五自由度鈑金機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含ProE三維及6張CAD圖.zip

五自由度鈑金機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含ProE三維及6張CAD圖.zip,自由度,機(jī)械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),ProE,三維,CAD I 摘 要 機(jī)械手也被叫做自動(dòng)手 它能夠模仿人手臂的其中一些動(dòng)作 是一種可以 通過固定程序來進(jìn)行抓取 搬運(yùn)物件或者操作工具的自動(dòng)操作設(shè)備 這次設(shè)計(jì)的題目是五自由度鈑金機(jī)械手 它擁有五個(gè)獨(dú)立的動(dòng)作 運(yùn)動(dòng)臂 部回轉(zhuǎn) 臂部伸縮 碗部升降 腕部回轉(zhuǎn) 手部俯仰 通常這也是我們說的五 個(gè)自由度 整個(gè)機(jī)械手的組成結(jié)構(gòu)可以分成下面幾部分 臂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 臂部 伸縮機(jī)構(gòu) 碗部升降機(jī)構(gòu) 腕部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 手部俯仰機(jī)構(gòu) 這次設(shè)計(jì) 初始階段是對(duì)機(jī)械手的現(xiàn)狀進(jìn)行全面的分析調(diào)研 按此基礎(chǔ)內(nèi) 容提出機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 之后 設(shè)計(jì)出主要構(gòu)成部件的結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度并且進(jìn) 行校核 最后 運(yùn)用 AutoCAD 制圖軟件繪制出機(jī)械手的裝配圖 主要零件圖 再運(yùn)用 Pro E 軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真 經(jīng)過這次設(shè)計(jì) 我們鞏固了大學(xué)學(xué)到的專業(yè)知識(shí) 機(jī)械原理 機(jī)械設(shè)計(jì) 材料力學(xué) 公差與互換性理論 機(jī)械制圖等學(xué)科 掌握了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法 流程并且可以熟練地使用 AutoCAD 制圖和 Pro E 軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)軟件 相信 這樣的體驗(yàn)對(duì)以后的學(xué)習(xí)和生活都有很重要的意義 關(guān)鍵字 五自由度 鈑金 機(jī)械手 三維 運(yùn)動(dòng)仿真 II Abstract A manipulator can also be called an automatic hand It can mimic some of the action functions of the hand and arm It is an automatic operating device that can be used to grab carry objects or operate tools according to a fixed program The title of the design is a five degree of freedom sheet metal manipulator which has five independent arm revolving arm expansion bowl lifting wrist rotation and hand pitching which is the five degree of freedom that is said The whole manipulator is composed of arm slewing mechanism arm telescopic mechanism bowl lifting mechanism wrist slewing mechanism and hand pitching mechanism In this design the initial stage is a comprehensive analysis and investigation of the status of the manipulator and the design scheme of the manipulator is put forward according to this basic content After that the structure and strength of the main components are designed and checked Finally the assembly drawing of the manipulator the main part drawings and the use of P with the AutoCAD drawing software are drawn Ro E software is used for 3D design and motion simulation After this design we have consolidated the professional knowledge of the University mechanical principles mechanical design material mechanics tolerance and interchangeability theory mechanical drawing and other disciplines mastered the design method of mechanical products and can be skilled in the use of AutoCAD graphics and Pro E software for three dimensional design software Experience is very important for future learning and life Key words five degree of freedom sheet metal manipulator 3D motion simulation III 目 錄 摘 要 I Abstract II 第 1 章 緒 論 1 1 1 研究背景及意義 1 1 2 機(jī)械手概述 1 1 2 1 機(jī)械手的組成 2 1 2 2 機(jī)械手的分類 2 1 3 國(guó)內(nèi)外研究及現(xiàn)狀 3 1 3 1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 3 1 3 2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 3 1 4 主要內(nèi)容 4 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 5 2 1 設(shè)計(jì)要求 5 2 2 結(jié)構(gòu)及原理分析 5 2 3 總體方案設(shè)計(jì) 5 2 3 1 驅(qū)動(dòng)方案選擇 5 2 3 2 抓取方案選擇 5 2 3 3 機(jī)械臂 機(jī)身 機(jī)座方案選擇 6 2 3 4 總體方案確定及工作原理 6 2 4 運(yùn)動(dòng)范圍的選定 7 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 8 3 1 臂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 3 1 1 回轉(zhuǎn)底座設(shè)計(jì) 8 3 1 2 回轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇 8 3 1 3 回轉(zhuǎn)減速器的選擇 11 3 3 4 回轉(zhuǎn)主軸及軸上零件的設(shè)計(jì)與校核 11 3 2 手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 IV 3 2 1 受力分析 16 3 2 2 伸縮電機(jī)及絲杠選擇 16 3 3 腕部升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 3 3 1 受力分析 17 3 3 2 升降電機(jī)及絲杠選擇 18 3 4 腕部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3 4 1 受力分析 19 3 4 2 回轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇 21 3 5 吸盤俯仰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及吸盤選擇 21 3 5 1 俯仰電機(jī)及絲杠的選擇 21 3 5 2 