M10型工业机器人手腕转动机构设计【说明书+CAD】
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Industrial RobotsDefinition“A robot is a reprogrammable,multifunctional machine designed to manipulate materials,parts,tools,or specialized devices,through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks.”-Robotics Industries Association “A robot is an automatic device that performs functions normally ascribed to humans or a machine inf orm of a human.”-Websters DictionaryThe industrial robot is used in the manufacturing environment to increase productivity . It can be used to do routine and tedious assembly line jobs , or it can perform jobs that might be hazardous to do routine and tedious assembly line jobs , or it can perform jobs that might be hazardous to the human worker . For example , one of the first industrial robots was used to replace the nuclear fuel rods in nuclear power plants . A human doing this job might be exposed to harmful amounts of radiation . The industrial robot can also operate on the assembly line , putting together small components , such as placing electronic components on a printed circuit board . Thus , the human worker can be relieved of the routine operation of this tedious task . Robots can also be programmed to defuse bombs , to serve the handicapped , and to perform functions in numerous applications in our society .The robot can be thought of as a machine that will move an end-of-arm tool , sensor , and gripper to a preprogrammed location . When the robot arrives at this location , it will perform some sort of task . This task could be welding , sealing , machine loading , machine unloading , or a host of assembly jobs . Generally , this work can be accomplished without the involvement of a human being , except for programming and for turning the system on and off .The basic terminology of robotic systems is introduced in the following :1. A robot is a reprogrammable , multifunctional manipulator designed to move parts , materials , tools , or special devices through variable programmed motions for the performance of a variety of different task . This basic definition leads to other definitions , presented in the following paragraphs , that give a complete picture of a robotic system .2. Preprogrammed locations are paths that the robot must follow to accomplish work . At some of these locations , the robot will stop and perform some operation , such as assembly of parts , spray painting , or welding . These preprogrammed locations are stored in the robots memory and are recalled later for continuous operation . Furthermore , these preprogrammed locations , as well as other program data , can be changed later as the work requirements change . Thus , with regard to this programming feature , an industrial robot is very much like a computer , where data can be stored and later recalled and edited .3. The manipulator is the arm of the robot . It allows the robot to bend , reach , and twist . This movement is provided by the manipulators axes , also called the degrees of freedom of the robot . A robot can have from 3 to 16 axes . The term degrees of freedom of freedom will always relate to the number of axes found on a robot .4. The tooling and grippers