汽車(chē)工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含全套CAD圖紙】
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購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目: 汽車(chē)工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 、 系: 姓 名: 指導(dǎo)教師: 系 主 任: 年 月 日 購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 : 學(xué)號(hào): 學(xué) 院: 專(zhuān)業(yè): 任務(wù)起止時(shí)間: 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 汽車(chē)工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作 內(nèi)容: 1、 完成選題,下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) (第 1) 2、 查閱、收集、資料,了解曲軸搬運(yùn)機(jī)械手及其發(fā)展的現(xiàn)狀,完成開(kāi)題報(bào)告(第 3) 3、 基本設(shè)計(jì)出發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的主要功能的總體框架,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程有初步、系統(tǒng)地認(rèn)識(shí),總體思路基本明確 (第 5) 4、 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì),撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,完成圖紙繪制 (第 9) 5、 上交所有畢業(yè)設(shè)計(jì)材料,做答辯準(zhǔn)備 (第 1) 資料: 孟慶鑫 M]爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 導(dǎo)教師意見(jiàn): 簽名: 年 月 日 系主任意見(jiàn): 簽名: 年 月 日 教務(wù)處制表 購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 開(kāi) 題 報(bào) 告 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 **年 * 月 * 日 購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 課題題目及 來(lái)源: 題目:汽車(chē)工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 來(lái)源:“機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”企業(yè)合作項(xiàng)目(指導(dǎo)教師制定題目) 課題研究的意義和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀: 課題研究意義 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù),并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分,這種新技術(shù)發(fā)展很快,逐漸成為一門(mén)新興的學(xué)科 —— 機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域,是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī) 器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。 在生產(chǎn)實(shí)踐中,常常需要將上料、加工、卸料等工序進(jìn)行合理的安排,組成一條自動(dòng)流水加工線(xiàn)。但在流水線(xiàn)上加工時(shí),搬運(yùn)工作由人工完成,不可避免地存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)安全難以保障、定位精度不高等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和單位的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)生產(chǎn)效率很高時(shí),為了減少工人數(shù)量,改善工人的勞動(dòng)條件,提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率這就需要使自動(dòng)線(xiàn)上工件搬運(yùn)自動(dòng)化。于是針對(duì)這一問(wèn)題就提出了要研制一種搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)代替工人實(shí)現(xiàn)工件的搬運(yùn)上線(xiàn) ,并且能滿(mǎn)足定位和重復(fù)定位精度。用搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)代替工人搬運(yùn)工件可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,減少自動(dòng)線(xiàn)上的工人數(shù)目,同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率并且精度也得到了保障。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件,開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有 130 多臺(tái)噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(xiàn) 上獲得規(guī)模應(yīng)用,弧焊機(jī)器人以應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線(xiàn)上。但總的來(lái)看,我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的差距,如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品;機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚,應(yīng)用領(lǐng)域窄,生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè),當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù)的要求,品種規(guī)模多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低,而且質(zhì)量可靠性也不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù),對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃,搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì),積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 。 購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外 在機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展較快,近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì) : (1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 ),而單機(jī)價(jià)格不斷下降,平均單機(jī)價(jià)格從 2001 年的 美元降至 2007 年的 65萬(wàn)美元。