吸盤轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì) 23 3 5 3 吸盤的選擇 24 第 4 章 基于 PRO E 的三維設(shè)計(jì)及仿真 29 4 1 PRO E 三維設(shè)計(jì)軟件概述 29 4 2 三維設(shè)計(jì) 31 4 2 1 臂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 31 4 2 2 臂部伸縮機(jī)構(gòu) 31 4 2 3 腕部升降機(jī)構(gòu) 32 4 2 4 腕部回轉(zhuǎn) 吸盤俯仰機(jī)構(gòu) 32 4 2 5 總體裝配模型 32 4 3 運(yùn)動(dòng)仿真 33 結(jié) 論 35 參考文獻(xiàn) 36 致 謝 37 1 第 1 章 緒 論 1 1 研究背景及意義 按照實(shí)際生產(chǎn)的需求 我們才有了這次課題的研究 在汽車制造等行業(yè)相 關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行制造生產(chǎn)時(shí)會(huì)用到很多鈑金件 而鈑金件的加工過程里 例如沖壓 焊接等工藝都要用到機(jī)械來完成鈑金的上下料 這時(shí)就要有靈活 適用性強(qiáng) 高性能的鈑金機(jī)械手來配合節(jié)奏高效的汽車生產(chǎn)線 這次的課題以五自由度鈑金機(jī)械手作為設(shè)計(jì)對(duì)象 嚴(yán)格按照機(jī)械設(shè)計(jì)制造 專業(yè)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行 讓我們深入的理解并掌握大學(xué)的專業(yè)知識(shí) 加強(qiáng)專業(yè)技能 也確實(shí)把所學(xué)的理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐得到了有機(jī)結(jié)合 設(shè)計(jì)思路必須條理化 系統(tǒng)化 先了鈑金機(jī)械手的概況和基本特征 通過查閱相關(guān)資料 了解其構(gòu)造 然后進(jìn)行設(shè)計(jì) 期間遇到的問題舉不勝舉 各個(gè)專業(yè)課之間相關(guān)聯(lián)的知識(shí)也要 很好的代入 這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 給我最大的體會(huì)就是熟練操作技能取決于我們對(duì) 專業(yè)的熟練程度 最關(guān)鍵的是嘗試了獨(dú)立思考問題 通過自己翻閱相關(guān)資料 利用手上現(xiàn)有的資料去解決實(shí)際遇到的問題 相信這樣的一個(gè)過程對(duì)將來的學(xué) 習(xí)還有生活都有很重要的意義 從機(jī)械工業(yè)整體來看 應(yīng)用機(jī)械手的好處可以看以下幾點(diǎn) 1 機(jī)械手可以提高生產(chǎn)過程里的自動(dòng)化程度 我們?cè)谥圃焐a(chǎn)的時(shí)候有可能會(huì)用上機(jī)械手 輸送生產(chǎn)材料 裝卸各種工 件 換刀具 裝配一些機(jī)器等等方面全都可以用上 這樣就會(huì)大大提高這些方 面的自動(dòng)化的程度 把人工需求量降下來 勞動(dòng)的生產(chǎn)率提升上去 生產(chǎn)成本 也就能掌握好 2 機(jī)械手可以改善勞動(dòng)條件 防止發(fā)生人身事故 有一些特殊的環(huán)境條件下 比如高溫高壓環(huán)境 低溫低壓環(huán)境 灰塵大 噪聲大 有臭味 含放射性物質(zhì)的場(chǎng)所 帶有其它毒性污染的場(chǎng)所 再或者是 工作場(chǎng)所很狹小 如果用上了機(jī)械手的話 就可以代替人工的一部分工作或者 所有工作 如此一來 工作環(huán)境就更加安全 勞動(dòng)條件也會(huì)變好 還有一些重 復(fù)勞動(dòng) 尤其是比較繁重的操作里面 用機(jī)械手來代替人工進(jìn)行操作 可以防 止人員操作疲勞或者由于一時(shí)疏忽出現(xiàn)的人身傷亡事故 3 機(jī)械手可以大大減輕人力 并且可以進(jìn)行有節(jié)奏的生產(chǎn) 使用機(jī)械手替換了人工去工作 這也是直接降低人力的一個(gè)側(cè)面 那些加 工生產(chǎn)線上面 用上機(jī)械手可以直接減少人力 還可以更好地控制住生產(chǎn)的節(jié) 拍 這樣就有節(jié)奏的自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)工作 總結(jié)以上分析 合理有效的使用機(jī)械手 是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的未來趨勢(shì) 2 1 2 機(jī)械手概述 機(jī)械手也被叫做自動(dòng)手 它能夠模仿人手臂的其中一些動(dòng)作 它里面設(shè)置 了固定程序 是可以用來抓取物件 搬運(yùn)物件或者進(jìn)行操作的自動(dòng)設(shè)備 它把 工人繁重的工作代替掉 讓生產(chǎn)的機(jī)械化程度提升 自動(dòng)化程度也提升 還能 在有害有毒的環(huán)境下進(jìn)行操作 用來保護(hù)人身安全 所以我們?cè)跈C(jī)械制造行業(yè) 冶金業(yè) 電子輕工行業(yè)和原子能等等部門可以大范圍的使用到機(jī)械手 隨著我 國(guó)的工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的大力發(fā)展 還有氣壓技術(shù)所帶的優(yōu)點(diǎn) 氣壓式機(jī)械 手已經(jīng)運(yùn)用到各個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)上面 1 2 1 機(jī)械手的組成 機(jī)械手的主要就是手部 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 控制系統(tǒng)這三個(gè)部分 其中手部是來 抓住工件的或者代替工具的部件 我們又可以把被抓的物件大小形狀 重量大 小 材料和作業(yè)條件的不一樣 劃分成各種結(jié)構(gòu)的形態(tài) 比如吸附型 托持型 等等 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)這個(gè)部分是讓手部完成各種運(yùn)動(dòng)的 想要做出規(guī)定的動(dòng)作來 被抓住的物體的位置和姿勢(shì)可以轉(zhuǎn)動(dòng) 擺動(dòng) 移動(dòng)或者復(fù)合都行 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì) 有升降 伸縮 旋轉(zhuǎn)等等獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)方式 這就叫做機(jī)械手的自由度 想要獲 取空間里任意的位置和方向的物體 就要有 6 個(gè)自由度 自由度是設(shè)計(jì)這個(gè)設(shè) 備的重要參數(shù) 自由度的數(shù)目越多 機(jī)械手的靈活程度就越大 適用的范圍會(huì) 更廣 不過結(jié)構(gòu)也會(huì)變復(fù)雜 大多數(shù)我們專用的機(jī)械手有 2 3 個(gè)自由度 1 2 2 機(jī)械手的分類 通過機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式不一樣來劃分 可以分成氣壓式 氣壓式 電動(dòng)式 機(jī)械式的 工作的范圍的不一樣可以劃分成專用的和通用的兩類 按照控制運(yùn) 動(dòng)軌跡的方式不一樣可以劃分成點(diǎn)位控制 連續(xù)軌跡控制等等 機(jī)械手通常可以分為三類 第一種是不要人來操作的通用型機(jī)械手 這是一種單獨(dú)的裝置 不要裝到 主機(jī)上面的 不管接到什么任務(wù) 可以自行編制相關(guān)程序 來完成各項(xiàng)工作規(guī) 定的操作動(dòng)作 它有著一般機(jī)械的特性 還有記憶智能的三元機(jī)械特征 第二種是要人來操作 叫做操作機(jī) 最先是用在原子 軍事方面的 一開 始是用操作機(jī)來完成一些特定的任務(wù) 后來發(fā)展到加了無線電訊號(hào)的操作機(jī) 探測(cè)月球就屬于這種方式 工業(yè)的鍛造操作機(jī)也屬于這一種類別 第三種是專門行業(yè)的機(jī)械手 大多是加到自動(dòng)機(jī)床上面的或者加到自動(dòng)生 產(chǎn)線上面的 共同來進(jìn)行機(jī)床的上下物料或者運(yùn)送工件 英文也叫做 Mechanical Hand 靠著主機(jī)驅(qū)動(dòng)一起為主機(jī)工作的 極少數(shù)除外 這樣的工作 程序大多是固定的 所以是專用類型 目前第一類別的通用機(jī)械手在國(guó)外是主要發(fā)展任務(wù) 又通稱機(jī)器人 3 1 3 國(guó)內(nèi)外研究及現(xiàn)狀 1 3 1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 鈑金機(jī)械手在汽車制造產(chǎn)業(yè)上常常用到 比如沖壓件 焊接工作 上下物 料和搬運(yùn)物料等過程中全都適用 