基于并联机器人自动分拣装置的结构设计与分析含4张CAD图
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基于并联机器人自动分拣装置的结构设计与分析开题报告一、 选题的依据及意义:随着工业的不断发展,对于生产的自动化要求也在不断提高。早在上世纪70年代,人们就用超声波检查挑拣变质的蔬菜水果。现在,工业对于自动分拣的要求更加提高,不同的行业往往会提出不同的要求,但总体来说,相对于人工分拣,自动分拣机器人往往具有高速度,高质量以及可以在某些特殊工作环境下进行分拣工作的特点。例如,机器人可以在一些不适合人工工作的高温场所,或者空气中有不利于人体的物质存在的场所工作,有些机器人可以分拣比较重的物体等等。综上所述,在工业中用自动分拣机器人代替人工分拣已经成为当前工业环境下的发展趋势。机器人从结构上可以分为串联机器人和并联机器人两类,串联机器人具有工作空间大、操作灵活等优点,虽然在工业生产中得到了应用,但是它也存在承载能力低、动力学性能差和关节误差累积等缺点。在实际应用中需要机器人具有高的承载能力、良好的动力学性能以及高精度等要求时,这就迫切需要有另外-种机械结构形式的机器人可供选择。在这种情况下,并联机器人就应运而生了。并联机器人与传统的串联机器人相比,并联机器人具有运行速度快、承载能力强、高柔性化、精度高以及惯性小等特点,因而在航天、航空、航海、机电工业、医疗器械、微型微动机械等方面得到了广泛的应用。物料自动分拣作业基本实现无人化,物料自动分拣装置的目的之一就是为了减少人员的使用,减轻员工的劳动强度,提高人员的使用效率。因此物料自动分拣装置能最大限度地减少人员的使用,基本做到无人化。二、 国内外研究现状及发展趋势(含文献综述):纵观国内外物料自动分拣系统的应用情况可以发现,国外发达国家的物料自动分拣系统倾向于采用自动化程度很高的自动物料自动分拣系统。而在我国,由于起步晚,物料自动分拣系统中人工作业的比例也较高。国外物料自动分拣系统的广泛使用,以美国、日本及欧洲为代表的发达国家,在物料自动分拣系统的应用上呈现出自动化程度越来越高的特点。物料自动分拣系统已成为发达国家工业自动化不可缺少的一部分。主要应用在大中型物流中心、配送中心、流通中心、邮局分拣信件等等随着交流自动控制技术的发展,特别是电子技术的迅速发展,计算机的广泛应用。自动分拣技术在20世纪70年代被引入国内,我国的邮政系统最早并已多年使用自动分拣设备,并在长期的实践中不断创新、不断进步。例如,邮电部相关部门相继开发和研制出具有国际水平的CORE -NT物料自动分拣系统,性价比很高的扁平邮件高速物料自动分拣系统; 上海邮政通用技术设备公司研制成功了速递邮件网络化物料自动分拣系统等。邮政系统还推出了新的信封标准以更好的配合自动化的信件物料自动分拣系统。虽然在邮政系统外的其它行业,国内对物料自动分拣系统的使用还非常少,有关部门和企业正在为此做出不懈的努力。可以肯定,随着物流大环境的逐步改善,物料自动分拣系统在我国流通领域一定会大有用武之地。三、 本课题研究内容设计内容及要求基于并联机器人自动分拣装置作为生产线分拣系统的执行机构,承担着优品劣品分拣的任务,分拣分系统主要由一个重量检测系统和并联机器人组成。1)重量检测系统物料的是否合格通过物料是否达到一定的重量来确定,这需要通过一个压力传感器或者计重单元来检测。在这里采用压力传感器来检测。2)并联机器人当系统不合格时采用并联机器人将不合格品搬到不合格品区;并连接机器人主要由PLC控制系统、伺服控制系统、机械传动装置和夹具组成。3) 工装夹具夹具分为手动夹具和自动夹具。手动夹具一般由基准面、角座、规制板、夹爪、定位销、定位面、轴承、夹钳、气缸及气动元件组成。主要通过定位面、定位销、夹爪进行定位和夹紧,从而确保工件的位置精度。本装置的技术效果是:1、驱动电机均安装在机架上,杆件做成轻杆,机构重量轻、刚性好、惯量小、动力学性能好;2、机构的平动运动和转动运动分别由不同的支链单独控制,机构运动学正、逆问题求解容易,控制方便;3、安装上不同的末端执行器,本机构可应用到装配、焊接、姿态调整和定位设备、激光、医用等领域。四、 本课题研究方案本装置通过以下方案达到上述目的:一种空间四自由度码垛机械手由静平台、动平台及其联接动静平台的四条相同的支链组成,每条支链都由一台固结在静平台上的伺服电机驱动,四台伺服电机共同驱动可实现动平台的三维平动一维转动空间四自由度的运动;第一支链一端通过第一转动副与静平台联接,第一支链另一端通过第二转动副与动平台联接,第二支链一端通过第三转动副与静平台联接,第二支链另一端通过第四转动副与动平台联接,第三支链一端通过第五转动副与静平台联接,第三支链另一端通过第六转动副与动平台联接,第四支链一端通过第七转动副与静平台联接,第四支链另一端通过第八转动副与动平台联接;支链的第一种组成与联接方式为:第一构件通过第I转动副与第二构件联接,第二构件两端分别通过第II转动副、第III转动副与第一连杆、第二连杆联接,第一连杆另一端通过第IV转动副与第三构件一端联接,第二连杆另一端通过第V转动副与第三构件另一端联接,第三构件通过第VI转动副与第四构件联接,第一连杆与第二连杆平行等长;支链的第二种组成与联接方式为:第1构件通过第I虎克铰、第II虎克铰与第1连杆、第2连杆联接,第1连杆另一端通过第III虎克铰与第2构件联接,第2连杆另一端通过第IV虎克铰与第2构件联接,第1连杆与第2连杆平行等长。