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī) ;國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展,便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 ;器件集成度提高,控制柜日見(jiàn)小巧,且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器,而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制 ;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制,如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng),而是致力于操作者與 機(jī)器人的人機(jī)交互控制,即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng),使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 (7)機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從 94 年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái),這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一,紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步,在國(guó)家的支持下通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān),目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部 分機(jī)器人關(guān)鍵元器件,開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人 ;其中有 130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(xiàn) (站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用,弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線(xiàn)上。但總的來(lái)看,我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離,如 :可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品 :機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚,應(yīng)用領(lǐng)域窄,生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距 ;在應(yīng)用規(guī)模上,我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái),約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè),當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù)的要求,“ 一客戶(hù),一次重新設(shè)計(jì)”,品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低,而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù),對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃,搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì),積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“ 863”計(jì)劃的支持下,也取得了不少成果。購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 其中最為突出的是水下機(jī)器人, 6000m 水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平,還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種 :在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作,有 了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步,與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大,需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上,有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān),才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品,以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 課題研究的主要內(nèi)容和方法,預(yù)期目標(biāo)及研究過(guò)程中 研究步驟、方法及措施 : 研究?jī)?nèi)容 研究?jī)?nèi)容: 根據(jù)給定的工況條件和基本要求,從機(jī)械原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行具體的分析和設(shè)計(jì)。 對(duì)機(jī)械手的傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等主要部件進(jìn)行選型和校核,并結(jié)合原理圖等對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作方法和原理進(jìn)行描述。應(yīng)該機(jī)械手有兩個(gè)自由度,均為移動(dòng)自由度,綜合機(jī)械手的工作載荷和工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)機(jī)械手布局以及定位精度的具體要求,手臂運(yùn)動(dòng)均為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),液壓部分采用采用單活塞桿液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)大綱 第一.引言 機(jī)械手的概念;機(jī)械手的簡(jiǎn)史;機(jī)械手的組成;機(jī)械手的生產(chǎn)應(yīng)用簡(jiǎn)述 第二.機(jī)械手的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì);機(jī)械手的手部設(shè)計(jì);機(jī)械手的手臂設(shè)計(jì);機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第三.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 確定液壓系統(tǒng)基本方案;擬 定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路;液壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì);繪制液壓系統(tǒng)圖;確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù);選擇液壓元件;液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 第四.機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì);機(jī)械手的作業(yè)流程;機(jī)械手操作面板布置;控制器的選型;控制系統(tǒng)原理分析; 部接線(xiàn)設(shè)計(jì) 第五.總結(jié)與展望,最后結(jié)束。 解決的問(wèn)題 機(jī) 械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓 住 工件 或工具 的部件,根據(jù)被抓 住工件 的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式 。 機(jī)械手配件運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作,改變被 抓持物件的位置和姿勢(shì) 。 本文應(yīng)解決該曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)部件,液壓部分以及電路控制部件設(shè)計(jì)。 預(yù)期目標(biāo) 對(duì)汽車(chē)曲軸的生產(chǎn)常常需要將上料、加工、卸料等工序進(jìn)行合理的安排,組成一條自動(dòng)流水加工線(xiàn)。 設(shè)計(jì)中 采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手具有結(jié) 具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,尺寸緊湊 , 重量輕 , 控制方便,驅(qū)動(dòng)力大等特點(diǎn)。 設(shè)計(jì)中 擬用的 氣控制與液壓系統(tǒng)結(jié)合,技術(shù)成熟,易于實(shí)現(xiàn),且保證了工件搬運(yùn)過(guò)程中的快、準(zhǔn)、穩(wěn),達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。 