鈑金機(jī)械手補(bǔ)充了人的手足 大腦的功能 一旦工作環(huán)境太差時(shí) 機(jī)械手就好代替人來工作了 當(dāng)要做的工作很笨重 又 是單調(diào)的重復(fù)勞動(dòng)時(shí) 又可以用機(jī)械手來代替人力了 這樣可以把勞動(dòng)生產(chǎn)率 提上去 產(chǎn)品質(zhì)量有保障 現(xiàn)在制造業(yè)應(yīng)用的最多 特別是電器的制造 汽車 的制造 塑料的加工 金屬的加工等方面都用得到 鈑金機(jī)械手 數(shù)控加工中心 自動(dòng)搬運(yùn)小車 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 這些組合系統(tǒng)帶有計(jì)算機(jī)集成功能 一旦實(shí)行會(huì) 讓自動(dòng)化程度大大提升 隨著國(guó)民發(fā)展得越來越好 鈑金機(jī)械手的用處也越來 越多 國(guó)內(nèi)鈑金機(jī)械手盡可能往擴(kuò)大應(yīng)用的范圍去發(fā)展的 我們學(xué)會(huì)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用 專業(yè)機(jī)械手 也要好好研究通用機(jī)械手 開發(fā)出示教式的機(jī)械手 計(jì)算機(jī)控制 的機(jī)械手 組合式的機(jī)械手等等 還能把各個(gè)伸縮 擺動(dòng) 升降 橫移 俯仰 等等運(yùn)動(dòng)件 全都設(shè)計(jì)成通用的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 這樣就可以按照不同的工作內(nèi)容 選出適合的運(yùn)動(dòng)件機(jī)構(gòu)裝上去就可以工作了 這樣設(shè)計(jì)起來更方便了 更換工 件也變得容易 應(yīng)用范圍又變廣了 國(guó)內(nèi)現(xiàn)在生產(chǎn)的機(jī)械手大多用在機(jī)床加工 鍛造方面 國(guó)內(nèi)目前還是把擴(kuò) 大應(yīng)用范圍放在第一位的 重點(diǎn)要放在開發(fā)鑄造 熱處理方面的機(jī)械手 多發(fā) 展通用用途 減輕工作的強(qiáng)度 改進(jìn)工作條件 同時(shí)也要爭(zhēng)取提速提效 把沖 擊降到最小 準(zhǔn)確的定位 這樣機(jī)械手的作用就能充分地發(fā)揮出來了 還要著 力開發(fā)出伺服型 記憶再現(xiàn)型 帶有觸覺 視覺等多功能的機(jī)械手 盡可能的 跟計(jì)算機(jī)組合 讓它變成整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)里的一個(gè)基礎(chǔ)項(xiàng)目 1 3 2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外的機(jī)械制造業(yè)里面機(jī)械手的應(yīng)用很多 發(fā)展速度也特別快 現(xiàn)在主要 是機(jī)床 橫鍛壓力機(jī)的上下物料 點(diǎn)焊 噴漆等工作流程上用得比較多 先把工作 程序制定出來 再按照設(shè)定好的程序來運(yùn)動(dòng)完成操作 國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)是要研 制出帶特有智能的機(jī)械手 比如是加上一定的傳感能力 感受到外界各種條件 的變化 自主做出適當(dāng)?shù)母淖儊砝^續(xù)工作 假如發(fā)生少許偏差時(shí) 和可以更正 并自我檢測(cè)出來 開發(fā)重點(diǎn)放在研究視覺功能和觸覺功能上面 目前為止已經(jīng) 小有成果 近些年國(guó)外的機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展總趨勢(shì)見下 4 1 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平不停變高 包含了速度變快 精度更高 運(yùn)行 可靠 更易操作和維修等等 而價(jià)格卻沒有上漲 91 年 97 年間 平均單機(jī)的 價(jià)格從當(dāng)年的 10 3 萬美元降到的 6 5 萬美元 2 機(jī)械的結(jié)構(gòu)往著模塊方向發(fā)展 往著可以重建的方向發(fā)展 例如關(guān)節(jié) 模塊 把伺服電機(jī) 減速機(jī) 檢測(cè)系統(tǒng)合成三位一體 用重新組合的方法把關(guān) 節(jié)模塊 連桿模塊一起組成機(jī)器人整機(jī) 國(guó)外市面上現(xiàn)在已經(jīng)出品過模塊化裝 配的機(jī)器人 3 工業(yè)機(jī)器人要向著以 PC 機(jī)作為基本的開放型控制器的大方向去發(fā)展 這樣會(huì)更標(biāo)準(zhǔn)更具有網(wǎng)絡(luò)功能 器件更加集成化 控制柜的外形尺寸變小 還 能選模塊化的結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠 方便操作 維修起來更便利 4 傳感器越來越重要 會(huì)應(yīng)用到機(jī)器人里面 傳統(tǒng)的機(jī)器人傳感主要是 位置 速度 加速度方面的功能 現(xiàn)在還在裝配 焊接機(jī)器人面上加上了視覺 力覺等傳感器 有一些遙控機(jī)器人還有視覺 聲覺 力覺 觸覺等多種傳感器 的組合功能 可以環(huán)境建?；蛘咦鞒鰶Q策控制 遙控機(jī)器人的多傳感器結(jié)合技 術(shù)已經(jīng)成功開展過 5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用在機(jī)器人身上發(fā)揮出的作用 已經(jīng)從仿真 預(yù)演升級(jí) 到用來進(jìn)行過程控制 就像讓遙控機(jī)器人的操作者感覺到自己正身處在遠(yuǎn)處的 作業(yè)環(huán)境中一樣 從而感受到環(huán)境進(jìn)行操縱機(jī)器人 6 當(dāng)代的遙控機(jī)器人系統(tǒng)要放在操作者和機(jī)器人的人機(jī)交互控制上面來 研究 也就是遙控 局部自主系統(tǒng)共同組成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng) 這能夠把 智能機(jī)器人帶出實(shí)驗(yàn)室 直接進(jìn)入應(yīng)用到生活生產(chǎn) 例如美國(guó)運(yùn)載到火星上面 的索杰納機(jī)器人 它是這種遙控機(jī)器人最成功的應(yīng)用實(shí)例 7 機(jī)械行業(yè)的機(jī)器人化開始興起 94 年美國(guó)研發(fā)了虛擬軸機(jī)床 這類 新式的機(jī)械裝置已經(jīng)變成國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一 各個(gè)國(guó)家都開始開發(fā)探索它的 實(shí)際應(yīng)用功能 1 4 主要內(nèi)容 這次課題討論研究的主要內(nèi)容是 1 先查看相關(guān)資料 撰寫開題報(bào)告 了解機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本步驟如何 2 結(jié)合課題調(diào)查市場(chǎng) 聯(lián)系實(shí)際工程的相關(guān)問題 累積一些工程的運(yùn)用 資料 做好記錄 3 掌握鈑金機(jī)械手的工作原理 擬出結(jié)構(gòu)性能以及各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)方 法 比較各個(gè)設(shè)計(jì)方案之后優(yōu)選相對(duì)更適合的 4 對(duì)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)與校核 5 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 2 1 設(shè)計(jì)要求 本次課題是要設(shè)計(jì)出五自由度的鈑金機(jī)械手結(jié)構(gòu) 以汽車制造業(yè)為例 鈑 金件的加工工序里 如沖壓 焊接等工藝都要用到機(jī)械來完成鈑金的上下料 這時(shí)就要有靈活 適用性強(qiáng) 高性能的鈑金機(jī)械手來配合節(jié)奏高效的汽車生產(chǎn) 線 2 2 結(jié)構(gòu)及原理分析 機(jī)械手可以模仿人的手和臂的其中一些動(dòng)作來進(jìn)行抓取 搬運(yùn)或者操作等 它有延伸人軀體功能的用處 目前自動(dòng)化生產(chǎn)線上用得很多 比如搬運(yùn)物料的 時(shí)候 焊接加工等等都能用上 機(jī)械手的主要是三部分組成 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng) 其中執(zhí)行 部分一般是連桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)共同組成的 其中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)代表著運(yùn)動(dòng)部件 比如抓取部分 手部 腕部 臂部和行走機(jī)構(gòu)等 