6自由度教学机械手的结构设计【说明书+CAD】
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湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文(设计)中 期 检 查 表学 院: 工学院 学生姓名董迪学 号200940614303年级专业及班级2009级机械设计制造及其自动化(3)班指导教师姓名向阳指导教师职称副教授论文(设计)题目6自由度机械手的结构设计毕业论文(设计)工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1:调研,收集资料及整理2:分析全自动机械手中“臂”机构的基本原理,基本理论及方法;全自动机械手中“臂”机构的传动设计及基本设计计算;3:全自动机械手中“臂”机构的设计、结构图、装配图设计; 1:全自动机械手中“臂”机构传动分析研究;2:分析整理, 拟写毕业设计论文指导教师意见 签名: 年 月 日 检查小组意见 组长签名: 年 月 日 注:1.此表可用黑色签字笔填写,也可打印,但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。 湖 南 农 业 大 学全日制普通本科生毕业设计 六自由度机械手的结构设计THE STRUCTURAL DESIGN OF THE SIX DEGREES OF FREEDOM MANIPULATOR学生姓名:董迪学 号:200940614303年级专业及班级:2009级机械设计制造及其自化(3)班指导老师及职称:向阳 副教授学 院:工学院湖南长沙提交日期:2013 年 5 月湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明:所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下,进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名: 年 月 日 目 录摘要1关键词11前言12设计要求和功能分析22.1设计要求2 2.2功能分析23基座旋转机构轴的设计及强度校核33.1按扭转强度概略计算轴颈3 3.2拟定轴的结构43.3 计算支反力和绘制弯矩图和扭矩图43.4强度精确校核54液压泵俯仰机构零件设计和强度校核6 4.1确定螺柱组连接所受的工作载荷64.2计算倾覆力矩的工作拉力7 4.3求每个螺柱所需的预紧力74.4计算螺柱直径74.5校验螺柱组连接接合面的工作能力85左右摇摆机构零件设计和强度校核85.1动叶片中3个螺钉设计95.2动叶片中2个销的设计95.3动叶片与套筒之间的键的设计105.4轴的设计106连腕部俯仰机构零件设计和强度校核106.1动叶片中3个螺钉设计116.2连接前自由度箱体的4个固定螺钉设计116.3动叶片中2个销的设计136.4动叶片与套筒之间的键的设计146.5轴的设计147旋转和夹紧机构零件设计和强度校核157.1机械手指部基座与回转体的螺栓连接157.2手部旋转液压缸叶片与夹紧缸连接螺钉的设计177.3机械手指部设计及夹紧力计算198总结20参考文献20致谢20六自由度机械手的结构设计学 生:董迪指导老师:向阳(湖南农业大学工学院,长沙 410128)摘 要:随着现代科技和现代工业的发展,工业的自动化程度越来越高。工业的自动化中机械手发挥着相当大的作用,小到机床的自动换刀机械手,大到整个的全自动无人职守工厂,无一不能看到机械手的身影。机械手在工业中的应用可以确保运转周期的连贯,提高质量。另外,由于机械手的控制精准,还可以提高零件精度。关键词:机械手;自动化;精度The Structural Design Of The Six Degrees Of Freedom ManipulatorStudent: Dong Di Tutor: Xiang Yang(Polytechnic Institute of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract:With the development of modern science and technology and the modern industry, industrial automation degree is more and more high. Industrial automation manipulator plays a considerable role, small to the automatic tool change mechanical arm of the machine, the whole of unattended automatic factory, no one can not see the shadow of the manipulator. Application of robot in the industry can ensure the operating cycle of coherence, improve the quality of. In addition, the manipulator control precision, but also can improve the precision of parts.Key words: Manipulator; automation; accuracy1 前言在工资水平较低的中国,制造业尽管仍属于劳动力密集型,机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣,因为他们要面对工人流失率高,以及交货周期缩短带来的挑战。 机械手可以确保运转周期的一贯性,提高品质。另外,让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定,而且也更加安全。同时,不断发展的模具技术也为机械手提供了更多的市场机会。 可见随着科技的进步,市场的发展,机械手的广泛应用已渐趋可能,在未来的制造业中,越来越多的机械手将被应用,越来越好的机械手将被创造,毫不夸张地说,机械手是人类走向先进制造的一个标志,是人类走向现代化、高科技进步的一个象征。 因此如何设计出一个功能强大,结构稳定的机械手变成了迫在眉睫的问题。 针对机械手的设计,考虑到两种方案。方案一,依靠两盘状凸轮及连杆机构实现手指的张合与手臂的上下摆动。而圆柱凸轮的旋转带动链轮回转从而实现手臂的回转。这种虽然方案简单易行,但结构较大,链传动是挠性的拉拽,难于定位;而且链条及链轮布置在水平面内,链条不宜过长。定位精度不能保证,故不宜采用此方案。 方案二:该方案在手指的动作和手臂的仰俯方面与方案一采取同种设计,在手臂的回转上采用了不同机构,它通过液压缸连杆回转机构完成手臂的回转。此方案结构简单,各运动部件之间的运动都易于实现,不会出现干涉现象。故本设计采用第二种方案1。 2 设计要求和功能分析 2.1 设计要求该机械臂用于物流生产线上物品的抓取和易位。整个机械臂安装在一个回转支座上,回转角度范围为360度;小臂相对于大臂可摆动,摆动范围为60-120度;小臂末端的手腕也可以摆动,摆动范围为-60度到+60度;手腕的末端安装一机械手,机械手具有开闭能力,用于直径30-45mm工件的抓取,工件长度350mm,重量8kg。2.2 功能分析系统共有6个自由度,分别是夹紧、旋转、俯仰(1)、左右摇摆、俯仰(2)及基座的回转。基座的回转自由度可以进行360度的回转;与基座相连的俯仰机构(包含液压缸)可进行俯仰动作,幅度较大,可以满足60-120度的俯仰要求,与此相连部分为左右摇摆机构,能够完成-6060度的左右来回摆动,接着下去的是俯仰机构,与摇摆机构内部类似,亦可完成-6060度的上下俯仰动作,最后的是旋转部分与手指部分,旋转部分可以正反旋转,手指部分通过在手腕上滑槽来控制收放动作。机构采用液压控制各自由度的动作,简单方便且功率大,各自由度之间相互联系且独立,动作时互不干涉。3 基座旋转机构轴的设计及强度校核由设计要求分析可知,基座的回转自由度可以进行360度的回转。3.1 按扭转强度概略计算轴颈 (1)选取轴材料由于中碳调质结构钢具有较高的强度和较好的切削加工性,经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性,材料来源方便。且该钢经调质处理后,其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢。调质处理后零件具有良好的综合机械性能。故选用45号钢,调质查表得,(2)估算轴颈 对轴使用扭转强度法,根据轴的扭转强度条件 (1) 算得 (2) 式中: 扭转切应力,MPa; T轴所受的扭矩,Nmm; WT轴的扭转截面系数,m;P轴传递的功率,kW;d计算截面处轴的直径,mm; 许用扭转切应力,MPa可知,对于轴,为齿轮分度圆半径,则:。考虑到轴是垂直布置,过细会失稳,因此取,最小直径为花键内径。3.2 拟定轴的结构轴的结构设计,拟定主要参数尺寸3,如图一所示。(1)支承采用圆锥滚子轴承3007712。 选择依据:圆锥滚子轴承可以分离,由内圈与滚子、保持架一起组成的组件和外圈可以分别圆锥滚子轴承安装。滚子和滚道接触处修正的接触线可以减少应力集中。圆锥滚子轴承可以承受大的径向载荷和轴向载荷。 按GB277-84,取下端轴颈直径为60mm,宽33mm;取下端轴肩直径80mm,宽25mm(2)齿轮下端面由轴环定位 鉴于轴环承受轴的重力,取轴环直径100mm,宽20mm。齿轮轴头取直径80mm,宽97mm,稍小于轮豰(100-3)。(3)齿轮上端面接触套筒,固定套筒的轴身直径70mm,宽15mm;(4)套筒上接圆锥滚子轴承,与下端轴承一样。轴颈直径为60mm,宽30mm。(5)和上端盖相密封的轴身直径56mm,宽36mm。(6)连接花键的上轴头小径52mm,大径56mm,宽27mm;轴两端倒角。(7)齿轮与平键采用过盈连接,采用A型平键(A型平键在轴上键槽中轴向固定良好) 键槽宽度,槽深,槽长L应小于齿轮的宽度,取,轴段上平键居中布置。