are not part of the robotic system itself ; rather , they are attachments that fit on the end of the robots arm . These attachments connected to the end of the robots arm allow the robot to lift parts , spot-weld , paint , arc-weld , drill , deburr , and do a variety of tasks , depending on what is required of the robot .5. The robotic system can also control the work cell of the operating robot . the work cell of the robot is the total environment in which the robot must perform its task . Included within this cell may be the controller , the robot manipulator , a work table , safety features , or a conveyor . All the equipment that is required in order for the robot to do its job is included in the work cell . In addition , signals from outside devices can communicate with the robot in order to tell the robot when it should assemble parts , pick up parts , or unload parts to a conveyor .The robotic system has three basic components : the manipulator , the controller ,and the power source .A . ManipulatorThe manipulator , which does the physical work of the robotic system , consists of two sections : the mechanical section and the attached appendage . The manipulator also has a base to which the appendages are attached . Fig.1 illustrates the connection of the base and the appendage of a robot .The base of the manipulator is usually fixed to the floor of the work area . Sometimes , though , the base may be movable . In this case , the base is attached to either a rail or a track , allowing the manipulator to be moved from one location to another .As mentioned previously , the appendage extends from the base of the robot . The appendage is the arm of the robot . It can be either a straight , movable arm or a jointed arm . the jointed arm is also known as an articulated arm .The appendages of the robot manipulator give the manipulator its various axes of motion . These axes are attached to a fixed base , which , in turn , is secured to a mounting . This mounting ensures that the manipulator will remain in one location。At the end of the arm , a wrist is connected . The wrist is made up of additional axes and a wrist flange . The wrist flange allows the robot user to connect different tooling to the wrist for different jobs .The manipulators axes allow it to perform work within a certain area . This area is called the work cell of the robot , and its size corresponds to the size of the manipulator . Fig.2 illustrates the work cell of a typical assembly robot . As the robots physical size increases , the size of the work cell must also increase .The movement of the manipulator is controlled by actuators , or drive systems . The actuators , or drive system , allows the various axes to move within the work cell . The drive system can use electric , hydraulic , or pneumatic power . The energy developed by the drive system is converted to mechanical power by various mechanical drive systems .The drive systems are coupled through mechanical linkages .These linkages, in turn , drive the different axes of the robot . Themechanical linkages may be composed of chains , gears ,and ball screws.B. ControllerThe controller in the robotic system is the heart of the operation. The controller