它的動(dòng)力來源的不一樣來劃 分它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 可以分成液壓 氣動(dòng)和電動(dòng)三類 當(dāng)然如果有需要 也可以 用三種基本系統(tǒng)來共同組成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 整個(gè)控制系統(tǒng)的中心技術(shù)就是 運(yùn)動(dòng)控制 先運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng) 系統(tǒng)初始化之后設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的參數(shù) 里面的位置傳 感器可以發(fā)出信號(hào) 判斷 運(yùn)算收到的信號(hào) 發(fā)出指令 傳到運(yùn)動(dòng)控制卡上面 再然后運(yùn)動(dòng)控制卡就會(huì)發(fā)送出脈沖信號(hào) 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器接收到脈沖信 號(hào) 步進(jìn)電機(jī)就被操控著轉(zhuǎn)起來了 這就是一個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制過程 2 3 總體方案設(shè)計(jì) 2 3 1 驅(qū)動(dòng)方案選擇 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以劃分成氣動(dòng) 液動(dòng) 電動(dòng) 機(jī)械式 這次設(shè)計(jì)的條件是高精 度而且要靈活輕便 所以我們選電動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式 2 3 2 抓取方案選擇 1 方案一 抓取型結(jié)構(gòu)機(jī)械手 選用抓取型結(jié)構(gòu)來進(jìn)行鈑金的抓取 這種方式對(duì)不同尺寸的鈑金適用性不 是很強(qiáng) 那些大尺寸的鈑金在抓取時(shí)會(huì)很容易出現(xiàn)變形 這就關(guān)系到零件成型 的精度 此外機(jī)械手抓的夾持力等也很容易把零件表面損傷 所以這個(gè)方案不 6 太適合鈑金的抓取 2 方案二 吸盤型結(jié)構(gòu)機(jī)械手 吸盤型結(jié)構(gòu)一般可以多個(gè)布置 拆裝起來很方便 它可以按照尺寸不一樣 的鈑金來適時(shí)的增減 適用性比較強(qiáng) 而且吸盤可以吸取到鈑金的任何位置上 這樣就會(huì)避免取放鈑金的時(shí)候出現(xiàn)鈑金變形 此外 吸盤的材質(zhì)大多是橡膠的 不容易對(duì)鈑金有傷害 因此選擇此方案更適合鈑金的取放 2 3 3 機(jī)械臂 機(jī)身 機(jī)座方案選擇 1 機(jī)械臂 結(jié)合傳動(dòng)精度 這次選用絲桿螺母?jìng)鲃?dòng) 滑塊滑槽式機(jī)械手臂結(jié)構(gòu) 2 機(jī)座和機(jī)身 我們選固定式機(jī)座型 腰部回轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)身能做 360 度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 滿 足足夠的空間上的旋轉(zhuǎn)自由度 步進(jìn)電機(jī)提供驅(qū)動(dòng) 安置在機(jī)座內(nèi)部的蝸輪蝸 桿減速器來進(jìn)行減速傳動(dòng)比 2 3 4 總體方案確定及工作原理 先把鈑金機(jī)械手的總體方案定下來 包含了五個(gè)自由度 分別是 臂部的 回轉(zhuǎn) 臂部的伸縮 碗部的升降 腕部的回轉(zhuǎn) 手部的俯仰這五個(gè)動(dòng)作 第一 個(gè)臂部回轉(zhuǎn)經(jīng)過 1 號(hào)電機(jī)帶動(dòng)渦輪蝸桿來傳動(dòng)的 第二個(gè)臂部伸縮的動(dòng)作是經(jīng) 過 2 號(hào)電機(jī)帶動(dòng)絲桿螺母來傳動(dòng)的 第三個(gè)腕部的升降動(dòng)作是經(jīng)過 3 號(hào)電機(jī)帶 動(dòng)絲桿螺母來傳動(dòng)的 第四個(gè)腕部的回轉(zhuǎn)動(dòng)作是經(jīng)過直流調(diào)速 4 號(hào)電機(jī)直接驅(qū) 動(dòng)來轉(zhuǎn)動(dòng)的 第五個(gè)手部俯仰動(dòng)作是經(jīng)過 5 號(hào)電機(jī)帶動(dòng)絲桿螺母帶著滑槽機(jī)構(gòu) 來傳動(dòng)的 最終手部連接著吸盤或者磁盤完成鈑金的取放工作 方案結(jié)構(gòu)見下 圖 7 圖 2 1 五自由度鈑金機(jī)械手的總體方案 2 4 運(yùn)動(dòng)范圍的選定 考慮到這次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是用在鈑金件的加工工序中鈑金的自動(dòng)上下料 按照通常用到的汽車鈑金件的大小 可以把本機(jī)械手各個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)范圍確定 下來 具體如下 1 臂部回轉(zhuǎn) 4 腕部回轉(zhuǎn) 036 018 2 臂部伸縮 5 吸盤俯仰 75m9 3 腕部升降 6 能夠吸住的重量 2Kg 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 8 3 1 臂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 1 回轉(zhuǎn)底座設(shè)計(jì) 我們?cè)趺磥磉x底座的結(jié)構(gòu) 這個(gè)過程相對(duì)復(fù)雜點(diǎn) 要把結(jié)構(gòu)的形態(tài) 構(gòu)件 的截面大小和結(jié)點(diǎn)的構(gòu)造等方面全要考慮到 把暫定的方案成本比較一下選出 適合的 各種設(shè)備會(huì)有不同的標(biāo)準(zhǔn)和條件 想要制定出統(tǒng)一的底座結(jié)構(gòu)的選擇 方法是比較難的 但還是可以利用結(jié)構(gòu)力學(xué)方面知識(shí) 總結(jié)出幾點(diǎn)一般的規(guī)則 這些規(guī)則屬于一般規(guī)律 是在選擇形式上考慮到節(jié)約材料需要遵守的 1 結(jié)構(gòu)里面內(nèi)力的分布如何要跟材料的性能相適應(yīng) 這樣才能把材料的 優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮出來 當(dāng)軸力作用到桿件上面的時(shí)候 截面上受到的應(yīng)力均勻的分布 著 所有的材料能被充分地利用到 當(dāng)彎矩作用到桿件上面的時(shí)候 截面上的 受到的應(yīng)力分布不平衡 這時(shí)材料不能被全面利用 不太經(jīng)濟(jì) 2 底座結(jié)構(gòu)的用處是把載荷從施力點(diǎn)傳到基礎(chǔ)上去 載荷之間傳的越短 用的材料就更加節(jié)省 3 底座結(jié)構(gòu)的連續(xù)性好的話可以降低內(nèi)力 節(jié)約材料 綜合以上 聯(lián)系到機(jī)器工作時(shí)受到的力 我們選機(jī)體材料是 HT150 的鑄造 底座 力學(xué)性能是 這種材質(zhì)大多拿來造箱體 20 340bsMPaa 底座等一些零件 3 1 2 回轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇 怎么求出臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩大小 要算出啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩 也要算出回轉(zhuǎn)不見支撐處的摩擦力矩 啟動(dòng)的過程不屬于加速運(yùn)動(dòng) 所以確定 的最小驅(qū)動(dòng)力數(shù)值就得比理論數(shù)據(jù)大一點(diǎn) 所以 1 3M 驅(qū) 慣 摩 其中 是 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的效率 取 0 85 代表剛啟動(dòng)的慣性力矩大小慣 代表著摩擦力矩大小摩 是臂部機(jī)構(gòu)對(duì)它的回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 是回轉(zhuǎn)部件的角速度 取 弧度 s 6 是啟動(dòng)過程時(shí)間 tA 0 5tA秒 9 1 先求慣性力矩的大小 各個(gè)部件的重量多少 到回轉(zhuǎn)軸線之間的距離 見下圖中列出 圖 3 2 臂部機(jī)構(gòu)的力矩分布 各個(gè)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是 1 10 5 70 61 240 62248153 32 2 3 79JcMKgm 4 420 20 161 80 54 JcLMKgmR 5225 1 5 7 137 JcM 50 12047 2Kgm 所以慣性力矩是 12356 