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買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 摘 要 機(jī)械手是一種機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)品。采用機(jī)械手是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化,改善勞動(dòng)條件,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段。它是一種模仿人體上肢的部分功能,按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)裝備。機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng),顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善勞動(dòng)條件,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期、頻繁、單調(diào)的操作,采用機(jī)械手是有效的;此外,它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作,更顯示 其優(yōu)越性,有著廣闊的發(fā)展前途。 本課題的主要內(nèi)容是采用機(jī)械設(shè)計(jì)原理,進(jìn)行三自由度搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì),熟悉三自由度機(jī)械手的運(yùn)用場(chǎng)合和相關(guān)的設(shè)計(jì)步驟。機(jī)械手可以代替很多重復(fù)性的體力勞動(dòng),從而減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率。結(jié)合三自由度設(shè)計(jì)的各方面的知識(shí),在設(shè)計(jì)過程中學(xué)會(huì)怎樣發(fā)現(xiàn)問題解決問題 且在設(shè)計(jì)中融入自己的想法和構(gòu)思,提高自己的創(chuàng)新能力。盡力使機(jī)械手使用方便,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 關(guān)鍵詞 : 機(jī)械手,輸送工件,搬運(yùn),三自由度買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 is a of is to of a of It is an of of to or of of in of is In it be in is of of of of of a of of so as to of of in to to in to to of 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘 要 . - 1 - . - 2 - 1 緒論 . - 5 - . - 5 - 械手的組成 . - 6 - 械手的分類 . - 7 - 第 2 章 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) . - 9 - 運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)要求 . - 9 - 本設(shè)計(jì)思路 . - 9 - 統(tǒng)分析 . - 9 - 體設(shè)計(jì)框圖 . - 10 - 運(yùn)機(jī)械手的基本參數(shù) .1 - 運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .1 - 運(yùn)機(jī)械手坐標(biāo)形式的選擇 .1 - 械手材料的選擇 . - 12 - . - 12 - 運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)分析 . - 13 - 動(dòng)方式的選擇 . - 13 - 制系統(tǒng)的選擇 . - 13 - 3 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 . - 14 - 運(yùn)機(jī)械手手爪設(shè)計(jì) . - 14 - 運(yùn)機(jī)械手手臂設(shè)計(jì) . - 14 - 縮機(jī)械臂的設(shè)計(jì) . - 14 - 降機(jī)械臂的設(shè)計(jì) . - 15 - 轉(zhuǎn)機(jī)械臂的設(shè)計(jì) . - 17 - 部設(shè)計(jì)計(jì)算 . - 17 - 部設(shè)計(jì)計(jì)算 . - 21 - 壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) . - 22 - . - 24 - 機(jī)的選擇 . - 24 - 柱的設(shè)計(jì)與校核 . - 25 - 座的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖 . - 26 - 4 搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . - 28 - . - 28 - 作原理 . - 28 - 型的選擇 . - 28 - 型的選擇 . - 28 - 選 參數(shù) . - 29 - 制面板的擬定 . - 30 - 買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 械手工藝過程和控制方案的確定 . - 31 - 確工藝要求 . - 31 - 定工藝流程 . - 31 - 感器選擇 . - 33 - 定 I/O 點(diǎn)數(shù) . - 33 - 序編寫 . - 34 - 體程序設(shè)計(jì)思路 . - 34 - . - 35 - 位程序的編寫 . - 36 - 動(dòng)控制程序的編寫 . - 38 - 5 結(jié)論 . - 41 - 參考文獻(xiàn) . - 42 - 致 謝 . - 43 - 買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 緒論 隨著人類科技的進(jìn)步,社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,機(jī)器人學(xué)成為近幾十年來(lái) 迅速發(fā)展的一門綜合學(xué)科。