压铸产品取件机器人结构设计及强度分析（全套CAD图纸+设计说明书+翻译）
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：660799
类型：共享资源
大小：11.44MB
格式：RAR
上传时间：2016-06-12
上传人：hon****an
认证信息
个人认证
丁**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
30
积分
- 关 键 词：
-
压铸
产品
机器人
结构设计
强度
分析
- 资源描述：
-
摘 要
由于压铸车间环境恶劣，对工人身体健康危害极大，因此压铸生产中取件动作通常是由取件机器人完成的。但是传统取件机器人多为三自由度机械手，功能单一，对不同零件的适应能力较差，无法满足多种零件生产的需求。基于此本文借助三维设计软件及有限元分析软件，设计并分析了一台用于压铸车间自动取件的关节式六轴工业机器人。
本文所做主要工作为六轴机器人的结构设计及关键部件的强度校核。通过查阅资料以及根据实际工作需要，确定了该机器人的性能参数和初步设计方案。通过设计计算，选定合适的伺服电机和减速器。通过仿真和强度计算，设计出各个零部件模型，并与伺服电机和减速器模型进行整体装配，实现了运动仿真。
将机器人腰部关节与大臂模型导入ANSYS软件，对这两个关键部件进行静力校核以分析其强度及变形情况，并根据分析结果对杆件进行优化。在此基础上，运用D-H参数法建立了六轴工业机器人的数学模型，推导了运动学正、反解的方程，并在Matlab中对方程进行了求解，为将来进行轨迹规划奠定理论基础。通过对压铸产品取件机器人进行仿真建模及分析，结果表明机械性能基本满足设计要求。
关键字：工业机器人、结构设计、ANSYS分析、运动学仿真
- 内容简介：
-
1 本科毕业 设计 开题报告 题 目 压铸产品取件机器人结构设计及强度分析 院 、 系 工程学院机电系 专 业 机械设计制造及其自动化 (年级 ) 2 一、 选题 依据 课题来源、选题依据和背景情况 ； 课题研究目的、 学术价值或 实际应用价值 课题来源 本课题为导师自拟课题，研究内容为压铸产品 取件机器人结构设计及强度分析。 研究背景及意义 机器人英文为 际是由捷克文 为苦力，劳仆）而来， 1920年由捷克的一个科幻内容的话剧而得名 1。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备 2。 随着科学技术的不断发展，工业机器人在现代化工业生产中正发挥着越来越重要的作用，已成为柔性制造系统 (自动化工厂 (计算机集成制造系统 (自动化工具 3。从国家层面来讲，工业机器人的发展水平不仅仅是一个国家制造业水平和科技水平的重要标志，更是重塑我国制造业竞争优势的重要工具和手段。 伴 随着近年来国内制造业升级的需求及工业自动 化的发展， 工业机器人 在越来越多的领域得到了 广泛 应用。在制造业中， 如在机械加工、焊接、上下料、及仓库堆垛等作业中，机器人正在逐步取代 人工作业。 压力铸造由于 其 生产效率高， 生产出 的产品表面粗糙度好， 结构 强度大等优点， 在 我国 制造业 中应用广泛 。 在压铸生产过程中，压铸合金的熔化与保温，压铸型的预热，涂料的喷涂，压铸机工作，压铸件清理等环节都 会产生烟尘、有害气体、油滴、油污、噪声和热辐射等，这些污染物对生产一线的工人们身体健康造成极大危害。 压铸 车间 环境 如 图 1 所示 。 除此之外，人工取件不仅工作效率低，人工成本高，而且每天数 千次的重复动作极易导致工人出现健康问题。 因此 为了保障工人的身体健康和降低工人的劳动强度，采用压铸取件机器人替代工人具有重要的应用价值 。本文 正是基于此目的研制了一款可用于压铸车间自动取件的 六轴 关节式工业机器人。 