取过盈配合。3.3 计算支反力和绘制弯矩图和扭矩图(1)支反力的计算由于活塞齿条的作用,轴受到水平方向的力,同时在轴承受到支反力,这样产生弯矩。 (3)支座A的支反力, (4)支座B的支反力(2)绘制弯矩图和扭矩图,如下图(二): a. 最大弯矩发生在平键中心的界面处 (5) B. 扭矩 图1 弯矩图和扭矩图Figure 1 bending moment diagram and torque diagram3.4 强度精确校核(1)确定危险截面,校核强度分析可知,危险剖面在平键中心处,此时弯矩最大,且有键槽,抗弯剖面模量和抗扭剖面模量较小。所以,需对该面进行强度精确校核。(2)按安全系数法5精确校核平键的强度: a.查表可得: 过盈配合为时的应力集中系数, 尺寸系数, 表面质量系数 b.主要参数设计计算 综合影响系数,; (7) 弯曲应力幅 (8) 平均应力 (9) 扭转应力幅 (10) 扭转平均应力(3)根据以上可得,仅考虑切应力和仅考虑正应力时的工作安全系数分别为: a.只考虑正应力时的安全系数 (11) b.只考虑切应力的安全系数 (12) 可得平键的工作安全系数: (13) 查表得,SS 结论 : 满足强度要求4 液压泵俯仰机构零件设计及强度校核 液压泵是为液压传动提供加压液体的一种液压元件,是泵的一种。它的功能是把动力机(如电动机和内燃机等)的机械能转换成液体的压力能。根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求,确定为液压泵俯仰机构。4.1 确定螺柱组连接所受的工作载荷只受横向载荷(作用于接合面,垂直向下)根据UG质量分析,得到前四个自由度的总质量根据UG距离分析,前四个自由度质心到螺柱分布中心的距离倾覆力矩(顺时针方向)4.2 计算倾覆力矩的工作拉力在倾覆力矩作用下,左面的螺钉受到加载作用而右面的螺钉受到减载作用,故左面的螺柱受力较大,所受的载荷由书本3的P411(11-3b)得知为 (14)4.3 求每个螺柱所需的预紧力横向工作载荷将使连接件下滑,采用普通螺柱连时是靠摩擦力来承受,M对摩擦力无影响,虽在M的作用下,左边的压力减小,但右面的拉力增大,所以保证不下滑的条件,由式(11-27)可知; (15)=1.2 =0.24.4 计算螺柱直径螺柱所受的总拉力由式(11-19)求得 (16)由表11-5取=0.3查表选择螺柱材料为Q235,性能等级5.6,屈服强度,安全系数,则需用应力为根据式(11-21)求得螺柱危险剖面的直径(螺纹小径)为:初取直径=164.5 校验螺柱组连接接合面的工作能力(1)连接接合面右端不超过许用值,以防止接合面压溃,由式(11-39)有: (17)式中,接合面面积;接合面抗弯剖面模量:由表11-9查得(2)连接接合面左端应保持一定的预紧力,以防止接合面产生间隙,即由式(11-38)由于会产生间隙,应提高预紧力,由,求得不产生间隙的最小预紧力=28570由式(11-19)重新求得螺柱所受到的总拉力由式(11-21)重新求得螺柱危险截面的剖面直径取=24的螺柱,误差小于5%,在工程允许范围内,查GB/T901-19881,B级等长螺柱M2435 左右摇摆机构设计及强度校核5.1 动叶片中3个螺钉设计由公式得,(1)确定预紧力由公式得, (18)其中:安全裕度系数 接合面间摩擦系数 工作转矩取动叶片与油液接触面积为,油压为2,油压作用在动叶片上的等效力的作用点位于圆周上 (2)查表,取材料为45号钢,性能等级为8.8级屈服强度极限初估直径M16,查表,取,取螺钉直径M24,查表,5.2 动叶片中2个销的设计(1)确定剪切力取动叶片与油液接触面积为油压为,油压在动叶片等效力的作用点位于圆周上(2)确定销个数(3)查机械手册,取材料为45号钢常用的销5.3 动叶片与套筒之间的键的设计 (19)(1)工作转矩油压为,承压面A为作用点离键沿半径方向为(2)回转直径的d为键高, 取5.4 轴的设计取,去材料为40Cr钢,取6 连腕部俯仰机构零件设计及强度校核6.1 动叶片中3个螺钉设计由公式得, (20)(1)确定预紧力由公式,查表得 安全裕度系数 接合面间摩擦系数 工作转矩取动叶片与油液接触面积为,油压为2,油压作用在动叶片上的等效力的作用点位于圆周上 (2)查表,取材料为45号钢,性能等级为8.8级屈服强度极限初估直径M16,查表11-7,取,取螺钉直径M16,查表11-1,6.2 连接前自由度箱体的4个固定螺钉设计(1)求每个螺钉的所需预紧力和总拉力 (21)剩余预紧力查表知: 安全裕度系数 接合面间摩擦系数 螺钉个数 前自由度总质量 形心位置查表,由公式,a. 取,为螺钉到中心线的距离b. ,为前自由度总质量到接口的力臂 (2)设计直径查表11-6,取材料为45号钢,性能等级8.8级,屈服极限初估M16,查表11-7,(3)校核螺钉接合面的工作能力接合面上侧不出现缝隙的条件 满足接合面下侧不出现压溃的条件 查表11-9,满足注:特殊情况为当前自由度部分自由下垂,四个螺钉完全承受前部分的重力,每个螺钉承受,查图11-20,得此时, ,由此满足条件。6.3 动叶片中2个销的设计确定剪切力取动叶片与油液接触面积为油压为,油压在动叶片等效力的作用点位于圆周上 (22)确定销个数查机械手册,取材料为45号钢常用的销6.4 动叶片与套筒之间的键的设计 工作转矩油压为,承压面A为作用点离键沿半径方向为回转直径的d为键高, 取6.5 轴的设计 (23)稳定不变扭矩,由,取碳素钢7 旋转和夹紧的设计及强度校核7.1 机械手指部基座与回转体的螺栓连接(1)采用普通螺栓连接,布局如图六示。将前部指部和轮胎简化为一简支梁结构,在其质心处受到一集中力。图2 机构简图Figure 2 institutions diagram(2)确定螺栓组连接所受的工作载荷。只受到横向载荷(作用于接合面,垂直向下)根据UG的质量分析后,得知不得总质量为:所要夹取得轮胎质量为:(g取)倾覆力矩顺时针方向=404.27(3)计算各螺栓所受的工作拉力。 在倾覆力矩的作用下,上面的螺栓受到加载作用,而下面的螺栓受到减载的作用,故上面的螺栓受力较大,所受的载荷为: (24)上面的螺栓所受到的总工作拉力:(4)求每个螺栓所需的预紧力。横向工作载荷将使指架下滑,采用普通螺栓时是靠摩擦力来承受;M对摩擦力无影响,虽在M作用下,上面的压力减小,但下边的增大,所以保证不下滑的条件是:由式:=1.2 f=0.2(5)计算螺栓直径。螺栓所受的总拉力由式求得: (25)由表115取= 0.3 查表11.6选择螺栓材料为Q235,性能等级取3.6,其屈服极限;不控制预紧力,初取直径为16,查表11.7,安全系数为S= 4,则。根据公式(1121)求得螺栓危险剖面的直径(螺纹小径)为:查GB/8221988选用公称直径d = 10mm(螺纹小径= 8.376mm)的螺钉。螺纹规格:d = M10, 公称直径d = 50mm,性能等级为3.6级的H型螺钉GB/8221988 。(6)校核螺钉组连接接合面的工作能力。连接接合面下端的挤压应力不超过许用值,以防止接合面压溃,由式(1139)有: (26)式中,接合面面积;接合面抗弯剖面模量:由表11.9 查得,故连接面下端不会压溃。连接合面上端应保持一定的剩余预紧力,以防止接合面产生间隙,即,由式(1138)得:故接合面上端受压最小出不会产生间隙。7.2 手部旋转液压缸叶片与夹紧缸连接螺钉的设计图3 手部旋转旋转液压缸剖视图 Figure 3 hand rotating the rotary cross-sectional view of the hydraulic cylinder备注:叶片宽度b=110mm采用普通螺钉连接。(1)确定螺钉组连接所受的工作载荷。假定选用低压系统p = 5MPa,叶长的受力面积:周向工作载荷(2)计算各螺钉及销所受的同向载荷:如果假设将叶长展开,铺平后,相当于螺钉组受横向载荷,根据式(1128),得: (27)(3)计算螺钉直径:由式(1124)得,查表11.6,选择螺钉材料为Q235,性能等级为3.6级,其屈服极限,初估直径d = 10mm,查表11.7,S = 2.25, = 84.44H为螺钉杆与孔壁挤压面的最小高度, h = 7.5 mm由式(1126),螺钉的剪切强度条件为:查表11.7 查GB/T961981,选用公称直径d = 10mm (螺纹小径)的螺钉。 7.3 机械手指部设计及夹紧力计算图4 机械手指部机构简图Figure 4 institutions of the Ministry of Machinery finger thumbs(1)机械手指部夹紧力的计算a液压活塞所受的压力 液压活塞承压面面积: S=15080()所以F=P S=5MPa15080=75400N是手指连杆施加给左手指的力,是左手指对连杆的反作用力;和同样构成一对作用力与反作用力,如图所示.由于机构的对称性,故=,=.当机构静平衡时,;,所以=43532.2(N) (28)根据对O点的力矩平衡: =NL N=6969.1(N)8 总结该机构是一个六自由度的工业机械手,能完成夹紧、旋转、俯仰、摇摆以及回转动作,可用于工业流水线上的操作。我们主要针对设计的是在轿车生产过程中,后车箱备胎的放置,机构简便、效率高,可控范围大,沉重量大,基座运用齿轮传动,效率高,强度大,液压泵俯仰机构承载性强,可调角度大,回转机构和俯仰机构都是-60度到60度。机构所用零件便于加工,标准件较多,便于机构的组装,相应的成本也不高。参考文献1 熊有伦机器人技术基础M武汉:华中科技大学出版社,1996:1.2 蔡自兴机器人学M北京:清华大学出版社,2000:1-3.3 蒋新松.未来机器人技术发展方向的探讨J机器人,1996,18(5):286-2874 莫海军,吴少炜排爆机器人及相关技术J机器人技术与应用,2005,45 金茂箐,曲忠萍,张桂华国外工业机器人发展态势分析J机器人技术与应用,2001,026 赖维德对我国工业机器人的一些看法J中国机械工程,1998,9(6)7 徐方.工业机器人产业现状与发展J.机器人技术与应用,2007,9:2-4.8 张杨林国内工业机器人市场及发展趋势J大众科技,2006,6:191-192. 9 吴振彪.