它體現(xiàn)了光機(jī)電一體化技術(shù)的最新成就,機(jī)械手作為其中的佼佼者更是發(fā)揮了不可磨滅的作用。在人類社會(huì)中,凡是有機(jī)械活動(dòng)的地方,都能看到機(jī)械手的身影。機(jī)械手產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)由核工業(yè)和軍事科技等高端科學(xué)領(lǐng)域向醫(yī)療、農(nóng)業(yè)甚至是服務(wù)娛樂等民用領(lǐng)域發(fā)展了,并且各式各樣的機(jī)械手正在涌現(xiàn)出來(lái),以驚人的速度延伸到人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)械手是由于人類期望生產(chǎn)水平的提高,為了提升生產(chǎn)效率而出現(xiàn)的。然而由于機(jī)械手善于完成重復(fù)的,單調(diào)的,精確度要求高的工作,能取代人在惡劣的環(huán)境中完成人類不能或者不愿完成的工作,因此 ,機(jī)械手的出現(xiàn)又大大解放了人類的生產(chǎn)力。所以說機(jī)械手的發(fā)展是社會(huì)發(fā)展的結(jié)果,也是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)?,F(xiàn)在,很多發(fā)達(dá)國(guó)家都追逐著機(jī)械手這一發(fā)展趨勢(shì),積極地進(jìn)行著機(jī)械手的各種開發(fā)和研制的工作,并且其中一些國(guó)家已經(jīng)取代了不錯(cuò)的成果,研制出了許多新型且實(shí)用的機(jī)械手或者是機(jī)器人。例如:日本的跳舞機(jī)器人、犬型機(jī)器人愛寶 (。英國(guó)研制的履帶式“手推車”及“超級(jí)手推車”排爆機(jī)器人;美國(guó) 司推出了能避開障礙,自動(dòng)設(shè)計(jì)行進(jìn)路線吸塵器機(jī)器人 海世博會(huì)使用過的福娃機(jī)器人等等。 由于機(jī)械手的迅猛發(fā) 展,機(jī)械手進(jìn)入學(xué)校教學(xué)是必然的。三自由度機(jī)械手作為是機(jī)械手的典型產(chǎn)品,其設(shè)計(jì)及應(yīng)用對(duì)機(jī)電一體化、機(jī)械結(jié)構(gòu)工藝、機(jī)械制造、自動(dòng)化、電子信息等專業(yè)的教學(xué)及研究都有著很重要的意義。 械手的歷史 機(jī)械手是在機(jī)械化,自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。它是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中,機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中,機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活,但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng),不知 疲勞,不怕危險(xiǎn),抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn),因此,機(jī)械手已受到許多部門的重視,并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。 機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。 1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是:機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂,頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu),控制系統(tǒng)是示教形的。 1962 年,美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔,臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng);控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年 ,美國(guó)機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫 械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。這兩種出現(xiàn)在六十年買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 代初的機(jī)械手,是后來(lái)國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978 年美國(guó) 司和斯坦福大學(xué),麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 工業(yè)機(jī)械手,裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,用于裝配作業(yè),定位誤差小于 1 毫米。