購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 研究步驟、方法及措施 第一階段:準(zhǔn)備階段:了解工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀和發(fā)展,查閱課題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn),擬訂設(shè)計(jì)思路 。 第二階段:設(shè)計(jì)階段:確定總體設(shè)計(jì)方案,根據(jù)課題給定的工況條件和基本要求進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,確定主要參數(shù),對(duì)所得數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析、處理,對(duì)機(jī)械手系統(tǒng)的傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等主要部件進(jìn)行選型和校核。 第三階段:制圖階段:整理各類(lèi)資料和數(shù)據(jù),利用 圖,分別做出系統(tǒng)的總裝圖及各部件的裝配圖和零件圖。 第四階段:總結(jié)階段:撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),檢查圖紙,準(zhǔn)備答辯。 課題研究所需的參考文獻(xiàn): [ 1]孫桓,陳作模,葛文杰.機(jī)械原理.北京:高等教育出版社, 2006 [ 2]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京:高等教育出版社, 2006 [ 3]徐福玲,陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2007 [ 4]劉鴻文.材料力學(xué).北京:高等教育出版社, 2004 [ 5]張世昌,李旦,高航.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社, 2007 [ 6]毛平淮.互換性與測(cè)試技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2006 [ 7]杜志?。I(yè)機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2002 [ 8]朱世強(qiáng),王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用.杭州:浙江大學(xué)出版社, 2006 [ 9]原魁.工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì).中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所, 2007 [ 10]萩原方彥(日).機(jī) 械實(shí)用手冊(cè).科學(xué)出版社, 2007 年第 2 版 [ 11]周恩濤,周士昌.液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制.中國(guó)機(jī)械工程第 12 卷第 4 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A 導(dǎo)教師審查意見(jiàn): 指導(dǎo)教師簽字 : 指導(dǎo)委員會(huì)意見(jiàn)審核意見(jiàn): 組長(zhǎng)簽字: I 汽車(chē)工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì) 如今,隨著工業(yè)技術(shù)幾十年的發(fā)展,機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,它可以代替工人來(lái)進(jìn)行各種循環(huán)單調(diào),危險(xiǎn),以及高疲勞強(qiáng)度的工作,從而提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量,降低了生產(chǎn)作業(yè)中的安全隱患。 機(jī) 械手主要由手 部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓 住 工件 或工具 的部件,根據(jù)被抓 住工件 的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式 。 機(jī)械手配件運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作,改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。 本文介紹了過(guò)對(duì)曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),詳細(xì)討論了機(jī)械手的手抓、手臂、機(jī)身等主要部件的設(shè)計(jì)與選擇,并給出了所需要的參數(shù)和計(jì)算。 最后通過(guò)本次設(shè)計(jì),將大學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了鞏固和應(yīng)用,提高了動(dòng)手和動(dòng)腦的能力。 關(guān)鍵詞 機(jī)械手;液壓驅(qū)動(dòng);液壓缸; is in a of it so as to to of is of is to or to of is a of of or to of of of of we of of i 目 錄 摘 要 ....................................................... I ....................................................... 1 章 緒論 ................................................... 1 械手的概念 ............................................ 1 械手的簡(jiǎn)史 ............................................ 1 械手的組成 ............................................ 2 行機(jī)構(gòu) ........................................... 2 動(dòng)機(jī)構(gòu) ........................................... 2 制機(jī)構(gòu) ........................................... 2 械手的生產(chǎn)應(yīng)用簡(jiǎn)述 .................................... 2 第 2 章 機(jī)械手的設(shè)計(jì) ........................................... 4 械手的總體設(shè)計(jì) ........................................ 4 械手的總體結(jié)構(gòu)類(lèi)型 ............................... 4 械手的總體設(shè)計(jì) ................................... 5 械手的手部設(shè)計(jì) ........................................ 5 部概述 ........................................... 5 部的設(shè)計(jì)方案 ..................................... 6 械手的手臂設(shè)計(jì) ........................................ 7 臂概述 ........................................... 7 臂的設(shè)計(jì) ......................................... 8 械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................... 9 動(dòng)系統(tǒng)概述 ....................................... 9 動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則 ................................. 9 器人液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ................................ 10 動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 ................................ 10 第 3 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 .................................... 11 定液壓系統(tǒng)基本方案 ................................... 