搬运机器人毕业设计(共29页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上毕 业 设 计(说 明 书)题 目: 搬运机器人毕业设计 姓 名: 李颖颖 学 号: 平顶山工业职业技术学院2016年5月25日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 任 务 书姓名 专业班级 13矿山机电十班 任务下达日期 2015 年 月 日设计开始日期 2015 年 月 日设计完成日期 2016 年 月 日设计题目: 搬运机器人毕业设计 指 导 教 师 院(部) 主 任 郭 宗 跃 20 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计答辩委员会记录 电力工程 学院 矿山机电 专业,学生 李颖颖 于2016年 6 月 8 日进行了毕业设计(论文)答辩。设计题目: 搬运机器
2、人毕业设计 指导老师: 答辩委员会根据学生提交的毕业设计材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生 毕业设计成绩为 。答辩委员会 人,出席 人答辩委员会主任(签字): 答辩委员会副主任(签字): 答辩委员会委员: , , , , , , 。平顶山工业职业技术学院毕业设计评语第 页共 页学生姓名: 专业班级 年级 毕业设计题目: 搬运机器人毕业设计 评 阅 人: 指导教师: (签字) 2015 年5 月28日成 绩: 系 主 任: (签字) 2015 年6 月9日毕业设计及答辩评语: 专心-专注-专业摘 要 工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一,是以微电子技术为主导的多种新
3、兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。这一技术主要应用于工业、农业、办公自动化及生活服务等特别是在生产建设和科研工作中发挥着重要的作用。这一技术的发展,极大地促进了机器人研究水平的提高。目前,工业机器人主要承担着搬运、焊接、喷涂及堆垛等重复性并且劳动强大极大的工作。从长远看,机器人产品的生产成本会大大降低,性能会愈加完善,据美国电气和电子工程师协会统计,世界各地已经部署了100万台各种工业机器人,其中日本工业机器人密度居世界首位,比排在第二位的新加坡多出了一倍。虽然排在前三位的都在亚洲,但欧洲却是世界上工业机器人密度最大的地区。因此,亚洲还有待研究开发。 本课题主要对搬运机器人
4、的总体结构展开讨论, 搬运机器人在实际的工作上就是一个机械手,搬运机械手是在机械化,自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中,搬运机械手被广泛的运用于自动生产线中。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的技术,它更加促进了搬运机械手的发展,使得搬运机械手的应用更为广泛。关键词: 自动搬运; 机械手;气压系统;系统设计方案目 录005第1章 绪论有关机器人的定义随着时代的进步在发生着变化。简单的说,具有仿生功能,具有自动化、智能化特征,并集成一系列的机电技术等特点的为机器人。而机器人与工业机器人的最大区别就是工业机器人模仿人的手臂。在现实的生活中,机器人并不
5、是在简单意义上代替人工劳动,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置。这种装置既有人对环境状态的反应和分析判断能力。从某种意义上说,机器人是机器进化过程的产物,是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备,也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。1.1机器人的应用与发展1.1.1机器人的应用第一台机器人是由开始研发制造的,1958年,第一台机器人在美国联合控制公司诞生,它的结构特点是一回转长臂被安置在机体上,前端安置电磁铁的包装件抓放机构,控制系统是演示教学型的,亚洲的日本是工业机器人革新最快,技术最先进的国家之一。 目前目前,全球正在加紧研发第二代机器人,它内部装有微型电子计算机控
6、制系统,具有触觉功能和视觉功能,甚至还具有思考和听录的功能。各种传感器安置在机器人上,把感觉到的信息反馈控制中心,使机器人具有感觉功能。至于第三代机器人,它能独立地完成工作过程中的操作,电子计算机和远程设备与它相连接。在社会的进步和科学技术的迅速发展的产业中,一些企业对机器人系统本身提出越来越多的要求。由于机器人需要适应不同的应用场地和多品种、大小批量的生产流程,故制造业要求机器人系统要有更好的柔性和更先进的编程环境。 在人类社会中,都能看到机器人的身影。机器人的特点是帮助人们完成重复的、精确度高、单调的工作,帮助人们在恶劣的工作场地中完成人类不能完成的或不想完成的操作。所以,机器人的诞生大大