聯(lián)邦德國(guó) 司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手,采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 目前,機(jī)械手大部分還屬于第一代,主要依靠人工進(jìn)行控制;改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng),具有視覺、觸覺能力,甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器,把感覺到的信息反饋,使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系,并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) 柔性制造單元 的重要一環(huán)節(jié)。 械手的組成 一般來(lái)說,機(jī)械手主要有以下幾部分組成: 1. 手部 (或稱抓取機(jī)構(gòu) ):包括手爪、傳力機(jī)構(gòu)等,主要起抓取和放置物件的作用。 2. 傳送機(jī)構(gòu) (或稱臂部 ):包 括手腕、手臂等,主要起改變物件方向和位置的作用。 3. 驅(qū)動(dòng)部分:它是前兩部分的動(dòng)力,因此也稱動(dòng)力源,常用的有液壓、氣壓、電力和電機(jī)四種驅(qū)動(dòng)形式。 4. 控制部分:它是機(jī)械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng),由它來(lái)控制動(dòng)作的順序 (程序 )、位置和時(shí)間 (甚至速度與加速度 )等。 5. 其它部分:如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程檢測(cè)裝置和傳感裝置等。 行機(jī)構(gòu) 一般機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、緩沖與定位,還有行走機(jī)構(gòu)組成。 動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng) 和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等形式。不過目前還是以液壓和氣動(dòng)用的最多。 液壓驅(qū)動(dòng)具有體積小、出力大、控制性能好、動(dòng)作平穩(wěn)等特點(diǎn) ,它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng);利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)具有潤(rùn)滑性能好、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)緊湊,剛性好。定位精度高,克實(shí)現(xiàn)任意位置開停。有很多專業(yè)機(jī)械手能直接利用主機(jī)的液壓系統(tǒng)。但缺點(diǎn)是需要配備壓力源,系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉。氣源方便,所需的壓縮氣源一般工廠都有,并且無(wú)污染,一般采用的壓力 高可達(dá) 1點(diǎn)是出力小,體積大。由于空氣的可壓縮性大,很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止,只能用于點(diǎn)位控制,而且潤(rùn)滑性較差,氣壓系統(tǒng)容易生銹。 電動(dòng)由于減速和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜 , 很少采用。 機(jī)械式用于簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。 制機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的控制方式有點(diǎn)動(dòng)和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)是用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制,也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制,采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置,并注意其加速度特性。 械手的分類 機(jī)械手從使用范圍、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式 、驅(qū)動(dòng)方式以及臂力大小四個(gè)方面的分類分別為: 1. 按使用范圍分類: (1) 專用機(jī)械手 一般只有固定的程序,而無(wú)單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線用以自動(dòng)傳送物件或操作某一工具,例如“毛坯上下料機(jī)械手”、“曲拐自動(dòng)車床機(jī)械手”、“油泵凸輪軸自動(dòng)線機(jī)械手”等等。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,成本較低,適用于動(dòng)作比較簡(jiǎn)單的大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。 (2) 通用機(jī)械手 指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng),不從屬于某種機(jī)器,而且能自動(dòng)完成傳送物件或操作某些工具的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手按其定位 和控制方式的不同,可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種。簡(jiǎn)易型只是點(diǎn)位控制,故屬于程序控制類型,伺服型可以是點(diǎn)位控制,也可以是連續(xù)軌跡控制,一般屬于數(shù)字控制類型。 2. 