工业机器人M.武汉:华中科技大学出版社,2002.2:71-72.10 孙玲,周寿桓,阎吉祥,姜东升,李家泽.激光诱导荧光技术在农药残留物探测中的应用J激光与红外,2003.33(6):417-418.11 浦昭邦.光电测试技术M北京:机械工业出版社,2005,19-21.12 卢春生.光电探测技术及应用M北京:机械工业出版社,1992,1-2.13 高岳,王霞,王吉晖,金伟其.光电检测技术与系统M北京:电子工业出版社,2009,4-5.14 郭培源,付扬.光电检测技术与应用M北京:北京航空航天大学出版社,2006,10.15 钱浚霞,郑坚立.光电检测技术M北京:机械工业出版社,1993:1-2.16 杨小丽.光电子技术基础M北京:北京邮电大学出版社,2005:198-216.17 张永林,狄红卫.光电子技术M北京:高等教育出版社,2005,68-71.18 Richard D.harris,etal.Waveguide Immufluoescence Sensor For Water Pollution Analysis,SPIE Proceeding,1998,3539:285-288.致 谢本次毕业设计非常感谢我的导师向阳副教授,在选题及研究过程中都得到了向老师的悉心指导。向老师严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以文,而且教我做人,终身受益无穷,向老师是很负责的。向老师多次询问研究进程,并为我指点迷津,帮助我开拓研究思路,精心点拔、热忱鼓励。对向老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢论文引用的参考文献的作者们,他们大量开拓性的工作和成果,为我的毕业设计提供了坚实的基础。最后,真诚地感谢所有教过我的老师,正是在他们精心的培养、指导、无私的关怀与帮助下,促使我顺利完成了学业。各位老师,不仅在学业上严格要求我,而且在工作、生活中给予了我无微不至的关怀和照顾。他们渊博的知识,严谨的治学态度,执着的敬业精神、认真的教学作风以及高尚的人品,使我受益终生。在此我谨向老师们致以最崇高的敬意和最衷心的感谢!21毕业论文(设计)题目6自由度教学机械手的结构设计文献综述课题的目的与意义机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一,人类对于机器人的研究由来已久。上世纪70年代之后,计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术迅速发展,机器人技术也随之进入高速发展阶段,成为综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合,是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志1 2。机器人技术的研究在经历了第一代示教再现型机器人和第二代感知型机器人两个阶段之后进入第三代智能机器人的发展阶段。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置,它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来,随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用,机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术,它更加促进了机械手的发展,使得机械手能更好地实现与机械化和自动化有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作,减轻人类劳动强度,提高劳动生产率。机械手越来越广泛地得到了应用,在机械行业中它可用于零部件组装 ,加工工件的搬运、装卸,特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前,机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元,它适应于中、小批量生产,可以节省庞大的工件输送装置,结构紧凑,而且适应性很强。当工件变更时,柔性生产系统很容易改变,有利于企业不断更新适销对路的品种,提高产品质量,更好地适应市场竞争的需要。此外,医疗机器人是目前国外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一,其发展前景非常看好。近年来,医疗机器人技术引起美、法、德、意、日等国家学术界的极大关注, 研究工作蓬勃兴起。二十世纪九十年代起,国际先进机器人计划已召开过的多届医疗外科机器人研讨会己经立项,开展基于遥控操作的外科研究,用于战伤模拟手术、手术培训、解剖教学。欧盟、法国国家科学研究中心也将机器人辅助外科手术及虚拟外科手术仿真系统作为重点研究发展的项目之一在发达国家已经出现医疗,外科手术机器人市场化产品,并在临床上开展了大量病例研究。而目前我国的机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,应用规模和产业化水平低。机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产及医疗水平的提高,从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此,进行机械手的研究设计是非常有意义的。 国内外研究情况1.1.1 国外研究状况机器人主要分为两类:工业机器人以及其他特种机器人,自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来,机器人在工业发达国家得到了迅速发展。根据国际工业机器人联合会(IFR)前几年的统计3:2000年全世界工业机器人的总数达到82万台,比1996年增加24。其中日本拥有42万台,占全世界机器人总数的50左右,继续保持“机器人王国”的地位。除日本外,世界上还有许多工业发达国家,如美国、前苏联和西欧一些国家的机器人产业也发展得很快。例如,在美国,19701980年间的机器人台数增加20倍以上。尽管美国所拥有的机器人在台数上不如日本但其技术水平较高占有一定的优势。在亚洲,韩国的机器人产业发展也很迅速,现排名世界前列而日本、韩国和新加坡的机器人密度(即制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量)居世界第1-3位,包揽了前三名。西欧的意大利、法国、英国和东欧的匈牙利、波兰等,机器人制造业及应用机器人的情况都有很大发展。1.1.2 国内研究状况我国有组织有计划地发展机器人事业应该说是从“七五”期间的科技攻关及实施“863计划”开始的。经过十几年来的研制、生产、和应用,有了长足的进步。目前在一些方面6,如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人、装配机器人、特种机器人(水下、爬壁、管道、遥控等机器人),已掌握了机器人的设计制造技术,解决了控制、驱动系统的设计和配置、软件的设计和编制等关键技术;还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线(工作站)及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术。现在,我国从事机器人研发的单位有200多家7,专业从事机器人产业开发的企业有50家以上。“九五”期间,国家“863”高技术计划己将沈阳新松机器人自动化股份有限公司、啥尔滨博实自动化设备有限责任公司、一汽集团涂装技术开发中心、北京机械工业自动化所、上海机电一体工程有限公司、四川绵阳四维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业化基地。大连组台机床所、上海富安工厂自动化公司、东风汽车公司、昆明船舶公司、哈尔滨焊接研究所、安川北科公司等单位,也都凭借自己开发生产的特色机器人或应用工程项目活跃在当今国内工业机器人市场上。此外,一些科研院所和大学也均在进行机器人技术及应用项日方面的研发工作。近几年,我国工业机器人及含工业机器人的自动化生产线相关产品的年产销额已突破十亿元。我国的机器人研究开发与应用已经取得了一定的成绩,但是总的来看,我国的机器人技术及其工程应用的水平和国外的相比还有一定的距离,无论从机器人的数量上还是技术上,我们都有一定的差距。进入新世纪以后,国际竞争日益激烈,对机器人的需求越来越大,我国的机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战,因此我们需要自主发展机器人高技术,解决产业化前期的关键技术。积极推进我国的机器人产业化的进程。主要参考文献1熊有伦机器人技术基础M武汉:华中科技大学出版社,1996:1.2蔡自兴机器人学M北京:清华大学出版社,2000:1-3.3蒋新松.未来机器人技术发展方向的探讨J机器人,1996,18(5):286-2874莫海军,吴少炜排爆机器人及相关技术J机器人技术与应用,2005,4维普资讯网.5金茂箐,曲忠萍,张桂华国外工业机器人发展态势分析J机器人技术与应用,2001,026赖维德对我国工业机器人的一些看法J中国机械工程,1998,9(6)7 徐方.工业机器人产业现状与发展J.机器人技术与应用,2007,9:2-48张杨林国内工业机器人市场及发展趋势J大众科技,2006,6:191-192. 9吴振彪.工业机器人M.武汉:华中科技大学出版社,2002.2:71-72.研究方案研究目的 2、课题任务、重点研究内容、实现途径2.1课题的任务本课题就是设计出一个全自动的机械手中的“臂” :要求机械手的结构灵活,定位精确,可以在工作空间里达到任意位置,操作方便,每个关节易于控制。考虑到我们机械手的性能需求如下: 启动,停止和反向转动,均能连续有效的进行,且具有良好的响应特性。 正转和反转时的特性相同,且运行特性稳定。 维修容易,而且不太需要保养。 具有良好的抗环境干扰能力,对于输出来说,体积小,重量轻。 