机械手的设计毕业论文.doc
《机械手的设计毕业论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械手的设计毕业论文.doc(41页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、装订线南京工业职业技术学院机械手的设计 毕 业 论 文课题名称机械手的设计院/专 业 机械工程学院/数控设备的应用与维护班 级 学 号 学生姓名 指导教师: 2013 年 5 月 31 日共 41 页 第 40 页机械手的设计 摘要本文介绍了机械手的概念、组成和分类,机械手的自由度和坐标型式,气动技术的特点,对机械手进行了总体方案设计,确定了机械手的坐标类型和自由度,确定了机械手的技术参数。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作,采用机械手是有效的。此外,它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作,更显示其优越性,有着广阔的发展前途。关键词:机械手
2、;液压系统;方案设计AbstractThis article describes the robot concept, composition and classification of robot freedom and coordinate type, pneumatic technology characteristics of the robot for the overall program design, determine the robot coordinate types and degrees of freedom to determine the robots techn
3、ical parameters.Industrial production often bulky workpiece handling and frequent long, monotonous operations, the use that the robot is valid. In addition, it can heat, cold, deep water, the universe, radioactive and other toxic, polluting the environment under the conditions of operation, but also
4、 shows its superiority, has a broad development prospects.Key words: Robot;Hydraulic system;Program design目录机械手的设计.1第1章 绪论.4 1.1 机械手概述.4 1.2 机械手的组成和分类.4第2章 机械手的设计方案10 2.1 机械手的坐标型式与自由度.10 2.2 机械手手部结构设计.11 2.3 机械手手腕结构设计.122.4 机械手手臂结构设计.132.5 其他部件图纸.14第3章 抓取机构设计15 3.1 手部设计.15 3.2 腕部设计.18 3.3 臂伸缩机构.19第4
5、章 液压系统的原理设计及草图绘制22 4.1 手部抓取缸的液压原理图.22 4.2 腕部摆动的液压回路.23 4.3 小臂伸缩缸的液压回路.244.4 总体系统图.25第5章 机身机座的结构设计27 5.1 电机的选择.27 5.2 减速器选择.28 5.3 螺柱的设计和校核.28第6章 机械手的定位与平稳性30 6.1 常用的定位方法.30 6.2 影响平稳性和定位精度的因素.30 6.3 机械手运动的缓冲装置.31总结.33参考文献.34附录.35第1章 绪论1.1 机械手概述可以模仿一些人类和手臂的运动功能,抓取一个固定的程序,处理对象或自动操作装置的操作工具。机械手是最早的工业机器人,
6、也是首次亮相的现代机器人,它可代替人的劳动,以达到在危险的情况下,重型机械化和自动化生产,以保护人身安全的操作,它被广泛应用于机械制造,冶金,电子,轻工和核行业。工业机器人是由操作员(机本体),控制器,伺服驱动系统与检验传感装置所构成的一种人形操作,自动控制,可以被重新编程,在三维空间中完成多种任务的机电一体化自动生产设备。多运用于多品种的,变批量的柔性生产中。它对提高产品的质量,提高生产的效率,改善劳动的条件和产品的迅速升级换代,起着很重要的作用。机械手并不是仅仅代替人工的劳动,而是融合了人和机器特长的一种拟人的电子机械装置,不仅有人对环境状态的快速反应能力和分析判断能力,而且有机器可连续操