按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式分類: (1) 直角坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸 X、 Y、 Z 三個(gè)方向移動(dòng),亦即臂部可以前后伸縮 (定為沿 X 方向的移動(dòng) )、左右移動(dòng) (定為沿 Y 方向的移動(dòng) )和上下升降 (定為沿 Z 方向的移動(dòng) ); (2) 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的 X 和 Z 方向移動(dòng),又可繞買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng) (定為繞 Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng) ),亦即臂部可以前后伸縮、 上下升降和左右轉(zhuǎn)動(dòng); (3) 球坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸 X 方向移動(dòng),還可以繞 Y 軸和Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng),亦即手臂可以前后伸縮 (沿 X 方向移動(dòng) )、上下擺動(dòng) (定為繞 Y 軸擺動(dòng) )和左右轉(zhuǎn)動(dòng) (仍定為繞 Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng) ); (4) 多關(guān)節(jié)式機(jī)械手 這種機(jī)械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大臂的連接 (肘部 )以及大臂和機(jī)體的連接 (肩部 )均為關(guān)節(jié) (鉸鏈 )式連接,亦即小臂對(duì)大臂可繞肘部上下擺動(dòng),大臂可繞肩部擺動(dòng)多角,手臂還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)。 3. 按驅(qū)動(dòng)方式分類: (1) 液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 以壓力 油進(jìn)行驅(qū)動(dòng); (2) 氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng); (3) 電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng); (4) 機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 是將主機(jī)的動(dòng)力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳遞給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式。 4. 按機(jī)械手的臂力大小分類: (1) 微型機(jī)械手 臂力小于 1 ; (2) 小型機(jī)械手 臂力為 1 10 ; (3) 中型機(jī)械手 臂力為 10 30 ; (4) 大型機(jī)械手 臂力大于 30 。 我所設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)械手,是以搬運(yùn)物料為目的的圓柱坐標(biāo)式三自由度機(jī)械手。它采用液壓與機(jī)械傳動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式,屬于小型機(jī)械手。 買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 2 章 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) 運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)要求 圖 1 機(jī)械手工作示意圖 (1) 初始狀態(tài),按啟動(dòng)按鈕傳送帶 A 開始傳送物料,光電傳感器開始工作,機(jī)械手回原點(diǎn)。 (2) 當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到有物料時(shí),傳感器將信號(hào)傳給機(jī)械手,機(jī)械手開始工作。 (3) 機(jī)械手從初始位置開始運(yùn)動(dòng),通過機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn),機(jī)械手抓伸出,機(jī)械臂下降,機(jī)械手抓抓緊來(lái)獲得傳送帶 A 上的 物料。 (4) 獲得物料后,通過機(jī)械臂升降,機(jī)械手抓的伸縮,機(jī)械臂旋轉(zhuǎn),機(jī)械手抓的放松,將物體運(yùn)送到傳送帶 B 上。 (5) 機(jī)械手完成這一系列動(dòng)作后,開始重復(fù)工作。 本設(shè)計(jì)思路 統(tǒng)分析 機(jī)械手是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的一種有力工具。要在一個(gè)生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,需要對(duì)各種機(jī)械化、自動(dòng)化裝置進(jìn)行綜合的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析,從而判斷機(jī)械手是否合適。所以要完成機(jī)械手的設(shè)計(jì),一般要先做如下工作: (1) 根據(jù)機(jī)械手的使用場(chǎng)合,明確機(jī)械手的目的和任務(wù)。 (2) 分析機(jī)械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境。 買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 (3) 認(rèn)真分析系 統(tǒng)的工作要求,確定機(jī)械手的基本功能和方案,如機(jī)械手的自由度數(shù)目、動(dòng)作速度、定位精度、抓取重量等。進(jìn)一步根據(jù)抓取、搬運(yùn)物體的質(zhì)量、形狀、尺寸及生產(chǎn)批量等情況,來(lái)確定機(jī)械手爪的形式及抓取工件的部位和握力大小。 