11 定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 ........................... 12 壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ....................................... 12 制液壓系統(tǒng)圖 ......................................... 12 定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) ................................. 13 擇液壓元件 ........................................... 17 壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 ..................................... 18 第 4 章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................. 19 械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................. 19 械手的作業(yè)流程 ....................................... 19 械手操作面板布置 ..................................... 20 制器的選型 ........................................... 20 制系統(tǒng)原理分析 ....................................... 21 部接線(xiàn)設(shè)計(jì) ........................................ 22 結(jié)論 ...................................................... 23 致謝 ...................................................... 24 參考文獻(xiàn) ...................................................... 25 1 第 1章 緒論 械手的概念 機(jī)械手是指用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作,按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為工業(yè)機(jī)械手。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù),并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分,這種新技術(shù)發(fā)展很快,逐漸成為一門(mén)新興的學(xué)科 —— 機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域,是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科 技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí):其一、它能部分的代替人工操作;其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求,遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸;其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配,從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件,顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,加快實(shí)現(xiàn)工業(yè) 生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而,受到很多國(guó)家的重視,投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合,應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展,并且取得一定的效果,受到機(jī)械工業(yè)的。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器,他有多個(gè)自由度,可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單,專(zhuān)用性較強(qiáng)。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作,適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”,簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手 能很快的改變工作程序,適應(yīng)性較強(qiáng),所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 械手的簡(jiǎn)史 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。 1962 年,美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 萬(wàn)能自動(dòng) )。同年該公司和普魯曼公司2 合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司( ,專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962 年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫 械手,原意是靈活搬運(yùn)。 1978 年美國(guó) 司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種工業(yè)機(jī)械手,裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,用于裝配作業(yè),定位誤差可小于± 1 毫米。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力,甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器,把感覺(jué)到的信息反饋,使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。 第三代機(jī)械手(機(jī)械人)則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。 械手的組成 機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成 。 行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手臂和軀干。手部裝在手臂前端,可以轉(zhuǎn)動(dòng)、開(kāi)閉手指。機(jī)械手手部的構(gòu)造系統(tǒng)模仿人的手指,分為無(wú)關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指、四指等,其中以二指用得最多。可根據(jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭,以適應(yīng)操作的需要。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件,并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確地工作,手臂的三個(gè)自由度都需要精確地定位??傊瑱C(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開(kāi)直線(xiàn)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種,因此它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線(xiàn)液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、電 液脈沖馬達(dá)、伺服液壓馬達(dá)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)架。本設(shè)計(jì)采用二指的構(gòu)造,直線(xiàn)液壓缸。 動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 制機(jī)構(gòu) 在機(jī)械手的控制上,有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷(xiāo)板進(jìn)行點(diǎn)位控制,也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制,采用凸輪、磁 盤(pán)磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置,并注意其加速度特性。 