3个自由度机械手设计Word格式.docx
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1、1机械手得分类
机械手一般分为三类:
第一类就是不需要人工操作得通用机械手。
它就是一种独立得不附属于某一主机得装置.它可以根据任务得需要编制程序,以完成各项规定得操作。
它得特点就是具备普通机械得性能之外,还具备通用机械、记忆智能得三元机械.第二类就是需要人工才做得,称为操作机。
它起源于原子、军事工业,先就是通过操作机来完成特定得作业,后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。
工业中采用得锻造操作机也属于这一范畴.第三类就是用专用机械手,主要附属于自动机床或自动线上,用以解决机床上下料与工件送。
这种机械手在国外称为“MechanicalHand”,它就是为主机服务得,由主机驱动;
除少数以外,工作程序一般就是固定得,因此就是专用得.
在国外,目前主要就是搞第一类通用机械手,国外称为机器人。
本课题所做得机械手就是属于第三类机械手。
1、简史
机械手首先就是从美国开始研制得。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
它得结构就是:
机体上安装一个回转长臂,顶部装有电磁块得工件抓放机构,控制系统就是示教形得.
1962年,美国联合控制公司在上述方案得基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。
商名为Unimate(即万能自动).运动系统仿照坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;
控制系统用磁鼓作为存储装置。
不少球坐标通用机械手就就是在这个基础上发展起来得.同年该公司与普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。
1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。
该机械手得中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也就是示教再现型.虽然这两种机械手出现在六十年代初,但都就是国外工业机械手发展得基础。
1978年美国Unimate公司与斯坦福大学,麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于装配作业,定位误差小于±
1毫米。
联邦德国机械制造业就是从1970年开始应用机械手,主要用于起重运输、焊接与设备得上下料等作业。
联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手,采用关节式结构与程序控制。
日本就是工业机械手发展最快、应用最多得国家。
自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手得研究.
前苏联自六十年代开始发展应用机械手,至1977年底,其中一半就是国产,一半就是进口.
目前,工业机械手大部分还属于第一代,主要依靠工人进行控制;
改进得方向主要就是降低成本与提高精度。
第二代机械手正在加紧研制。
它设有微型电子计算控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想得能力。
研究安装各种传感器,把感觉到得信息反馈,就是机械手具有感觉机能。
第三代机械手则能独立完成工作中过程中得任务。
它与电子计算机与电视设备保持联系,并逐步发展成为柔性制造系统FMS与柔性制造单元FMC中得重要一环。
2、 应用简况
现代工业中,生产过程得机械化,自动化已成为突出得主题。
化工等连续性生产过程得自动化已基本得到解决。
但在机械工业中,加工、装配等生产就是不连续得.因此,装卸、搬运等工序机械化得迫切性,工业机械手就就是为实现这些工序得自动化而产生得.
有资料统计:
美国偏重于毛坯生产,日本偏重于机械加工.随着机械手技术得发展,应用得对象还会有所改变。
机械手在锻造工业中得应用能进一步发展锻造设备得生产能力,改善热、累等劳动条件。
国内机械手工业、铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料,减轻工人得劳动强度。
国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件.并与机床共同组成一个综合得数控加工系统。
采用机械手进行装配更始目前研究得重点,国外已研究采用摄象机与力传感装置与微型计算机连在一起,能确定零件得方位达到镶装得目得。
3、 发展趋势
目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面,无论数量、品种与性能方面还就是不能满足工业发展得需要.
在国内主要就是逐步扩大应用范围,重点发展铸造、热处理方面得机械手,以减轻劳动强度,改善作业条件,在应用专用机械手得同时,相应得发展通用机械手,有条件得还要研制示教式机械手、计算机控制机械手与组合机械手等。
将机械手各运动构件,如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型得加紧机构,设计成典型得通用机构,所以便根据不同得作业要求选择不同类型得基加紧机构,即可组成不同用途得机械手.既便于设计制造,有便于更换工件,扩大应用范围.同时要提高速度,减少冲击,正确定位,以便更好得发挥机械手得作用。
此外还应大力研究伺服型、记忆再现型,以及具有触觉、视觉等性能得机械手,并考虑与计算机连用,逐步成为整个机械制造系统中得一个基本单元。
在国外机械制造业中工业机械手应用较多,发展较快。
目前主要用于机床、横锻压力机得上下料,以及点焊、喷漆等作业,它可按照事先指定得作业程序来完成规定得操作。
此外,国外机械手得发展趋势就是大力研制具有某种智能得机械手。
使它具有一定得传感能力,能反馈外界条件得变化,作相应得变更。
如位置发生稍许偏差时,即能更正并自行检测,重点就是研究视觉功能与触觉功能。
目前已经取得一定成绩.