目前 ， 不少大型 工厂已经采用工业机器人取代人工作业。 如 图 2 所示 为采用工业机器人之后的压铸车间， 采用机器人 取代人工之后 ， 生产效率提高， 所需 工人数量 减少 ，并且工人现在只需要操纵机器人完成工作即可，大大减轻了劳动强度。 图 1 传统 压铸车间 图 2 采用 机器人压铸车间 3 二、文献综述 国内外研究现状、发展动态；查 阅 的 主要 文献 国内外研究现状 国内工 业机器人研究现状 我国的业机器人研究起步于 20 世纪 70 年代初期 ,1972 年 ,中国科学院沈阳自动化所开始了机器人的研究工作 6、 7。 1985 年 ,工业机器人被列入了国家“七五”科技攻关计划研究重点 ,其目的是在工业机器人的基础技术、基础零件开发、搬运、喷涂和挥接机器人的开发研究等五个方面取得进展。从 90 年代初期起 ,在国家“ 863”计划支持下 ,我国第一台高性能精密装配智能型机器人“精密一号”在上海交通大学诞生 ,它的诞生标志着我国已具有开发第二代工业机器人的技术水平。“九五”期间 ,沈阳新松机器人自动化股份有限公司、 哈尔滨搏实自动化设备有限公司、一汽集团涂装技术开发中心等确立为智能机器人主题产业化基地 8、 9。“十五”期间是我国机器人产业发展的一个关键转折点。经过多年的研究开发 ,我国的机器人技术已日趋成熟 ,而我国在这个期间却没存很好的抓住这个机会 ,使得机器人发展又进入了一个低谷 ,失去了一次人力发展机器人产业的难得机遇 6。 2012 年，中国已成为仅次于日本的全球第二大机器人市场。尽管中国的机器人购买量在 2012 年仅有小幅上升，达到 23000 台，但中国是全球增长最快的市场。 2005 年至 2012 年期间，工业机器人 的销售量以年均 25%左右的速度高速增长。未来几年中国经济将继续保持较高增长率增长。据国际机器人联合会（ 布的报告数据， 2013 年中国工业机器人销量将较 2012 年增长 9%，约达 25000台。 2014 2016 年中国工业机器人销量年均增长率将达 15%，至 2016 年工业机器人销量将达 38000 台，如图 示 。 中国的机器人研究缺乏基础工业的支持 ,智能机器人需耍许多的伺服电机和图 005中国工业机器人销量 4 各种各样的传感器 ,需要许多种电子元件和特殊材料等 ,我国目前还主要依靠国外进口。目前我国所拥有的机器人 ,其中国产仅仅占 20%,其余都是从日本、美国、韩国等 40 多个国家引进的。对于中国的工业机器人企业来说 ,主要有广州数控、沈阳新松在国产机器人领域有一定的市场份额 ,能够与国际知名机器人品牌相抗衡。但整体上 ,国产工业机器人技术水平依旧相对落后。 国外工业机器人发展现状 目前 ,国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系，日系中主要有下、安川、川崎重工等公司的产品。欧系中主要有德国的及瑞典的 2012 年世界工业机器人的需求增长较 2011年有所放缓，但机器人销量仍然继 2011 年后创出历史第二 高，销量约为 台，仅比 2011 年的历史最高销量略微下降 4%； 2013 年世界工业机器人销量 达到 台，较 2012 年增长 2%； 2014 2016 年世界工业机器人销量年均增长率约为 6%，至 2016 年世界工业机器人销量有望达到 19 万台。目前，日本、韩国和德国的工业机器人密度（工业机器人密度是指：在制造业中每 1 万名雇员所拥有的工业机器人的数量）介于 270 到 400 之间 ，而中国的工业机器人密度约为20 左右 ，也远低于世界平均水平 58。 美国是机器人的发源地，早在 1962 年就研制除了世界上第一台工业机器人，但是 美国方面处于就业考虑并没有将工业机器人列入重点发展项目，反而是劳动力短缺的日本，后来居上，占据了工业机器人的霸主地位。