图1 本装置第一种结构示意图图2 本装置第二种结构示意图图3 本装置第一种支链结构示意图图4 本装置第二种支链结构示意图在图中,1、静平台2、第一伺服电机3、第二伺服电机4、第三伺服电机5、第四伺服电机6、第一转动副7、第三转动副8、第五转动副9、第七转动副10、第二转动副11、第四转动副12、第六转动副13、第八转动副14、动平台15、第一构件16、第I转动副17、第二构件18、第II转动副19、第III转动副20、第一连杆21、第二连杆22、第IV转动副23、第V转动副24、第三构件25、第VI转动副26、第四构件27、第1构件28、第I虎克铰29、第II虎克铰30、第1连杆31、第2连杆32、第III虎克铰33、第IV虎克铰34、第2构件。下面结合附图及实施例对本装置的技术方案作进一步说明。如附图1和2,第一支链一端通过第一转动副6与静平台1联接,第一支链另一端通过第二转动副10与动平台14联接,第二支链一端通过第三转动副7与静平台1联接,第二支链另一端通过第四转动副11与动平台14联接,第三支链一端通过第五转动副8与静平台1联接,第三支链另一端通 过第六转动副12与动平台14联接,第四支链一端通过第七转动副9与静平台1联接,第四支链另一端通过第八转动副13与动平台14联接。如附图2,上述第一支链由固结在静平台1上的第一伺服电机2驱动,第二支链由固结在静平台1上的第二伺服电机3驱动,第三支链由固结在静平台1上的第三伺服电机4驱动,第四支链由固结在静平台1上的第四伺服电机5驱动。如附图3,上述支链的第一种组成与联接方式为:第一构件15另一端通过第I转动副16与第二构件17联接,第二构件17两端分别通过第II转动副18、第III转动副19与第一连杆20、第二连杆21联接,第一连杆20另一端通过第IV转动副22与第三构件24一端联接,第二连杆21另一端通过第V转动副23与第三构件24另一端联接,第三构件24通过第VI转动副25与第四构件26联接,第一连杆20与第二连杆21平行等长。如附图4,支链的第二种组成与联接方式为:第1构件27通过第I虎克铰28、第II虎克铰29与第1连杆30、第2连杆31联接,第1连杆30另一端通过第III虎克铰32与第2构件34联接,第2连杆31另一端通过第IV虎克铰33与第2构件34联接,第1连杆30与第2连杆31平行等长。五、 研究目标、主要特色及工作进度:1) 研究目标本装置的目的在于提供了一种空间四自由度码垛机械手,它具有高速、高刚度、寿命长等优点。2) 主要特色(1)无累积误差,精度较高;(2)驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置,这样运动部分重量轻,速度高,动态响应好;(3)结构紧凑,刚度高,承载能力大;(4)完全对称的并联机构具有较好的各向同性;(5)工作空间较小。3) 工作进度毕业设计进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备注1参观、实习、调研、搜集资料2020年1月10日2月01日2总体方案论证及确定和论文开题报告2020年2月02日2月16日3机械结构设计及分析2020年2月17日3月29日4修改图纸、编写设计说明书2020年4月01日4月29日5答辩准备2020年4月30日5月15日6毕业答辩2020年5月16日5月17日六、参考文献:1 王昆.何小柏.机械设计、机械设计基础课程设计M北京: 高等教育出版社,19962 上海纺织工学院.哈尔滨工业大学.天津大学.机床设计图册 M上海: 上海科学技术出版社,19793 尹佑盛. 机械控制学 M重庆:重庆出版社,19974 张展.减速器设计选用手册 M上海:上海科学技术出版社,19965 朱煜,孟飚,张华,张永忠;并联机构组合式自动建模研究J;北京航空航天大学学报;2003(09).6 彭忠琦;并联机构的发展及应用J;光机电信息;2011(12).7 卢启鹏;李勇军;彭忠琦;凌丽青;六杆并联机构运动学正解研究及其在同步辐射光束线中的应用J;光学精密工程;2008(10).8 李金泉,丁洪生,付铁,庞思勤;并联机床的历史、现状及展望J;机床与液压;2003(03).9 沈玉飞;周文祥;汪蕾;轨道轮外形测量仪的研究J;机械设计与制造;2011(03).10 黄华;基于刚柔结合的并联机构研究J;机械设计与制造;2011(10).11 何兆太,田晓君;五坐标加工机器人刀具姿态与运动耦合J;机械工程师;2004(01).七、指导老师意见:选题新颖,思路严谨,自动分拣装置在自动化生产线和自动化物流行业有着广泛的应用,基于并联机器人的分拣装置具有较高的创新性,符合工厂实际需求,选题具有一定的创新性和较高的设计难度,在设计中可加大对并联机器人的研究,同意开题。 指导老师:XX20XX年2月27日
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