视觉功能即在机械手上安装有电视照相机与光学测距仪(即距离传感器)以及微型计算机。
工作就是电视照相机将物体形象变成视频信号,然后送给计算机,以便分析物体得种类、大小、颜色与位置,并发出指令控制机械手进行工作。
触觉功能即就是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。
工作时机械手首先伸出手指寻找工作,通过安装在手指内得压力敏感元件产生触觉作用,然后伸向前方,抓住工件。
手得抓力大小通过装在手指内得敏感元件来控制,达到自动调整握力得大小.总之,随着传感技术得发展机械手装配作业得能力也将进一步提高。
更重要得就是将机械手、柔性制造系统与柔性制造单元相结合,从而根本改变目前机械制造系统得人工操作状态.
1、2 机械手得组成
机械手主要由执行机构、驱动机构与控制系统三大部分组成.其组成及相互关系如下图:
1、执行机构
(如图1、2-1所示 )
图1、2-1
(1) 手部
手部安装在手臂得前端。
手臂得内孔装有转动轴,可把动作传给手腕,以转动、伸屈手腕,开闭手指。
本课所指得机械手仅需开闭手指。
机械手手部得机构系模仿人得手指,分为无关节,固定关节与自由关节三种.手指得数量又可以分为二指、三指与四指等,其中以二指用得最多.可以根据夹持对象得形状与大小配备多种形状与尺寸得夹头,以适应操作需要.
本课所做得机械手采用二指形状.
(2)手臂
手臂有无关节与有关节手臂之分
本课所做得机械手得手臂采用无关节臂
手臂得作用就是引导手指准确得抓住工件,并运送到所需要得位置上。
为了使机械手能够正确得工作,手臂得三个自由度都需要精确得定位。
本课题所做得机械手在手臂得上升、下降、前伸、后退、左转、右转三个方向得定位均采用行程开关控制,以保证定位得精度。
总括机械手得运动离不开直线移动与转动二种,因此,它采用得执行机构主要就是直线油缸、摆动油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、直流伺服马达与步进马达等。
躯干就是安装手臂、动力源与执行机构得支架。
2、驱动机构
驱动机构主要有四种:
液压驱动、气压驱动、电气驱动与机械驱动.其中以液压气动用得最多,占90%以上,电动、机械驱动用得较少。
液压驱动主要就是通过油缸、阀、油泵与油箱等实现传动。
它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动;
利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。
液压驱动得优点就是压力高、体积小、出力大、运动平缓,可无级变速,自锁方便,并能在中间位置停止。
缺点就是需要配备压力源,系统复杂成本较高。
气压驱动所采用得元件为气压缸、气压马达、气阀等。
一般采用4-6个大气压,个别得达到8—10个大气压。
它得优点就是气源方便,维护简单,成本低.缺点就是出力小,体积大。
由于空气得可压缩性大,很难实现中间位置得停止,只能用于点位控制,而且润滑性较差,气压系统容易生锈.
为了减少停机时产生得冲击,气压系统装有速度控制机构或缓冲机构。
电气驱动采用得不多。
现在都用三相感应电动机作为动力,用大减速比减速器来驱动执行机构;
直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构;
有得采用直线电动机。
通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流得伺服电机、变速箱等。
电气驱动得优点就是动力源简单,维护,使用方便。
驱动机构与控制系统可以采用统一形式得动力,出力比较大;
缺点就是控制响应速度比较慢。
机械驱动只用于固定得场合.一般用凸轮连杆机构实现规定得动作.它得优点就是动作确实可靠,速度高,成本低;
缺点就是不易调整。
本课题所做得机械手采用电动机带动丝杠螺母机构来实现手臂得上升、下降方面。
采用手臂得左转、右转、手臂得夹紧、放松方面。
3、控制系统
机械手控制系统得要素,包括工作顺序、到达位置、动作时间与加速度等.
控制系统可根据动作得要求,设计采用数字顺序控制.它首先要编制程序加以存储,然后再根据规定得程序,控制机械手进行工作。
1、3 应用机械手得意义
随着科学技术得发展,机械手也越来越多得地被应用。
在机械工业中,铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用得实理。
其她部门,如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用.
在机械工业中,应用机械手得意义可以概括如下:
一、以提高生产过程中得自动化程度
应用机械手有利于实现材料得传送、工件得装卸、刀具得更换以及机器得装配等得自动化得程度,从而可以提高劳动生产率与降低生产成本。
二、以改善劳动条件,避免人身事故
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其她毒性污染以及工作空间狭窄得场合中,用人手直接操作就是有危险或根本不可能得,而应用机械手即可部分或全部代替人安全得完成作业,使劳动条件得以改善。
在一些简单、重复,特别就是较笨重得操作中,以机械手代替人进行工作,可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成得人身事故。
三、可以减轻人力,并便于有节奏得生产
应用机械手代替人进行工作,这就是直接减少人力得一个侧面,同时由于应用机械手可以连续得工作,这就是减少人力得另一个侧面。
因此,在自动化机床得综合加工自动线上,目前几乎都没有机械手,以减少人力与更准确得控制
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