stores preprogrammed information for later recall, control peripheral devices, and communicates with computers within the plant for constant updates in productionThe controllers is used to control the robot manipulators movements as well as to control peripheral components within the work cell. The user can program the movements of the manipulator into the controller through the use of a hand-held teach pendent. This information is stored in the memory of the controller for later recall. The controller stores all program data of the robotic system. It can store several different programs, and any of these programs can be edited.The controller is also required to communicate with peripheral equipment within the work cell. For example, the controller has an input line that identifies when a machining operation is completed. When the machine cycle is completed, the input line turns on, telling the controller to position the manipulator so that it can pick up the finished part. Then, a new part is picked up by the manipulator and placed into the machine. Next, the controller signals the machine to start operation.The controller can be made from mechanically operated drums that step through a sequence of events. This type of controller operates with a very simple robotic system.The controller can send electric signals over communication lines that allow it to talk with the various axes of manipulator. This two-way communication between the robot manipulator and the controller maintains a constant update of the location and the operation of the system. The controller also controls any tooling placed on the end of the robots wrist.The controller also has the job of communicating with the different plant computers . The communication link establishes the robot as part of a computer-assistedmanufacturing (CAM) system.As the basic definition stated , the robot is a reprogrammable , multifunctional manipulator . Therefore , the controller must contain some type of memory storage . The microprocessor-based systems operate in conjunction with solid-state memory devices . These memory devices may be magnetic bubbles , random-access memory , floppy disks , or magnetic tape . Each memory storage device stores program information for later recall or for editing .C. SensorsMeasure robot configuration/condition and its environment send such information to robor controller as electronic signals (e.g.,arm position,presencs of toxic gas ).D. User interfanceThis is the part for the user to operate a robot,i.e.,the control panel.E. Manipulator baseA robot may work in a fixed base,or in a mobile base,that is ,it can move about by employing wheels or legs.F. Power supplyThe power supply is the unit that supplies power to the controller and the manipulator . Two types of power are delivered to the robotic system . One type of power is the AC power for operation of the controller . The other type of power is used for driving the various axes of the manipulator . For example , if the robot manipulator id controlled by hydraulic or pneumatic manipulator drives , control signals are sent to these devices , causing motion of the robot .For each robotic system , power is required to operate the manipulator . This power can be developed from either a hydraulic power source , a pneumatic power source , or an electric power source , These power sources are part of the total components of the robotic work cell .