碼垛機(jī)器人

碼垛機(jī)器人,碼垛,機(jī)器人 分 類(lèi) 號(hào) 密 級(jí) 寧 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì) 所在學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 11機(jī)自x班 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 2015 年 3 月 31 日 摘 要 機(jī)器人碼垛機(jī)非常適合用于柔性包裝流水線(xiàn)，大大縮短了包裝周期時(shí)間。體積小、速度快，配有全套輔助設(shè)備（從集成式空氣與信號(hào)系統(tǒng)至抓料器）?？膳涮资褂冒b軟件，機(jī)械方面集成簡(jiǎn)單，編程更是十分方便。從效率上說(shuō)，碼垛機(jī)器人不僅能承擔(dān)高負(fù)重，而且速度和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工。 關(guān)鍵詞：機(jī)器人，碼垛 23 Abstract The robot palletizer is very suitable for the flexible packaging production line, greatly shorten the cycle time of packaging. With high precision, and excellent tracking performance of conveyor belt, whether fixed position operation, or movement in the operation, the pick and place precision are first-class. Small size, fast speed, equipped with a full set of auxiliary equipment (from the integrated air and signal system to catch feeder). Supporting the use of packaging machinery integration software, simple programming, it is very convenient. From the efficiency, palletizing robot can not only bear the high load, and the speed and quality is much higher than that of artificial. Key Words:palletizer 目 錄 第一章 前言 1.1機(jī)械手概述...............................................1 1.2機(jī)械手組成和分類(lèi).......................................2 1.2.1機(jī)械手組成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.2.2機(jī)械手分類(lèi)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第二章 機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 2.1機(jī)械手坐標(biāo)型式與自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.2機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.3機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.4機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.5機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6機(jī)械手控制方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.7機(jī)械手主要參數(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 2.8機(jī)械手技術(shù)參數(shù)列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 3.1.1手指的形狀和分類(lèi)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.1.3動(dòng)力設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1手腕自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.2手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 第五章 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì)與校核 5.1手臂伸縮部分尺寸設(shè)計(jì)與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.1.1尺寸設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 5.1.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21 5 .1 .3導(dǎo)向裝置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 5 .1 .4平衡裝置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.2手臂升降部分尺寸設(shè)計(jì)與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.2.1尺寸設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.3手臂回轉(zhuǎn)部分尺寸設(shè)計(jì)與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.3.1尺寸設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5.3.