0 50 64 50 76 450 3 1491 tJJJN A慣 2 再求出摩擦力矩 10 總 圖 3 3 摩擦力矩的求解過程 分析上圖 先求出臂部結(jié)構(gòu)的重心位置 再求各個(gè)部分軸承的支反力 511240832046520iMML 034 M 我們把 O2 看作支點(diǎn) 那么支反力是 1MglN 19 8250N 得到 軸承受到的正壓力大約是2420N 所以摩擦力矩是 1 2Df 摩 4 30 1 m 驅(qū)動(dòng)力矩是 11 1 3M 摩慣 慣 1 306 2851 8Nm 根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果 我們選用 90BF003 型號(hào)的步進(jìn)電機(jī) 3 1 3 回轉(zhuǎn)減速器的選擇 臂部回轉(zhuǎn)的速度和加速度都不可以過大 那么就要求減速環(huán)節(jié)有較大的傳 動(dòng)比 這次設(shè)計(jì)中我們選蝸輪蝸桿的一級(jí)減速 沒有選多級(jí)齒輪減速裝置 主 要是因?yàn)橐患?jí)減速齒輪太大了才這么選 蝸輪蝸桿一級(jí)減速裝置包含的基本參 數(shù)是 傳動(dòng)比 62i 中心距 10am 蝸桿的頭數(shù) Z 蝸輪的齒數(shù) Iz 齒形角大小 2 模數(shù)是 蝸輪變位系數(shù)是 120X 蝸桿的軸向齒距 Pxm 蝸桿分度圓的直徑大小 標(biāo)準(zhǔn)值 1 8dztan 蝸桿齒頂圓的直徑大小 2 120hda 蝸桿齒根圓的直徑大小 81 256ffmhc 蝸桿齒的頂高 1 ham1a 頂隙 x m 0 2 c 0 2c 蝸桿的齒根高 2fdf 蝸桿的齒高 11105 62hafaf 蝸桿的齒寬 查表 50b 蝸輪分度圓的直徑大小 2 812dmZdXm 蝸輪齒頂圓的直徑大小 64ah 蝸輪齒根圓的直徑大小 2 59 ff 蝸輪的齒頂高 21hda 蝸輪的齒根高 12210 ff 12 蝸輪的齒高 21 2 haf 蝸輪的齒寬 查表 5b 3 3 4 回轉(zhuǎn)主軸及軸上零件的設(shè)計(jì)與校核 1 對(duì)尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) 計(jì)算 1 初步確認(rèn)出軸的最小直徑 用式子 把軸的最小直徑初步求出來 我們這次先選軸材料是 45 3PdCn 號(hào)鋼加上調(diào)質(zhì)處理 查機(jī)械設(shè)計(jì)表 11 3 可以知道 所以 12C md5 140 123 這里要求放鍵槽 所以軸徑得加大 這時(shí)傳動(dòng)軸的最小直徑就是510 安裝聯(lián)軸器那里的直徑 減速器輸出軸的直徑要保持是一樣的 我們?nèi)?d mm mm 134d 150L 3 按照軸向定位的條件 把軸的各段直徑和長(zhǎng)度確定好 想要滿足大帶輪的軸向定位條件 2 軸段左邊要加上軸肩 軸肩的高度 是 我們?nèi)?所以 2 段的直徑是 長(zhǎng)度是dh07 mh3 md392 mL42 初步選擇滾動(dòng)軸承 軸承僅僅會(huì)受到徑向力 所以我們這次選深溝球軸 承 從上面知道 mm 查手冊(cè)選出 0 基本游隙組 深溝球軸承標(biāo)準(zhǔn)精度239d 級(jí)的 6208 型號(hào) 所以 mm mm 軸承都用軸肩來軸向定743l72 位 軸肩高度是 我們?nèi)?mm 所以 mm 0 h d 5h465d 齒輪的分度圓直徑大小是 mm 所以是選齒輪軸形式 齒輪的寬190 度是 mm mm 齒輪端面到箱體之間的距離是 mm 再加上兩級(jí)95B 95 l 10 齒輪之間的位置配比關(guān)系 我們?nèi)?mm mm 47l 6l 4 對(duì)軸上的零件進(jìn)行周向定位 查表可以知道 聯(lián)接著大帶輪的平鍵的截面是 mm 10845bhl 13 2 對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算 1 先求出在軸上的作用力 通過 機(jī)械設(shè)計(jì) 里的式子 10 14 可以知道 NtgFdTntrt 75 68207 184a 90 23 Np5 2 算出軸上的載荷 怎么算載荷 先把軸承支點(diǎn)的位置定好 查資料可以知道 a 的大小 選的 是型號(hào) 6208 的深溝球軸承 查得 從而知道軸的支撐距離是18am 190Lm 繼續(xù)作出軸的彎矩圖 扭矩圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖 彎矩圖 扭矩圖結(jié)合發(fā)現(xiàn) 軸的危險(xiǎn)截面就是截面 C 先求出截面 C 地點(diǎn)的 MH MV M 的具體數(shù)值 列出下表 載荷 大小 水平 H 面上 垂直 V 面上 支反力 大小 F N N143NH 216F N N1237VF 2156F 截面 C 的彎矩 M N mm2385L N mm234aML 合計(jì) 總彎矩 N mm 22max1854168HV 扭矩 大小 N mm90T 14 3 根據(jù)彎扭合成的應(yīng)力對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn) 結(jié)合上表里的結(jié)果再查得式子 15 5 加上軸是單向旋轉(zhuǎn) 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 從而求出軸的應(yīng)力 6 0 MpaWTMca 61 28351 024980684 2222 那么暫時(shí)選出軸的材料 45Cr 加上調(diào)質(zhì)處理 查資料得到 1 70 P 因?yàn)?那么強(qiáng)度是符合要求的 ca 1 4 決定出鍵的型號(hào) 這次選圓頭普通平鍵 A 型 GB T 1096 1979 進(jìn)行連接 聯(lián)接大帶輪的 平鍵截面是 mm 齒輪和軸的之間的配合是10845bhl Mpap10 滾動(dòng)軸承跟軸的周向定位是過渡配合的 軸的直徑尺寸公差是 76Hr 6m 15 3 選出軸上零件并進(jìn)行校核 1 軸承 按照上面計(jì)算過程 我們選的軸承是 6203 型深溝球軸承 根據(jù)滾動(dòng)軸承的樣本 可以知道軸承背對(duì)背或者面對(duì)面成對(duì)的安裝在 軸上時(shí) 當(dāng)量載荷是 22213418097351 0ANHV NRF 0a222231094519 37BNHV378aaFN 求出動(dòng)量載荷 已選擇 6208 型的深溝球軸承 查手冊(cè)可以知道 079 2 65 8CkNk 還知道 查出 143 70iA 0 27e 8 92251 3BeR 查出 0XY 所以 2519 3702519 37BPAN 對(duì)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷進(jìn)行校核 因?yàn)?所以 80hL 336 602 748027 7 5911nCP kNC 可以知道選用的軸承是合適的 2 聯(lián)軸器 按照求得的聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩來選聯(lián)軸器的類型 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩是 950wwczt ztnPTKKTn 其中 是理論的轉(zhuǎn)矩大小 單位是 NmA 是驅(qū)動(dòng)的功率大小 單位是 W 16 是工作的轉(zhuǎn)速 單位是n minr 是動(dòng)力機(jī)系數(shù) 電動(dòng)機(jī)取wK1 0wK 是工況系數(shù) 查表可以知道 25 是啟動(dòng)頻率 查表可以知道 時(shí) 取 1 0z z 是溫度的系數(shù) 查表得到t 1 0t 是公稱的轉(zhuǎn)矩 單位是 具體大小可以查表 nTNmA 把各個(gè)數(shù)據(jù)代進(jìn)去 95013 wwczt ztPKKn 電動(dòng)機(jī)輸出軸的直徑是 主軸端頭的軸徑是 兩頭的軸徑不一4240m 樣 而且得滿足 這個(gè)條件 cTn 所以最后選出聯(lián)軸器的型號(hào) JM 無 沉 孔 基 本 型 聯(lián) 軸 器 3 鍵的規(guī)格 鍵聯(lián)接的類型和尺寸大小 聯(lián)軸器那里選單圓頭平鍵 尺寸是 mlhb3678 對(duì)鍵聯(lián)接的強(qiáng)度進(jìn)行校核 我們把鍵跟軸的材料都選成鋼材質(zhì) 接著可以查出鍵聯(lián)接的許用擠壓力是 MPaP120 鍵的工作長(zhǎng)度是 mbl32861 PP adlkT 5 485 0 92131 根據(jù)上面可以知道是符合要求的 3 2 手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 2 1 受力分析PP 驅(qū) 慣 摩 密 估算出所有參與臂部伸縮運(yùn)動(dòng)的零件的總質(zhì)量是 20Mkg 17 1 代表著手臂的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力P慣 演示系統(tǒng)對(duì)速度并沒有嚴(yán)格的要求 所以可以設(shè)置成正常的運(yùn)動(dòng)速度是 m s 如果機(jī)器啟動(dòng)要 