车床上料机械手的设计【5张CAD图纸】
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毕业设计(论文)任务书专业:机械设计制造及其自动化班:学生: 毕业设计(论文)题目:车床上料机械手的设计毕业设计(论文)内容: 零件成型工艺性分析,机械手结构类型、方案确定,有关零件设计、计算,成型零件的制造工艺设计,零件相关图纸的绘制。毕业设计(论文)专题部分:零件成型工艺分析,选择成型的零件,机械手结构方案的确定,主要零部件的设计计算,有关参数的校核。起止时间:2014.12.12015.6.1指导教师签字: 年 月 日摘要本设计是关于车床的机械手设计,在日常工作生产中机械手的运用是非常广泛的可以说是一种必不可少的科技产品,机械手是一种模仿人手的结构而设计的一种零件,在日常工作中它可以根据人们发送的指令来完成一系列的工作,所以它的灵活度十分的高运用很广泛。与此同时,也说明了工业机械手可以完成人们完成不了或者很危险的工作,比如,工业机械手可以代替人们做一下复杂精密的工作,这不仅可以减少失误,还可以大大提高了工作的效率,有利于社会更快的发展,与此同时,比如一些很危险的工作,比如在车床上切钢板,如果让人工来操作,那么就会显的很危险,所以这时候让机械手来代替人工那么危险系数会大大的降低,所以机械手的运用必不可少。工业生产的大型工件的运用和操作,此时人工来操作的话会很困难,但是如果编写程序让机械手来操作那么工人只要按一下按钮就可以轻松的操作机械手来完成一系列复杂的工作了。与此同时,对于一些十分严酷的环境,如果人工操作的话会显十分的。更现实的优势,具有广阔的应用前景。流水线车床生产是未来生产行业的一个必然的趋势,如果把机械手运用到这个领域中那么就会大大降低工作时间,大大提高工作效率,所以在目前的这个领域里,对于机械手的开放利用,是一个重大的商机,更是一个大的趋势,因为在目前的生产环境,该产品是必不可少的设备。所以就这点来说,我国要大力发展机械电子方面,这个领域在未来有着不可替代的作用,如果大力发展了这个专业那么我国未来的机械电子行业,各种高科技行业都会有着更有力的发展。另一方面人才是这个领域的核心,所以要大力培养相关方面的人才才有可能让我国在这个领域里越来越强大。并且通过发展自己的国家研究和开发,使其可成为机械行业的良好发展动力。对于这个设计来说,手的设计是关键中的关键,人类的手可以完成大量超凡复杂的工作,所以我们所制作的机械手也要这个方面的能力,有着超高的灵活度,那么机械手就可以完成一系列大量的工作,而且还进一步的开发了电子机器人可以执行许多操作。只有本发明,谁是从繁重的劳动中逐渐的工对于人类来说无法完成或者危险的工作,那么机械手是一个很好的代替。让更多的人解放出来了,加入了许多机械电子零件的部分,不仅减少了人力,还大大缩小了工作的时间,对于一个企业来说这个方面的创新不仅可以节约成本还可以提高效率,真是两全其美。我相信大部分的工厂都愿意做这件事情。因为这时不仅节省了时间,同时也降低了企成本。这个主题的汽车计算机辅助设计技术的应用,机械和液压原理设计的总体方案设计,已经清楚的坐标机械手和自由形式和机械手的技术参数。和设计夹紧机械手手结构,结构手腕、手臂结构。所以它可以执行实际生产自动上料运动,根据满足生产力的需求是机械手的运动速度。关键词:机械手;手部设计;结构设计;CADAbstractThis design is about lathe manipulator design, the application of manipulator in the daily work of production is a very broad is a kind of indispensable technology products, manipulator is a kind of imitating the structure and design of a part of a mans hand, it may, according to people in daily working to send instructions to complete a series of work, so its very high use of very broad flexibility. At the same time, also explains the industrial robots can do people not be completed or dangerous work, such as industrial robots can replace people to do the sophisticated work, this can not only reduce Error, can also greatly improve the work efficiency, promotes the development of society and faster, at the same time, such as some very dangerous work, such as on the lathe cutting steel plate, if let artificial