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 第六章 機(jī)械手PLC控制設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 6.1可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 6.1.1可編程序控制器的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 6.1.2可編程序控制器的工作過(guò)程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 6.2可編程序控制器的使用步驟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 第七章 結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 專(zhuān)業(yè)相關(guān)的資料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 摘 要 設(shè)計(jì)的手臂考慮到工作要求不高，負(fù)荷量也少，所以在設(shè)計(jì)中最優(yōu)先的同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸電動(dòng)機(jī)選擇第二，那個(gè)底盤(pán)動(dòng)力大馬達(dá)，第二軸力的最初的選擇的馬達(dá)選擇的第3軸力比前兩個(gè)比較小馬達(dá)，壓鑄底盤(pán)，想模し底盤(pán)一定沉重，否則可能會(huì)翻車(chē)，整個(gè)機(jī)器臂板金，一是考慮的鈑金加工簡(jiǎn)單，成本低，可塑性強(qiáng)，軸的位置固定旋轉(zhuǎn)，選擇用軸承固定軸承的部件用車(chē)床加工。關(guān)于用手指數(shù)控銑床。設(shè)計(jì)時(shí)第1軸底盤(pán)旋轉(zhuǎn)才3個(gè)齒輪減速，兩個(gè)但是空間和想不允許，4 : 1：降速，最初和第2共計(jì)4 : 1減速作用，第二第三的配合從1對(duì)1轉(zhuǎn)空間為目的的。然后第三個(gè)齒輪一些螺絲洞，固定電話(huà)。第二軸旋轉(zhuǎn)軸固定底盤(pán)轉(zhuǎn)盤(pán)上，選擇了，小軸承為軸，驅(qū)動(dòng)被使用了的最初的齒輪固定電機(jī)直接上升第二的手臂固定齒輪，達(dá)到3：降速。第三部分和第二軸肘軸和同樣的原理只有齒輪設(shè)計(jì)上，采用的是3 : 2的減速配合。極限方案1：正是距離極限開(kāi)關(guān)，即極限位置觸發(fā)馬達(dá)電源開(kāi)關(guān)后。極限方案2：終于傳感器控制，本設(shè)計(jì)中比較適合的是光耦傳感器，即紅外線(xiàn)發(fā)射信號(hào)，物體的運(yùn)動(dòng)到極限位置發(fā)射極接收機(jī)的信號(hào)傳感器接收后傳控制器、電動(dòng)機(jī)的停止轉(zhuǎn)動(dòng)。極限方案三：采用的是硬性限制和擋板沖突限制，機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)距離手其構(gòu)造限制，手臂的運(yùn)動(dòng)服結(jié)構(gòu)位置前，其自動(dòng)停止，必須讓。簡(jiǎn)單方便考慮本設(shè)計(jì)直接那個(gè)方案。 第一章 前言 1.1 機(jī)械手概述： 機(jī)械手和手腕能模仿的幾個(gè)動(dòng)作機(jī)能，有一定的程序，搬運(yùn)抓取物件和操作工具的自動(dòng)操縱裝置。機(jī)械手最早工業(yè)機(jī)器人，最早是現(xiàn)代機(jī)器人，它可以代替人的繁重的勞動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械化，自動(dòng)化，有害環(huán)境下的操作是保護(hù)人身安全，廣泛的機(jī)械制造、冶金、電力的孩子，輕工和原子力等部門(mén)。 現(xiàn)在的生活，科學(xué)技術(shù)日新月益的進(jìn)展，機(jī)器人和人的手臂的最大的不同是溫柔與堅(jiān)強(qiáng)。也就是說(shuō)機(jī)械手的最大優(yōu)點(diǎn)重復(fù)同樣的動(dòng)作機(jī)器的正常情況下永遠(yuǎn)也不累！機(jī)械手臂也越來(lái)越廣泛應(yīng)用，機(jī)械手這幾十年的發(fā)展的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，工作環(huán)境的精度和工作能力。工業(yè)機(jī)械手機(jī)器人的重要轉(zhuǎn)折。 根據(jù)種類(lèi)的不同，驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式，氣動(dòng)式，電動(dòng)式，機(jī)械式。特征是通過(guò)編程結(jié)束了各種各樣的預(yù)期的作業(yè)，結(jié)構(gòu)和功能兼?zhèn)涞娜撕蜋C(jī)械的各自的長(zhǎng)處手機(jī)器。 1.2 機(jī)械手組成和分類(lèi) 1.2.1.機(jī)械手組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示。 機(jī)械手組成方框圖:1-1 (一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 1，手： 即物件的接觸的零件。物件的形狀不同而接觸，可分為支持式和吸附式手本課題采用支持式手部構(gòu)造。支持式手部（手手指或指甲）和傳力機(jī)關(guān)構(gòu)成。手指和直接接觸部件的物件，是常用的手指的運(yùn)動(dòng)形式旋轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，所以廣泛應(yīng)用。平移型應(yīng)用少，其原因是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但移動(dòng)型手指支持圓形零部件的時(shí)候，工作直徑變化其軸的位置，為了不影響，適當(dāng)?shù)闹С种睆阶兓嚯x大的工作。手指的構(gòu)造來(lái)抓住物件的表面形狀，被逮捕的部位（外形和內(nèi)孔）和物件的重量和尺寸。常用的手指形狀的平面，V方面和曲面的：手指有外夾式和內(nèi)支持式；指數(shù)和雙式，多指式和雙手雙和式等。