械手的生產(chǎn)應(yīng)用簡(jiǎn)述 3 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作,如搬運(yùn)、裝配、切割、噴染等等,應(yīng)用非常廣泛。 在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高,現(xiàn)代化加工車(chē)間,常配有機(jī)械手,以提高生產(chǎn)效率,完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。可在機(jī)械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。工業(yè)機(jī)械手是為實(shí)現(xiàn)這些工序而產(chǎn)生的。目前機(jī)械手常用于工業(yè)中快速抓取工件并將工件 轉(zhuǎn)移到下一個(gè)生產(chǎn)工序。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類(lèi)工作的搬運(yùn)機(jī)械手為設(shè)計(jì)對(duì)象。 4 第 2章 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 械手的總體設(shè)計(jì) 械手的總體結(jié)構(gòu)類(lèi)型 工業(yè)機(jī)械手有很多種分類(lèi)方法,目前還沒(méi)有統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),比如可以按機(jī)械手的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系提點(diǎn)分類(lèi),或者按機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi),也可以按機(jī)械手的用途分類(lèi)。在這里我們按工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。 工業(yè)機(jī)械手按結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)可以分為直角坐標(biāo)型,圓柱坐標(biāo)型,球坐標(biāo)型,關(guān)節(jié)型四種。如圖 示。 圖 業(yè)機(jī)械手按結(jié)構(gòu)坐標(biāo)分類(lèi) 1 直角坐標(biāo)型 直角坐標(biāo)型也稱(chēng)為笛卡爾坐標(biāo)型或臺(tái)架型。這種機(jī)器人有三個(gè)線(xiàn)性關(guān)節(jié)組成,這三個(gè)關(guān)節(jié)用來(lái)確定末端操作器的位置,通常還帶有附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)用來(lái)確定末端操作器的姿態(tài)。這種機(jī)器人在 X,Y,Z 軸上的運(yùn)動(dòng)式獨(dú)立的,運(yùn)動(dòng)方程可獨(dú)立處理,且方程是線(xiàn)性的,因此進(jìn)行計(jì)算機(jī)操作控制簡(jiǎn)單;他可以?xún)啥酥?,?duì)于給定的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度,剛性最大;他的進(jìn)度和位置分辨率不隨工作場(chǎng)合而變化,容易達(dá)到高精度。 2 圓柱坐標(biāo)型 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人有兩個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)有兩個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的位置,在附加一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān) 節(jié)來(lái)確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角,工作范圍可以擴(kuò)大且計(jì)算簡(jiǎn)單;直線(xiàn)部分可以采用液壓驅(qū)動(dòng),可以輸出較大的動(dòng)力。 3 球坐標(biāo)型 球坐標(biāo)機(jī)器人采用球坐標(biāo)系,它用一個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的位置,再用一個(gè)附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞5 中心軸旋轉(zhuǎn),在中心支架附近的工作范圍很大,兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封,覆蓋工作空間較大。 4 關(guān)節(jié)型 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的關(guān)節(jié)全部可以旋轉(zhuǎn),類(lèi)似于人的手臂,他是工業(yè)機(jī)器人中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu),工作范圍較復(fù)雜。 械手的總體設(shè)計(jì) 圖 械手工作布局圖 在本設(shè)計(jì)中, 因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求搬運(yùn)的工件的質(zhì)量要求為 20搬運(yùn)直線(xiàn)距離為 1000慮在滿(mǎn)足系統(tǒng)工藝要求的前提下,盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),以減小成本、提高可靠度。該機(jī)械手在工作中只需要做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) ,其中手臂的升降和梁的平移為兩個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) ,機(jī)械手自由度數(shù)目取為 2,坐標(biāo)形式選擇直角坐標(biāo)形式,即 X 軸 Y 軸兩個(gè)移動(dòng)自由度,其特點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單 ,且有較高的定位準(zhǔn)確度。機(jī)械手工作布局圖如圖 示。 械手的手部設(shè)計(jì) 部概述 工業(yè)機(jī)器人的手部稱(chēng)為末端操作器,是機(jī)器人直接用于抓取、握緊、吸附專(zhuān)用工具進(jìn)行操作的部件,他能夠模仿人手的動(dòng)作,是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu),安裝于機(jī)器人手臂的前端。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在,應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛,被操作的工件的形狀、尺寸、重量、材料以及表面狀態(tài)各不相同,所以工業(yè)6 機(jī)器人末端操作器是多種多樣的,大部分末端操作器 的結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件專(zhuān)門(mén)加工的,常用的有以下幾種: 1, 夾鉗式取料手。 2, 吸附式取料手。 3, 專(zhuān)用操作器及轉(zhuǎn)換器。 4, 仿生多指靈巧手。 部的設(shè)計(jì)方案 由于本設(shè)計(jì)所搬運(yùn)的是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸,所以選用夾鉗式取料手。 夾鉗式取料手是工業(yè)機(jī)器人最常用的一種末端操作器形式,在裝配流水線(xiàn)上用的較為廣泛。它一般由手指(手抓)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、連接與支撐元件組成,工作機(jī)理類(lèi)似于常用的手鉗。 指的設(shè)計(jì)方案 手指是夾鉗式取料手直接與工件接觸的部件。手部松開(kāi)和夾緊工件是通過(guò)手指的張開(kāi)與閉合實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人的手部一般有兩個(gè) 手指,個(gè)別有三個(gè)或多個(gè)手指,它們的結(jié)構(gòu)形式通常取決于被夾持工件的形狀和特性。指端的形狀有 V 型指,平面指、尖指等。 由于本設(shè)計(jì)被夾持的工件形狀為圓柱體,所以選用 V 型指,其特點(diǎn)是加持平穩(wěn)可靠,加持誤差小。如圖 示。 