的時(shí)間加速到正常的工作速度 那么啟動(dòng)0 5V 0 1S 的加速度就是 0 5 2 ams 得到 5MPN 慣 2 代表著摩擦阻力矩摩 20 19 847 02fg 摩 3 代表著此系統(tǒng)對(duì)密封性沒有嚴(yán)格的要求 所以可以忽略不計(jì)P密 得到 P 驅(qū) 慣 摩 密 3 2 2 伸縮電機(jī)及絲杠選擇 按照機(jī)械設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 我們可以知道螺旋副的公稱是 264T 也就意味著中徑是 螺距是 牙形角是 26dm 4tm 30 得到中徑是 0 5 2t 螺紋頭數(shù)是 所以1n 當(dāng)量摩擦角是 cos vartgf arctg0 1os57 4 摩擦角是 arctg 2tnd 43 12 所以求出摩擦力和慣性立力共同產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是 1 2 1047 10 2TPdtgvt Nm 慣 摩 現(xiàn)在考慮絲杠和它附帶的零件產(chǎn)生的慣性矩 絲杠和它附帶零件可以當(dāng)作是半徑是 質(zhì)量是 的光軸 41 5kg 起轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是 18 2 0 51 21 083JSmRKgc 絲 絲 絲杠角的速度是 t 3 405 rads 因?yàn)閱?dòng)時(shí)間是 0 1 秒 所以絲杠產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩是2 1 084 253 1 0 85TJt Nm A絲 最后電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最小力矩可以求出來 Nm 2 7 驅(qū) 按照整體結(jié)構(gòu)布局以及實(shí)際的需要 我們要選大點(diǎn)的電機(jī)讓臂部保持平衡 最終選 90BF003 型號(hào)的步進(jìn)電機(jī) 3 3 腕部升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 3 1 受力分析 下面把腕部升降需要的驅(qū)動(dòng)力算出來 手腕腕 部結(jié) 構(gòu) 圖 3 4 腕部結(jié)構(gòu)受力分析 觀察上面的圖可以看到整個(gè)腕部的受力狀況 腕部開始移動(dòng)后 腕部結(jié)構(gòu) 的質(zhì)量 Gw 手指和工件的總質(zhì)量 Gs 會(huì)分別在 A B 兩點(diǎn)處形成壓力 N1 N2 因此產(chǎn)生摩擦力 F1 F2 由電機(jī)提供的力矩要能克服 F1 F2 腕部 19 所有結(jié)構(gòu)的重量 Gqw 根據(jù)力矩平衡 1304654NGws 又暫定 2 N7 8 35GqwN 求出 N 11093s2 47 81096 4 N 264 Ff 所以加到螺母上的全部軸向力是 1352 7 089 16PGqw 又因?yàn)閱?dòng)時(shí)會(huì)有慣性力 震動(dòng)和機(jī)構(gòu)效率等的影響 得到實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力 是 1K2SJ 其中 是安全系數(shù) 取 1 1 2 6V 是工作情況系數(shù) 取2 ag a 是機(jī)構(gòu)的加速度 是機(jī)械效率 0 85 求出驅(qū)動(dòng)力矩是 2 1075 98 47 5013TqPSJdtgvNm 3 3 2 升降電機(jī)及絲杠選擇 1 從上面計(jì)算的驅(qū)動(dòng)力可以知道 查資料 我們選 55BF003 型號(hào)的步 進(jìn)電機(jī)就可以滿足相關(guān)要求 2 對(duì)螺旋副的自鎖性能進(jìn)行校驗(yàn) 我們通過整體結(jié)構(gòu) 確定出公稱尺寸是 梯形螺紋牙型角 18dm 30 螺距 中徑是 mm4tm 20 5 46dt 螺旋副我們就選鋼 青銅 摩擦系數(shù)取 0f 求出當(dāng)量摩擦角是 c 2 os vartg 14cos5 8 2artg 20 摩擦角 arctg 2arctgnd 143 56arctg 所以可以知道自鎖條件滿足 v 3 4 腕部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 4 1 受力分析 當(dāng)手腕受力開始回轉(zhuǎn) 力矩的大小必須要超過手腕啟動(dòng)產(chǎn)生的慣性力矩 手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和支撐的地方會(huì)產(chǎn)生的摩擦力矩 動(dòng)件和缸壁會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力距 端蓋那里也會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力距 如果轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線不重合在 一起時(shí)會(huì)有偏重力矩發(fā)生 這次整個(gè)系統(tǒng)中 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件有很多 每一件都需要校核的話 又繁瑣也沒有必要 那么現(xiàn)在大致地把回轉(zhuǎn)部件分成四部分 1 轉(zhuǎn)軸 包含可相連的螺母 墊母 軸承內(nèi)圈等等 2 手部電機(jī) 包含了電機(jī)罩等 3 手部換向變速箱 可以看成是一個(gè) mm 重 的長(zhǎng)方體 65 70 4kg 4 手指的工件 可以看成是一個(gè) mm 的長(zhǎng)方體 重 重心7008 部位到回轉(zhuǎn)軸線的間距是 那么這時(shí)的手腕回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩 65mMqgf 其中 是手腕運(yùn)動(dòng)的慣性力矩 是轉(zhuǎn)軸和一同轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量之間的偏重力矩p 是手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和支撐地點(diǎn)之間的摩擦力矩m 是手腕密封裝置地點(diǎn)的摩擦阻力矩Mf 分別計(jì)算出上面四個(gè)力矩 1 手腕啟動(dòng)之后會(huì)有慣性力矩 生成Mg 假定手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是 6s 需要啟動(dòng)的時(shí)間是 0 4tA 21 得到 1 2JMR 現(xiàn)在可以把電機(jī)看成是一個(gè)半徑 重 的圓柱體 50m 45kg 所以 1 2J 求出變速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是 31 2Mab 20 4650 3 1 6902kgcm 手部機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是4 Je 1 872 865 36 78102kgcm 所以可以求出 4 0 98 01 690 78 60 4MgJJt A 13NM 2 求出摩擦力距大小 首先估算出兩軸承那里受到的壓力 圖 3 5 根據(jù)力的平衡 可以知道 0 89620 45NN 結(jié)合其他一些因素 附加一定的系數(shù) 得到 13 已知軸承部位尺寸大小 22 10 2 015Dm 可以求出 2 3 0 735MfNDNM 3 求出偏重力矩的大小 從整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以知道 其余部分重心在回轉(zhuǎn)軸線上 所以不會(huì)產(chǎn)生偏 重力矩 只有手爪部分會(huì)產(chǎn)生偏重力矩 求出 40 89 650 pGeNm 4 確定密封處的摩擦阻力距 這次系統(tǒng)是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 對(duì)密封并沒有特別要求 所以這部分的阻 力距可以忽略不計(jì) 3 4 2 回轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇 還需要考慮一定的安全系數(shù) 所以 1 1 03 740 5 7MqgmMp Nm 按照上面計(jì)算結(jié)果 我們選型號(hào) 60LY003 的直流力矩電機(jī) 3 5 吸盤俯仰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及吸盤選擇 3 5 1 俯仰電機(jī)及絲杠的選擇 1 求得俯仰力 根據(jù)初始設(shè)計(jì)可以知刀 20GN 所以 3NK 其中 是方位的系數(shù) 它跟工件的形狀大小 手指夾持的方位有關(guān) 這邊 先假定手指水平方向放置 工件垂直方向夾持 V 型指端夾上圓形棒料來考慮 所以可以求出 2 7643Kf sin5 0 i701 其中 是型手指半角 從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得 