有良好的定位精度,重复定位精度,以及平稳的运行轨迹。抗振性好,操作方便。2.2课题的重点研究内容本课题研究涉及机械原理、机械设计、机器人、齿轮传动、实体建模、有限元分析、计算机辅助设计等方面的相关内容。主要研究内容:机械臂的机械部分是整个机器人的执行机构,机构型式的好坏,将直接影响到整个系统。所以,机构的设计非常重要。我们主要从以下几个方面对其进行研究: 针对全自动机械手中“臂”机构进行调研,查阅国内外研究资料,资料收集及整理; 可达空间的范围。根据设计要求和满足各种工作的需要,机器人前端应能到达工作需要的范围内的各个位置,并且基本上没有死区。 机构的设计。具体的包括运动副型式的合理选择和配置。传递运动的最佳路线,驱动的最佳速比等。机构设计不合理,可能会出现臂杆的相互干涉或驱动装置无法运行,机构不能运动等问题。 自由度的选取。一般来讲,自由度越多,避障和奇异功能越强,可操作性越好,灵活性越好。但随着自由度的增多将出现机器人机构的复杂化,刚度的削弱、控制起来非常困难等问题。机器人按运动形式分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、关节型机器人和极坐标型机器人。 直角坐标型 圆柱坐标型 关节型 极坐标型 因此,在能满足一定的选型原则的前提下,采用冗余自由度尽量少的、机构简单的形式。综合国内外相关的设计情况,我们考虑设计成关节型的机器人。因为,关节型机器人模拟动物和人类肢体,甚至是整体而最具有仿生性,也就具有了优于其他类型机器人的动作能力。并且,关节型机器人在相同条件下比非关节型机器人具有大得多的相对空间和绝对空间。其中,开链连杆式机器人是现在使用最多的一种,其主体结构的三个自由度腰关节、肩关节、肘关节全部采用转动关节,手腕上也采用转动关节来确定末端的姿态,具有优点如下:1)结构紧凑,工作范围大而安装占地小。2)具有很高的可达性。可以使其手部进入像汽车车身这样一个封闭的空间内进行作业,而直角坐标型的机器人就不行。3)因为没有移动关节,所以不需要导轨。转动关节容易密封,由于轴承件是大量生产的标准件,则摩擦小,惯量小,可靠性好。4) 所需关节驱动力矩小,能量消耗少。 对“臂”机构传动设计及基本设计计算。直流电机实际上是机器人平台的标准电机,有着极宽的功率调节范围、适用性好、具有很高的性价比、输出力矩较大、易于控制等等,是一种最为通用的电机。我们选择用直流电机作为驱动。设计计算数值要根据具体负载,运动路线等因素进行具体计算。 根据机构运动要求,完成全自动机械手中“臂”机构设计,包括结构图、装配图设计;机械臂的回转运动机构:1) 常见方式: 常见的有齿轮传动机构,链轮传动机构,活塞及连杆传动机构等。 2) 曲柄滑块机构:假设滑块是主动件,当滑块沿一定的导轨移动时,可以推动曲柄做摆动或圆周运动。 3) 典型机构: 液压缸连杆回转机构、齿轮驱动回转机构。下面是几种参考结构: 图6 图7 图8 用UG5.0建立全自动机械手中“臂”机构三维模型,并进行运动仿真。 根据仿真后的结果,进行具体实验,测试并校核真实情况下的强度和运动能否达到要求。2.3课题的实现途径在深入分析和理解自己研究课题的任务和重点研究内容的基础上,主要从以下途径着手: 通过参考大量的文献,掌握课题研究的背景,调研国内外有关课题研究方面的现状、发展和应用情况,发现全自动机械手中“臂”机构设计中的问题,明确课题研究的目的、意义、任务及内容。 通过到机械加工车间参观学习,观察全自动机械手的外形结构,了解全自动机械手的工作原理,并进行分析各运动之间的关系;了解全自动机械手的实际应用情况,以便绘制详细的机械臂的原理图和装配图。 学习和掌握全自动机械手实现手术的相关方法和技术,并结合课题实际分析各种相关方法和技术的优缺点,以便确定方案和设计内容。 根据机器人的工作要求,确定机器人的基本功能和方案。如机器人的自由度、信息的存储量、计算机功能、动作精度的要求、所能抓取的重量、容许的运动范围、以及对温度、震动等环境的适应性。 通过到加工车间参观学习和查看资料,通过小组讨论沟通方式学习和掌握全自动机械手各部分运动与动力的传递,功能的实现,各部分的衔接以及运动范围的控制以设计出整个机械臂的结构。3.进度计划进 度 安 排序号设计(论文)工作内容时间(起止周数)1调研,资料收集及整理;4周至7周2分析全自动机械手中“臂”机构的基本原理,基本理论及方法;全自动机械手中“臂”机构的传动设计及基本设计计算;7周至8 周3全自动机械手中“臂”机构的设计、结构图、装配图设计; 8周至11 周4全自动机械手中“臂”机构传动分析研究;11周至12 周5分析整理, 拟写毕业设计论文;12周至13 周6修改毕业设计论文, 准备答辩, 答辩;13周至 15 周6第一章 概述 第一章 概述 1. 1机械手的发展历史人类在改造自然的历史进程中,随着对材料、能源和信息这三者的认识和用,不断创造各种工具(机器),满足并推动生产力的发展。工业社会向信息社会发展,生产的自动化,应变性要求越来越高,原有机器系统就显得庞杂而不灵活,这时人们就仿造自身的集体和功能,把控制机、动力机、传动机、工作机综合集中成一体,创造了“集成化”的机器系统机器人。从而引起了生产系统的巨大变革,成为“人机器人劳动对象”,或者“人机器人动力机工作机劳动对象”。机器人技术从诞生到现在,虽然只有短短三十几年的历史,但是它却显示了旺盛的生命力。近年来,世界上对于发展机器人的呼声更是有增无减,发达国家竞相争先,发展中国家急起直追。许多先进技术国家已先后把发展机器人技术列入国家计划,进行大力研究。我国的机器人学的研究也已经起步,并把“机器人开发研究”和柔性制造技术系统和设备开发研究等与机器人技术有关的研究课题列入国家“七五”、“八五”科技发展计划以及“八六三”高科技发展计划。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术,并已经成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快,逐渐形成一门新兴的学科机械手工程。1. 2机械手的发展意义机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识:其一、它能部分地代替人工操作;其二、它能按照生产工艺的要求,遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸;其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大地改善工人的劳动条件,显著地提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而,受到各先进工业国家的重视,投入大量的人力物力加以研究和应用。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科,并得到了较快的发展。机械手广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中,机械手由于其显著的优点而受到特别重视。机床上料机械手是典型的机电一体化设备,它可自动地为机床抓取工件,取代操作人员频繁取料,降低劳动强度,提高工作效率。总之,机械手是提高劳动生产率,改善劳动条件,减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段,国内外都很重视它的应用和发展。1. 3机械手在机械制造中的应用1. 3.1国外应用美国制造155毫米的钢弹体洛克福特军械厂,从胚料加工开始到加工完毕直至弹体包装都自动进行,不用人手去接触,达到全自动生产。工业机械手还能用来代替人工进行打磨、抛光、去毛刺和清理切屑等工作。例如,瑞典一家工厂打磨和抛光不锈钢子弯头时,采用ASEA机械手,提高加工效率30%以上,而且产品质量稳定,不伤害工人。又如:瑞典沃尔沃(Valov)公司在机械手上装了三个环形磨轮装置,用来对传动箱外表面去毛刺,比手工方法节省工时50%。 1. 3.2国内应用 国内在金属切削加工中,用机械手来完成刀具的自动更换。如北京第二机床厂,北京第八机床厂,上海第二机床厂,上海第八机床厂,宁夏大河机床厂等单位研制的自动换刀机床,均用机械手自动更换刀具。在生产自动线上,用机械手完成的传递和上下料,如:沈阳水泵厂深井泵体加工自动线,无锡柴油机厂和甘肃汽车齿轮厂的齿胚的加工自动线都采用了机械手。大连工矿车辆厂的800Kg侧架的加工,采用机械手抓取、传递和安放并与一些机床组合成侧架切削加工自动线,提高效率10倍。1. 4机械手的发展趋势国内应加强机械手基础性能的实验以及基础理论研究,克服和解决制造技术及其它存在的问题。提高机械手运动速度。尤其是应用于冲压行业中的机械手,以适应提高生产率和符合生产节拍的需要。要研究解决机械手的运动速度和缓冲、定位技术。引进国外先进技术,培训专门技术人才,普及机械手有关知识。尽快解决机械手的定型设计、定点、定量生产以及配套件的生产和供应问题,推进机械手设计制造中的现代化(CAD/CAM)、标准化、系列化工作,以满足国内外市场的需求。目前工业机械手的应用逐步扩大,技术性能不断提高,其发展趋势是:扩大机械手在工业上的应用、提高工业机械手的工作性能、发展组合式机械手、研制具有“视觉”和“触觉”的“智能机器人”。10第二章 工业机械手第二章 工业机械手2.1 工业机械手的分类目前对机械手尚无明确的分类标准,全国各她区尚未统一,我们按目前应用比较多的两个方面进行分类:(一)按所搬运的工件重量(或称臂力)分类1.小型的臂力在1公斤以下;2.中型的-臂力在130公斤以内、3.大型的臂力在30公斤以上。目前大多数下业机械手其搬运的重量为中型的。 (二)按机能分类1 简易型通用机械手有固定程序和可变程序两种。固定程序由挡块或凸轮转鼓控制;可变程序用插销板来给定程序。这种机械手多为气动或液压驱动,结构简单,成本较低,改变程序较容易。只适用于程序较简单的点位控制,实现重复性操作作为一般单机服务的搬运工作也完全够。目前这种机械手数量最多。 2示教再现通用机械手 这种机械由人工通过示教装置领动一遍,或者予先操作给定一遍,称为示教。