7、提高了人类的生产效率。 综上所述,工业机器人的应用给人类带来了许多好处,不仅减少了劳动费用,提高了生产效率;还改进了产品质量,减少了材料浪费;并降低了生产成本及消除了危险和恶劣的劳动岗位。 1.1.2机器人的发展随着现代化生产技术的提高,机器人设计生产能力进一步得到加强,尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合,从而改变目前机械制造的人工操作状态,提高了生产效率。就目前来看,总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势:1) 提高运动速度和运动精度,减少重量和占用空间,加速机器人功能部件的标准化和模块化,将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人;2) 开发各种新
8、型结构用于不同类型的场合,如开发微动机构用以保证精度;开发多关节多自由度的手臂和手指;开发各类行走机器人,以适应不同的场合; 3)研制各类传感器及检测元器件,如,触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等,用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划,同时,越来越多的系统采用微机进行控制。1.1.3本文主要研究内容本文主要研究搬运机械手,通过学习机械手的工作原理,熟悉了搬运机械手的运动机理,在此基础上,确定了搬运机械手的基本系统结构,对搬运机械手的运动进行了简单的力学模型分析,完成了机械手机械方面的设计(包括传动部分、执行
9、部分、驱动部分)和简单的三维实体造型工作。1.1.4本章小结 本章重要内容是搬运机器人应用领域、发展趋势等方面,并通过对现在工业生产中使用搬运机器人的主要工作种类的列举,提出了未来搬运机器人的几种先进发展模式和本文的主要研究内容。 第2章 搬运机器人系统设计2.1搬运机器人总体系统设计2.1.1总体设计 主要从两方面设计:一是硬件设计,主要由传感装置与控制装置两部分组成。1.A720机器人是通用机器人,2.这一硬件的设计的重要部分是手爪即末端操作器(专用),3还有就是周边配套环境的设置(包括传送、定位、检测)。二是软件设计,主要指控制软件1.包括工作流程图2.轨迹规划3.编程设计及检测。 本文
10、主要设计手爪即末端操作器,因为工业机器人机械部分的设计是工业机器人设计的重要部分。其他系统的设计应有各自的独立要求,但必须与机械系统相匹配,相辅相成,才能组成一个完整的机器人系统。1. 该机器人采用气吸附式取料手。因为,气吸附式取料手与夹钳式取料手相比,具有结构简单、重量轻、吸附力分布均匀,具有快速反应、一定的承担能力、足够的空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。并广泛应用于非金属材料或不可有剩磁的材料的吸附。2. 该机器人选择双支点连杆杠杆式,通过连杆推动两杆手指各绕其支点做回转运动,从而使手指松开或闭合。3. 该机器人采用圆柱坐标型,具有三个自由度,即手臂的伸长、缩短、手臂的上
11、升、下降和整体旋转。4. 该机器人采用气动驱动。气动驱动是最简单的驱动方式,原理与液压相似。这种机器人结构简单,动作迅速,价格低廉。此机器人应用于自动生产线上,因此,它应该能够按照控制程序自动运行,既具有自动运行模式。2.2.2系统设计时必须考虑的问题1) 防止在自动化生产线上掉落,必须是设计上已经稳定的物品;2) 预定的自动化生产线各工序的加工精度,应比较稳定;3) 应有足够化的场地保证自动化生产线的设置;4) 应估计该搬运物品的重量及选用的材料;5) 应确立方向及压觉。第3章 A720机器人3.1硬件组成A720机器人硬件组成部分主要有IPC,电控箱,本体,示教器,机械臂,传感器,电路板等
12、。 如图所示3-11) IPC(工业电脑):含运动控制卡、USB接口(出厂时已被禁用特殊用途可以开放)、RS232接口、Bhernet接口等。2) 电控箱:主要含伺服驱动器、IPC、输入输出控制面板、控制电路等。3) 本体:主要含伺服马达、减速机、机构件等。4) 示教器:目前有一代和二代示教器(带摇杆操作)。5)机械臂:手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部(包括工作或夹具),并带动他们做空间运动。臂部运动的目的:把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态(方位)则用腕部的自由度加以实现。因此,一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求。从臂部受力情况分析,它在工作