operation, then will show is very dangerous, so this time let manipulator to replace the manual so will greatly reduce the risk coefficient, so the use of manipulator is indispensable. Industrial production of the use and operation of large workpieces, the artificial to operation will be very difficult, but if the program let manipulator operation workers just press the button can easily manipulator to complete a series of complex work. At the same time, for some very harsh environment, will show very if manual operation. The advantage of more realistic, has broad application prospects. Production line lathe is an inevitable trend of manufacturing industry future, if the manipulator used in this field would greatly reduce the working time, greatly improve the work efficiency, so in this area so far, for open using manipulator, is one of the major business opportunities, it is a big trend, because in the current production environment, the product is indispensable equipment. So, as such, our country should vigorously develop machinery and electronics, this area has an irreplaceable role in the future, if the developing the professional machinery and electronics industry in our country in the future, the development of various high-tech industry will have a more powerful. On the other hand talent is the core of the field, so Should vigorously develop relevant talents is likely to make in this field in our country is getting stronger and stronger. And through the development state of their own research and development, make its can be a good development momentum of machinery industry. For the design, the design of the hand is the key of the key, the human hand can do a lot of unusual complex work, so we made the manipulator also wants the ability, has high flexibility, then manipulator can complete a series of a lot of work, but also further development of the electronic robots can perform many operations. Only the present invention, who is gradually the heavy labor work for human could not be complete or dangerous work, the manipulator is a very good instead. Let more people to liberate, joined the many mechanical parts, electronic components not only reduce the manpower, also greatly reduces the work time, the