然后傳力機(jī)構(gòu)，手指發(fā)生夾緊力夾物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的：射門(mén)杠桿式，連桿杠桿式，斜面杠桿式、齒條和amp；小齒輪式、螺絲螺母彈簧式和重力式等。 2，手腕： 連接部是手和手腕零件可以使用調(diào)整抓住物件的方位（即姿勢(shì)） 3，手臂： 支承臂被抓的物件，手和手腕重要部件。手臂的作用是手指抓取物件預(yù)定要求搬運(yùn)到指定的位置。工業(yè)機(jī)械手手腕是通常的驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的零件（例如缸，汽缸，齒輪齒條機(jī)構(gòu)，鏈接機(jī)構(gòu)，螺旋的機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）和驅(qū)動(dòng)源（例如液壓，氣壓和電機(jī)等）合起，手腕動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)。 4，柱： 柱子支承臂零件，柱子也手臂的一部分，手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降（或間距）運(yùn)動(dòng)柱有著密切的關(guān)系。機(jī)械手立I的工作需要，有時(shí)也橫移動(dòng)，也就是被稱(chēng)為移動(dòng)式柱。 5，行車(chē)裝置： 本工業(yè)機(jī)械手完成的應(yīng)該是遠(yuǎn)程操作，或使用距離擴(kuò)大，機(jī)械基礎(chǔ)不安走盤(pán)式機(jī)關(guān)裝運(yùn)車(chē)輪鐵軌等裝置，行駛實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手機(jī)械運(yùn)動(dòng)。盤(pán)式布路面和無(wú)軌的2種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)又增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。 6，皮帶驅(qū)動(dòng)： （二）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓傳動(dòng)，空氣傳動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手規(guī)定要求的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)?，F(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)和電定位（或機(jī)械塊定位）系統(tǒng)構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)，電氣控制和流體控制兩種，它的支配著機(jī)械手規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)， （2）的控制系統(tǒng) 現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)和電定位（或機(jī)械塊定位）系統(tǒng)構(gòu)成。 1.2.2 .機(jī)械手分類(lèi) （1）用途分 機(jī)械手可分為專(zhuān)用機(jī)械手與手的2種類(lèi)通用機(jī)械： 1，專(zhuān)用機(jī)械手 那是附屬實(shí)體，一定的程序獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。 2，通用機(jī)械手 它是一種獨(dú)立控制系統(tǒng)的程序的動(dòng)作，變數(shù)，靈活多樣的機(jī)械手。性能的距離內(nèi)，其變量的行動(dòng)程序，不同的場(chǎng)合使用調(diào)整，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的。 （二）驅(qū)動(dòng)方式分 1，液壓傳動(dòng)手 液壓驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)關(guān)的壓力的運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是：幾百公里以上重，傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作機(jī)敏。 2，氣壓傳動(dòng)手 壓縮空氣的壓力驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)關(guān)的運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。 3，機(jī)械傳動(dòng)手 即機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（例如，凸輪，連桿、齒輪機(jī)架或間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬的專(zhuān)用機(jī)械手工的主機(jī)，機(jī)床，其動(dòng)力傳輸?shù)摹Ｋ闹饕攸c(diǎn)是正確的信賴(lài)的工作中使用的運(yùn)動(dòng)，主機(jī)上，材料。工作頻率很大，但結(jié)構(gòu)較大，行動(dòng)程序不可變。 4，電力傳動(dòng)手 即特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，線(xiàn)性馬達(dá)和電力步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)關(guān)從手中的運(yùn)動(dòng)機(jī)械，中間的轉(zhuǎn)換器，所以不必，機(jī)械的構(gòu)造簡(jiǎn)單。其中的線(xiàn)性馬達(dá)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度快和距離長(zhǎng)，維護(hù)和方便。這個(gè)機(jī)器的手還不多，但是有發(fā)展前途。 (三)按控制方式分 1，時(shí)候控制它的運(yùn)動(dòng)空間點(diǎn)時(shí)間之間的移動(dòng)，只控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中一些位置控制不了時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲望控制的點(diǎn)，必然的增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專(zhuān)用和通用工業(yè)機(jī)械手。 2，連續(xù)軌跡控制其運(yùn)動(dòng)軌跡空間的任意連續(xù)曲線(xiàn)，其特點(diǎn)是設(shè)定時(shí)無(wú)限的移動(dòng)，整個(gè)過(guò)程控制下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和正確的運(yùn)動(dòng)，并且使用距離廣，電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜。這一種工業(yè)機(jī)械手一般小型計(jì)算機(jī)控制。 第二章 機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 機(jī)械手基本要求是快速、準(zhǔn)確地拾-搬運(yùn)和公寓，在這種情況下，它們的高精度，快速反應(yīng)，有一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及任何位置也自動(dòng)定位等特性。電器機(jī)械設(shè)計(jì)手的原則是：充分分析作業(yè)對(duì)象（工作）的工作的技術(shù)要求籌劃最合理的作業(yè)工程和技術(shù)，并滿(mǎn)足系統(tǒng)功能的要求和環(huán)境條件構(gòu)造的形狀和材料的特性，定位精度要求，自由泳，搬運(yùn)時(shí)的力量接受，尺寸和質(zhì)量特性參數(shù)等，并且被確定，機(jī)械手構(gòu)造及運(yùn)行控制的要求。盡量使用定型的標(biāo)準(zhǔn)模塊，簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)，制造過(guò)程，兼顧通用性和專(zhuān)用性實(shí)現(xiàn)的柔性轉(zhuǎn)換程序控制。此次的設(shè)計(jì)的機(jī)械手通用氣壓準(zhǔn)備機(jī)械手，是一種適合批及中，少量生產(chǎn)的，不改變能行動(dòng)程序自動(dòng)運(yùn)送和操作設(shè)備，勞動(dòng)強(qiáng)度和操作單調(diào) 2.1．機(jī)械手坐標(biāo)型式與自由度 手手臂的不同的機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式的組合的情況，那個(gè)坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式圓柱座標(biāo)式，球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。這個(gè)機(jī)器的手，訓(xùn)練的時(shí)候手臂升降，收縮和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用，因此，圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手3個(gè)的自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)距離小規(guī)模的缺點(diǎn)，手臂增加增加揮桿機(jī)構(gòu)的胳膊的擺動(dòng)的自由度 2.2 .機(jī)械手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 為了獲得機(jī)械通用性強(qiáng)，機(jī)械手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以變更構(gòu)造，工作是棒時(shí)使用支持式手， 2.3 .機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 手考慮機(jī)械通用性，又抓住工作水平放置，所以我們必須手臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)工作要求的。所以，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。 2.4 .機(jī)械手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 自由泳要求工作，本機(jī)器手腕是3個(gè)的自由度，即手臂的伸縮，左右的旋轉(zhuǎn)和降（或間距）運(yùn)動(dòng)。手臂的旋轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)通過(guò)人的手臂模擬3軸旋轉(zhuǎn)的通過(guò)實(shí)現(xiàn)的。 2.5 .機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作而迅速，敏感反應(yīng)，抵抗的損失和泄漏小，簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單的安裝與維護(hù)成本低，所以手電力驅(qū)動(dòng)方式機(jī)械。 2.6 .機(jī)械手控制方案設(shè)計(jì) 機(jī)械通用性考慮著你的手，同時(shí)使用時(shí)位控制采用，所以可編程控制器（PLC）機(jī)械控制。機(jī)械手的動(dòng)作流動(dòng)變化的時(shí)候，PLC程序只改變實(shí)現(xiàn)，非常方便。 2.7 .機(jī)械手的主要參數(shù) 一手抓機(jī)器最大重是其規(guī)格的主要參數(shù)，氣壓驅(qū)動(dòng)方式，所以思考抓取物體太重了，調(diào)查相關(guān)機(jī)器手參數(shù)，結(jié)合的工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量爬泳5公里 基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度機(jī)械手主要基本參數(shù)。操作手的節(jié)奏機(jī)械設(shè)計(jì)速度速度要求，限制其使用距離低。然后影響機(jī)械手動(dòng)作速度的主要原因是手臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)速度。