2 75tg 0o f 是其與工件的摩擦系數(shù) 取 f 0 23 可以求出 32 764513 82NKGN 是絲桿經(jīng)過銷軸往上的拉力 作用到手指上的力 它的方向垂直于滑槽P 的中心線 OO1 OO2 是滑槽相對(duì)銷軸的反作用力 它們的延長(zhǎng)線相交1P 于 A 點(diǎn) B 點(diǎn) 圖上 OB 和 OA 都是直角 所以 1O2O 根據(jù)軸銷的力平衡原理得到 OC 1P 21Pcos 手指的力矩平衡條件可以知道 hNb 因?yàn)?h 1 acos 得到 2Ps 其中 a 是手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心距離 是工件被夾持時(shí) 手指的滑槽方向和兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)線之間的夾角 按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 可以取 mm mm 34 22 25 35b17 25arctg 可以求出銷軸或螺母受到的力 驅(qū)動(dòng)力的反作用力 6 4PcosNN 又因?yàn)楣ぜ诩庸r(shí)會(huì)受到慣性力 震動(dòng) 傳力機(jī)構(gòu)效率等的影響 所以 求出實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力是 12sK 其中 是安全系數(shù) 一般取1 1 2 6 是工作情況系數(shù) 2K Kag a 是機(jī)構(gòu)的加速度 是機(jī)械效率 求出 N 12Ps 6 4150 98 42 2 求出扭距的大小 先算出螺旋的升角 根據(jù)絲桿 螺母機(jī)構(gòu)是不是滿足自鎖條件來校驗(yàn) 根據(jù)尺寸大小 確定絲桿的公稱直徑是 12d m 24 螺距是 2tm 螺紋頭數(shù)是 1n 所以絲桿的中徑是 0 51dtm 算出螺紋的升角是 arctg 2 n arctg23 4 算出螺紋的當(dāng)量摩擦角是 varctg os f arctg0 1os5 9 其中 是摩擦副之間的摩擦系數(shù) 這里取f f 0 1 是螺紋的牙形半角 這里取 5 v 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可以知道 這個(gè)絲桿螺母機(jī)構(gòu)可以滿足安全自鎖的條件 接著求出驅(qū)動(dòng)力距是 123TqT 其中 是螺旋副的摩擦力矩 Nm 12 TFdtgv 是螺旋副軸向載荷 單位是FN 是螺旋副中徑 單位是2Dm v 是當(dāng)量的摩擦角 是螺旋升角大小 是端面的摩擦力矩 這里可以忽略不計(jì)3T 所以可以得到 1 2 42 3 15 90qFdtgvN 3 確定出電機(jī)的型號(hào) 通過以上計(jì)算 我們得出了絲桿上需要的扭距 參照步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品樣本手冊(cè) 我們選型號(hào) 45BF003 的電機(jī)就可以滿足要求 25 3 5 2 吸盤轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)出來的機(jī)械手要達(dá)到下面幾個(gè)精度 工件的定位要準(zhǔn)確 吸取物件的 時(shí)候要準(zhǔn)確 重復(fù)定位要精確 運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性要好 吸取能力要足夠大 機(jī)械手想要準(zhǔn)確地把工件吸上來 再把工件送到指定的正確地點(diǎn) 這跟機(jī) 械手的定位精度有關(guān)系 還跟機(jī)械手的吸附誤差大小有關(guān)系 在多品種的中 小批量的生產(chǎn)過程里 想要適應(yīng)工件尺寸大小是在一定范 圍以內(nèi)進(jìn)行變化的 必須要對(duì)機(jī)械手的吸附誤差進(jìn)行分析求解 吸附誤差不可超過 分析過程見下 3m 工件的平均半徑是 06452CPRm 吸盤的長(zhǎng)度是 V 型夾角是1L012 求出偏轉(zhuǎn)角是 1cos in cp1os 45in6 34 根據(jù)最佳偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行確定出 6 3 求出理論的平均半徑是 0120RLsi csico 5m 又因?yàn)?min0maxR 1 2222axL cossinasii 22 2226060 1s4 301sin64 30sinin 48 22min2min2 asinLacos s L RL 22 22230301 164 01sin64 30i6si 所以 48 按照上面的計(jì)算結(jié)果可以知道 吸附的誤差可以滿足設(shè)計(jì)要求 26 3 5 3 吸盤的選擇 1 對(duì)真空式吸盤吸持工件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析 在一些自動(dòng)生產(chǎn)線上 例如產(chǎn)品包裝的生產(chǎn)線 物件傳輸?shù)纳a(chǎn)線或者機(jī) 械裝配的生產(chǎn)線上 真空吸盤來吸物件的應(yīng)用實(shí)例越來越多見 那些柔軟又有 彈性的吸盤 可以很方便的完成工件的吸持 脫開 傳遞等等搬運(yùn)工作 還可 以保證不損壞夾持對(duì)象 吸盤吸持能力的大小是真空系統(tǒng)來控制的 真空系統(tǒng) 大多是電動(dòng)機(jī) 真空泵和各種真空器件合成的 從而生成了真空環(huán)境 還能壓 縮空氣經(jīng)過真空發(fā)生器繼續(xù)生成二次真空 前一種要設(shè)獨(dú)立的真空系統(tǒng) 第二 種是在生產(chǎn)過程中已有的空氣壓縮機(jī)來提供真空環(huán)境 針對(duì)各種包裝生產(chǎn)過程 里 我們會(huì)借助二次真空讓生產(chǎn)更方便 更經(jīng)濟(jì) 真空發(fā)生器主要是壓縮空氣 再經(jīng)過收縮噴騰之后 從噴嘴里噴出高速的 氣流 卷著周圍靜止的流體跟高速氣流一起往前運(yùn)動(dòng) 到了接受室里面形成負(fù) 壓 形成二次真空 這樣的真空系統(tǒng) 特別是那些不用大流量真空的工作條件 下 更能顯示它的優(yōu)點(diǎn) 怎么來設(shè)計(jì)真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和參數(shù) 一般會(huì)借助真空度大小來造出合適 的真空發(fā)生器 真空吸盤拿來吸工件的時(shí)候 物體的形狀不一樣就要改變合適 角度來傳遞 這次的設(shè)計(jì) 工件是水平放的 我們先從水平方向來看真空吸盤的受力情 況 水平方向安裝的方位見下圖 這時(shí) 要考慮吸持住的工件負(fù)載大小 還得 考慮吸盤開始移動(dòng)時(shí) 工件產(chǎn)生的慣性力對(duì)吸力大的影響 圖 3 6 真空吸盤的安裝位置 2 選出真空吸盤 想要真空吸盤能夠完成程序給出的任務(wù) 還要結(jié)合安全系數(shù) 通過理論和 實(shí)踐的相關(guān)經(jīng)驗(yàn) 真空吸盤的安全系數(shù) 通常會(huì)取 2 5 N 許 用 提 升 重 量 理 論 提 升 重 量 垂 直 提 升 力 表 3 1 吸盤直徑 面積 垂直提升力參數(shù)表 吸盤垂直方向的提升力 27 吸盤直徑 mmD1031620532405 吸持面積 cm 785 3 4 918 1 69 提升力 0 04MPa N 4678 從上表可以知道 假定工件重量識(shí) 許用提升重量是 安全系2Kg19 N 數(shù)需要滿足要求 只要符合下面范圍就可以了 2 5 垂 直 提 升 力許 用 提 升 重 量 總結(jié)以上內(nèi)容 我們?nèi)∥P的直徑是 40mm 就可以滿足要求 我們?cè)趺催x吸盤的直徑大小 必須要大于需要的吸盤直徑 因?yàn)槲降腄 時(shí)候吸盤會(huì)產(chǎn)生一定的變形 那么吸盤的外徑就該增大 10 左右 還有個(gè)因?yàn)檎婵諌毫σ矔?huì)讓吸盤變形 吸附的面積會(huì)比實(shí)際吸盤直徑小 變形程度如何跟吸盤選什么材料 形狀大小 橡膠的軟硬度而不一樣 算出來 的吸盤直徑要有余量 它的安全系數(shù)也要包含變形的部分 吸盤的直徑就意味著吸盤的外徑大小 我們用真空壓力來吸物件的時(shí)候 橡膠會(huì)被真空壓力壓變形 吸附面積就會(huì)跟著變小 縮小之后的面積就叫做有 效吸附面積 這時(shí)候得到的吸盤直徑才能叫有效的吸盤直徑 通過真空壓力的大小不同 橡膠吸盤的厚度不一 吸附物之間的摩擦系數(shù) 不一樣等等 有效的吸盤直徑不會(huì)一樣的 通常預(yù)估減小個(gè) 10 綜合上面的結(jié)論和計(jì)算 把吸盤的參數(shù)確定下來 吸盤直徑是 mm 吸盤的吸持面積是 吸盤的個(gè)數(shù)是 真空壓力是40D 12 6A 1n PMa 3 設(shè)計(jì)出真空發(fā)生器 真空發(fā)生器就是用來產(chǎn)生真空的設(shè)備 它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 體積比較小 沒有 可動(dòng)機(jī)械部件 安裝和使用起來都很容易 所以應(yīng)用范圍很廣 