innovation for an enterprise can not only save costs but also can improve the efficiency, is the best of both worlds. I believe that most of the factories are willing to do it. Because at this moment not only saves time, but also reduce the enterprise cost.The theme of car the application of the computer-aided design technology, overall design of mechanical and hydraulic principle design and has clear the coordinates of the manipulator and free form and technical parameters of the manipulator. And design the clamping manipulator hand structure, structure of the wrist, arm structure. So it can perform the actual production of automatic feeding movement, according to meet the needs of productivity is the rate of movement of the manipulator.KeyWords: manipulator; handing structure ; structure design; CAD沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章绪论目录第一章绪论11.1 工业机械手概述11.1.1 机械手应用性21.1.2机械手的先进性31.1.3国内外的研究现状以及趋势31.2设计目的31.3课题内容和设计要求41.4 机械手的组成和系统工作原理6第二章机械手整体设计方案论证72.1上料的机械手设计72.1.1 整体车床上料机械手的结构和类型72.1.2机械人手臂的坐标的形式以及多个自由度82.1.3手臂设计的具体选用方案92.2机械人手臂腰座结构设计92.2.1机械人手臂腰座结构设计要求92.2.2设计具体采用方案112.3机械手手臂结构的设计122.3.1机械臂的设计122.4机械手腕部设计132.4.1机器人手腕结构的设计要求132.4.2设计具体采用方案142.5机械手末端执行器(手爪)的结构设计152.5.1机械手末端执行器的设计要求152.5.2机器人夹持器的运动和驱动方式162.5.3机器人夹持器的典型结构162.5.4设计具体采用方案182.6机械手的机械传动机构的设计182.6.1工业机器人传动机构设计应注意的问题182.6.2工业机器人常用的传动机构形式192.6.3设计具体采用方案192.7机械手驱动系统的设计202.7.1机器人各类驱动系统的特点202.7.2工业机器人驱动系统的选择原则202.7.3机器人液压驱动系统212.7.4机器人电动驱动系统222.7.5设计具体采用方案24第三章机械手设计计算253.1 夹持式手抓的设计计算253.1.1 手抓部力的计算253.2腕部设计263.2.1腕部的设计要求263.3.1臂部设计要求273.3.2 臂部回转运动283.3.3臂部升降运动283.3.4臂部升降油缸的计算29第四章机械手的其他部分设置314.1 缓冲定位装置31第五章机械手总体方案总结325.1 传动方案的确定325.2 规格参数32第六章毕业设计的感想33参考文献34致谢35沈阳化工大学科亚学院 第一章绪论第一章绪论在自动化生产过程中,自动化新技术发展迅速。它加速机器人技术的发展,机器人因科学的发展而发展,现代的科技以更好地实现约束力的机械化和自动化为目标。机器人的应用更加模块化,机器人可以提供各种帮助。如果普通车床加工单元可以包括大量的生产模式,可以节省巨大的成本,目前的机械业所制成的机械电子产品结构紧凑,功能强大。目前,中国的机械应用水平和外国机器人工程学相比,还有不小的差距。产业化和应用也有不小差距,研究和开发机器人水平直接影响到中国的自动化,为了提高生产水平,考虑到经济和技术方面的问题,所以,我认为,机械手这项研究的设计是非常重要。1.1 工业机械手概述可以先讨论一下机械手结构的起源。工业的机械手最开始从美利坚合众国开始的。一九五四年穿西奥率先给大家说出一个概念就是机械手概念。机器人的作用可以让人们行动示范操作可以实现从模拟运动到记录和回放。这就是机器人教学和再现。 优点是可以通过编程来完成通过程序达到的预定的操作任务,同时在所有者和各自优势的结构和性能的机器。特别是反映人类的适应性和智慧。 可以根据使用的大小的范围可分为两种:通用机械手,专用机械手;根据行走的轨迹控制方式可分为连续路径控制机械手和位置控制机械手等等。机械手的三个部分,包括控制系统,一方面,体育组织。一只手的一个组成部分(或工具)是由掌握工件.