工业机器人定义“机器人是一种可重复编程和多功能的机器,它是用于操纵材料、部件、工具或者特殊化的装置,通过多样的已编程的动作以适用于各种任务。”-机器人工业协会“机器人是一种执行功能取决于人类或者接受人类指令的自动机器。”-韦氏词典 工业机器人用于增加生产力的生产环境当中。它被用于常规而繁琐的装配线上,或者用于常规繁琐的工作,或者它能够执行对人类有害的工作。例如,初代机器人之一在核电站被用来取代核燃料杆。人做这份工作可能会受到大量有害的辐射。工业机器人同样能够工作于装配线上,把小的部件组装到一起,例如把电子部件放到印刷电路板上。因此,人类对于常规而又繁琐的工作能够松一口气。机器人同样能够用于排除炸弹,服务残疾人,能够在众多社会工作中服务。 机器人能够看做是一种能够通过手臂末端工具,传感器,夹持器到达预先安排好的位置。当机器人到达这个位置时,它会执行一些任务。任务可能是焊接,密封,装载机械,卸载机械,或者装配操作。总的来说,这种工作能够在没有人类参与的情况下完成,除了编程和开关系统。 基本的机器人属于介绍如下:1.机器人是一种可重复编程和多功能的机器,它是用于操纵材料、部件、工具或者特殊化的装置,通过多样的已编程的动作以适用于各种任务。基本的定义引申出其他含义,体现在下列语句中,对于机器人系统进行了完整的描述。2.预先定好的位置是机器人完成任务所必须经过的位置。其中某些位置,机器人会停下来进行一些操作,比如装配部件,喷漆,或者焊接。这些预置的位置存储在机器人的记忆芯片中而且能够在后续的操作中被招用。此外,这些预置的位置和其他程序数据能够随着工作需要的改变而改变。因此,考虑到程序特点,工业机器人和电脑在某些地方很相似,比如数据能够存储并且之后能够被招用和编辑。3.机械手是机器人的手臂。它能够让机器人弯曲,伸展,扭转。这些移动取决于机械手的轴,同样被称作机器人的自由度。一个机器人能够拥有三到十六个轴。预期的自由度大小总是和机器人中轴的数量相关。4.工装夹具不是机器人系统的一部分,相反的,他们是适应机器人手臂终端的附件。和机器人手臂终端相联系的附件允许机器人搬运部件,点焊,喷漆,电弧焊接,钻,去毛刺,完成大量的工作,取决于机器人的需要。5.机器人系统同样能够控制工作机器人的工作单元。机器人的工作单元是机器人必须执行任务的总环境。包括控制单元,机械手,工作台,安全功能,或者输送机。为了机器人工作所要求的所有装备都包含于工作单元中。除此之外,外部装置发出的信号能够和机器人进行交流,为了告诉机器人合适应该装配部件,提起部件,或者将部件置于运输机上。机器人系统包含三个部分:机械手,控制器,能量源。A.机械手机械手,就是执行机器人系统机械运动工作的部分,包括两个部分:机械部分和附件。机械手同样是附件的基础。图一例举了基础和机器人附件的联系。机械手的基础通常固定在工作部分的机架上,有时候,然而,这个基础可能是可动的。在这种情况下,基础是固定于一个轨道上,允许机械手从一个地方移动到另外一个地方。正如前面所提到的,附件是从机器人的基础上开始延生的。附件是机器人的手臂,其可能是笔直的,可移动的手臂或者铰接臂。铰接臂同样被认为是铰接杆。机器人手臂的附属肢体给了机械手多种移动轴。这些轴和固定板接触,反过来,就是固定安装的。这个安装保证了机械手会保持在一个地方。在手臂末端是铰链连接。这个铰链由一个附加轴和一个手腕凸缘组成。手腕凸缘允许机器人的使用者针对于不同的工作而连接不同的工具。机械手的轴允许其在确定的地方工作。这个地方成为工作单元,其大小和机械手的大小相适应。图二例举了典型装配机器人的工作单元。随着机器人尺寸的增加,工作单元的尺寸同样要增加。机械手的移动是被执行器或者驱动系统控制。执行器或者驱动系统允许多种轴在工作单元移动。驱动系统能够使用电力,液压,或者气动能。驱动系统的能量通过大量机械驱动系统转换为机械能。驱动系统通过机械连接耦合。这些连接反过来驱动了机器人身上的轴。这些机械连接由链条,齿轮,和滚珠丝杆组成。B.控制部分控制器是机器人系统的操作核心。控制器存储了预置信息,用于后面使用,控制外围设备,和能够在产品中快速更新的计算机交流。控制器被用于控制机器人机械手臂的移动和控制处于工作单元的外围设备。使用者能够通过使用手持式遥控器来操控机械手臂的移动。这些信息为了后续使用而被存储在控制器当中。控制器存储了机器人系统的所有操作数据。它能存储不用的程序,其中的任何程序能够被编辑。控制器同样要和处于工作单元的外围设备交流。例如,控制器有一个输入线,这个输入线能够区分机械操作是否完成。当机械周期完成后,输入线开启,告诉控制器定位机械手,所以它能抓起加工完成的零件。然后,一个新的零件机械手抓起放入机器中。接下来,控制器发出信号让机器开始工作。由控制器由机械鼓组成,通过系列的操作步骤。这种控制器是在一个简单的机械系统下工作的。控制器能够通过交流线发送电信号然后让其与机械手上的轴交互。这种在机器人手臂和控制器的双面交流使其保持了快速的位置和系统操作更新。控制器同样能够控制任何至于机器人手臂末端的工具。控制器具有能够和任何位置计算器交流的能力。这种交流链建立了机器人作为计算机辅助的一部分。制造系统基本的定义说明,机器人是一种多功能,可反复编程的机械手。因此,控制器必须包含一定种类的存储元件。微机系统和固态存贮装置在处理上相结合。这种记忆装置可能是磁泡,随机存储器,软盘,或者磁带。每个记忆存储装置存放了可用于后续使用编辑的程序信息。C.传感器确保机器人配置/条件和其环境信号作为电信号输送至机器人控制器。D.用户接口这是使用者操作机器人的部分,控制面板。E.机械手的基础一个机器人可能会工作在一个固定的基础后者一个移动的基础,它能通过采用轮子或者腿来移动。F.能量供应能量供应是给控制器和机械手臂提供能量的部分。两种能量被分送至机器人系统。一种能量是用于控制器运作的交流电。另一种能量是用于驱动机械手臂中各个轴部。例如,如果机器人手臂采用液压或气动机械手驱动器ID控制,控制信号被发送至这些装置,产生机器人的移动。对于每个机器人系统,能量对于驱动机械手是必要的。这些能量可能来自于液压能,气压能,或者电能,这些能量资源是机器人工作单元总的部件的一部分。湖 南 科 技 大 学开题报告学 生 姓 名: 姚果 学 院: 机电工程学院 专业及班级: 机械设计制造及其自动化三班 学 号: 1103010317 指 导 教 师: 廖先禄 2015年03月15日湖南科技大学2015届毕业设计(论文)开题报告题 目M10型工业机器人手腕转动机构设计作者姓名姚果学号1103010317所学专业机械设计制造及其自动化1、 产品介绍,研究的意义,同类研究工作国内外现状、面临挑战(列出主要参考文献)工业机器人介绍:工业机器人是一种模拟人手臂、手腕和手功能的机电一体化装置,其应用领域分为很多种类,从常用的机器人系列和市场占有率来看,焊接、装配、搬运、上料/卸料、铸造、冲压和喷漆是主要的工业机器人品种。工业机器人产业链由零部件企业、本体企业、系统集成商、代理商、终端客户构成。当前,工业机器人应用领域正不断拓宽,种类更加繁多,功能越来越强,自动化和智能化水平显著提高。据国际机器人联合会统计,来自汽车整车及零部件工业的需求,合计占工业机器人下游总需求的60%左右。