简易机械手的设计

电液综合课程设计简易机器人设计学校：大学：机械和电力工程学院类别：机构09-1类别指导教师：团队成员：组长：列表第一章简介.11.1自动机概述.11.2操控点的设计目的.41.3操控点的设计内容.51.4机器人分类及其在生产中的应用.61.5操纵器的应用意义.91.6机械手的技术发展方向.10第二章设计方案的论证.112.1操控点的整体设计.112.2机器人腰座结构的设计.122.3机器人手臂结构的设计.122.4工业机器人手腕的结构.142.5机器人末端执行器(爪)的结构设计.152.6机械手的机械传动设计.172.7机器人驱动系统的设计.18第三章理论分析和设计计算.263.1液压传动系统设计计算.263.2电动机选择相关参数计算.35第四章控制系统设计.384.1单片机控制系统的选择.384.2单片机控制程序.394.3操控点的制程.41第5章机器人组件和零件图.42摘要.44参考文献.45第一章简介1.1自动机概述机器人主要由手、运动器材、控制系统三部分组成。手是用于根据被抓住对象的形状、大小、重量、材料和操作要求抓住具有多种构成形式(如夹紧、保持和吸附)的工件(或工具)的零件。完成各种旋转(摆动)、移动或复合动作以执行指定动作并更改捕捉到的对象的位置和姿势的运动器材。运动机构的升力、伸缩、旋转等独立运动方式被称为机器人的自由度。在空间中捕捉位置和方向的物体需要六个自由度。自由度是机器手设计的合并参数。自由度越大，机器人的灵活性就越大，通用性就越大，其结构就越复杂。普通专用机器人有两到三个自由度。控制系统控制机器人每个自由度的马达，执行特定的运动。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常由微控制器或DSP等微控制芯片组成，对其进行编程以实现所需的功能。机器人通常有机器或其他机器的附加装置，例如在自动机器或自动生产线上加载和传送工件，在加工中心更换工具，通常没有单独的控制装置。有些操纵器需要人直接操作，例如核部门用来处理危险物品的主从操纵器也通常称为操纵器。将机械手应用于锻造行业，可以进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、疲劳等劳动条件。机器人的机械结构由滚珠丝杠、滑块和其他机械装置组成。电气方面包括交流电动机、变频器、传感器、和其他电子设备。该装置涵盖了位置控制技术、检测技术等可编程控制技术，是机电一体化代表性仪器之一。机械手是机械化、自动化生产过程中发展起来的新装置。近年来，随着电子技术(尤其是电子计算机)的广泛普及，机器人的开发和生产已经成为高科技领域快速发展的新技术，进一步促进了机器人的发展，使机械化和自动化的有机结合更加可能。在现代工业中，生产工艺的机械化，自动化已经成为突出的主题。随着产业现代化的进一步发展，自动化已经成为现代企业的重要支柱，无人工厂、无人生产线等已经随处可见。与此同时，现代生产中存在高温、放射性、有毒气体、有害气体现场、水下作业等多种生产环境，这种恶劣的生产环境不利于手动操作。工业机械手是现代自动控制领域出现的新技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产品，已成为现代机械制造生产系统的重要组成部分。工业机械手是改善生产工艺自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产率的有效手段之一。尤其是在高温、高压、灰尘、噪音、辐射和污染的情况下，应用更加广泛。在我国，近年来也取得了快速发展，取得了一定的效果，受到机械产业和铁路产业部门的重视。专用机械手经过几十年的发展，现在已进入使用通用机械手进行标记的时代。通用机器人的应用及开发促进了智能机器人的开发。除了一般机器、液压、气动等基本知识外，还应用了一些电子技术、电视技术、通信技术、计算技术、无线控制、仿生学、假肢技术等，是一种全面而强大的新技术。目前国内外都重视这项新技术的发展，几十年来该技术的研究和发展比较活跃，设计不断修改，品种不断增加，应用领域也不断扩大。早在40年代，随着原子能产业的发展，关节式第一代操纵者登场了。从20世纪50年代到60年代，制造了送和送毛坯的通用机器人和NC示教再现型机器人。这个操纵器也称为第二代操纵器。例如，Unimate机器人。20世纪60和70年代，继车身点焊和冲压生产自动线之后，第二代机器人这一新技术进入了应用阶段。在80-90年代，装配机械手在全盛时期，尤其是日本。20世纪90年代，机械手在特殊用途上有很大的发展。除了在工业上广泛应用外，在农业、林业、采矿、宇宙、海洋、娱乐、体育、医疗、服务业和军事领域也有较大的应用。90年代以来，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的迅速发展，机器人技术也迅速多元化。总之，目前机器人的主要经验分为三代。第一代操纵器主要是人工操纵，以开环方式操纵，没有识别功能。改进的方向主要是提高低成本和准确性。第二代机器人有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉，甚至是听和思考的能力。安装各种传感器，反馈收到的信息，机器人感官功能，第三代机械手可以在工作过程中独立完成工作。此外，与电子计算机和电视设备保持联系，并逐渐成为灵活系统灵活制造系统(FMS)和灵活制造单元灵活制造单元(FMC)的重要组成部分。