从 1967 年日本由川崎重工业公司从美国引进机器人及其技术 ,并于 1968 年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人开始算起 ,经过短短十几年的不懈努力 ,80 年代中期 始 ,日本开始成为了世界上机器人技术最为成熟的国家 ,并且一直延续至今 ,日本工业机器人的发展得益于战后劳动力骤减 ,也受益于汽车在 2010年销售的工业机器人的总数里 ,日本占据总销售的 72%,日本不仅仅是工业机器人最大的生产国 ,也是工业机器人最 大的销售国 10。作为 业机器人全球市场占有率第一品牌 ,精工爱普生集团于日前在东京发布了新款 该机器人是其水平多关节 (器人 H 旗舰系列的首款机型 ,适用于自动化装配、输送 ,可搬运重量高达 8 公斤。爱普生工业机器人在电子和汽车行业生产线的输送和零件装配方面应用广泛 ,并一贯以高速、精准、操控稳定著称 ,为满足生产厂家提升产量的需求 ,H 系列的性能参数也达到了一个新的水平。除了具有爱普生强大的智能运动控制技术 ,H 系列机器人还装载了 感器。这些技术使机器人实现了更高效的搬运能力 与更小巧紧凑的机身设计的完美结合 ,并赋予机器人高速、低振动的特点。 从整体上来说 ,我国机器人产业还很薄弱 ,机器人研究仍然任重而道远。在我国市场上的机器人总量 ,仅占全球机器人总量很小的一部分。究其原因 ,很大程度是由于自主品牌不够 ,发展壮大自主品牌及其自动化成套装备产业成为当务之急 ,由于机器人是最典型的机电一体化、数字化装备 ,技术附加值很高 ,应用范围很广 ,作为先进装备制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业 ,将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。因此，我们国内企业应抓住中国制造业转型的历史机遇，加快国内机器 人及相关产业的开发，争取早日达到乃至超越国际先进水平。 5 工业机器人发展趋势 当代工业机器人技术发展一方面表现在工业机器人应用领城的扩大和机器人种类的增多 ;另一方面表现在机器人机械系统性能的提高和控制系统的智能化。前者是指应用领域的横向拓宽 ,后者是在性能及水平上的纵向提高。机器人应用领城的拓宽和性能水平的提高二者相辅相承、相互促进。应用领城的扩大对机器人不断提出断的要求 ,推动机器人技术水平的提高。反过来 ,机器人性能与智能水乎的提高 ,又使扩大机器人应用领域成为可能。 进一步提高工业机器人的运动精度。工业机器人是一种多关节开链式结构 ,这就决定了机器人存在刚度不高的特点。此外因为存在尺寸误差和传动间隙 ,以及机器人手臂末端误差放大的问题 ,所以现在机器人的定位和运动的精度指标还 不是很完美。较高精度的数控机床而言 ,工业机器人的精度还有很大的差距。这些都限制了在精密装配及其它精密作业领域工业机器的使用。除了精密作业要求高精度机器人以外 ,采用离线编程的工业机器人系统也要求该机器人要具有足够高的定位精度和运动精度。进一步提高机器人工作精度的主要办法是 :选择伺服驱动电机配合无隙传动的减速 机构作为机器人的驱动系统 ,进一步提高机器人的加工精度与装配精度 11。 通过实时检测对机器人运动误差进行实时修正。提高机器人手的灵活度和避障能力。当前常用的机器人手的灵活度的都不够高 ,即手臂末端达到某一工作点时 ,操作臂能保持的姿态是有限制的 ,必须能有较大的灵活度与较强的避障能力。例如当用喷涂机器人喷涂车身内表面时 ,要求机器人能将车身内表面的各个角落都喷上漆 ,必须要有高灵活度机器人的手才行。另外 ,在有限空间及有障碍的复杂环境中作业的机器人 ,例如在核电站工作的机器人 ,也要求其具有高灵活度的机器人 手臂。