真空發(fā)生器生 成的真空度能達(dá)到 88 真空發(fā)生器見下圖kpa 28 圖 3 7 真空發(fā)生器的原理構(gòu)圖 1 拉瓦爾噴管 2 負(fù)壓腔 3 接收管 發(fā)生器大多是先收縮再擴(kuò)張的 整個(gè)機(jī)構(gòu)有供氣口 排氣口 真空口 供 氣口的壓力達(dá)到一定程度以后 噴管就會(huì)發(fā)出超速的射流 因?yàn)闅怏w會(huì)帶有一 定的粘性 高速射流會(huì)卷著負(fù)壓腔里面的氣體一起運(yùn)動(dòng) 這個(gè)腔里面就會(huì)形成 低真空度 最后真空口 A 的那里吸上真空吸盤 借助真空壓力和吸盤來吸上物 件 真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜 不帶可動(dòng)機(jī)械部件 所以它的工作的壽命不 短 真空發(fā)生器會(huì)有耗氣量的大小 這也是送進(jìn)拉伐爾噴管里的流量 耗氣量 的大小一般是噴嘴的直徑大小確定的 不過還跟供氣的壓力有一定關(guān)聯(lián) 同一 個(gè)噴嘴直徑 它的耗氣量如何會(huì)隨著氣體壓力的增加而變大 壓力減小而下降 可見下圖 噴嘴直徑的大小如何是我們選真空發(fā)生器的主要根據(jù)之一 噴嘴的直徑數(shù) 值越大 抽吸流量 耗氣量就會(huì)越大 它的真空度也就更低 噴嘴的直徑數(shù)值 越小 抽吸流量 耗氣量就會(huì)越小 它的真空度也就更高 29 圖 3 8 真空發(fā)生器耗氣量與工作壓力的關(guān)系 上面是真空度跟壓力的曲線關(guān)系圖 觀察一下可以知道 真空度是有最大 值的 假使超過了最大值 我們還繼續(xù)加大供氣的壓力 這時(shí)候真空度Pzmax 不會(huì)繼續(xù)升上去反而會(huì)降下來 實(shí)際工作時(shí) 建議真空度定成 63 95 圖 3 9 真空發(fā)生器耗氣量與工作壓力的關(guān)系 30 我們選出的真空吸盤壓力是 所以這次真空發(fā)生器的耗氣量取0 4Mpa 真空度 5 Lmin0 2pa 4 選擇其他元器件 一個(gè)真空吸附系統(tǒng)還會(huì)有真空的過濾器 供給閥 破壞閥等等 我們這次 選了型號(hào) 的真空過濾器 它的流量是 比真空發(fā)生6ZFB30 Lmin 器的最大流量 所以是滿足要求的 真空節(jié)流閥選了 KLA 系列單向2 Lin 節(jié)流 KLA L6 公稱的通徑是 有效的截流面超過 泄露量要小于m25 單向閥的開啟壓力大小是 350 mic 0 5Mpa 供給閥是裝在壓力管里面的 一般來說我們會(huì)選 AB31 AB41 系列的換向 閥 型號(hào)是 公稱的通徑大小是 AB 接管螺紋 有106AB 1 8ZG 效的截面面積是 它要比噴嘴的面積的 4 倍還要多 供氣口的連著的25 3 管內(nèi)徑也要大于噴嘴直徑的 4 倍才行 這樣供給回路里的壓力損失會(huì)少點(diǎn) 真空換向閥是裝在真空回路里面的 條件就是選能在真空環(huán)境工作的換向 閥 不會(huì)發(fā)生泄露 所以截止式的和導(dǎo)膜片式的結(jié)構(gòu)都適用的 那么我們就選 系列多種流體二位二通先導(dǎo)膜片式電磁閥 型號(hào)是 接管09275 0927 螺紋是 通徑是 換向頻率要大于 1 4in8m0 5HZ 第 4 章 基于 Pro E 的三維設(shè)計(jì)及仿真 4 1 Pro E 三維設(shè)計(jì)軟件概述 Pro Engineer 軟件是美國(guó) PTC 公司開發(fā)出來的一種把 CAD CAM CAE 一體 化的三維軟件 Pro Engineer 軟件是參數(shù)化技術(shù)的領(lǐng)先者 在三維造型軟件中分 量很重 Pro Engineer 是世界機(jī)械 CAD CAE CAM 范圍的新準(zhǔn)則 得到整個(gè)行 業(yè)的認(rèn)可而且還在不斷推廣中 這也是現(xiàn)在主要的 CAD CAM CAE 軟件 在國(guó) 內(nèi)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域也相當(dāng)重要 Pro Engineer 在中國(guó)有幾種其他說法 例如 ProE Pro E 等等都是特指這個(gè) 軟件 proe2001 proe2 0 3 0 4 0 5 0 creo1 0 creo2 0 等等都是軟件不停更新的 版本 Pro E 軟件第一個(gè)提出參數(shù)化概念 它用一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(kù)解決所有問題 此外 利用模塊化方式 用戶的自身的需求不一樣可以選擇對(duì)應(yīng)的模塊 不需 要安裝所有的模塊 Pro E 的特點(diǎn)是可以把整個(gè)過程全都集成到一塊 進(jìn)行設(shè)計(jì) 31 任務(wù) 可以用到工作站 單機(jī)上面 軟件的模塊設(shè)計(jì)方式 可以分別繪出草圖 制造相關(guān)零件 設(shè)計(jì)各種裝配部位 加工處理等等工作 用戶要設(shè)計(jì)什么部分 就直接在軟件上選來用就可以了 1 參數(shù)化設(shè)計(jì) 我們可以把產(chǎn)品當(dāng)成看成一種幾何模型 所以不管多復(fù)雜的模型 都可以 分成數(shù)得出的構(gòu)成特征 每一個(gè)構(gòu)成部分 用有限的參數(shù)來限定 這就是參數(shù) 化的基本 不過缺點(diǎn)是在零件模塊下面不好隱藏實(shí)體 2 基于特征來進(jìn)行建模 Pro E 是實(shí)體模型化的系統(tǒng) 設(shè)計(jì)者會(huì)用帶智能的基于特征的功能去生成出 模型 比如機(jī)構(gòu)的腔 殼 倒角 圓角等 設(shè)計(jì)者可以在軟件上畫出草圖 這 之后變成模型很容易 3 單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro Engineer 是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù) 傳統(tǒng)的 CAD CAM 系統(tǒng)是多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù) 什 么叫單一數(shù)據(jù)庫(kù) 就是全部資料都裝在同一個(gè)資料庫(kù)里 進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候 任 何一個(gè)地方變了 就能反應(yīng)到整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上面 比如 有個(gè)地方 的工程詳圖變了 數(shù)控 NC 工具路徑也會(huì)自動(dòng)調(diào)整好 有個(gè)地方的組裝工程圖 變了 那么三維模型就會(huì)變動(dòng) 用這種數(shù)據(jù)庫(kù)跟工程設(shè)計(jì)的結(jié)合到一起可以讓 設(shè)計(jì)更便利 設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品質(zhì)量變高 產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng) 價(jià)格也能降 下來 Pro Engineer 的軟件包有參數(shù)化功能定義 實(shí)體零件的功能 組裝造型的功 能 三維上色的功能 實(shí)體或線框造型的功能 完整工程圖的生成功能 不同 視圖的展示的功能 其中三維造型還能移動(dòng) 放大 縮小 旋轉(zhuǎn) Pro Engineer 也可以進(jìn)行功能的定義 舉個(gè)例子機(jī)構(gòu)造型能通過不同的設(shè)計(jì) 專用功能來完成 功能有筋 Ribs 槽 Slots 倒角 Chamfers 抽殼 Shells 等等 利于這些定義把外形建起來 設(shè)計(jì)師來看就會(huì)顯得更自然 更直接 不要再畫 復(fù)雜的幾何圖形 系統(tǒng)里的參數(shù)比功能 是用符號(hào)式來代表形體的尺寸 而其他一些系統(tǒng)要 直接指定出固定數(shù)值到形體上面 這個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)功能可以任意建出形體上的 尺寸和功能之間的關(guān)系 只要一個(gè)參數(shù)變了 它代表的特征就會(huì)跟著自行變了 這種優(yōu)勢(shì)讓修改變得更方便 優(yōu)化得更加完美 我們?cè)O(shè)計(jì)出來的造型可以在屏幕上看 還能傳到繪圖機(jī)上面或者是一些支 持 Postscript 格式的彩色打印機(jī) Pro Engineer 軟件還可以把三維 二維的圖形傳 動(dòng)其他軟件上面 這些都是把標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)變格式傳送的 用戶還能自行用 C 語言 編程 軟件的功能就更全了 單用戶的時(shí)候 不帶任何附加模塊都還有大部分 32 的設(shè)計(jì)能力 比如組裝能力和工程制圖能力 還可以支持一些繪圖儀打出來 傳到黑白 彩色打印機(jī)上也能打出二維 三維的圖 Pro Engineer 功能見下面幾點(diǎn) 1 用特征來驅(qū)動(dòng) 比如 凸臺(tái)