它由磁鼓(或磁带、磁芯)把程序记录下来,此后机械手就自动按记忆的程序,重复地进行鹅环动作。这种机械手多为电液伺服控制。与前者比较,这种机械手可有较多的自由度,有可能实现连续轨迹控制,能进行程序较复杂的作业,通用性较大。 3,具有视觉、触觉的通用机械手 这种机械手由电子计算机控制,装备有电视摄像管和传感器等,因而具有视觉、热感.触觉等。这种机械手我网日前还处于研制阶段。再次按使用范围,驱动方式和控制系统等进行分类。按使用范围分为专用机械手和通用机械手专业机械手:一般附属于工作机器设备,动作程序固定,驱动系统和控制系统可以独立,亦可附属于工作机器设备。通用机械手:独立工作的自动化机械设备。在规格性能的范围内,其动作程序是可变的,通过调整可在不同的场合使用,驱动系统和控制系统是独立的。按驱动方式分为液压机械手,气压机械手,电动机械手,机械式机械手。液压机械手:输出力大,传动平稳。如采用电液伺服机构,可实现连续轨迹控制。液压系统的密封要求严格,又问对油的粘度影响大。气压机械手:气源方便,输出力小,气压传动速度快,结构简单,成本低。但工作不太稳定,冲击大,在同样的抓重条件下它比液压机械手的结构大。电动机械手直接用直线电机,功率步进电机和具有特殊结构的感应电动机等来驱动,动力源简单,不需要能量装换机构,维护使用方便。目前这种工业机械手尚在发展之中。机械式机械手:由工作机构带动机械手运动,工作可靠,动作频率高,结构简单,成本低。但动作固定不可变。按控制系统可分为点位控制和连续控制点位控制:只能控制工业机械手运动的几个点的位置,运动轨迹不受控制。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。连续控制:工业机械手按给定的速度沿给定的线路(轨迹)实现平稳准确的运动。特点是设定点时无限的,整个运动过程都要求处在控制之下。这来工业机械手一般采用小型计算机控制。 机械手的手部是用来抓取并握紧工件的,它包括手爪和夹紧装置两部分。夹持工件的迅速、灵活、准确和牢靠程度,直接影响到机械手的性能,是机械手的关键部件之一。2.2工业机械手的驱动方式 工业机械手的驱动方法,按驱动源分为气压驱动、液压驱动、电力驱动和机械驱功四种。2.2.1气压驱动气压驱动是一种简单、可靠.经济的驱动方式,是以压缩空气为动力沉来驱动机械手的执行机构,在机械加工行业中的机械手普遍采用气压驱动,用来完成零件的传送工作。(一)气压驱动的特点气压驱动的优点是;容易获得快速运动,机械手可引用一般工厂都有的压缩空气源,因此结构简单,成本低廉,空气不象油那样怕热和易燃;维修方使,特别是和射流控制很容易结台起来使用。其缺点是:气限低,出力小,执行机构体积人;压缩性大,阻尼缓冲效果差,较难实现中间位置的停止,若要求较高的定位精度,必须增设较复杂的缓冲、定位机构。(二)气动元件简介气动元件种类很多,应用范圈也各不相同。目前所谓气动元件,是指气压传动中应用的各种控制阀和执行元件。一般不包括空气压缩机。 1.气源三大件分水滤气器:功用是清除空气中的水、油及灰尘;调压阀、亦称减压阀,能将管道中的空气压力保持在某一定数值:油雾器:为保证气动装置可靠地工作,用压缩空气将油液喷成雾状,随空气一起流入气动装置,进行润滑。2.空气控制阀这是气动元件中主要的一大类,其功用是控制空气的压力、流量及流动方向,保证气动系统按规定的程序、速度进行工作。主要分为:(1)压力控制阀:包括压力顺序阀、卸荷阀等。(2)流且控制阀:包括节流阀、单向节流阀等。(3)方向控制阀。包括电磁换向阀、气动换向阀,电磁气阀、单向阀、梭阀、延时阀.脉冲阀等。(4)其他阀:包括各种手动阀、脚踏操作阀、气动开关、按钮、行程阀、转阀等。3.气缸作为气动执行元件,是一种重要的元件,一般分为单作用气缸和双作用气缸两种。其结构形式很多,可完成往复直线运动和摆动。4 气动马达 是实现旋转运动的执行元件。5气动逻辑元件这是近年来新发展的一种气动元件,带有可动部件,其作用类似继电器,可实现各种逻辑功能,直接对气动装置进行控制。其结构类似小型阀门。6.管路附件包括各种管接头、消声器、压力继电器、安个阀.压力表等。另外,还有一些气液装置,如气一液泵、气一液缸、气一液增压装置等,一般也属于气动元件的范围。2.2.2液压驱动在机械手中液压驱动是用的最多的方式。利用油缸、油马达和齿条齿轮实现直线运动,利用回转油缸、油马达与齿轮齿条或链轮链条实现回转运动。 (一)液压驱动的特点 1.液压驱动的优点 (1)压力高,油压可达10- I40公斤/厘米的压力。可以获得较大的操作力。(2)液体的压缩比较小,可以认为没有压缩性,因此控制系统的滞后也几乎没有,动作平稳,快速反应性好。 (3)压力、流量容易调节,控制性能好,可以实现中间位置的停止,定位精度高。(4)液压操纵装置形体小而且牢固,可耐振动和冲击。(5)可无级变速(6)液压油有良好的润滑性2 液压驱动的特点(1)需单独配备液压源(2)管线系统比较复杂,成本较高(3)液压系统的泄露会严重影响其使用性能(4)油的粘度对温度的变化敏感3液压系统的组成 1动力元件-油泵 2执行元件-油缸,油马达 3控制元件 各种控制阀等 4辅助元件-如邮箱,滤油器,油管和管接头等2.3 工业机械手的设计方法机械手的手部是用来抓取并握紧工件的,它包括手爪和夹紧装置两部分。夹持工件的迅速、灵活、准确和牢靠程度,直接影响到机械手的性能,是机械手的关键部件之一。2.3.1手部的设计手部的设计要求:1.手部应有足够的夹紧力,除工件的重力外,还要能不使工件在传送过程中松动或脱落;2.夹持范国要与工件相适应。手爪的张开角度(手爪张开或闭合时两个极限位置所摆动的角度 )应能适应夹紧较大的直径范围 ;3.夹持精度要高。既耍求工件在手爪内定位准确,又不夹坏工件表而。一般需根据工件的形状选择相应的手爪结构:如元住形工件应采用带V形槽的手爪来定位,对于工件表面光洁度较高的,应在手爪上镶铜、夹布胶木或其他软质垫片等;4.夹持动作要迅速、灵活;5.手部结构要简单紧凑,刚性好、自重轻、易磨损处应便于更换,在腕部或臂部上安装要方便,更换要迅速。手部结构手爪的类型大致分为下列三种:1.夹持式手爪,根据手爪的动作可分为回转型和平移型;根据手指的数量可分为双指和多指式;根据夹持工件的方法又可分为外卡式和内胀式两种。2.吸附式手爪。分为真空吸盘式和电磁吸盘式两种。真空吸盘式又分为真空泵式和气流负压式。3带触觉或视觉的手爪The first chapter overview1. 1 the development history of the manipulatorIn transforming the nature of human history, along with to the material, energy and information of all three know and use, constantly creates all kinds of tools (machine), meet and promote the development of productivity.Industrial society to the information society development, the production of automation, should be modified demand is higher and higher, the original machine system is not flexible, then confused people copy their collective and functions, to control machine, power machine and the motivation, work machine into a whole, comprehensive focus created integrated machine system-a robot. Which caused production systems huge transformation, become people-the robot-labor object, or people-the robot-work machine-power-labor object.Robot technology from birth to now, although only just 30 years of history, but it does show the vigorous vitality. In recent years, the world development calls for robot is unabated, developed countries, developing countries are scrambling JiQiZhiZhui. Many countries already has the advanced technology development in national plan, robot technology vigorous research. Chinas robotics research also has started and the development research and robot flexible production technology and equipment system development and robotics research topics listed in the national July 5, science and technology development plan and 863 high-tech development plan.Industrial manipulator is modern automatic control field appeared in a new technology, and has become the modern machinery manufacturing production system of an important component. This new technology develops very quickly, gradually formed a new discipline-manipulator engineering.1. 