为了提工业机器人手臂的灵活度 ,主要是采用具有冗余自由度的机器人手臂和在机器人手臂机构上采用球铰关节或可双向弯曲的手臂。 为了提高机器人工作效率 ,那么就必须提高机器人响应频率和运动速度。这方面 ,对装配工业机器人来说尤为重要。为实现这一目标 ,一方面可以使用具有高强度的材料或者轻质材料 (如碳纤维复合材料 )来制造机器人的操作机 ,以达到减轻本体重量和提高机械系统的动态特性的目的 ,另外也可以采用其它高性能驱动电机或电机直接驱动的方式 ,从控制和驱动方面入手 ,提高机器人系统的响 应频率与运动速度 12。 参考文献： 1 孙汉卿 ,吴海波 M国防工业出版社 ,2 蔡自兴 M3 马光 ,申桂英 J2002.(3):484 周科 D15 李团结 M电子工业出版社， 6 陈 佩云 ,金茂菁 ,曲忠萍 J2001,1:26 7 , ,. of . 2008, 18 黄军英 J2008,28(2) 9 李良椅 , 麦军 . 韩 国 机 器 人 产 业 政 策 研 究 J. 机 器 人 技 术 与 应用 06):610李瑞峰 J2010,9:7 11毕胜 J2008,7:512. an 2007,31(1):697 三、研究内容 学术构想与思路 ； 主要研 究内容及拟解决的关键 问题（或 技术 ） 1 主要研究内容 本课题主要研究内容为压铸件取件机器人结构设计及强度分析，并实际制作样机。本文中所设计的工业机器人为六自由度关节式机器人，主要由腰部、大臂、小臂及腕关节组成，所要解决的关键问题为各关节伺服电机及减速器的选型及关节结构件的设计。 2 学术构想及思路 （ 1） 通过查阅与工业机器人有关 的资料 ，初步 了解 工业机器人的结构及 运动 原理。 （ 2） 研究现有典型工业机器人（如 川工业机器人）的参数，及考虑到工厂实际应用时所需满足的条 件，确定压铸产品取件机器人的相关性能参数， 如关节运动速度等。 同时考虑压铸机的尺寸及运动路径，在此基础上，大致确定机器人各杆件的几何参数。 （ 3） 在初步完成工业机器人的机械本体设计的基础上，进行驱动方式的选择，为保证机器人的运动精度，采用安川伺服电机与 速机和谐波减速机的组合。通过对工作行程的确定及各关节加速度、转动惯量等的计算初步选定伺服电机及减速器的型号。 （ 4） 根据电机与减速的结构，对机器人的零部件内部空间做出了调整，完善了机器人本体结构的设计并绘制草图。 （ 5） 采用 件进行各零部件三维建模并进行装配，并进行动态仿真来检 查各零部件之间是否发生干涉。 （ 6） 运用 件对 机器人 关键 部件（ 如 腰部关节、大臂） 进行有限元分析，并 根据分析结果对机器人 杆件 优化， 以确保设计参数符合实际需求。 （ 7） 运用 数法 建立六轴工业机器人的数学模型， 确定 各 连杆 的参数， 并 推导出运动学正、反解的方程 。在此基础上 ，运用 件 验证 正 、反解 方程 的正确性 。 拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析 研究方法： (1) 文献检索法：通过查阅国内外有关工业机器人的论文，对于工业机器人的发展现状及各部分结构有初步了解。 (2) 类比法：对已有成熟工业 机器人产品进行研究，并根据已有产品的参数来确定所研制的取件机器人的相关参数。 (3) 模型法：通过三维软件建立机器人模型并进行仿真，大大缩短了设计时间及工作量。 8 技术路线： 提出课题 研究现状 结构设计 建模仿真 绪论 背景及意义 国内研究现状 国外研究现状 运动参数确定 传动方案设计 电机、减速器选型 零部件设计 建立三维模型 仿真运动分析 力分析 9 四、论文 （设计） 进度 安排 起
- 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