7、作、精确高、抗恶劣环境的能力,在一定意义上,它是工业和非工业界生产和服务的一系列重要的,但也是不可缺少的先进制造技术自动化的设备。启动机器人的结构比较简单,高度特异性的,只有一个单一的机和卸载装置,是机床的专用机械手。随着工业技术的发展,由程序控制,可以实现独立的重复操作,范围广泛的“程序控制通用机械手”,简称通用机械手。因为通用机器人可以迅速改变工作程序,适应性,所以它是不断变化的各种小批量的生产,获得了广泛的引用。1.2 机械手的组成和分类1.2.1机械手的组成机械手主要是由执行机构、驱动机构和控制系统三部分组成。用手握住工件(或工具),根据被夹持对象物的形状,尺寸,重量,材料和操作要求的
8、各种各样的结构形式,如夹持型,保持和吸附型等。驱动机构,使手部完成各种转动(摆动),移动或复杂的运动来实现规定的变动,更改把持的位置和姿势的对象。运动机构的升降,伸缩和旋转的独立运动模式,称为机械手的自由度 。为了抓取空间中的任何对象的位置和方向,有六个自由度的需要。自由度的设计是关键参数。自由度越多的机械手,其灵活性越大,通用性更广泛,结构也是更复杂的。一般专用机械手有23个自由度。机械手控制系统由电机控制每个自由度,以执行特定的动作。接收传感器反馈的信息,以形成一个稳定的闭环控制。通常是由微控制器或DSP和微控制器芯片结构,控制系统的核心,通过对其编程实现所需的功能。各系统相互之间的关系如
9、图1-1所示。图1-1 机械手的组成方框图1)执行机构机械手的执行机构主要分为手部、手臂、躯干。如图1-2所示图1-2 机构简图手部手部安装在手臂的前端。手臂的内孔因为装有传动轴,所以可以旋转,弯曲手腕,使手指打开和关闭。 机械手手部的构造是以模仿人的手指为基础的,分为无接头,固定接头和联合3种自由。手指的数目可以分为二个手指、三个手指、四个手指等。把持对象具有多种形状和尺寸,以适应操作员的需求夹头的形状和大小。所谓的没有手指的手部,一般指的是真空吸盘或电磁吸盘。手臂手臂是支撑捕获的对象、手部、手腕的重要组成部分。其作用是引导手指精准地抓住工件,并运输到所需的位置。为了使机械手能够正常工作,必
10、须准确定位手臂的三个自由度。手臂可能实现的运动如下: 手臂在进行拉伸或升降运动时,为了防止其轴线转动,都需要有导向装置,以保证手指的正确运动。此外,导向装置也可以承接臂遭受弯矩和扭矩以及臂转动的启动和制动力矩产生的转动惯量,运动部件应力状态很简单。躯干 躯干是用于安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。2)驱动系统 驱动系统是一种由控制装置、动力源和辅助装置组成,驱动工业机械手执行机构运动的动力装置。一般的驱动系统有液压传动、电力传动、气压传动和机械传动。液压驱动式 液压驱动式机械手通常由液动机(各种油箱,机油)、伺服阀、泵、油箱和其他组件组成驱动系统,由机械手执行机构进行工作。通常它具有很高的
11、抓举能力(高达几百公斤以上),其特点是动作流畅、结构紧凑、耐冲击、抗震动、防爆性好,但液压元件制造精度要求高,密封性能好,否则漏油会造成环境污染。气压驱动式 它的驱动系统通常由气阀、气缸、气罐和空气压缩机组成,其特点是气源方便、动作迅捷、结构简单、成本低、维护方便。但难以控制速度,压力不可太高,所以抓举能力较低。电气驱动式 这是机械手最常用的一种驱动方式。其特点是电源方便,响应速度快,驱动力较大(关节型的持重达到400kg),信号的检测、传输、便于操作,并可以控制使用各种灵活的解决方案。驱动电机一般采用步进电机,DC伺服电动机作为主驱动器(AC)。由于电机速度快,通常需要减速机构(如RV摆线的
12、谐波驱动器,驱动器,齿轮传动,螺杆驱动和多杆机构等)的使用。有些机械手已经开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动(DD),它可以使各机构能够简化,但也提高了控制精度。机械驱动式机械驱动只用于固定场合的运动。通常用凸轮连杆机构来实现动作。其特点是动作运行可靠,工作速度快,成本低,但不易调整。其他还有采用混合驱动,即液体-气体或电动-液压混合动力驱动。3)控制系统机械手控制元件包括机械手控制分为两个点控制,连续轨迹控制,以达到的位置,运动时间,速度,加速和减速等。根据要求,采用数字顺序控制。它必须首先被存储在编制方案,然后按照规定程序,控制机械手的工作程序存储方法有分离存储和集中存储。