動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,以實(shí)現(xiàn)加緊和松開(kāi)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)根據(jù)手指開(kāi)合的動(dòng)作特點(diǎn),分為回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型。 本設(shè)計(jì)采用回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu),如圖 示。驅(qū)動(dòng)桿與連桿由銷(xiāo)連接,當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿做直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),則通過(guò)兩岸推動(dòng)兩桿手指各繞其支點(diǎn)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而使手指松開(kāi)或閉 合。該機(jī)構(gòu)的活動(dòng)環(huán)節(jié)較多,所以定位精度會(huì)差一些。 7 圖 械手手指 圖 械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 械手的手臂設(shè)計(jì) 臂概述 手臂是機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)中重要的部件,它的作用是將被抓取的工件運(yùn)送到指定的位置上,因而一般機(jī)器人手臂有三個(gè)自由度,即手臂的伸縮、左右8 回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,所以,它不僅僅承受被抓工件的重量,而且承受末端執(zhí)行器和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度都直接影響機(jī)器人的工作性 能。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)時(shí),要遵循下述原則; 互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn),這樣可以使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡(jiǎn)化,有利于機(jī)器人的控制。 作空間的形狀和大小與機(jī)器人手臂的長(zhǎng)度,手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系。但機(jī)器人手臂末端工作空間并沒(méi)有考慮機(jī)器人手腕的空間姿態(tài)要求,如果對(duì)機(jī)器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求,則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小于上述沒(méi)有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。 在保證 機(jī)器人手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下,盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。力求選用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料,通常選用高強(qiáng)度鋁合金制造機(jī)器人手臂。目前,在國(guó)外,也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)器人手臂。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高,抗振性好,比重?。ㄆ浔戎叵喈?dāng)于鋼的 1/4,相當(dāng)于鋁合金的 2/3),但是,其價(jià)格昂貴,且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問(wèn)題,故還未能在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在保證所需強(qiáng)度與剛度的情況下,減輕機(jī)器人手臂的重量。 節(jié)的軸承間隙要盡可能小,以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差。因此,各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 對(duì)減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度是非常有利的。在設(shè)計(jì)機(jī)器人的手臂時(shí),應(yīng)盡可能利用在機(jī)器人上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來(lái)減小機(jī)器人手臂的不平衡重量,必要時(shí)還要設(shè)計(jì)平衡機(jī)構(gòu)來(lái)平衡手臂殘余的不平衡重量。 及驅(qū)動(dòng)裝置,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。 臂的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的垂直手臂(小臂)升降和水平手臂(大臂)的伸縮運(yùn)動(dòng)都為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)一般是氣動(dòng)傳動(dòng),液壓傳動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)。考慮到搬運(yùn)工件的重量較大,考慮加工工件的質(zhì)量達(dá) 20中型重量,同時(shí)考慮到機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能及運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性,安全性,對(duì)手臂的剛度有較高的要求。綜合考慮,兩手臂的驅(qū)動(dòng)均選擇液壓驅(qū)動(dòng)方式,通過(guò)液壓缸的直接驅(qū)動(dòng),液壓缸既是驅(qū)動(dòng)元件,又是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)件,不用再設(shè)計(jì)另外的執(zhí)行件了;而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),控制簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。 9 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)能提供很大的驅(qū)動(dòng)力, 因此在驅(qū)動(dòng)力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都是比較容易實(shí)現(xiàn)的,關(guān)鍵是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和剛度的滿(mǎn)足。因此手臂液壓缸的設(shè)計(jì)原則是缸的直徑取得大一點(diǎn)(在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下),再進(jìn)行強(qiáng)度的較核。 同時(shí),因?yàn)榭刂坪途唧w工作的要求,機(jī)械手的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大,若僅僅通過(guò)增大液壓缸的缸徑來(lái)增大剛度,是不能滿(mǎn)足系統(tǒng)剛度要求的。因此,在設(shè)計(jì)時(shí)另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),小臂增設(shè)了兩個(gè)導(dǎo)桿,盡量增加其剛度。通過(guò)增設(shè)導(dǎo)桿,能顯著提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)剛度和穩(wěn)定性,比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問(wèn)題。 械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 動(dòng)系統(tǒng)概述 工 業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),按動(dòng)力源可以分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三大類(lèi)。根據(jù)需要也可以將這三種基本類(lèi)型組合成一個(gè)復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這三類(lèi)基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下。 由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù),它具有動(dòng)力大、力(或力矩)與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。