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機電工程學(xué)院 機器人的第一次大作業(yè) 設(shè)計題目 直角坐標型機器人機身設(shè)計 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)老師 課程設(shè)計任務(wù)書 一 題目 直角坐標型機器人機身設(shè)計 二 研究內(nèi)容與目標 本設(shè)計主要的研究內(nèi)容是 1 直角坐標機器人的特點 2 直角坐標機器人的應(yīng)用 3 根據(jù)用途運用所學(xué)知識進行機構(gòu)設(shè)計 4 融入我的設(shè)計思想使設(shè)計更有特色 目標 直角坐標型機器人機身 三 研究方法 畫出機身的三維圖形 對各機構(gòu)進行設(shè)計分析 四 主要參考文獻 1 鄒慶華 數(shù)控新技術(shù)動向研究 科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2009 31 89 91 2 艾興 肖詩綱著 切削用量簡明手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2005 10 1 50 3 陳宏均著 實用機械加工工藝手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1996 12 167 258 4 楊勝群 VERICUT7 0 中文版數(shù)控加工仿真技術(shù) 北京 清華大學(xué)出版 社 2010 5 張衛(wèi)衛(wèi) 李建生 數(shù)控仿真技術(shù)分析及發(fā)展趨勢 心聲 2010 85 87 6 王先奎 機械制造工藝學(xué) 北京 機械工業(yè)出版社 2006 7 熊毅 王哲 唐建生 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 J 制造技術(shù)與機床 2011 12 目錄 摘要 6 第一章 緒論 7 1 1 直角坐標型機器人的介紹 7 1 2 直角坐標型機器人的發(fā)展狀況 7 1 3 目的和現(xiàn)實意義 8 1 4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 9 1 5 發(fā)展和研究方向 10 第二章 PRO E 的選擇使用 11 2 1 Pro ENGINEER 產(chǎn)品介紹 11 2 2 Pro ENGINEER 概述 11 2 3 Pro ENGINEER 的特點 13 第三章 機身零件的設(shè)計 15 3 1 機身底座建模 16 3 2 機身垂直軸旋轉(zhuǎn)體的建模過程 17 總結(jié) 32 致謝 32 參考文獻 33 直角坐標型機器人機身設(shè)計 三明學(xué)院機電工程學(xué)院 姓名 吳偉剛 摘要 工業(yè)應(yīng)用中 直角坐標型機器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的 可重復(fù)編程的 多功能的 多自由度的 運動自由度建成空間直角關(guān)系 多用途的操作機 他能夠搬運物 體 操作工具 以完成各種作業(yè) 關(guān)于機器人的定義隨著科技的不斷發(fā)展 在不斷的完善 直角坐標機器人作為機器人的一種 其含義也在不斷的完善中 關(guān)鍵詞 直角坐標機器人 直線定位單元 控制系統(tǒng) 伺服控制 第一章 緒論 1 1 直角坐標型機器人的介紹 直角坐標機器人又稱單軸機械手 工業(yè)機械臂 電缸等 是以 XYZ 直角坐標系統(tǒng)為基 本數(shù)學(xué)模型 以伺服電機 步進電機為驅(qū)動的單軸機械臂為基本工作單元 以滾珠絲桿 同步皮帶 齒輪齒條為常用的傳動方式所架構(gòu)起來的機器人系統(tǒng) 可以完成在 XYZ 三維坐 標系中任意一點的到達和遵循可控的運動軌跡 直角坐標機器人采用運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對其的驅(qū)動及編程控制 直線 曲線等運動軌 跡的生成為多點插補方式 操作及編程方式為引導(dǎo)示教編程方式或坐標定位方式 1 2 直角坐標型機器人的發(fā)展狀況 直角坐標型機器人是在早期出現(xiàn)的古代機器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 直角坐標型機器人研究 始于20世紀中期 隨著計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展 特別是1946年第一臺數(shù)字電子計算機 問世以來 計算機取得了驚人的進步 向高速度 大容量 低價格的方向發(fā)展 同時 大 批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進展 又為機器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ) 另一方面 核能技術(shù)的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì) 在這一需求背景下 美國于 1947年開發(fā)了遙控機械手 1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手 直角坐標型機器人首先是從美國開始研制的 1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺 直角坐標型機器人 它的結(jié)構(gòu)是 機體上安裝一個回轉(zhuǎn)臂 頂部裝有電磁塊的工件抓放機 構(gòu) 控制系統(tǒng)是示教形的 