2 of the manipulator development significanceThe rapid development of the manipulator is because of its positive role is increasingly been recognized: firstly, it can partly replace artificial operation; Secondly, it can in accordance with the requirements of the production process, follow a certain procedure, time and location to complete the transfer and loading and unloading; Thirdly, it can operate the necessary tools to carry out welding and assembly. Thus greatly improve the labor conditions, significantly improve labor productivity and the realization of the industrial production mechanization and automation pace. Therefore, by the advanced industrial countries, pay attention to invest a lot of manpower material resources to research and application.In recent years with the development of industrial automation manipulator gradually become a new discipline, and the rapid development. Manipulator is widely used in forging press, stamping, forging, welding, assembling, and machining, paint, heat treatment, and other industries. Especially in heavy, high temperature, toxic and dangerous, radioactive, many dust etc of bad labor environment, due to its advantages of significant manipulator by special attention.Machine feeding manipulator is typical of electromechanical equipment, it can automatically grab for machine tools, to replace the operators frequently take material, the reduction of labor intensity, improve work efficiency.In short, manipulator is to improve labor productivity, improve working conditions, and to reduce the labor intensity and realize industrial production automation one of the important means for both at home and abroad, have paid great attention to the development and application of it.1. 3 The three robots machinery manufacturing application1. 3.1 foreign applicationsThe United States manufacturing 155 mm steel projectile Locke wrought-iron ford, from embryos materials processing start to processing finished until the body is automatic packaging, need not hand to contact, achieve automatic production.Industrial robot can also be used to replace artificial for grinding, polishing, deburring and clean up scraps, etc. For example, a Swedish factory grinding and polishing stainless steel, the elbow son manipulator, the improvement of the machining efficiency ASEA 30% above, and the product quality is stable, does not damage the workers. And as: Sweden (Valov Volvo) in manipulator mounted three circular grinding device used to on the transmission box outside surface deburring, than manual method saves hours 50%.1. 3.2 domestic applicationIn domestic metal cutting, with the robotic arm to complete the change automatic cutting tools. Such as Beijing second machine tool plant, Beijing, Shanghai second machine tool plant 8 machine tool plant, Shanghai machine tool plant in ningxia, the eighth unit such as machine tool plant developed automatically change the knife machine tool, all use manipulator change automatic cutting tools. In the production automatic line, with the transfer and complete manipulator unloading material, such as: shenyang pump factory deep well pumps body processing automatic line, wuxi diesel factory in gansu province and the companys tooth of embryo transfer machine processing using manipulator. Dalian CheLiangChang mining of 800 Kg side frame of processing, using manipulator grab, transfer and placed with some combination machine tools and into the side frame cutting processing automatic line, improve efficiency 10 times.1. 4 And the development trend of the manipulatorChina should strengthen the basic properties of the manipulator experiment and basic theory research, overcome and solve manufacturing technology and other problems. Improve the manipulator speed. Especially used in stamping industry, in order to adapt to the manipulator to improve productivity and meet the needs of the production of the beat. To study and solve the rate of movement of the manipulator and buffer, positioning technology. The introduction of foreign advanced technology, training specialized technical personnel, popularize knowledge about manipulator. As soon as possible to solve the manipulator modular design and the designated, quantitative production, and