碼垛機(jī)器人-SW-P,碼垛,機(jī)器人,sw 分 類 號 密 級 寧 畢業(yè)設(shè)計(論文) 碼垛機(jī)器人設(shè)計 所在學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 11機(jī)自x班 姓 名 學(xué) 號 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，大大縮短了包裝周期時間。體積小、速度快，配有全套輔助設(shè)備（從集成式空氣與信號系統(tǒng)至抓料器）。可配套使用包裝軟件，機(jī)械方面集成簡單，編程更是十分方便。從效率上說，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.......................................2 1.2.1機(jī)械手組成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.2.2機(jī)械手分類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第二章 機(jī)械手設(shè)計方案 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．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.3機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.4機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.5機(jī)械手驅(qū)動方案設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6機(jī)械手控制方案設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．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 3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 3.1.1手指的形狀和分類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.1.2設(shè)計時考慮的幾個問題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.1.3動力設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1手腕自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.2手腕驅(qū)動力矩的計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.2.1手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 第五章 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計與校核 5.1手臂伸縮部分尺寸設(shè)計與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.1.1尺寸設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．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)計與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.2.1尺寸設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.3手臂回轉(zhuǎn)部分尺寸設(shè)計與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.3.1尺寸設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5.3.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 第六章 機(jī)械手PLC控制設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 6.1可編程序控制器的選擇及工作過程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．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 專業(yè)相關(guān)的資料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 摘 要 設(shè)計的手臂考慮到工作要求不高，負(fù)荷量也少，所以在設(shè)計中最優(yōu)先的同步電機(jī)驅(qū)動軸電動機(jī)選擇第二，那個底盤動力大馬達(dá)，第二軸力的最初的選擇的馬達(dá)選擇的第3軸力比前兩個比較小馬達(dá)，壓鑄底盤，想模し底盤一定沉重，否則可能會翻車，整個機(jī)器臂板金，一是考慮的鈑金加工簡單，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床加工。關(guān)于用手指數(shù)控銑床。設(shè)計時第1軸底盤旋轉(zhuǎn)才3個齒輪減速，兩個但是空間和想不允許，4 : 1：降速，最初和第2共計4 : 1減速作用，第二第三的配合從1對1轉(zhuǎn)空間為目的的。然后第三個齒輪一些螺絲洞，固定電話。第二軸旋轉(zhuǎn)軸固定底盤轉(zhuǎn)盤上，選擇了，小軸承為軸，驅(qū)動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)計上，采用的是3 : 2的減速配合。極限方案1：正是距離極限開關(guān)，即極限位置觸發(fā)馬達(dá)電源開關(guān)后。極限方案2：終于傳感器控制，本設(shè)計中比較適合的是光耦傳感器，即紅外線發(fā)射信號，物體的運動到極限位置發(fā)射極接收機(jī)的信號傳感器接收后傳控制器、電動機(jī)的停止轉(zhuǎn)動。極限方案三：采用的是硬性限制和擋板沖突限制，機(jī)器臂運動距離手其構(gòu)造限制，手臂的運動服結(jié)構(gòu)位置前，其自動停止，必須讓。簡單方便考慮本設(shè)計直接那個方案。 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動作機(jī)能，有一定的程序，搬運抓取物件和操作工具的自動操縱裝置。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生產(chǎn)機(jī)械化，自動化，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。 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強(qiáng)。也就是說機(jī)械手的最大優(yōu)點重復(fù)同樣的動作機(jī)器的正常情況下永遠(yuǎn)也不累！機(jī)械手臂也越來越廣泛應(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)種類的不同，驅(qū)動方式可分為液壓式，氣動式，電動式，機(jī)械式。特征是通過編程結(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)械的各自的長處手機(jī)器。 1.2 機(jī)械手組成和分類 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)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。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，是常用的手指的運動形式旋轉(zhuǎn)型和移動型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，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，但移動型手指支持圓形零部件的時候，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)型式較多時常用的：射門杠桿式，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） 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)定要求搬運到指定的位置。工業(yè)機(jī)械手手腕是通常的驅(qū)動手臂運動的零件（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)動源（例如液壓，氣壓和電機(jī)等）合起，手腕動作，實現(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)運動和升降（或間距）運動柱有著密切的關(guān)系。