適合于在承載能力大,慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機(jī)器人。但是,液壓系統(tǒng)需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換(電能轉(zhuǎn)換成液壓能),速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速,效率比電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低,液壓系統(tǒng)的液體泄露會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染,工作噪音也較高。 系統(tǒng) 具有速度快,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用。但是因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制,多用于程序控制的機(jī)器人中,如在上、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多。 由于低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動(dòng)器(交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器)的廣泛采用,這類(lèi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)器人中被大量采用。這類(lèi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換,使用方便,噪聲較低,控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的工作環(huán)境中,成本上也較其他兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高。但因?yàn)檫@類(lèi) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出,因此在機(jī)器人中被廣泛的使用。 動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則 設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí),驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇,要根據(jù)機(jī)器人的用途、作業(yè)要求、機(jī)器人的性能規(guī)范、控制功能、維護(hù)的復(fù)雜程度、運(yùn)行的功耗、性?xún)r(jià)比以及現(xiàn)有的條件等綜合因素加以考慮。在注意各類(lèi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,綜合上10 述各因素,充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性后進(jìn)行最終的選擇。一般情況下: 括上下料)使用的有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)器人,重負(fù)荷的選擇液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),中等負(fù)荷的可選電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),輕負(fù)荷的可選氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)。沖壓機(jī)器人多采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 求具有點(diǎn)位和軌跡控制功能,需采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。只有采用液壓或電動(dòng)伺服系統(tǒng)才能滿(mǎn)足要求。點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人多采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。重負(fù)荷的任意點(diǎn)位控制的點(diǎn)焊及搬運(yùn)機(jī)器人選用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 器人液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)自 1962 年在世界上第一臺(tái)機(jī)器人中應(yīng)用到現(xiàn)在,已在工業(yè)機(jī)器人中獲得了廣泛的應(yīng)用。目前,雖然在中等負(fù)荷以下的工業(yè)機(jī)器人中大量采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),但是在簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型、重型的工業(yè)機(jī)器人和噴涂機(jī)器人中采用液壓系統(tǒng)的還 仍然占有很大的比例。 液壓系統(tǒng)在機(jī)器人中所起的作用是通過(guò)電 液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向、位置、和速度的控制,進(jìn)而控制機(jī)器人手臂按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作。液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)多數(shù)情況下采用直線(xiàn)液壓缸或擺動(dòng)馬達(dá),連續(xù)回轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)用得很少。在工業(yè)機(jī)器人中,中、小功率的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用節(jié)流調(diào)速的為多,大功率的用容積調(diào)速系統(tǒng)。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng),動(dòng)態(tài)特性好,但是效率低。容積調(diào)速系統(tǒng),動(dòng)態(tài)特性不如前者,但效率高。 動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 具體到本設(shè)計(jì),在分析了具體工作要求后,綜合考慮 各個(gè)因素。機(jī)械手的手臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)全部采用液壓缸;而手爪通過(guò)液壓柱塞缸活塞與中間驅(qū)動(dòng)桿配合來(lái)實(shí)現(xiàn)控制,即手爪在柱塞缸推力作用下推動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿,通過(guò)端部銷(xiāo)連接到手指進(jìn)行松開(kāi)和夾緊。 11 第 3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 定液壓系統(tǒng)基本方案 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá),前者實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),后者實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。二者的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見(jiàn)表 3 表 3壓缸與液壓馬達(dá)的特點(diǎn)與適用場(chǎng)合 名 稱(chēng) 特 點(diǎn) 適 用 場(chǎng) 合 雙活塞桿液壓缸 雙向?qū)ΨQ(chēng) 雙向工作的往復(fù)場(chǎng)合 單活塞桿液壓缸 有效工作面 積大、 雙向不對(duì)稱(chēng) 往返不對(duì)稱(chēng)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),差動(dòng)連接可實(shí)現(xiàn)快進(jìn) 柱塞缸 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 單向工作,靠重力或其它外力返回 擺動(dòng)缸 單葉片式小于 360 雙葉片式小于 180 小于 360 的擺動(dòng); 小于 180 的擺動(dòng) 齒輪馬達(dá) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜 高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 葉片馬達(dá) 體積小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 高速低轉(zhuǎn)矩、動(dòng)作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 擺線(xiàn)齒輪馬達(dá) 體積小、輸出轉(zhuǎn)局大 低速、小功率大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 軸向柱塞馬達(dá) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬 大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 徑向柱塞馬達(dá) 轉(zhuǎn)速低,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,輸出轉(zhuǎn)矩大 低速大轉(zhuǎn)矩回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 本設(shè)計(jì)因?yàn)闄C(jī)械手的形式為直角坐標(biāo)形式,具有兩個(gè)自由度,均為移動(dòng)自由度。