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液压缸;
自动化
I
Abstract
InChinaindustrialligamentdevelopment,alotofhighproductivityhighprecisionmachiningequipmentsimportedfromabroad,suchasCNClathesandmillingmachines,andhaveseveralfunctionofmachinetogetherinprocessingcenter,etc..InthiskindofCNCmachinegreatlyimprovesthespeedofwork,productprocessingprecision,reducesthelaborintensityofwork,sopopular.Butthiskindofequipmentisalsoveryexpensive,somanydomesticenterprisestechnicalpersonnelintheoriginaloldmachineisimproved,toimproveproductivityandreducelaborintensityofworkers,industrialautomation,thiskindofimprovementisalsoverypopular.
Themanipulatorisdesignedinthispaperismainlyusedforhandlingtheworkpiece,theworkpieceweightislessthan10Kg,length150cm,width150cm,high150cmcube.Inordertoincreasetheversatilityofmanipulatorinstructure,asfaraspossiblecompactcase,maximumlimitisthemanipulatorhasalargecapturerange.
Thispapermainlyintroducestheconcept,compositionandclassificationofthemanipulator,freedomandcoordinates,movementanddevelopmentathomeandabroadtoaccept.Forthehandlingofacceptancefortheoverallprogramdesign,firstdrivemanipulatorforhydrauliccylinder,andthendeterminethecoordinatemanipulatorlikecylindricalcoordinate,thenumberofdegreesoffreedomis4,thenthedrivemanipulatorforhydrauliccylinder,andthendeterminedthemaintechnicalparametersofthemanipulator.Atthesametime,thestructuredesignofhandmanipulatoriscylinderlevertypehand,armstructureadoptshydrauliccylinderguideconnectingdoublewishbonestructure,basethemotordrivenverticalarmrotation.Fuselagestructureforliftingcylinderhydrauliccylinderstructure,calculatedclampingtheworkpiecerequireddrivingforce,thegripperrotationrequireddrivingtorque,thetelescopicarmrequireddrivingforcearmpitchingrequireddrivingforce,thearmliftingrequireddrivingforce,drivingtorqueandarmrotationrequired.Thendesignthestructureandsizeandthesupportingpartsoftheconnectionbetweenthepartsofthehydrauliccylinderloadingmanipulatorsizeandstructureandcomponents.
Keywords:
Manipulator;
hydraulicdrive;
hydrauliccylinder;
automation
II
摘要..........................................................................................................I
1绪论........................................................................................................1
1.1前言..............................................................................................................................1
1.2简史..............................................................................................................................1
1.3基本型式......................................................................................................................2
1.4机械手分类..................................................................................................................3
1.5应用概况......................................................................................................................5
1.6发展趋势......................................................................................................................9
2装箱机械手的整体设计............................................................................12
2.1机械手的组成............................................................................................................123机械手各部分机构设计............................................................................20
3.1手部结构设计............................................................................................................20
3.2横臂结构设计............................................................................................................21
3.3齿轮传动部分设计....................................................................................................21
3.4销轴设计....................................................................................................................25
3.5底座............................................................................................................................26
4传动系统及其他部分的设计....................................................................28
4.1气缸选择....................................................................................................................28
4.2液压缸选择................................................................................................................28
4.3电动机选择................................................................................................................31
4.4联轴器选择................................................................................................................33
4.5轴承的选择................................................................................................................35
4.6螺栓螺钉的选择........................................................................................................37
