 是一种自动控制装置，在无人参与的情况下自动按程序工作。
(4) 具有通用性，除专用的工业机械手外，一般工业机械手在执行不同的作业任务时有较好的通用性，如更换其手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。
一个典型的工业机械手是由机械本体、关节步进驱动系统、计算机控制系统、传感系统和通讯接口等组成，一般多关节型串联机械手具有4～6个自由度，其中2～3个自由度决定了末端执行器在空间的位置，其余2～3个自由度决定了末端执行器在空间的姿态。
川公网安备: 51019002004831号