同時(shí)考慮機(jī)械手的工作載荷和工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)機(jī)械手布局以及定位精度的具體要求,以及計(jì)算機(jī)的控制的因素,手臂運(yùn)動(dòng)均為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。因此,機(jī)械手的手臂都采用單活塞桿液壓缸,來(lái)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 12 定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 液壓執(zhí)行元件確定后,其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是液壓回路的核心問(wèn)題。 方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng),通過(guò)換向閥的有機(jī)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的系統(tǒng),多采用插裝 閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。 速度控制通過(guò)改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速。 本設(shè)計(jì)的方向控制采用電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn),而速度的控制主要采用節(jié)流調(diào)速,主要方式是采用比較簡(jiǎn)單的節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。 壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供,液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油,在無(wú)其他輔助油源的情況下,液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量,多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱,溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多用變量泵供油,用安全閥來(lái)限定系統(tǒng)的最高壓力。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺的元件。一般泵的入口要裝粗濾油器,進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)要求,通過(guò)精濾油器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱,可在回油路上設(shè)置磁過(guò)濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處的環(huán)境及對(duì)溫升的要求,還要考慮加熱、冷卻等措施。 本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油,由溢流閥 確定系統(tǒng)壓力。為了保證液壓油的潔凈,避免液壓油帶入污染物,故在油泵的入口安裝粗過(guò)濾器,而在油泵的出口安裝精過(guò)濾器對(duì)循環(huán)的液壓油進(jìn)行凈化。 制液壓系 統(tǒng)圖 本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖如圖 示, 它擁有垂直手臂的上升、下降,水平伸縮缸 /的前伸、后縮,以及執(zhí)行手爪的夾緊、張開(kāi)三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 其中,液壓泵是由三相交流異步電動(dòng)機(jī) M 拖動(dòng);系統(tǒng)壓力由溢流閥 1得失電決定了動(dòng)力源的投入與摘除。 考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開(kāi),系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個(gè)單向節(jié)流閥。當(dāng) 5電時(shí),工作液體經(jīng)由節(jié)流閥 入柱塞缸,實(shí)現(xiàn)手爪的輕緩抓緊;當(dāng) 6電時(shí),工作液體進(jìn)入柱塞缸中,實(shí)現(xiàn)手爪的迅速松開(kāi)。 另外,由于機(jī)械手垂直升降液壓缸在工作時(shí)其 下降方向與負(fù)荷重力作用13 方向一致,下降時(shí)有使運(yùn)動(dòng)速度加快的趨勢(shì),為使運(yùn)動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn),同時(shí)盡量減小沖擊、振動(dòng),保證系統(tǒng)的安全性,采用 成的平衡回路向升降油缸下腔提供一定的排油背壓,以平衡重力負(fù)載。 執(zhí)行手爪柱塞缸垂直升降缸水平伸縮缸感應(yīng)式位移傳感器電液伺服閥圖 械手的液壓系統(tǒng)原理圖 定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量,他們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng),選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷,流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況液壓缸所受的總機(jī)械載荷為 ????( 3 式中, 為水平方向無(wú)外載荷,故為 0; 14 ( 1)???( 3 式中, G 為 100 g 2/81.9 v? t? 般為 取 各值帶入上式,得:( 2)1??( 3 式中,需空載壓力,如該液壓缸工作壓力 <16 相關(guān)手冊(cè)取 =0.2 1A 啟動(dòng)時(shí): ?動(dòng)時(shí): ?83N ( 3)機(jī)械手水平方向上有 兩個(gè)導(dǎo)桿,內(nèi)導(dǎo)桿和外導(dǎo)套之間的摩擦力為 ? ( 3 式中, G 為 100 f f= 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得: 8N 15 ( 4)回油背壓形成的阻力按下式計(jì)算 2?( 3 式中,般為 .5 =0.3 慮兩 邊差動(dòng)比為 2; 將各值帶入上式有, 24?分析液壓缸各工作階段受力情況,作用在活塞上的總機(jī)械載荷為 088? 。 手爪要能抓起工件必須滿(mǎn)足: 21? ( 3 式中, N 1k 通常取 ; 2k 要考慮慣性力的影響可按 ?12 估算, a 為機(jī)械手在搬運(yùn)工件過(guò)程的加速度 2/ 2/8.9 , g 為重力加速度; 3表選取 13 ?k; G 20 帶入數(shù)據(jù),計(jì)算得: 0? ; 計(jì)算驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為: ?1?( 3 式中, 16 1k 處選 4k 處選 其他同上。帶入數(shù)據(jù),計(jì)算得: 20? 而液壓缸的工作驅(qū)動(dòng)力是由缸內(nèi)油壓提供的,故有 ? ( 3 式中, P 壓; A 經(jīng)計(jì)算,所需的油壓約為: 針對(duì)本設(shè)計(jì)是一個(gè)機(jī)械手的特點(diǎn)考慮,機(jī)械手系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的。因此,先從剛度角度進(jìn)行- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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