结论.......................................................................................................39
致谢.....................................................................................................40
参考文献.....................................................................................................40
附录.....................................................................................................42
禽岛学院本科毕业设计说明书(论文)
1绪论
1.1前言
机械手是能模仿人手和臂的某种动作功能,用以固定程序抓取、搬运物件或操作工具有自动操作装置。
机械手势最早出现的工业机器人。
也就是最早出现的现在机器人,它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害的环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工等部门
机械手主要由手部和运动机构组成。
手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。
一般专用机械手有2,3个自由度。
机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;
按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;
按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。
有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
在我国,近几年来也有较快的发展,并取得一定的效果,收到机械工业和铁路工业部门的重视。
机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识:
其一、它能按照生产工艺的要求,遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸;
其二、他能操作必要的机具进行焊接和装配。
从而大大地改善工人的劳动条件,显著的提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
其三、它能部分地代替人工操作;
因而,受到各先进工业国家的重视,投入大量的人力物力加以研究和应用。
尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合,应用的更加广泛。
1.2简史
机械手首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
它的结构是:
机体上安装一回转长臂,端部装有电磁铁的工件抓放机构,控制系统是示教型的。
1962年,美国联合控制公司在上述方案的基础上又研制成一台数控示教再现型机械手。
商名为Unimate(即万能自动)。
运动系统仿造坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩,用液压驱动;
控制系统用磁鼓作存贮装置。
不少球坐标式通用机械手就是在这个
1
基础上发展起来的。
同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司(Unimation),专门生产工业机械手。
1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Yersatran机械手,原意是灵活搬运。
该机械手的中央立往可以回转,臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动,控制系统也是示教再现型。
虽然这两种机械手出现在六十年代初,但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理土学院联合研制一种Unimltn-Vic-arm型工业机械手,装有小型电于计算机进行控制,用于装配作业,定位误差可小于土1毫米。
国际工业机械手(人)会议ISIR决定每年召开一次会议,讨论和研究机械手的发展和应用的问题。
同时有关的国家还相应召开本国的或欧洲工业机械手会议和展览会,1982年即有12个展览会,1983年上半年就有6个展览会。
通过国际性、地区性的年会、学术讨论会和展览会交流了机械手设计制造的经验,促进了机械手技术的发展和应用。
总之,目前工业机械手大部分还属于第一代,主要依靠人工进行控制;
控制方式则为开环式,没有识别能力;
改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机械手正在加紧研制。
它没有微型电于计算机控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想的能力。
研究安装各种传感器,把感觉到得信息反馈,使机械手具有感觉机能。
第三代机械手(机械人)则能独立地完成工作过程中的任务。
它与电于计算机和电视设备保持联系。
并逐步发展成为柔性制造系统FMS(F1exiblsManufacturingsystem)
和柔性制造单元FMC(FIexibleManufacturingCell)中重要一环。
随着工业机械手(机械人)研究制造和应用的扩大,国际性学术交流活动十分活跃,欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。
自1969年从美国引进二种典型机械手后,大力从事机械手的研究。
据报导(1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位达50多个。
1976年各大学和国家研究部门用在机械手的研究经费约占总研究费用的42,。
1979年日本机械手的产值达433亿日元,产量为14535台。
其中固定程序和可变程序约占一半,达222亿日元,是1978年的两倍(具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元,比1978年增长50,。
智能机械手大概为17亿日元,为1978年的6倍。
截至1979年,机械手累计产量达56900台。
在数量上已占世界首位,约占70%,并以每年50,60,的速度增长。
使用机械手最多的是汽车工业,其次是电机、电器。
1.3基本型式
机械手型式较多,按手臂的坐标型式而言,主要有四种基本型式——直角坐标式、圆柱坐标式,球坐标式和关节式,如图1-1示,简述如下:
2
直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手(它的手臂可作伸缩,左右和上下移动,按直角坐标形式X、Y、Z三个方向的直线进行运动。
圆柱坐标式机械手是应用最多的一种型式,它适用于搬运和测量工件。
具有直观性好,结构简单,本体占用的空间较小,而动作范围较大等优点。
圆柱坐标式机械手由X、Z、υ三个运动组成。
它的工作范围可分为:
一个旋转运动,一个直线运动(加一个不在直线运动所在乎面内的旋转运动;
两个直线运动加一个旋转运功。
球坐标式机械手是一种自由度较多,用途较广的机械手。
它是由X、θ、υ三个方面的运动组成。
关节式机械手是一种适用于靠近机体操作的传动型式。
它像人手一样有肘关节,可实现多个自由度(动作比较灵活,适于在狭窄空间工作。
。
(a)直角坐标式(b)圆柱坐标式
(c)球坐标式(d)关节式
图1-1机械手的基本型式
1.4机械手分类
机械手一般分为三类。
第一类是不需要人工操作的通用机械手。
它是一种独立的不附属于某一主机的装置。
他可以根据任务的需要编辑程序,已完成各项规定操作。
它的特点是具备普通机械的物理性能之外,还具备通用机械、记忆只能的三元机械。
第二类是需要工人操作的,成为操作机。
他起源于原子、军事工业,先是通过操作机来完成特
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定的作业,后来发展到用无线电讯号操作机械手来进行探测月球等。
工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。
第三类是专用机械手,主要附属于自动机床或自动线上,用以解决机床上下料和工件传送。
这种机械手在国外称为“MechanicalHand”,它是为主机服务的,由主机驱动;
除了少数外,工作程序一般是固定的,因此是专用的。
在国外,目前主要是摘第一类通用机械手,国外称为机械人(IndustrialRobot)。
1.4.1按控制型式分类
1.4.1.1点位控制型机械手
点位控制型机械手的运动轨迹是空间二个点之间的联接。
控制点数愈多,性能愈好。
它基本能满足于各种要求,结构简单。
绝大部分机械手是点位控制型。
1.4.1.2连续轨迹控制型机械手
这种机械手的运动轨迹是空间的任意连续曲线,它能在三维空间中作极其复杂的动作。
工作性能完善,但控制部分比较复杂。
控制方式分开关式和伺服式两种。
1.4.2按驱动方式分类
1.4.2.1液压传动机械手
是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。
其主要特点是:
抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。
但对密封装置要求严格,不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响,且不宜在高温、低温下工作。
若机械手采用电液伺服驱动系统,可实现连续轨迹控制,使机械手的通用性扩大,但是电液伺服阀的制造精度高,油液过滤要求严格,成本高。
1.4.2.2气压传动机械手
是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。
介质李源极为方便,输出力小,气动动作迅速,结构简单,成本低。
但是,由于空气具有可压缩的特性,工作速度的稳定性较差,冲击大,而且气源压力较低,抓重一般在30公斤以下,在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大,所以适用于
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