13、各种控制因素的信息被分离存储分别存储于两个或两个以上的信息存储装置中,如顺序的信息存储在插销板、凸轮转鼓、穿孔带内;位置信息存储于时间继电器、恒速回转鼓等;集中存储是将所有的信息集中存储于一种存储设备内,如磁带、鼓等。这种方式在顺序、方位、时间、速度等都同时控制的场合下使用,即连续控制的情况下才能使用。在需要快速更改程序的场合用插销板。换一种程序需要交换一种插销板,相同的插件可以反复使用;穿孔纸带长度可容纳的程序没有限制,但如果发生错误的时候,我们就要更换所有;穿孔卡的信息容量是有限的,但是,容易更换、保存,可以重复使用;磁蕊和磁鼓只有在存储容量较大的场合下使用。至于选择什么样的控制元件,则根
14、据动作的复杂性和精确性来确定。对与动作复杂的机械手,一般采用求教再现的控制系统。更复杂的机械手则采用数字控制系统、小型计算机或微处理器控制的系统。控制系统用的最多的是插销板,其次是凸轮转鼓。附带多个凸轮,每一个凸轮被分配给一个运动轴,转鼓运动一周便完成一个循环。4) 位置检测装置控制机械手执行机构运动的位置,并及时将执行机构的位置反馈给控制系统,然后与设定的位置相比较,随后通过控制系统进行调整,从而使执行机构能够达到设定位置。1.2.2机械手的分类关于分类的问题,有许多不同种类的机械手,目前在全国都没有统一的分类标准,暂时按使用范围、驱动和控制系统进行分类。1) 按用途分可分为通用机械手和专用
15、机械手两种:通用机械手它是一种拥有独立的控制系统、动作灵活、程序可变的机械手。只要在规格性能范围内,其动作程序均是可变的,通过调整可以在不同的场合使用,驱动系统以及控制系统均是独立存在的。通用机械手的定位精度高、工作范围大、通用性很强,适用于改变生产品种的中小批量的自动化生产。专用机械手它是连接到主机,有固定程序却没有独立控制系统的装置。专用机械手动作少、结构简单、工作对象单一、可靠和成本低,适用于大批量自动化生产,如自动机床、“加口加工中心”下属的自动换刀和自动线装卸机械手。2) 按驱动方式分液压传动机械手是用液压来驱动执行机构运动的。气压传动机械手是用压缩空气的压力来让执行机构运动。机械传
16、动机械手即通过由机械传动机构(如凸轮、连接杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动。电力传动机械手有特殊结构,是由感应电机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的,因为没有中间转换机制,所以机械结构简单。3) 按控制方式分点位控制在几个点的位置及其之间的动点的空间运动,可以控制移动,无法控制它的轨迹。如果你想更多的控制点,会增加电控系统的复杂性。目前使用的特殊和一般的工业机械手都属于这一类。连续轨迹控制其空间轨迹为任何连续的曲线,作为一个无限的设定点,其特征在于,整个过程是移动的控制下,可以实现平滑精确运动,使用范围很广,但电气控制系统复杂。这种工业机械手一般采用小型计算机控制。第2章 机械手的
17、设计方案机械手的基本要求是能快速,准确地拾取和搬运物件,这需要它具有精度高,响应速度快,一定承载能力,足够的工作空间和自由度和灵活性能够自动地定位在任何位置和其他特征。机械手的设计原则是:充分分析的工作对象(工件)的操作技术要求,制定最合理的工作工序和流程,在满足功能要求的系统和环境条件下,工件的形状和材料的性能,定位精度要求结构清晰,抓取、搬运着力特性,尺寸和质量参数,以便进一步定义结构和操作的机械手控制的要求;尝试使用标准组件的刻板,从而简化了设计和制造过程,兼顾通用和专业性,并能实现灵活的转换和编程控制2.1机械手的座标型式与自由度按不同的运动形式,其座标型式可分为圆柱座标式、直角座标式
18、、关节式和球座标式。由于机械手工作时有升降,收缩和旋转运动,因此,使用圆柱坐标系。图 2-1是圆柱坐标机械手的机构运动简图图 2-1圆柱坐标机械手的机构运动简图相应机械手有三个自由度,以补偿小行程升降运动,手臂摆动机构增加,从而增加了摆动的手臂的自由度。图2-2是机械手的手指、手腕和手臂的运动图。图 2-2 机械手运动图2.2 机械手手部结构设计为了使机械手更通用,就把可更换的结构用来设计它的手部结构,当工件是板料的时候,使用气流负压吸盘;当工件是棒料的时候,使用夹持手部。图2-3 是机械手手部结构图图2-3机械手手部结构图2.3 机械手手腕结构设计考虑到机械手的通用性,因为被抓取的工件是水平
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械手的设计 毕业论文 机械手 设计
限制150内