手機(jī)械的動(dòng)作時(shí)啟動(dòng)，停止過(guò)程的加減速存在，速度距離曲線(xiàn)說(shuō)明速度特性比較全面的，所以平均速度和日程，已故的平均速度顯示速度的速度更適合速度特性。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)也伸縮日程和工作半徑。大部分的機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐或站著一點(diǎn)點(diǎn)操作的空間里走。大的伸縮日程和工作半徑，必然偏重增大剛性力矩。在這種情況下宜自動(dòng)傳輸裝置好。統(tǒng)計(jì)相比，這個(gè)機(jī)器的手腕伸縮最大工作半徑約1800。定位精度也基本參數(shù)的一個(gè)。這臺(tái)機(jī)械手定位精度。 2.8. 機(jī)械手技術(shù)參數(shù)列表 一、用途: 用于自動(dòng)輸送線(xiàn)的上下料。 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù): 1、抓重: 2、自由度數(shù):5個(gè)自由度 3、坐標(biāo)型式:圓柱坐標(biāo) 4、最大工作半徑:1800mm 5、手臂最大中心高:1800mm 6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù): 伸縮距離900mm 伸縮速度90°/s 升降距離900mm 回轉(zhuǎn)距離0到150° 回轉(zhuǎn)速度 7、手肘運(yùn)動(dòng)參數(shù): 回轉(zhuǎn)距離 0到270° 回轉(zhuǎn)速度 8、底盤(pán)運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)距離 0到270° 回轉(zhuǎn)速度90°/s 9、定位方式:距離開(kāi)關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等 10、定位精度: 11、驅(qū)動(dòng)方式:電動(dòng)傳動(dòng) 12、控制方式: 機(jī)械手臂效果圖2-6 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1夾持式手部結(jié)構(gòu) 支持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的2，式，多指式和雙手雙和式：手指支持工作的部位可分為內(nèi)卡帶（或內(nèi)膨脹式）和外別針式的2種：模仿人手上，手指的活動(dòng)手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型（或是直線(xiàn)型），其中兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型基本型式。 3.1.1手指的形狀和分類(lèi) 支持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的2，式，多指式和雙手雙和式：手指支持工作的部位可分為內(nèi)卡帶（或內(nèi)膨脹式）和外別針式的2種：模仿人手上，手指的活動(dòng)手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型（或是直線(xiàn)型），其中兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型基本型式。 3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 （一）具有腳夠的握力（即夾緊力） 在確定手指握力，除考慮重量外，還考慮傳送過(guò)程中產(chǎn)生性力和振動(dòng)，保證工件不產(chǎn)生松動(dòng)。 （二）手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角 應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度度的要求。 （三）保證工件準(zhǔn)確定位 翻譯圓柱形工件采用帶“V”形方面的手指，以航班自動(dòng)定心。 （四） 根據(jù)桌子桌子機(jī)械手工作需求，通過(guò)比較，我們采用的桌子桌子機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)是一次轉(zhuǎn)型支點(diǎn)兩指，由于工件多為圓柱形狀，已故的手指形狀設(shè)計(jì)成V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。 3.1.3動(dòng)力設(shè)計(jì) 1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 本課題電機(jī)機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示， 蝸輪蝸桿參數(shù) 受力分析 其工件重量G=5公斤， V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為 (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為: (2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式: 所以 (3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力: I,因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的最大加 速度取時(shí)，則: 所以 所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為。 第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 手腕自由度 手臂手和手腕連接部件，其作用的調(diào)整和工作的方向改變的，因此它是獨(dú)立的自由度的機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作求。手臂的自由度的選擇和機(jī)械手通用性，加工技術(shù)要求放下工作方位和定位精度等很多因素有關(guān)。