13、中既受腕部、手部和部件的静、动载荷,而且自身运动较为多,受力复杂。因此,它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。6)传感器:激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用,并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等,大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。7)电路板:作业机器人系统正朝着高速、高精度、开放化、智能化、网络化发展,对运动控制系统也提出了更高的要求。移动机器人要实现高速、高精度的位置控制必须依赖先进的控制策略和可靠、优良的运动控制系统。因此,以高性能处理器为核心的运动控制系统是运动控制系统的发展趋势。通过
14、本课题的设计,来提高机器人控制电路的响应特性、可靠程度、抗干扰性等。3.2功能特点1) 通用性:某种执行不同的功能和完成多样的简单任务的实际能力。(多功能)2)适应性:对环境的自适应能力。包括:运行传感器感测环境和自我姿态的能力;分析任务空间和执行操作规划的能力;自动指令模式能力。(避险或避障)3.3自由度数目 A720机器人自由度数目为3自由度(不包含冗余自由度)。 自由度是指机器人所具有的独立坐标坐标轴运动的数目,不包括手爪(末端操作器)的开合自由度。在三维空间中描述一个物体的位置和姿态(简称位姿)需要6个自由度。但是,工业机器人的自由度是根据其用途而设计的。并且利用冗余自由度可以增加机器
15、人的灵活性、躲避障碍物和改善动力性能。人的手臂(大臂、小臂、手腕)共有7个自由度,所以工作起来很灵巧,手部可回避障碍而从不同方向到达同一个目的点。3.4工作载荷 A720机器人在规定的性能范围内,机械接口处能承受的最大载荷量3.5工作空间 机器人的工作空间是指机器人末端操作器工具中心点所能到达的空间点的集合。一般而言,臂部的自由度主要用来确定手部及工件(或工具)在空间运动的范围或位置,而腕部的自由度主要是用来调整手部及工件(或工具)在空间的姿态。机器人的工作空间取决于臂部的运动。而A720的工作空间范围为0180度。 第4章 搬运机器人机械手4.1结构研究该机器人采用吸附式取料手,及吸盘式机械
16、手。因为本文设计的是在自动化生产线上将饮料输送到目的地。搬运饮料从A点到B点。机械手动作循环运行过程:真空吸附吸取工件大臂上升大臂回转手臂延伸真空吸盘放下工件手臂收缩大臂反转大臂下降。主要技术参数:吸持力0.5kg;自由度数为3,;运动形式为圆柱坐标;手臂伸缩行程范围0-300mm,手臂升降行程范围0-200mm;手臂回转行程范围0-180度;定位方式为定位快;控制方式为点位式、PLC控制;驱动方式为气压传动系统。4.2基本功能1)吸附与行走功能, 吸附与行走是机器人所需具备的两个基本功能,因此机器人应具有一定的吸附能力,其产生的摩擦力能够大于机器人的重力,防止坠落;同时,还应当有驱动机构,能
17、够使机器人在空间里自由行走移动。2) 具有识别方向功能,本文所设计的是利用吸盘来搬运饮料,而为了节省时间,机器需要有方向性。3) 转向功能,机器人需要按照一定的路径在空间里自由行走,为了完成工作,需要机器人能够自由的转向,从而提高效率。4) 适应能力机器人能够逾越较小的障碍,即要求机器人具有一定的适应凹凸不平的能力这也是机器人的工作性质和工作环境决定的。4.3工作原理信息图4-1控制 松开工件的转移上升回转延伸吸取工件 转换分配能量支持和联接 图4-2 吸盘工作原理:真空的产生可以是由电动机,真空泵以及各种真空器件所组成的真空系统来提供,也可以由压缩空气通过真空发生器所产生的二次真空来提供。前
18、者需要配置独立的真空系统,而后者可以利用一般生产过程中已有的空气压缩系统。因此,特别在各种包装作业过程中,利用二次真空方法显得十分方便、经济。真空发生器的原理是:压缩空气通过收缩的喷嘴后,从喷嘴喷射出的高速气流卷吸周围的静止流体和它一起向前流动,从而在接受室形成负压,诱导二次真空。这样的真空系统,尤其对于不需要大流量真空的工况条件更显出它的优越性。用真空吸盘来抓取物体,可以根据物体的不同形状来实现任意角度的传递。真空吸盘式机械手设计的主要技术参数表4.1主要技术参数 吸盘吸持力 0.5kg运动形式 圆柱坐标手臂伸缩行程范围 0-300mm手臂升降行程范围 0-200mm 手臂回转行程范围 0-
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