和特定的大小,形状,重量,材料和基于抓取工件的要求,有多种结构形式,如类型,夹紧,吸附,等。任何旋转运动机构的建成将使手部结构(摆动),运动和复合运动来实现规定的前进,所以调整对象的位置和姿态,抓住。电梯和运动机理,缩放,旋转等独立运动方式,称为机械手的自由。因为任何物体在空间的位置和方向被抓,共有六个自由度。该机械手设计的关键参数是自由,更灵活的汇率操纵国,更广泛的使用,和他的结构更复杂的结构。正常情况下,一个特殊的机器人有三个自由度。每一个自由度(自由度运动控制)是由机器人控制的实现特定的运动。同时接收来自传感器的信息反馈。稳定的闭环控制是控制系统的核心,由单片机和其他的微控制芯片,编程实现所要求的功能。1.1.1 机械手应用性自动化的程度可以提高生产过程中传送机器人改进材料的应用中,工件装载,和工具的变化和机械组件所需的自动化程度。进一步提高劳动生产率,降低生产成本,以加快生产的工业生产机械化和自动化。其次,还可以提高劳动生产效率。避免人身伤害。而且,如果应用机械手可以部分或全部完成人工的作业,保证人的人们的安全,改善工人的工作条件。,人们可以在一些简单动作的生产里,一些简单的生产操作里,使用机械手来代替。对于一些危险的环境,如果人工操作相对的危险,那么可以使用机械手来操作 。 36沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章绪论1.1.2机械手的先进性来看一个国家的经济实力还有他的科学技术水平,就是看一个国家的机械发展水平。因此,所有国家发展机械行业作为经济发展的战略重点之一。人类不能单独将连接这些不连续的生产过程很好的链接到一起这样会很费时并且人类再也不能忍受一个个很复杂的工作。机械手的使用很好的解决这种情况,不仅降低了作业的错误度,还进一步减少了人员伤亡。工业机器人是一种新技术,在现代自动控制领域,是现代机械制造系统的一个重要组成部分,要大力的发展。随着这种新技术的飞速发展,甚至是一些重复的动作更精确的操纵也可以达到高精度。如果机器人的操作出现了错误。那么就可以从程序里找出原因。1.1.3国内外的研究现状以及趋势作为最早的工业机器人,也是第一个现代机器人。它取代了人可以胜任任何工作,让其在机械、冶金、电子、轻工和原子能等方面有了更好的发展。在未来发展的机械手主要是以下两个方面进行创新:1实现高精度。2机械模块化,让其拥有更高的灵活度。1.2设计目的窗体顶端毕业学生把这个做为毕业设计,这本身就是个一个极为重要的最终实践教学。其基本理论作为学生综合运用基础知识和基本技能,以解决在专业领域的工程问题,并进行了基础和专业训练。为学生开展今后的工作提供了更好的机会,让其更好地参与今后的工作。1.3课题内容和设计要求(一)原始数据及资料(1)原始数据:A生产纲领: 100000件B自由度 (四个自由度)手部转动90臂伸长(收缩)500mm臂转动 180臂上下运动600mm(2)设计要求:A上料机械手的结构设计图、装配图、各主要零件图(1套)B设计的计算说明书(1份)(3)技术上要求主要参数和确定:A坐标形式: 直角坐标系B臂的运动行程: 伸缩运动500mm,回转运动180C运动速度: 使生产率满足;生产纲领的要求即可D控制方式:初始起止设定位置E定位精度: 3毫米F手指握力: 60千克G驱动方式: 液压驱动系统(二)分析料槽形式及动作要求(1)料槽的形式窗体顶端工作的形状是一小部分的转子。因此,零件的这种形状是用来更好的活动。例如,如图1机械手的安装简易图所示。该装置结构简单。图1 机械手安装简易图(2)动作要求的分析动作:1手臂伸长(小段距离)至料区2手爪夹紧3手臂上升4手腕旋转5手臂旋转(对准车床卡料区)6小臂伸长(至车床卡料区)7机座移动(棒料送入卡盘)8手部松开9小臂缩回10手腕回转11机座移回12手臂回转13手臂下降1.4 机械手的组成和系统工作原理工作原理框图(机械手的系统)如图2所示:图2 机械手的系统工作原理框图沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章机械手整体设计方案论证第二章机械手整体设计方案论证2.1上料的机械手设计2.1.1 整体车床上料机械手的结构和类型例如以下的几种结构1.“直角坐标”机器手臂的结构三个相互垂直的线性运动来实现笛卡尔机器人的空间运动。 然而,该空间为相对来说是很小的。图3 机械手总体结构类型图4 机械手手腕转动形式2.1.2机械人手臂的坐标的形式以及多个自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况,其坐标型式可分为直角坐标式(图4)、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。由于车床上了机械手在上料时手臂具有升降、收缩及回转运动(图5),因此,采用圆柱坐标式相应的机械手具有三个自由度。 图5 机械手直角坐标系2.1.3手臂设计的具体选用方案 对于机械手的基本要求是可以快速的进行作业,这就要求它要有更高的精度,并且有足够的灵活度,有大量的工作空间,有一定的刚度和强度。而且可以轻松的编写程序来写出程序来控制机械手。图6 通用车床上料机械手整体结构2.2机械人手臂腰座结构设计机械手对于各个部分和位置都进行了详细的设计以及机构设计。