隨著計算機和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展 農(nóng)業(yè)機械將進入高度自 動化和智能化時期 直角坐標型機器人的應(yīng)用可以提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量 改善勞動條 件 解決勞動力不足等問題構(gòu)成 1 3 目的和現(xiàn)實意義 作為一種成本低廉 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的自動化機器人系統(tǒng)解決方案 直角坐標機器可 以被應(yīng)用于點膠 滴塑 噴涂 碼垛 分揀 包裝 焊接 金屬加工 搬運 上下料 裝 配 印刷等常見的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域 在替代人工 提高生產(chǎn)效率 穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量等方面都具 備顯著的應(yīng)用價值 針對不同的應(yīng)用場合 對直角坐標機器人有不同的設(shè)計要求 比如根據(jù)對精度 速度 的要求選擇不同的傳動方式 根據(jù)特定的工藝要求為末端工作頭選擇不同的夾持設(shè)備 夾 具 爪手 安裝架等 以及對于示教編程 坐標定位 視覺識別等工作模式的設(shè)計選擇等 從而使之能滿足于不同領(lǐng)域 不同工況的應(yīng)用要求 1 4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)直角坐標型機器人主要用于機床加工 鑄鍛 熱處理等方面 數(shù)量 品種 性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要 所以 在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍 重點 發(fā)展鑄造 熱處理方面的機械手 以減輕勞動強度 改善作業(yè)條件 在應(yīng)用專用機械手的 同時 相應(yīng)的發(fā)展通用機械手 有條件的還要研制示教式機械手 計算機控制機械手和組 合機械手等 同時要提高速度 減少沖擊 正確定位 以便更好的發(fā)揮機械手的作用 此 外還應(yīng)大力研究伺服型 記憶再現(xiàn)型 以及具有觸覺 視覺等性能的機械手 并考慮與計 算機連用 逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元 國外直角坐標型機器人在機械制造行業(yè)中應(yīng)用較多 發(fā)展也很快 目前主要用于機床 橫 鍛壓力機的上下料 以及點焊 噴漆等作業(yè) 它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的 操作 國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手 使它具有一定的傳感能 力 能反饋外界條件的變化 作相應(yīng)的變更 如位置發(fā)生稍許偏差時 即能更正并自行檢 測 重點是研究視覺功能和觸覺功能 目前已經(jīng)取得一定成績 目前世界高端工業(yè)機械手 均有高精化 高速化 多軸化 輕量化的發(fā)展趨勢 定位精度可以滿足微米及亞微米級要 求 運行速度可以達到 3M S 量新產(chǎn)品達到 6 軸 負載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG 更重要的是將機械 手 柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合 從而根本改變目前 機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài) 同時 隨著機械手的小型化和微型化 其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?破傳統(tǒng)的機械領(lǐng)域 而向著電子信息 生物技術(shù) 生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展 1 5 發(fā)展和研究方向 隨著直角坐標機器人的應(yīng)用越來越廣泛 直角坐標機器人的設(shè)計工作日益顯得重要 成功 的設(shè)計一臺直角坐標機器人涉及到很多方面的工作 包括機 械結(jié)構(gòu) 動力驅(qū)動 伺服控制等等 沈陽力拓自動化控制技術(shù)有限公司有著多年直角坐標 機器人技術(shù)應(yīng)用 數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗 我們依托德國 BAHR 公司直線定位系統(tǒng)性及機械手臂開發(fā)出了價比優(yōu)良的系列數(shù)控直角坐標機器人 被廣 泛地應(yīng)用在汽車 電子 電器 檢測 醫(yī)療 航天 食品等 各個領(lǐng)域的生產(chǎn)線上 第二章 Pro E 的選擇使用 2 1 Pro ENGINEER 產(chǎn)品介紹 Pro Engineer 是軟件包 并非模塊 它是該系統(tǒng)的基本部分 其中功能包括參數(shù)化功能 定義 實體零件及組裝造型 三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖 三 維造型還可移動 放大或縮小和旋轉(zhuǎn) Pro Engineer 是一個功能定義系統(tǒng) 即造型是通 過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn) 其中包括 筋 Ribs 槽 Slots 倒角 Chamfers 和抽空 Shells 等 采用這種手段來建立形體 對于工程師來說是更自然 