the production and supply of parts, to push forward modernization in the design and manufacture of manipulator (CAD/CAM), standardization and serialization work, at home and abroad to meet the demand of the market. At present the application of industrial robots gradually expand, technical performance, improve its development trend is: expanding the industrial application of manipulator, improve industrial manipulator work performance, development, research and develop a combined manipulator vision and touch intelligent robot.The second chapter industrial robots2.1 the classification of industrial robotAt present there is no explicit manipulator classification standards, all the country she area, we have not agreed on at present application more of the two aspects of classification:(a) to carry the weight of (or throwing arm) classification says1. Small-arm strength in 1 kg the following;2. Medium-arm strength in 1 30 kilograms, within3. Large-in more than 30 kilograms arm strength.Most current under the weight of the manipulator handling industry for medium.(2) according to the function classification1 simple type general manipulatorA fixed and variable program two kind of program. Fixed procedure block piece or by CAM drum control; Variable program with latch plate to the given program. This manipulator for pneumatic or hydraulic drive more, simple structure, low cost, the change process easier. Only applies to the program is simple, repetitive operation position control to realize as a general movement also single service is well. Currently the largest number manipulator.2 and teach reproduce general manipulatorThis machine by artificial through the demonstration device brought move again, or to operate a given first again, called the demonstration. It consists of a drum (or tape, magnetic cores) program down, then automatically according to the memory of the manipulator program, to repeat goose annulus movement. This manipulator electro-hydraulic servo control for more. Compared with the former, this manipulator can have more freedom, may achieve continuous track control, able to program more complex operation, general larger.Three, has the sense of touch, general manipulatorThe electronic computer control, by manipulator equipped with television camera tube and sensor etc, thus has the visual, burns. Touch, etc. This manipulator I nets prior to in the development stage.Again, driving way to the using range and control system of classification.According to use scope is divided into special manipulator and general manipulatorProfessional manipulator: generally attached to the machine equipment, action program fixed, driving system and control system can be independent, and may also be attached to the machine equipment.General: independent work the automation of the manipulator mechanical equipment. At the specifications, within the scope of the performance of the program is variable, and action by adjustment can be used in different occasions, driving system and control system is independent.According to the driving way into hydraulic pressure manipulator, manipulator, electric manipulator, mechanical manipulator.Hydraulic manipulator: output force large and stable transmission. If use electro-hydraulic servo mechanism that can be realized for the track control. Hydraulic system strictly, and ask the sealing requirements on oil viscosity influence.Air pressure manipulator: convenient, output force air small, pneumatic transmission speed, simple structure, low cost. But the work is not so stable, impact, in the same catch heavy conditions than hydraulic structure of the manipulator it.Electric manipulator direct linear motor, with power stepping motor and with special structure of the induction motor drive, such as power supply is simple, do not need energy outfit in institutions, maintenance is convenient to use. The current industrial robots is still in the developing.Mechanical robot drives the manipulator by a working, reliable, action sports high frequency, simple structure, low cost. But action not variable fixed.According to the control system can be divided into position control and continuous controlPosition control: can only control industrial robots sport at the point of a few trajectory, had no control. Current use of special and general industrial