2.2.1机械人手臂腰座结构设计要求1后座有一个足够大固定结构,以保证机器人在工作时整个系统的稳定性。2后座承担全部重量和负载,因此,与基体的轴承结构和腰部具有足够的强度和刚度,以确保它的承载能力。3机械手的旋转接头,对机器人的运动和操作的准确性的影响最大,因此,要特别注意对这个部位进行更加精密的设计。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章机械手整体设计方案论证2.2.2设计具体采用方案 通过摆动液压缸或液压马达,目前的趋势是使用这个。由于其精度高,结构紧凑,并且由电气控制,无需设计液压系统等辅助设备。考虑第一个旋转接头,腰座是影响机器人操作的最大因素,并且这个部位采用电机驱动实现旋转运动,一般不能直接驱动电动机,考虑到特定需求的速度和转矩,采用大型齿轮传动系统。 图7 腰座具体结构2.3机械手手臂结构的设计 根据工件的要求,机械手有三个自由度。臂和运动的向下转动通过柱实现,该动作是一个横臂横向运动,由油缸运动来实现。2.3.1机械臂的设计要求机械手在一定载荷要以以一定的速度,实现预定的动作。在机械手臂的设计中,要考虑到下面的原则;1手臂应尽可能平行于关节轴,这样我们就可以做反向运动,简化操作,有助于控制机器人。2整个零件的尺寸应满足工作条件的要求。工作空间大小和机械臂关节旋转范围的形状和尺寸的长度有密切的关系。3为了提高速度和运动控制精度机械臂应保证有足够的强度和刚度,所以可以采用一些高硬度的材料。4 手臂要有一定的灵活度,因为在抓取零件时,手要有一定的灵活度,才会更好的去按照程序进行工作。2.4机械手腕部设计纵臂运动和提升水平(低)伸缩运动为直线运动。考虑到重量的因数,考虑到30千克加工质量,同时,考虑到动态性能和机器人动作的稳定性,安全性,所以对对臂硬度有了更高的要求。与此同时,臂的驱动选择液压传动因为液压系统可以提供大量的驱动力,因此,电力和结构强度是相对容易实现的,关键是机器人的运动的稳定性和刚性。同时,控制和具体工作要求,臂结构不能太长,如果只增刚度,不能满足系统刚度的要求。因此,附加的设计为导杆机构,前臂加入两个导杆,杆一起形成恒截面的等边三角形,试图以增加其刚性,臂可添加四个导杆,该正方形布局,减少使用中空导杆的素质结构。通过将引导杆,可显著改善刚性和机械手运动的稳定性,更好的结构解决了这个问题。 机器人的手臂运动,给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置,而安装在机器人手臂末端的手腕,则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。机器人手腕是机器人操作机的最末端,它与机器人手臂配合运动,实现安装在手腕上的末端执行器的空间运动轨迹与运动姿态,完成所需要的作业动作。2.4.1机器人手腕结构的设计要求1机器人手腕安装在机器人手臂,在设计机器人的手腕时,应该努力减少其重量和体积,结构紧凑。为了减少机器人手腕的重量,手腕机构的分离运用驱动。一般安装在手臂、手腕驱动不使用直接驱动,并选择高强度铝合金制造。2机器人手腕要与末端执行器相联,因此,要有标准的联接法兰,结构上要便于装卸。3机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度,以保证力与运动的传递。4要设有可靠的传动间隙调整机构,提高传动精度。2.4.2设计具体采用方案 通过数控机床的装载作业的详细分析,并考虑到数控机床的特定形式的具体要求和机器人装载操作,会议系统技术的需求,以提高安全性和可靠性的前提下,那么机器人手结构尽可能地简单,减少控制的难度,这样的设计不会增加手腕的自由度,实践证明它是完全可以满足的要求,可以实现机器下运动。特定的手指结构如图所示。图8 车床上料机械手手指2.5机械手末端执行器(手爪)的结构设计2.5.1机械手末端执行器的设计要求机器人末端执行器被连接到用于特定的操作或任务的安装机器人的腕部装置。一种机器人末端执行器很多,以适应不同的工作要求和操作机器人。端可以分为运输,处理和测量等。上面的运输,是指被用来抓取或吸附对象处理各种方式操作。 加工时用末端执行器是带有喷枪、焊枪、砂轮、铣刀等加工工具的机器人附加装置,用来进行相应的加工作业。在设计机器人末端执行器时,应注意以下问题;1.机器人末端执行器是根据作业机器人的要求而设计的。我们可以添加一个新的机器人的应用领域。因此,根据需要和想像来创造新的机器人末端执行器,我们将继续扩大机器人手臂的应用。2.重量末端执行器,机器人端的要求EFFECTOR体积小,重量轻,结构紧凑。3.机器人末端执行器的普遍性和特殊性是相互的。结构是非常复杂的结构,甚至难以实现,例如,普遍的人形机器手,还没有实用。目前,可用于生产是那些结构简单机器人手。从产业实践中,我们应该注重各种专用,高效的机械手的发展,再加上快速更换终端设备,以实现多种作业功能,而不是制造出一种专用的机械手,这样会提高成本。4.多功能性和普遍性是两个概念,普遍是指一机多能,和有限的多功能装置的末端执行器,适用于不同的机器人,这需要端部执行器具有标准机械接口(例如凸缘),端部执行器,以实现标准化和积木。5.机器人手臂,方便安装和维护,易于实现计算机控制。电脑控制的最方便的电动执行机构。