對(duì)此,我進(jìn)行如下分析: (1) 本設(shè)計(jì)課題為物料傳送機(jī)械手設(shè)計(jì),是通過機(jī)械手進(jìn)行兩地物料運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械手。而機(jī)械手的使用場(chǎng)合,非常廣泛,要涉及到物料的狀態(tài),運(yùn)作流水線的環(huán)境等等因素,相較于我所掌握的理論知識(shí)和能力,我選擇非批量生產(chǎn)的小型物體加工流水線上的物料傳送機(jī)械手。 (2) 由于我所選擇的機(jī)械手是非批量生產(chǎn)的小型物體加工 流水線上的物料傳送機(jī)械手,所以,機(jī)械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境一定是工廠,要求精度高,容錯(cuò)率低,速度快。 ( 3)再者是搬運(yùn)物體的考慮,由于是小型物件,所以對(duì)機(jī)械手的抓取力量并無(wú)太高要求,而物體形狀初步擬定為圓柱形,方便設(shè)計(jì)。 體設(shè)計(jì)框圖 人 機(jī) 交 互 系 統(tǒng)( 系 統(tǒng) 軟 件 、 編程 語(yǔ) 言 系 統(tǒng) )控 制 器 及控 制 算 法控 制 系 統(tǒng)驅(qū) 動(dòng) 系統(tǒng) ( 各 驅(qū)動(dòng) 器 )機(jī) 械 系 統(tǒng) ( 機(jī)身 、 臂 部 、手 腕 、 手 爪 )作 業(yè) 對(duì) 象內(nèi) 部 傳 感 器 信 息 反 饋工 作 對(duì) 象 及 環(huán) 境 信 息 反 饋感 知 系 統(tǒng)圖 2 總體設(shè)計(jì)框圖 如圖 2為總設(shè)計(jì)框圖,說明如下: (1) 控制系統(tǒng):任務(wù)是根據(jù)機(jī)械手的作業(yè)指令程序和傳感器反饋回來(lái)的信號(hào),控制機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu),使其完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。主要設(shè)計(jì)目標(biāo)為 選擇, (2) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作的驅(qū)動(dòng)裝置 。 (3) 機(jī)械系統(tǒng):包括機(jī)身、機(jī)械臂、手腕、手爪。需要確定其自由度、坐標(biāo)形式,并計(jì)算得出具體結(jié)構(gòu)。 (4) 感知系統(tǒng):即傳感器的選擇及具體作用。 買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 運(yùn)機(jī)械手的基本參數(shù) 1. 機(jī)械手的最大搬運(yùn)物料的重量是它的主參數(shù)。本論文物料傳送機(jī)械手所搬運(yùn)的物料質(zhì)量可設(shè)定為 5 2. 運(yùn)動(dòng)速度直接影響機(jī)械手的動(dòng)作快慢和機(jī)械手動(dòng)作的穩(wěn)定性,所以運(yùn)動(dòng)速度也是是物料物料傳送機(jī)械手的一個(gè)主要的基本參數(shù)。設(shè)計(jì)速度過低的話,會(huì)無(wú)法滿足機(jī)械手的動(dòng)作功能,限制機(jī)械手的使用范圍。設(shè)計(jì)的速度過高又會(huì)加重機(jī)械手的負(fù)載并影響機(jī)械手動(dòng)作的平穩(wěn)性。該機(jī)械手的最大平移速度為 1m/s。 3. 伸縮行程和工作半徑是決定機(jī)械手工作范圍及整機(jī)尺寸的關(guān)鍵,也是機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。過大的工作半徑和伸縮行程,會(huì)增大機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)負(fù)載,使得機(jī)械手剛性降低,而工作半徑過小則不能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手的功能,限制了機(jī)械手的應(yīng)用和擴(kuò)展性。本論文物料傳送機(jī)械手設(shè)定水平反向伸縮行程 200轉(zhuǎn)角度范圍為 90。機(jī)械手豎直方向的升降行程為 100 械手精度太低,就完成不了功能,精度太高又意味著成本 的增加。綜合考慮,士 1間。物料傳送機(jī)械手的各個(gè)部分的基本參數(shù)可以由上面已經(jīng)知道的物料傳送機(jī)械手各關(guān)節(jié)的行程和時(shí)間分配來(lái)決定。 表 1 物料傳送機(jī)械手基本參數(shù)(自定) 水平機(jī)構(gòu) 伸出范圍: 0500直機(jī)構(gòu) 升降范圍: 100出速度: 334mm/s 上升速度: 200mm/s 收縮速度: 334mm/s 下降速度: 200mm/s 定位精度: 士 1位精度: 士 1轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)角度: 180 手爪 搬運(yùn)范 圍 500轉(zhuǎn)速度: 90 /s 定位精度: 士 5 運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 運(yùn)機(jī)械手坐標(biāo)形式的選擇 根據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式:機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)械臂的升降,機(jī)械臂的伸縮,得到了機(jī)械臂的三個(gè)自由度。根據(jù)上文所說的,機(jī)械手按照坐標(biāo)的分類情況,選擇圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手更為妥當(dāng)。 