robots all belong to such.Continuous control: according to the given velocity industrial robots along a given line (track) to realize smooth accurate movement. Characteristic is set point of infinite, the whole movement when all requirements in the process under control. This to industrial robots generally USES the small computer control.The manipulator hand is used to grab and hold the hand, it includes claws and clamping device two parts. Clamping workpiece quickly, flexible, and the accurate and reliable degree, directly affects the performance of the manipulator, is one of the key components of manipulator.2.2 industrial robots drive modeIndustrial robots driver technique in pneumatic driving, driving the source into hydraulic drive, electric drive and mechanical drive power four.2.2.1Section 2.3.1 for ammeters pneumatic drivePneumatic drive is a simple, reliable. Economic drive mode, is the compressed air is the power to drive the sink of the manipulator actuators, mechanical processing industry in the widespread use of the manipulator pneumatic driving, to complete the transmitting parts.(a) the characteristics of the pneumatic driveThe advantages of the pneumatic drive is; Easy to achieve a rapid movement, manipulator can be cited general factory are some compressed air source, so simple structure, low cost, and the air is not like oil that fear of heat and flammable; Maintenance party make, especially and jet control is easy to sets up use. Its defect is: gas, the output, low limit small volume actuators; Large compressibility, damping buffer effect is poor, difficult to carry out the middle of stop, if demand higher precision, must add more complex buffer, positioning.(2) pneumatic components profilePneumatic components is a lot of more phyletic, the application of the fan circle are also different. At present, it is to point to the so-called pneumatic components of the application of all kinds of pneumatic transmission control valves and execution element. Generally does not include air compressor.1. 3 big sourceWater filter the function is clear: the gas in the air and water, oil, and dust;Governing valve, also say the pressure reducing valve, can will air in the pipeline pressure kept in a certain numerical:Oil sprayer: to ensure reliable work, pneumatic device with compressed air will spray mist shape into oil, together with the air flow into pneumatic device for lubricant.2. This is air control valves pneumatic components main a major categories, its function is to control the air pressure, flow and flow direction, ensure pneumatic system according to the stipulated procedures, speed.Mainly divided into:(1) pressure control valves: including pressure order valve, unloading valve, etc.(2) flow and control valves: including the throttle valve, one-way throttle valve, etc.(3) the direction control valves. Including electromagnetic reversing valves, pneumatic reversing valves, electromagnetic valve, check valve, spindle, YanShiFa. Pulse valve, etc.(4) other valve: including all kinds of manual valve operation, foot valve, pneumatic switch, button, trip turn valve, valve, etc.3. Cylinder as pneumatic actuators, is a kind of important components are generally divided into the single-acting cylinder and the cylinder dual action of two. The structural forms a lot, can complete reciprocating linear motion and swinging.4 pneumatic motor rotation movement is to realize the actuators.5 pneumatic logic element is this new development in recent years of a pneumatic components, with the moving parts, the role similar, and it can realize relay all kinds of logic function of pneumatic device, direct control. Its structure similar to small valve.6. Pipeline fittings including all kinds of tube fittings, muffler, pressure relay, Ann a valve. Pressure gauge, etc.In addition, there is some gas to liquid device, such as a gas pump, a liquid cylinder, gas gas a liquid pressurization device etc, general also belongs to the scope of the pneumatic components.2.2.2 hydraulic driveIn mechanical hand hydraulic drive is use most of the way. Use oil cylinder, motor oil rack and realize, linear motion by rotary oil cylinder, motor and oil super-modulus gear or chain sprocket realize sport. Turn(a) the characteristics of the hydraulic
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