因此,主流工业机器人致动器是电动,接着液压和气动。2.5.2机器人夹持器的运动和驱动方式 该机器人抓取和夹持器的机器。一般工业机械爪,爪。根据手指的运动,可以分为运动和转换类型,根据夹紧方式,外夹式和内型两种。机器人夹持(爪子)有三个主要类型的驾驶方式1。该驱动系统的气动驱动方式是使用电磁阀来控制的运动方向爪,与空气调节器调整速度。气动驱动系统,价格低所以气动夹具是在工业上得到广泛应用。此外,由于气体的可压缩性,迅速开始爪抓住运动具有一定的灵活性,这是把握行动是必要的。2。电力驱动的电动驱动爪更广泛的应用。爪,一般的直流伺服或步进电机,减速机,需要足够的动力和力矩。3。液压传动传动刚度大的液压传动系统,可实现连续的位置控制。2.5.3机器人夹持器的典型结构1。楔块杠杆式手爪使用楔和杠杆实现爪抓取工件。2。槽式夹具当活塞向前,推针夹紧槽合并,从而产生夹紧作用和夹紧力,当活塞运动,夹爪松脱。钳子打开和关闭行程大,适应不同大小的现象。3。连杆杠杆爪子在推力活塞时,连杆和杆夹(放松)的运动,这时电动控制杆可能会产生更大的夹紧力。通常与温度有关。4。齿轮齿条式爪钳子的活塞移动架、机架和齿轮旋转,产生夹紧和放松的行为。5。平行夹杆在平行四边形机构,以确保这两个手指爪可以平行运动,在导轨平行移动的摩擦要小得多。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章机械手整体设计方案论证2.5.4设计具体采用方案结合具体情况,设计采用连杆杠杆式的手爪。本设计根据工件的直径是80 - 130毫米。夹具的具体结构如图9所示:图9 手爪的具体结构2.6机械手的机械传动机构的设计2.6.1工业机器人传动机构设计应注意的问题机器人是一个多层次的联系和关节空间自由移动机构。除了直接驱动机器人,该机器人是每个零件,每个关节运动由一个由各种机械传动机构驱动。使用机器人驱动机构和一般的机械传动机构是类似的。常见的机械传动机构包括螺旋齿轮,齿轮,皮带驱动,高速带,等等。由于驱动构件直接影响的机器人,稳定和快速反应能力的准确性,因此选择比较准确的驱动是十分重要的。在设计机器人的传动机构时要注意以下问题:1。为了提高机器人的运动速度和控制精度,要求每个机器人移动部件轻。因此,机器人的驱动系统,力求结构紧凑,重量轻,体积小。2采用传动链和运动副间隙的调整机制,以减少造成的运动误差。3。传动部件静摩擦力应该尽可能小,动态摩擦应该尽可能小,要求高精度的。因此,传动部件要与低摩擦导向轴承组件,诸如滚珠丝杠,滚动导轨轴承。4。缩短传动链,提高轴承刚度;基于扭矩大,宽调速的直流或交流伺服电机直接连接螺母副,以减少中间传导机制;螺杆的轴承设计或与两端的轴向预加载轴承预拉伸结构,等等。5。选择最佳的传动比,提高系统分辨率,减少相当于组件的输出轴的等效转动惯量,尽可能提高加速度的能力。2.6.2工业机器人常用的传动机构形式1.齿轮传动机构机器人系统中齿轮传动设计一般在机器人中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮,圆锥齿轮,谐波齿轮,摆线针轮及蜗轮蜗杆传动等。2.6.3设计具体采用方案具体到本设计中,因为使用了机器人臂在水平方向和垂直液压缸中,由于液压缸直接驱动。因此,没有中间传动机构,它简化了结构,提高了精度。腰部旋转运动机器人由马达驱动,该传动机构必须用来减缓并增加扭矩。通过分析和比较,选择圆柱齿轮,以确保高精确度,尽可能减小齿轮传动误差,而大大提高了转矩,同时降低电机的速度,保持流畅的机器人的移动,良好的动态性能。所以要使用高强度材料的齿轮。2.7机械手驱动系统的设计2.7.1机器人各类驱动系统的特点1.液压驱动系统 随着液压技术的发展,它具有功率大,响应速度快,直接驱动等容易实现的功能。适用于高负载能力,大惯量的工作和火灾和爆炸的环境中工作使用。然而,在液压系统需要的能量转换(电能被转换成液压能),在利用油门速度大多数情况下的速度控制,效率比电驱动系统高,液压系统对环境的污染高,工作噪音较高。2.气动驱动系统速度快,结构简单,维修方便,价格低廉。适用于小负载的工作环境。但是,因为它是难以实现伺服控制,所以不经常使用。2.7.2工业机器人驱动系统的选择原则 机器人设计中,系统的选择,根据该机器人工作的要求,性能规格,机器人控制的难易程度,机器人的维护和操作,节约成本的因素。请注意,对上述因素,对于各种驱动系统其合理性,可行性,经济性和可靠性要进行考虑,最终选择合适的系统。在正常情况下:1。过程控制机器人,重型液压驱动系统,介质负载可选电动机驱动系统,轻载可选气动驱动系统。冲压机械手采用气动驱动系统.2。点焊,弧焊和喷涂机器人,需要指向和路径控制功能,需要使用伺服驱动系统。仅使用液压或电动伺服系统无法满足要求。重负载的工件,可以选择液压驱动系统。2.7.3机器人液压驱动系统 液压系统自1962年以来,世界上第一个机器人应用到现在,已广泛应用于工业机器人。目前,虽然在很多媒体,工业机器人加载电机驱动系统已有很大的比重,但是液压驱动系统十分的方便,成本低,其仍然是必不可少的一个系统。机器人的作用为被控制的电动液压系统将元件信号放大,液压动力机构,位置和速度控制都由程序来控制,运动控制动作基于给定的机械手臂。液压动力机构,在大多数情况下使用液压缸或线性振动电机,几个连续旋转液压马达。