在亚洲,电子电气工业对工业机器人的需求仅次于汽车工业排名第二。研究意义:1、衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志;2、重塑我国制造业竞争优势的重要工具和手段;3、加快我国工业转型升级的务实之选。工业机器人产业发展现状与趋势:世界1、市场需求呈现快速增长态势受技术快速发展、劳动力资源不断稀缺、生产效率要求近一步提高等因素影响,全球工业机器人将迎来更为广阔的发展空间和更高的发展速度。在区域分布上,随着亚洲地区制造业的发展,各项产业对于工业机器人的需求量增加,使得工业机器人市场需求逐渐由欧美地区转移到亚洲地区。2、技术日益智能化、模块化和系统化从近几年世界推出的机器人产品来看,新一代工业机器人正在向智能化、模块化和系统化方向发展。3、西方工业化发达国家纷纷进行战略部署美国:推行“再工业化”战略,大力发展工业机器人,希望重振制造业。日本:日本可以称得上是“机器人大国”。2004年5月发布的“新产业发展战略”明确了机器人产业等7个产业领域为重点发展产业。近两年又开始重新审视机器人产业政策。韩国:2009年公布智能机器人基本计划,2012年10月发布了“机器人未来战略展望2022”,将政策焦点放在了扩大韩国机器人产业并支持国内机器人企业进军海外市场方面。欧盟:欧盟2011年8月通过了一份发展制造业计划,提出新工业革命概念,以机器人和信息技术为支撑,实现制造模式的变革。我国1、市场需求快速增长,但严重依赖国外进口我国工业机器人市场已呈现出蓬勃发展的态势。从2010年开始我国工业机器人需求量激增,但目前我国新增工业机器人中超过70%依赖国外进口。2、产业化初步取得进展,但程度较低近年来,在需求快速扩张及国家自主创新政策作用下,国内一大批企业或自主研制或与科研院所合作,进入工业机器人研制和生产行列,我国工业机器人进入了初步产业化阶段。一些产品已开始产业化生产应用,但由于在精度、速度等方面不如进口的同类产品,因此这些产品产业化应用程度较低,缺乏品牌认知度,市场份额小。3、掌握了一些先进技术,但整体技术水平仍然较低我国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷漆、弧焊、电焊、装配、搬运等机器人。一些产品的技术水平已达到国际先进水平,但在总体技术上还有很大差距,仅相当于国外90年代中期的水平。面临挑战:1、外资品牌占国内市场绝对份额瑞典的abb、日本的fanuc(发那科)、日本的YASKAWA(安川电机)、德国的kuka(库卡)等知名企业产品在中国市场的占有率达到近90%,仅fanuc一家,就在我国占有23%的市场份额。2、关键核心部件受制于人3、产业化发展有待规范伴随我国工业机器人需求的迅猛增长,实力良莠不齐的企业纷纷进入工业机器人生产市场,势必造成质低价廉的恶性竞争;虽然我国有近百家从事工业机器人研究生产的高校院所和企业,但现行的体制造成研究形式上过于独立封闭、内容上较为分散,难以形成合力,造成重复研究与时间、经费的浪费;多数企业热衷于大而全,一些关键部件研发生产的企业纷纷转入整机的生产,难以形成研发、生产、制造、销售、集成、服务等有序、细化的产业链。因此,工业机器人的产业化发展有待规范。4、研发及产业化方面的激励政策尚需完善尽管“十一五”及“十二五”期间,国家有多个项目涉及机器人领域,但行业仍未建立起有效的公共技术平台以加强关键共性技术和核心功能部件的研究与突破,产业化进程也难以推进,研发与产业化方面的激励政策尚需细化完善。2、 研究目标、内容和拟解决的关键问题(根据任务要求进一步具体化)研究目标:1、减轻工人的劳动强度,其最终目的是把工人从简单、重复而繁重的劳动中解放出来;2、依靠工艺过程的集约化并保证两班、三班时设备正常工作,以提高劳动生产率和产品质量;3、为生产组织中达到进一步质的飞跃并向全自动化柔性生产过渡创造条件。研究内容:1、保证工艺的柔性,要适应生产条件的变化;2、在经常变换运输、装料和其他辅助装置的情况下能使不同用途的装备进行对接;3、运行中工作效率和可靠性要高;4、预先考虑到进一步发展和完善的可能性。 拟解决的关键问题:1、 提高工艺灵活性,以便更好地满足实际使用条件 建造工艺性能远远超过实际生产要求的通用工业机器人。通用性一般是通过操作机结构和控制装置复杂化来解决,这样就会使工业机器人价格贵。此外,机器人硬件结构的建造不可能最佳地满足各种应用条件,这就导致出现大量各种型号的工业机器人。2、 简化结构以降低制造和维护的成本 建造最大限度的满足预定工艺要求的专用和特殊工业机器人。但在这种情况下,由于工艺任务的多样性,就导致出现大量的工业机器人型号,这又将提高其制造和维护成本。3、 特色与创新之处M10型专用工业机器人是用来在金属切削机床上工作的。例如车床工段的带数控装置机床的装料与卸料。这种形式的工业机器人的特点是保证操作机工作机构(夹持器)在球坐标系中运动,以及在结构上能直接放置在所工作的工艺装备中。工业机器人程序控制装置使操作机工作机构能够沿六个坐标轴定位,其中两个是四个自由度机构所共有的。采用典型独立结构的模块。构成组合式机器人,它可以单独使用或与其它型号机器人不用组合中使用。这种模块式工业机器人具有很大的灵活性,同时由于其机械部分和控制装置原件的广泛标准化,组合模块式工业机器人的制造和维护成本也降低。4、 拟采取的研究方法、步骤、技术路线第1周至第2周(3月9日至3月21日),收集资料,科技文献翻译(英译中);第3周至第4周(3月22日至4月4日),M10型机器人总体设计;第5周至第6周(4月5日至4月18日),手腕转动机构设计;第7周至第8周(4月19日至5月2日),转动机构零件图设计;第9周至第11周(5月3日至5月23日),撰写设计计算说明书,修改图纸;第12周(5月24日至5月30日),图纸及说明书送审。5、 拟使用的主要设计、分析软件及仪器设备1、AUTOCAD绘图软件;2、WPS OFFICE软件。6、参考文献 1、俄 IO.M.索罗门采夫、工业机器人图册、北京、机械工业出版社、1993.5、125-127 2、刘小年、AutoCAD计算机绘图基础、湖南长沙、湖南大学出版社、2010.8 3、大连理工大学工程图学教研室、机械制图、第六版、北京、高等教育出版社、2007.7 4、濮良贵,纪名刚、机械设计、第八版、北京、高等教育出版社、2011.5 5、孙恒、机械原理、第七版、北京、高等教育出版社、2006.5 6、大连理工大学工程图学教研室、画法几何学、第六版、北京、高等教育出版社、2003.7 7、胡忠举、机械制造基础基础、第二版、湖南长沙、中南大学出版社、2011.8 8、关慧贞,冯辛安、机械制造装备设计、第三版、北京、机械工业出版社、2010.1 9、徐学林、互换性与测量基础基础、第二版、湖南长沙、湖南大学出版社、2009.8 10、王积伟、液压传动、第二版、北京、机械工业出版社、2007.4注:1、开题报告是本科生毕业设计(论文)的一个重要组成部分。学生应根据毕业设计(论文)任务书的要求和文献调研结果,在开始撰写论文之前写出开题报告。2、参考文献按下列格式(A为期刊,B为专著)A:序号、作者(外文姓前名后,名缩写,不加缩写点,3人以上作者只写前3人,后用“等”代替。)、题名、期刊名(外文可缩写,不加缩写点)年份、卷号(期号):起止页码。B:序号、作者、书名、版次、(初版不写)、出版地、出版单位、出版时间、页码。3、表中各项可加附页。
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