買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 械手材料的選擇 機(jī)器人手臂的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作狀況來(lái)進(jìn)行選擇,并滿足機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作要求。從設(shè)計(jì)的思想出發(fā),機(jī)器人手臂要完成各種運(yùn)動(dòng)。因此,對(duì)材料的一個(gè)要求是作為運(yùn)動(dòng)的部件,它應(yīng)是輕型材料。另一方面,手臂在運(yùn)動(dòng)過程中往往會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),這必然大大降低它的運(yùn)動(dòng)精度。所以在選擇材料時(shí),需要對(duì)質(zhì)量、剛度、阻尼進(jìn)行綜合考慮,以便有效地提高手臂的動(dòng)態(tài)性能。此外,機(jī)器人手臂選用的材料與一般的結(jié)構(gòu)材料不同。機(jī)器人手臂是一種伺服機(jī)構(gòu),要受到控制,必須考慮它的可控性。在選擇手臂材料時(shí),可控性還要和材料的可加工性、結(jié)構(gòu)性、質(zhì)量等性質(zhì)一起考慮。 總之,選擇機(jī)器人手臂的材料時(shí),要綜合考慮強(qiáng)度、剛度、重量、彈性、抗震性、外觀及價(jià)格等多方面因素。下面介紹幾種機(jī)器人手臂常用的材料: (l)碳素結(jié)構(gòu) 鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等高強(qiáng)度鋼 :這類材料強(qiáng)度好,尤其是合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度增加了 45 倍、彈性模量 E 大、抗變形能力強(qiáng),是應(yīng)用最廣泛的材料 ; (2)鋁、鋁合金及其它輕合金材料 :其共同特點(diǎn)是重量輕、彈性模量 E 不大,但是材料密度小,則 E/p 之比仍可與鋼材相比 ; (3) 陶瓷 :陶瓷材料具有良好的品質(zhì),但是脆性大,可加工型不好,與金屬等零件連接的接合部需要特殊設(shè)計(jì)。然而,日本己試制了在小型高速機(jī)器人上使用的陶瓷機(jī)器人手臂的樣品 ; 從本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手的角度來(lái)看,在選用材料時(shí)不需要很大的負(fù)載能力,也不需要很高的彈性模量和抗變形能力, 此外還要考慮材料的成本,可加工性等因素。在衡量了各種因素和結(jié)合工作狀況的條件下,初步選用鋁合金作為機(jī)械臂的構(gòu)件 械臂的運(yùn)動(dòng)方式 根據(jù)主要的運(yùn)動(dòng)參數(shù)選擇運(yùn)動(dòng)形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。常見的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式有五種 :直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型和 。同一種運(yùn)動(dòng)形式為適應(yīng)不同生產(chǎn)工藝的需要,可采用不同的結(jié)構(gòu)。具體選用哪種形式,必須根據(jù)作業(yè)要求、工作現(xiàn)場(chǎng)、位置以及搬運(yùn)前后工件中心線方向的變化等情況,分析比較并擇優(yōu)選取。 考慮到機(jī)械手的作業(yè)特點(diǎn),即要求其動(dòng)作靈活、有較大的工作空間、且要求結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小等特點(diǎn),故選用關(guān)節(jié)型機(jī)械手。這類機(jī)械手一般由 2 個(gè)肩關(guān)節(jié)和 1 個(gè)肘關(guān)節(jié)進(jìn)行定位,由 2 個(gè)或 3 個(gè)腕關(guān)節(jié)進(jìn)行定向。其中,一個(gè)肩關(guān)節(jié)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn),另一個(gè)肩關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)俯仰。這兩個(gè)肩關(guān)節(jié)軸線正交。肘關(guān)節(jié)平行于第二個(gè)肩關(guān)節(jié)軸線,如圖所示。這種構(gòu)形動(dòng)作靈活、工作空間大、在作業(yè)時(shí)空間內(nèi)手臂的干涉最小、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、關(guān)節(jié)上相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位容易密封防塵。但是這類機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)比較復(fù)雜,運(yùn)動(dòng)買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 學(xué)的反解比較困難 ;確定末端桿件的姿態(tài)不夠直觀,且在進(jìn)行控制時(shí),計(jì)算量比較大。 圖 3 常見的運(yùn)動(dòng)方式 運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)與 控制系統(tǒng)分析 動(dòng)方式的選擇 機(jī)械手常用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種基本形式。 液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是功率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可省去減速裝置,響應(yīng)快,精度較高。但是需要有液壓源,而且容易發(fā)生液體泄漏。 