在工业机器人,小功率,采用速度油门转速液压驱动系统,这种控制系统的有高功率容量。油门控制系统,动态特性,但效率不高。速度控制系统的前量,但高效率的动态特性。机器人液压驱动系统可分为两大类,项目控制和伺服控制。1.程序控制机器人的液压系统(1)液压缸设计:在密封保证的前提下,尽量使用橡胶和塑料密封结合,以减少摩擦,提高液压缸的使用寿命。(2)缓冲液和制动锚点:因为机器人臂惯性比较大,所以增加缓冲垫和制动机构或锁定装置。(3)大量的轴的运动的液压缸的两侧优选安置它的安全保护电路,防止过载而碰撞损坏机械结构。(4)蓄能器应加入液压压力源。2.伺服控制机器人的液压系统位置控制和工业机器人连续轨迹控制功能,需要电子-液压伺服驱动系统,其电-液转换和功率放大元件有电-液伺服阀,电-液比例阀,电-液脉冲阀等。电-液伺服动力机构由上面各种阀件和液压动力机构组成。2.7.4机器人电动驱动系统机器人压缩空气为动力源,如各类机器人和伺服马达和伺服驱动器的快速发展,为机器人驱动系统更新创造条件。由于高起动转矩、大扭矩、低惯性的交流和直流电机的应用,机器人的动力问题得到解决,所以一般来说,重量在100公斤的工业机器人的使用电力驱动系统。1.机器人驱动系统电机的选择 根据机器人目的,用途,机器人驱动电机的选择更加多样化,结合各种马达,性能,结构特征和具有成本效益的要综合考虑。根据机器人的运动轴电机的额定转矩,减速机,负载特性的要求来计算,选择额定功率等参数,根据其主要特点和性能,在选择合适的电机。 表1 各类驱动电动机主要特点名称主要特点及性能结构特点用途及使用范围驱动器惯量直流永磁伺服电动机电机的惯量小,理论加速度大,快速反应是好的,和良好的低转速,速度比可达1:10E4范围内,但不低的输出扭矩转子直径小,惯量小适用于快速和苛刻的负载转矩不大的场合可控硅直流PWM伺服驱动变压器驱动器有刷绕组永磁直流伺服电动机转动惯量小,快速响应性能好;转子无铁损,效率高;换向性能好,寿命长;负载波动对转速影响小,输出力矩平稳。无铁心,具有轴向平面间隙可频繁起制动、正反转工作,响应迅速,适用于机器人,数控等直流PWM伺服驱动器,SCR变压驱动器大惯量永磁直流伺服电动机输出力矩大,转矩波动小,机械特性硬度大,可以长时间工作在堵转条件下又称力矩电机,其转子较粗适用于驱动力矩较大的场合,因可不用齿轮传动,消除了齿轮间隙直流PWM伺服驱动器,SCR变压驱动器 表2 各类驱动电动机主要特点反应步进电 机电脉冲信号直接进入角,所述角是成正比的脉冲数,输出力矩大电机转子无转租,由永磁体构成转子磁极作为用于数字系统的致动器,如数控机床,机器人;开环控制直流PWM伺服驱动器SCR变压驱动器同步交流伺服电动机定子绕组的旋转磁场的速度建立了严格的同步;从低到高转速,高电流通过定子绕组,所以起动和制动转矩不减小,可频繁起动和制动由永久磁铁转子,定子具有三相,转子相对较小,主要用于中小容量的伺服驱动系统,如数控,机器人和其他系统交流PWM变频调速器异步交流伺服电动机速度总是比旋转磁场由定子绕组产生,机构简单,高容量,低价格低定子由对称三相绕组组成,用于数控机床主轴等容量大的场合交流PWM变频调速器2.机器人电动驱动系统伺服驱动器(1)直流电机伺服驱动器 直流伺服电机驱动电流和脉冲宽度调制伺服驱动程序。电源电压是固定值,功率晶体管作为开关元件,以固定开关频率的动作,但脉冲宽度可以改变控制电路,改变脉冲宽度可以改变平均在电动机的电枢电压,从而改变电机的速度。(2)步进电机驱动器 步进电机控制装置包括:一个脉冲发生器,环形分配器,功率放大器。2.7.5设计具体采用方案特定于该设计,具体工作要求的分析之后。机械手腰部需要步进电机驱动器,实现了一定精度的定位控制旋转运动 ,可以有效对整个系统进行控制。同时机械手的腰部运动要靠一定的定位控制精度,所以要选择步进电机驱动。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章机械手设计计算第三章机械手设计计算3.1 夹持式手抓的设计计算3.1.1 手抓部力的计算1夹紧力的计算夹紧力 KG (3-1)式中:安全系数一般取1.22; 动态负载系数,主要考虑的冲击惯性力。 方位系数; 被抓取工件的重量60kg。根据本次所设计的手爪结构 =1.5, (3-2) (3-3)所以N=2.56KN(3-4)取=0.87,为机械传动效率,由摩擦等因素产生。 (3-5)3.2腕部设计 手和胳膊的手腕是连接组件,它有独立的自由度,机械手,以满足需求的复杂运动。手腕运动在X轴运动称为旋转;在Y轴运动称为球场;在Z轴运动称为摇摆;也可以有一个自由度沿Y方向移动。3.2.1腕部的设计要求1腕部自由度的选取2腕部的动作要灵活、自重要轻图10 手腕回转结构图图11 手腕回转油缸截面图3.3.1臂部设计要求 臂设计实现所需的运动第一次要求,为了实现这些动作需要满足以下几个要求。 表3 几种常用梁的惯性矩比较(以一种截面为例)名称截 面 形 状截 面 积每米重量惯性矩为圆钢的几倍圆钢F=28.9(D=6)G=22.19J=63.6钢管F=28.3(D=6)(d=8)G=22.19J=284.54.5工字钢F=28.3(16号断面)G=20.5()18(1.5)槽钢(20号断面)G=22.63()(28)23.3.2 臂部回转运动 手臂运动,除了前后伸缩运动和旋转运动。