這個(gè)機(jī)器的手抓住工作水平，同時(shí)考慮放在通用性，所以轉(zhuǎn)動(dòng)手臂設(shè)置x軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)工作要求的現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)手臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的是旋轉(zhuǎn)油（氣）缸，因此我們使用旋轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，旋轉(zhuǎn)角度，并且嚴(yán)格的貼紙。 4. 2手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 手臂的旋轉(zhuǎn)，上下左右擺動(dòng)的同時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，手腕旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)扭矩必須克服時(shí)的手腕啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩，手腕上的旋轉(zhuǎn)軸與支持加的摩擦阻力力矩，動(dòng)片內(nèi)徑，定片帽等密封裝置摩擦阻力和旋轉(zhuǎn)力矩件中心旋轉(zhuǎn)軸重疊的偏重力矩.圖4—1顯示的是手腕應(yīng)力的示意圖。 圖4-1手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài) 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算: 式中: - 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(); - 慣性力矩(); - 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)電機(jī))對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)所產(chǎn)生的偏重力矩()., ; - 手腕回轉(zhuǎn)與定片端蓋等處密封裝置的摩擦阻力 矩(); 下面以圖4-1所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算: 1、手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M悅 若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為，則: 式中:- 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; - 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量`。 若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為: 式中: - 工件對(duì)過(guò)重心軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: - 工件的重量(N); - 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的偏心距(cm), - 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s); - 起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s); — 起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。 2、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + () 式中: - 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N); - 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的偏心距(cm) 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)重合時(shí)，則. 3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩 () 式中: ，- 轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm); - 摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承，對(duì)于滑動(dòng)軸承; ,- 處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解， 根據(jù),得: 同理，根據(jù)(F),得: 式中:- 的重量(N) ,— 如圖4-1所示的長(zhǎng)度尺寸(cm). 第五章 手臂伸縮的尺寸設(shè)計(jì)與校核 5.1手臂伸縮結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)與校核 5.1.1手臂尺寸 手臂伸縮為900mms所用電機(jī)為 90TDY060-3A:最大功率為70W 同步轉(zhuǎn)速為60R/min 最大轉(zhuǎn)矩為3600mN.m 自重3.2kg 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)距離為270°，設(shè)計(jì)思路在0°到270°的2邊各安裝一個(gè)距離開(kāi)關(guān)，或者紅外傳感器。 5.2.2 尺寸校核 長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=900mm, 電機(jī)功率：P=1.732×U×I×cosφ 電機(jī)轉(zhuǎn)矩：T=9549×P/n ； 電機(jī)功率 轉(zhuǎn)矩=9550*輸出功率/輸出轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩=9550*輸出功率/輸出轉(zhuǎn)速 P = T*n/9550 公式推導(dǎo) 電機(jī)功率，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速的關(guān)系 功率=力*速度 P=F*V---公式1 轉(zhuǎn)矩(T)=扭力(F)*作用半徑(R) 推出F=T/R ---公式2 1．