氣壓驅(qū)動(dòng)的能源、結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單,但與液壓驅(qū)動(dòng)相比,功率較小,速度不易控制,精度不高。 電機(jī)傳動(dòng)能源簡(jiǎn)單,機(jī)構(gòu)速度變化范圍大,效率高,速度和位置精度都很高,使用方便,噪聲低,控制靈活。 起初,我先選擇電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu),但是考慮到機(jī)械手的升降運(yùn)動(dòng)運(yùn)用純機(jī)械結(jié)構(gòu)并不能達(dá)到理想傳動(dòng)效果。而機(jī)械手臂 旋轉(zhuǎn)如若使用氣壓或者液壓傳動(dòng),就必須帶有旋轉(zhuǎn)氣壓或者旋轉(zhuǎn)液壓缸,相對(duì)來(lái)說結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,不利于設(shè)計(jì)。 故改良方案,將驅(qū)動(dòng)方式分成兩個(gè)部分。其中,機(jī)械臂的回轉(zhuǎn)采用電機(jī)傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式,通過電機(jī)帶動(dòng)齒輪鏈進(jìn)行旋轉(zhuǎn)傳動(dòng);而機(jī)械臂的伸縮、升降和機(jī)械手抓的抓取,都采用氣壓驅(qū)動(dòng)方式。 制系統(tǒng)的選擇 這里選擇用 制的控制系統(tǒng)。 買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 運(yùn)機(jī)械手手爪設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題: 1. 具有足夠的夾緊力:在確定手爪的握力時(shí),除考慮工件重量外,還應(yīng)考慮在 傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng),以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 2. 手爪間應(yīng)具有一定的開閉角:兩手爪張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手爪的開閉角。手爪的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開,若夾持不同直徑的工件,應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手爪只有開閉幅度的要求。 3. 保證工件準(zhǔn)確定位:為使手爪和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置,必須根據(jù)被抓取工件的形狀,選擇相應(yīng)的手爪形狀??紤]被抓取對(duì)象的要求,手爪形狀設(shè)計(jì)成 4. 具有足夠的強(qiáng)度和剛度:手爪除受到被夾持工件的反作用力外,還受到 機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響,要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形,應(yīng)當(dāng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,自重輕,并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上,以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小 。 運(yùn)機(jī)械手手臂設(shè)計(jì) 機(jī)械手臂,在我的設(shè)計(jì)中,涉及到三個(gè)自由度:升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)。水平手臂作伸縮用,而垂直手臂則有兩部分組成。與底座連接部分為機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)部分,通過電機(jī)帶動(dòng)齒輪鏈?zhǔn)沟脵C(jī)械臂旋轉(zhuǎn);上面部分為機(jī)械臂升降部分,通過氣壓驅(qū)動(dòng)控制機(jī)械臂的升降。所以,我將機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)分為三個(gè)步驟,先完成垂直臂的設(shè)計(jì),再完成水平臂的設(shè)計(jì) 。 縮機(jī)械臂的設(shè)計(jì) (1) 在校核尺寸時(shí),只需校核氣壓缸內(nèi)徑 1D =50徑 R=25設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng) ,則驅(qū)動(dòng)力: 2 6 (3( 2)分析計(jì)算伸縮手臂加速度: 如下圖所示, ,將其分為三段,分別為加速狀態(tài) 1t ,勻速狀態(tài) 2t 和減速狀態(tài)3t。切運(yùn)動(dòng)距離 L 為 500以有公式: 買文檔就送您 紙全套, Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 (3又有加速度公式 .0 (3(3) 測(cè)定手臂質(zhì)量為 555021 ,加速度 2/33.0 ,則慣性力: 1 (3(4) 考慮活塞等的摩擦力,設(shè)定摩擦系數(shù) 2.0k , )(3總受力 10 (30 所以氣壓缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求。 降機(jī)械臂的設(shè)計(jì) 1. 尺寸設(shè)計(jì) 氣壓缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 l =80壓缸內(nèi)徑為 1D =80徑 R=40強(qiáng)p=驅(qū)動(dòng)力: 20 . 9 6 (32. 尺寸校核 ( 1)測(cè)定手臂質(zhì)量為 53

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