1.2机械手的设计目的工业机器人设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业领域的重要课程，是在完成技术基础课程及相关专业课程后，对专业课程内容进行综合设计的。通过设计，掌握了学生机械分析和综合能力、机械结构设计能力、机电一体化系统设计能力的提高，实现生产工艺自动化的设计方法。通过此链接满足要求：(1)通过设计，在相关过程(机械分析和合成、机械原理、机械设计、液压和气动驱动技术、自动控制理论、测试技术、数控技术、微机原理和应用、自动化机械设计等)中获得的理论知识，在实际中综合运用，巩固和发展这些知识，将理论知识和生产紧密结合。因此，工业机器人设计是专业基础课程和专业课程后的综合专业课程设计。(2)工业机器人设计是机械设计和制造专业及机械电子工程专业学生一次比较完整的机电一体化机械设计。通过设计，开发学生独立的机械整体机械设计能力，建立正确的设计理念，熟悉机电一体化机械产品设计的基本方法和程序，为自动化机械设计奠定了良好的基础。(3)通过设计，完成机械整体机械设计所需工业技术人员的基本技术培训，使学生熟练地应用参考资料、计算图表、手册、地图册和规格，熟悉相关的国家标准和部分标准。(4)由于机器人设计的工作量比较大，为了在短时间内让学生接受完整的训练，学生们分成小组，共同完成这次机器人设计任务，从而节省了时间，解决了很多时间和紧张的矛盾，同时，学生们的分工最大限度地提高了完成大型设计的能力。1.3机器人设计内容1.3.1机器人程序演示基于国内外同类产品现状的设计课题方案。1.3.2机械手的总体设计基于情景演示，进行机器人的总体设计，绘制整体布局。1.3.3驱动程序系统设计根据机械手的特性，选择死党驱动方式，根据整体设计要求选择电机。执行与选择电动机相关的计算。驱动系统构件的选择和设计。绘制驱动系统布局。1.3.4控制系统设计确定机器人控制方法，并对控制系统进行控制和编程。绘制控制系统布局。1.3.5检测和测试系统设计控制和驱动系统检测和测试系统设计。1.3.6机械体设计设计机械本体元件并绘制整个图面和零件图面。1.4机械手的分类及其在生产中的应用1.4.1机器人分类(1)油田钻柱操纵机器人本产品由山东科技大学开发，主要用于钻探时使用的钻杆、钻铤等组装、卸料工作。操作机器人设计有两个，一个位于顶层旁边2米左右，简称开始。位于第二层舞台的中央。简单地称之为开始。有起始腰部旋转角度120米，最大伸缩距离5.7米，5个运动关节，手臂进行伸缩运动时手保持水平平移。起始腰部旋转角度为310，最大伸缩距离为2800mm，启动时有9个运动关节，手臂进行伸缩运动时手保持水平平移。机器人采用手动比例阀控制液压控制方法。机器人可以执行的操作数参数如下：钻柱高度30米；钻杆重量：40公斤/m，总重量1200公斤；钻铤(7英寸直径)的重量为180公斤/m，总重量为5400公斤。(2)硬臂辅助机器人硬臂动力操纵器与气动平衡起重机和软电缆动力操纵器一样，具有完整的行程“浮动”功能。但是，如果存在转矩，则不能使用气动平衡起重机或软电缆增强操纵器，而是必须使用硬臂增强操纵器。例如，如果工件的重心远离臂悬挂点，或者工件需要翻转或倾斜，则必须使用硬臂辅助自动机，如果工厂高度有限，则可以选择硬臂辅助自动机。硬岩动力操纵器最高可提升500公斤工件，半径为3000mm，高度为2500mm。根据起重工件的重量，应选择符合最大工件重量的最小型号机器，如果用最大200公斤的机器人搬运30公斤的工件，工作性能一定不好，体积大的感觉。安装了煤气罐，在断气的情况下，可以继续使用一个周期，如果气压下降到一定程度，就启动自动锁定功能，提醒操作员防止工件下降。如果在操作过程中或工件未放置在安全曲面上，则有操作者无法释放工件的安全系统。上海英干制造的增压机器人(包括硬岩、软电缆)即使在用户现场气压不足的情况下，也可以增加增压泵，使设备运行更加顺畅。与各种非标准夹具一起，硬岩助推器机器人可以举起各种形式的工件。安装格式可以是地面固定、悬挂固定或轨道移动。(3)软电缆机器人软电缆操纵器的功能与具有全行程“浮动”功能的气动平衡起重机相似，但是起重位移比气动平衡起重机小，最大负荷为3000mm，最大负荷为450Kg。有了气罐，即使在断气的情况下，也可以继续使用一个周期，同时可以报警，提醒操作员。与各种非标准夹具一起，软电缆动力操纵器可以举起各种形式的工件。安装窗体可以固定或固定，不能使用导轨表达式。(4)T型增压机器人与硬臂辅助机器人不同，t型辅助机器人没有双关节操纵器，而是由导轨前后左右位移。t型增压机器人没有机械手，因此比硬臂更适合小而窄的空间。t型增压机械手的最大负载仅比硬臂高200千克，但提升高度可根据客户要求进行设计，手柄的范围远远大于硬臂。有煤气罐，在断气的情况下，可以继续使用一个周期，如果气压下降到一定程度，就启动自动锁定功能，警告操作员工件不要下降。如果在操作过程中或工件未放置在安全曲面上，则有操作者无法释放工件的安全系统。与各种非标准夹具一起，硬岩助推器机器人可以举起各种形式的工件。装配格式为轨道移动。1.4.2机器人在生产中的应用在现代工业中，生产工艺的机械化，自动化已经成为突出的主题。在机械行业，加工、组装等生产是不连续的。专用机床是大规模生产自动化的有效方法，程序控制机床、数控机床、加工中心和其他自动化机器是有效解决多种小批量生产自动化的重要方法。但是机加工不仅要本身，还有很多处理、处理、组装等工作，要进一步实现机械化。数据显示，美国生产的总工业零部件的75%是少量生产的；金属加工生产批的3/4少于50个，零件实际在机床上处理的时间只有零件生产时间的5%。为了自动化这些工序，从这里可以看出工业机器制造的、装卸、搬运等工艺机械化的紧迫性