更直觀 無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式 這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺 寸 不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體 這樣工程師可任意建立形體上的尺寸 和功能之間的關(guān)系 任何一個參數(shù)改變 其也相關(guān)的特征也會自動修正 這種功能使得修 改更為方便和可令設(shè)計優(yōu)化更趨完美 造型不單可以在屏幕上顯示 還可傳送到繪圖機上 或一些支持 Postscript 格式的 彩色打印機 Pro Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其 他應(yīng)用軟件 諸如有限元分析及后置處理等 這都是通過標準數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn) 用戶 更可配上 Pro Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語言編程 以增強軟件的功能 它 在單用戶環(huán)境下 沒有任何附加模塊 具有大部分的設(shè)計能力 組裝能力 人工 和工程 制圖能力 不包括 ANSI ISO DIN 或 JIS 標準 并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀 HP HPGL 和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出 2 2 Pro ENGINEER 概述 Pro Engineer 是一款操作軟件 該軟件以參數(shù)化著稱 是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者 在目 前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位 是美國參數(shù)技術(shù)公司 PTC 旗下的 CAD CAM CAE 一體化的三維軟件 作為當今世界機械 CAD CAE CAM 領(lǐng)域的新標準而 得到業(yè)界的認可和推廣 是現(xiàn)今主流的 CAD CAM CAE 軟件之一 特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計 領(lǐng)域占據(jù)重要位置 2 3 Pro ENGINEER 的特點 Pro E 第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念 并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問 題 另外 它采用模塊化方式 用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇 而不必安裝所有模塊 Pro E 的基于特征方式 能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起 實現(xiàn)并行工程設(shè)計 它不 但可以應(yīng)用于工作站 而且也可以應(yīng)用到單機上 Pro E 采用了模塊方式 可以分別進行草圖繪制 零件制作 裝配設(shè)計 鈑金設(shè)計 加工處理等 保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用 1 參數(shù)化設(shè)計 相對于產(chǎn)品而言 我們可以把它看成幾何模型 而無論多么復(fù)雜的幾何模型 都可以 分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征 而每一種構(gòu)成特征 都可以用有限的參數(shù)完全約束 這就是 參數(shù)化的基本概念 2 基于特征建模 Pro E 是基于特征的實體模型化系統(tǒng) 工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的 功能去生成模型 如腔 殼 倒角及圓角 您可以隨意勾畫草圖 輕易改變模型 這一功 能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活 3 單一數(shù)據(jù)庫 全相關(guān) Pro Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上 不像一些傳統(tǒng)的 CAD CAM 系統(tǒng)建立 在多個數(shù)據(jù)庫上 所謂單一數(shù)據(jù)庫 就是工程中的資料全部來自一個庫 使得每一個獨立 用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作 不管他是哪一個部門的 換言之 在整個設(shè)計過程的任何 一處發(fā)生改動 亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上 例如 一旦工程詳圖有改 變 NC 數(shù)控 工具路徑也會自動更新 組裝工程圖如有任何變動 也完全同樣反應(yīng)在整 個三維模型上 這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合 使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合 起來 這一優(yōu)點 使得設(shè)計更優(yōu)化 成品質(zhì)量更高 產(chǎn)品能更好地推向市場 價格也更便 宜 第三章 機身零件的設(shè)計 3 1 機身底座建模 3 2 機身垂直軸旋轉(zhuǎn)體的建模過程 總結(jié) 致謝 參考文獻