測(cè)定手腕質(zhì)量為10kg,則重力 1， 設(shè)計(jì)加速度，則慣性力 總受力 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。 5.3.2 尺寸校核 1．測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤(pán)上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （） 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), 總驅(qū)動(dòng)力矩 設(shè)計(jì)尺寸滿(mǎn)足使用要求。 第五章 機(jī)械手PLC控制設(shè)計(jì) 6. 1可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程 6.1.1 可編程序控制器的選擇 考慮到機(jī)械手通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制.當(dāng)機(jī)械手動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。 6.1.2 可編程序控制器的工作過(guò)程 可編程控制器實(shí)施，通過(guò)各種各樣的用戶(hù)程序控制完成任務(wù)。因此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過(guò)程4個(gè)階段，可分為。 第一階段是初始化處理。 可編程控制器的輸入端子直接與主機(jī)CPU相連，輸入輸出狀態(tài)的詢(xún)問(wèn)，輸入輸出模式寄存器來(lái)說(shuō)。輸入輸出模式寄存器別名I / 0狀態(tài)表。這個(gè)表的專(zhuān)業(yè)保管輸入輸出狀態(tài)信息的記憶領(lǐng)域。那個(gè)保存輸入狀態(tài)信息的內(nèi)存和輸入狀態(tài)寄存器；保管輸出狀態(tài)信息的內(nèi)存和輸出模式寄存器。開(kāi)機(jī)CPU，首先I / 0狀態(tài)表復(fù)位，自我診斷。工作確認(rèn)其硬件正常后，進(jìn)入下一個(gè)階段。 第二階段，輸入信號(hào)處理階段。 輸入信號(hào)處理階段，CPU對(duì)輸入狀態(tài)掃描，各自的輸入端子獲得的狀態(tài)信息送到I / 0狀態(tài)表保管。同樣的掃描周期，各自的輸入時(shí)的狀態(tài)I / 0狀態(tài)表來(lái)維持，各自的輸入端子不接受信號(hào)的變化的影響所造成的混亂，因此不能運(yùn)算結(jié)果，這個(gè)周期用戶(hù)程序的正確執(zhí)行。 第三階段程序處理階段。 輸入狀態(tài)信息全部的I / 0狀態(tài)表后，CPU工作第三階段進(jìn)入。在這一階段，可編程控制器用戶(hù)程序順次掃描，各I / 0狀態(tài)和關(guān)系運(yùn)算處理指令進(jìn)行最后的結(jié)果寫(xiě)入的I / 0狀態(tài)表狀態(tài)輸出寄存器。 第四階段是輸出處理階段。 段CPU對(duì)用戶(hù)程序是掃描處理完成，運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入的I / 0狀態(tài)表狀態(tài)寄存器。這個(gè)時(shí)候的輸入信號(hào)輸出模式寄存器中取出，送到輸出閂鎖電路，驅(qū)動(dòng)功率繼電器線(xiàn)圈的罪，控制設(shè)備的各種各樣的相應(yīng)的動(dòng)作。然后，CPU執(zhí)行下面循環(huán)的掃描周期。 6.2 機(jī)械手可編程序控制器控制方案 第七章 結(jié)論 1，本次設(shè)計(jì)的電通用機(jī)械手，對(duì)專(zhuān)用機(jī)械手，通用機(jī)械手自由次可變，控制程序可以調(diào)節(jié)，所以更廣泛適用面。 2，電力驅(qū)動(dòng)采用，快，敏感，能實(shí)現(xiàn)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，容易自動(dòng)控制。作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性好，環(huán)境的變化的影響是不傳動(dòng)和控制性能。同時(shí)成本低廉。 3，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)工作原理圖的參數(shù)化描繪，大大地描畫(huà)速度，節(jié)省了大量的時(shí)間和為了避免不必要的重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)做到了圖紙統(tǒng)一。 4，機(jī)械手PLC控制，采用信賴(lài)性高，靈活改變程序等的長(zhǎng)處也進(jìn)行時(shí)間控制的距離都控制和混合動(dòng)力控制，PLC程序設(shè)定。根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作順序程序修改，機(jī)械手通用性強(qiáng)。 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近尾聲了，也意味我在大學(xué)的生活就要?jiǎng)澤弦粋€(gè)句號(hào)?；剡^(guò)頭來(lái)看看自己做設(shè)計(jì)的過(guò)程，也有很多體會(huì)。助推器的助推方案不斷推倒，不斷重建。也讓我對(duì)專(zhuān)業(yè)技能有了更深的了解。 首先，誠(chéng)摯感謝我的指導(dǎo)老師。每當(dāng)我有不懂的問(wèn)題的時(shí)候，老師總是耐心為我解答，而且解答地很詳細(xì)，讓我對(duì)下一步的工作有了清晰的認(rèn)識(shí)。在我沒(méi)有頭緒的時(shí)候，老師總是適時(shí)地提出自己的建議，循循善誘，給我思考的空間，鍛煉了我的專(zhuān)業(yè)思維。老師總是抽出自己的時(shí)間來(lái)督促我論文的進(jìn)度，這是很無(wú)私的。在此，向老師表示崇高的謝意！ 感謝四年來(lái)同學(xué)、老師的陪伴，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴暮蛯氋F的建議，有了他們的支持和鼓勵(lì)，才讓我度過(guò)了四年充實(shí)的大學(xué)生活。 參考文獻(xiàn) 1.孫桓 等主編.機(jī)械原理(第六版) .高等教育出版社，2001 2.馬香峰 主編.