机械手的设计,它的设计将是一个单一的旋转运动。有些机器人,而不是一个旋转运动,而是相结合的复合运动。可以有以下程序来完成一个个单一的旋转运动。3.3.3臂部升降运动一些机械手的升降行程比较大,需设计立柱式结构,支撑升降运动机构,其轮廓尺寸相对比较大。 图14 升降机构设在机座上方c .可伸缩的提升机制这个平台的组织结构的优点是整个机器形式高度可以降低高度是机器人臂的高度,转动臂的转动惯量可以更小,不需要额外的指导支持,结构紧凑,提高的旅程。d .线性缸升降结构起重机械手臂的机制设计也直接使用,其结构如图15所示,导套,导性能好,刚度大,工作稳定,球铰链的活塞杆和导向套时,活塞杆的倾斜荷载挠度。图15 机械手的升降液压缸结构图3.3.4臂部升降油缸的计算(1)液压缸主要参数的确定液压缸的工作压力为p=2.94Mpa,推力F=24000N 液压缸的机械效率,一般取=0.95 ,经计算7.5 (2)活塞杆直径计算(3)液压缸的流量计算中部位置检测装置是利用机器人的运动控制的位置,或检测设备,由控制系统的运动控制机器人的位置。如反馈控制系统、运动系统和调整的位置控制系统,运动停止在规定的位置,为了确保机器人的运动的定位精度。引用一个应用电液比例反馈控制。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章机械手的其他部分设置第四章机械手的其他部分设置4.1 缓冲定位装置 专用机械手的缓冲常用的方法,一个简单的通用机械手大致可以分为内部和外部两种缓冲缓冲区。链接在缓冲缓冲驱动系统,例如设置缓冲电路,缓冲组件在石油、油缸设置缓冲机制。大部分的液压机械手使用方法的内部缓冲区。缓冲区以外的传动系统,建立缓冲区的器官,如液压缓冲。气动驱动的机械手将空气压缩,速度稳定,大多数采用缓冲的方法的特点。图17 可调式油缸端部缓冲机构沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章机械手总体方案总结第五章机械手总体方案总结5.1 传动方案的确定考虑到小圆柱坐标系的运动区和大范围的特点,决定采用圆柱坐标类型。机器人抓取工件外圆条,由于杆具有固定的长度,转向要有一定的要求,它应当设计机器人腕部90度旋转运动,机器人将需要解除臂,拉伸,旋转,手腕旋转和平移四个自由度,以满足该材料的操作要求。5.2 规格参数自由度范围速度停止位置数手臂伸缩500毫米200毫米/秒2手臂回转180度30度/秒2手臂升降600毫米150毫米/秒2手腕回转90度45度/秒2机座平移400毫米150毫米/秒2夹持范围 90-120毫米坐标形式 圆柱坐标驱动源 液压驱动控制方式 程序控制定位方式 形成开关沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章毕业设计的感想第六章毕业设计的感想将近一个季度的毕业设计转眼间已经到了扫尾阶段,在这小半年的的设计学习过程中,我取得了前所未有的长足进步,这都要归功于这一阶段帮助过我的老师和同学。我所选的毕业设计,也就是机械手的设计这个课题,是我以前从来没有涉及过的。我觉得他完全是一个陌生者,但如今经过指导老师的全力帮助以及对参考资料的翻阅和了解,我觉得已经对机械手有了一定层次的了解。作为工业发展的一个方向,机械自动化它有着广袤的市场前景,他需要广大工程师着力研究。机械手可以模仿人体上肢所能做出的一些动作,因此要有一定的灵敏度。固对设计的要求比较高。我通过这次毕业设计,大大的加强了我分析和解决问题的能力,扩宽和深化了学习过的知识面,更加熟练掌握了设计的一般程序规范和方法,也培养了我们正确使用国家标准、机身材料、图册等工具书的能力。毕业设计就是在模拟未来的工作。我通过这次设计,对于即将到来的未来,以及将要从事的工作都充满了信心! 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献参考文献1黄清远,机械设计学M机械工业出版社.二零零零年二月2朱龙根黄雨华,机械系统的设计 M,机械工业出版社.一九九六年五月3成大先主编,机械设计手册之液压气动M,化学业出版社.二零零四年一月4成大先主编,机械设计手册第五版M化学工业出版社.二零零八年四月5工业机械手图册编写组,工业机械手图册M机械工业出版社.一九七八年九月6沈阳机床工业公司七二一大学,工业机械手M辽宁人民出版社.一九七九年二月7田绿竹王新主编,机械制图M冶金工业出版社,二零零七年八月沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 致谢此论文文章由我尊敬的侯志敏老师的悉心指导,经历过长时间删改完成的。老师严谨的治学态度和精益求精的工作作风使我收益颇丰。我觉得四年来最应该感谢的也是我们的专业老师侯老师,我代表我们机械系11级全体学生对侯老师致以崇高的敬意!在此课题的研究以及开发的时段,我得到了候老师的全力支持和大力帮助,同时为我提供了许多支持佐证还有专业的资料,我也是非常感谢他们对于我的帮助。四年的学习生活即将告于段落,我很感谢父母的资助与培养,也感谢老师和同学的鼓励与帮助。
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