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì). 冶金工業(yè)出版社 ,1996 3.宗光華 張慧慧譯.機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制. 科學(xué)出版社 ， 2004 4. 鄭笑級(jí) 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2004 5.Y.Fujimoto and A.kawamura.Autonomous Control and 3D Dynamic Simulation walking Robot Incuding Environmental Force Interaction. IEEE Robbtics and Automnation Magzuine,1998,5(2):33～42 6.劉慶國(guó)，劉力 編著．計(jì)算機(jī)繪圖．高等教育出版社， 2003 7.濮良貴 主編， 機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）. 高等教育出版社， 2006 8.馬香峰 等編著， 工業(yè)機(jī)械手操作機(jī)設(shè)計(jì). 冶金工業(yè)出版， 1995 9.日本機(jī)器人學(xué) 會(huì)編， 機(jī)器人技術(shù)手冊(cè). 科學(xué)出版社， 1996 10.付京遜、C·S·G李 編，機(jī)器人學(xué). 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社， 1989 11.張建民 主編， 工業(yè)機(jī)器人. 北京理工大學(xué)出版社， 1987 12.[俄]IO·M索爾 編，工業(yè)機(jī)器人圖冊(cè). 機(jī)械工業(yè)出版社， 1991 13.Huang Z.Wang J Identification of principal screw of 3-DOF parallel manipulators by quadric degeneration 2001 14.Herve J M The lie group of rigid body displacements,a fundamental tool for mechanism design 1999 15.Cai G Q.Hu M.Guo C Development and study of a new kind of 3-DOF tripod 1999(1) 16.Hunt K H Structural kinematics of in-parallel actuated robot-arms 1983(11) 17.Siciliano B Tricept robot:inverse kinematics,manipulability analysis and closed-loop direct kinematics algorithm 1999(4) 18.Romdhane L Design and analysis of a hybrid serial-parallel manipulator 1999(7) [10] 19.熊有倫. 機(jī)器人學(xué)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1993. 20. John J Craig 著. 機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論(原書(shū)第3 版)[M]. 贠超等(譯) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2006. 21.宋偉剛．機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)原理、理論方法和算法[M]．沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2001． 參考 選材: 1. 動(dòng)力: (1):第一軸底盤(pán)馬達(dá)選 90TDY060-3A:最大功率為70W 同步轉(zhuǎn)速為60R/min 最大轉(zhuǎn)矩為3600mN.m 自重3.2kg 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)距離為270°，設(shè)計(jì)思路在0°到270°的2邊各安裝一個(gè)距離開(kāi)關(guān)，或者紅外傳感器。 （2）.第二軸馬達(dá)選 90TDY060 最大功率為70W 同步轉(zhuǎn)速為60R/min 最大轉(zhuǎn)矩為2400mN.m 自重3.2kg.。 (3).第三軸馬達(dá)選 90TDY060 最大功率為70W 同步轉(zhuǎn)速為60R/min 最大轉(zhuǎn)矩為2400mN.m 自重3.2kg.。 （已知齒輪嚙合條件為模數(shù)相同，壓力角一樣，線(xiàn)速度一樣，角速度之比為ω1/ ω2=Z2/Z1，ω為角速度z齒數(shù)） 2. 減速設(shè)計(jì) (1). 馬達(dá)固定齒輪A齒輪參數(shù) 模數(shù)m為1.5 齒數(shù)Z為12 分度圓直徑為18 壓力角為20°厚度s為10。 （2）. 馬達(dá)一：電機(jī)一分鐘60轉(zhuǎn)即一秒轉(zhuǎn)動(dòng)360°，任務(wù)要求底盤(pán)第一轉(zhuǎn)軸每秒轉(zhuǎn)90°，所以需要配1：4減速齒輪，齒數(shù)之比為1：4：4；所以第一軸減速齒輪設(shè)計(jì)為2次減速B1 齒輪參數(shù) 模數(shù)m為1.5 齒數(shù)Z為48 分度圓直徑為 72 壓力角為20°厚度S 為10 減速B2 齒輪參數(shù) 模數(shù)m為1.5 齒數(shù)Z為48 分度圓直徑為 72 壓力角為20°厚度S 為10 （3）. 馬達(dá)二電機(jī)一秒種一轉(zhuǎn)，任務(wù)要求一秒鐘轉(zhuǎn)120°，需要配個(gè)1：3的減速齒輪齒數(shù)之比為1:3；所以第二軸減速齒輪設(shè)計(jì)為C 齒輪參數(shù) 模數(shù)m為1.5 齒數(shù)Z為36 分度圓直徑為54 壓力角為20° 厚度S為10 （4）. 馬達(dá)三電機(jī)一秒種一轉(zhuǎn)，任務(wù)要求一秒鐘轉(zhuǎn)90°，需要配個(gè)2：3的減速齒輪齒數(shù)之比為1:3；所以第三軸減速齒輪設(shè)計(jì)為D齒輪參數(shù) 模數(shù)m為1.5 齒數(shù)Z為18 分度圓直徑為27 壓力角為20°厚度S為10。