機(jī)械手立I的工作需要，有時也橫移動，也就是被稱為移動式柱。 5，行車裝置： 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)不安走盤式機(jī)關(guān)裝運車輪鐵軌等裝置，行駛實現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手機(jī)械運動。盤式布路面和無軌的2種。驅(qū)動滾輪運動又增設(shè)機(jī)械傳動裝置。 6，皮帶驅(qū)動： （二）驅(qū)動系統(tǒng) 常用的驅(qū)動系統(tǒng)液壓傳動，空氣傳動，機(jī)械傳動。控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手規(guī)定要求的運動的系統(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。控制系統(tǒng)，電氣控制和流體控制兩種，它的支配著機(jī)械手規(guī)定的程序運動， （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 （1）用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手與手的2種類通用機(jī)械： 1，專用機(jī)械手 那是附屬實體，一定的程序獨立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。 2，通用機(jī)械手 它是一種獨立控制系統(tǒng)的程序的動作，變數(shù)，靈活多樣的機(jī)械手。性能的距離內(nèi)，其變量的行動程序，不同的場合使用調(diào)整，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是一個獨立的。 （二）驅(qū)動方式分 1，液壓傳動手 液壓驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)關(guān)的壓力的運動的機(jī)械手。其主要特點是：幾百公里以上重，傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，動作機(jī)敏。 2，氣壓傳動手 壓縮空氣的壓力驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)關(guān)的運動的機(jī)械手。 3，機(jī)械傳動手 即機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)（例如，凸輪，連桿、齒輪機(jī)架或間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動的機(jī)械手。它是一種附屬的專用機(jī)械手工的主機(jī)，機(jī)床，其動力傳輸?shù)?。它的主要特點是正確的信賴的工作中使用的運動，主機(jī)上，材料。工作頻率很大，但結(jié)構(gòu)較大，行動程序不可變。 4，電力傳動手 即特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)，線性馬達(dá)和電力步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)關(guān)從手中的運動機(jī)械，中間的轉(zhuǎn)換器，所以不必，機(jī)械的構(gòu)造簡單。其中的線性馬達(dá)機(jī)器人的運動速度快和距離長，維護(hù)和方便。這個機(jī)器的手還不多，但是有發(fā)展前途。 (三)按控制方式分 1，時候控制它的運動空間點時間之間的移動，只控制運動過程中一些位置控制不了時，其運動軌跡。若欲望控制的點，必然的增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手。 2，連續(xù)軌跡控制其運動軌跡空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定時無限的移動，整個過程控制下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和正確的運動，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)械手一般小型計算機(jī)控制。 第二章 機(jī)械手設(shè)計方案 機(jī)械手基本要求是快速、準(zhǔn)確地拾-搬運和公寓，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定位等特性。電器機(jī)械設(shè)計手的原則是：充分分析作業(yè)對象（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，搬運時的力量接受，尺寸和質(zhì)量特性參數(shù)等，并且被確定，機(jī)械手構(gòu)造及運行控制的要求。盡量使用定型的標(biāo)準(zhǔn)模塊，簡化的設(shè)計，制造過程，兼顧通用性和專用性實現(xiàn)的柔性轉(zhuǎn)換程序控制。此次的設(shè)計的機(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，不改變能行動程序自動運送和操作設(shè)備，勞動強(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)械運動形式的組合的情況，那個坐標(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。這個機(jī)器的手，訓(xùn)練的時候手臂升降，收縮和旋轉(zhuǎn)運動采用，因此，圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手3個的自由度，為了彌補(bǔ)升降運動距離小規(guī)模的缺點，手臂增加增加揮桿機(jī)構(gòu)的胳膊的擺動的自由度 2.2 .機(jī)械手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 為了獲得機(jī)械通用性強(qiáng)，機(jī)械手部結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以變更構(gòu)造，工作是棒時使用支持式手， 2.3 .機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 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)運動工作要求的。所以，手腕轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)手腕旋轉(zhuǎn)運動機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。 2.4 .機(jī)械手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 自由泳要求工作，本機(jī)器手腕是3個的自由度，即手臂的伸縮，左右的旋轉(zhuǎn)和降（或間距）運動。手臂的旋轉(zhuǎn)和升降運動通過人的手臂模擬3軸旋轉(zhuǎn)的通過實現(xiàn)的。 2.5 .機(jī)械手驅(qū)動方案設(shè)計 電力驅(qū)動系統(tǒng)的動作而迅速，敏感反應(yīng)，抵抗的損失和泄漏小，簡單，簡單的安裝與維護(hù)成本低，所以手電力驅(qū)動方式機(jī)械。 2.6 .機(jī)械手控制方案設(shè)計 機(jī)械通用性考慮著你的手，同時使用時位控制采用，所以可編程控制器（PLC）機(jī)械控制。機(jī)械手的動作流動變化的時候，PLC程序只改變實現(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)的實際情況，本設(shè)計工作的質(zhì)量爬泳5公里 基本參數(shù)運動速度機(jī)械手主要基本參數(shù)。操作手的節(jié)奏機(jī)械設(shè)計速度速度要求，限制其使用距離低。然后影響機(jī)械手動作速度的主要原因是手臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)速度。手機(jī)械的動作時啟動，停止過程的加減速存在，速度距離曲線說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。除了運動速度以外，手臂設(shè)計的基本參數(shù)也伸縮日程和工作半徑。大部分的機(jī)械手設(shè)計成相當(dāng)于人工坐或站著一點點操作的空間里走。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傳輸裝置好。統(tǒng)計相比，這個機(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。這臺機(jī)械手定位精度。 2.8. 機(jī)械手技術(shù)參數(shù)列表 一、用途: 用于自動輸送線的上下料。 二、設(shè)計技術(shù)參數(shù): 1、抓重: 2、自由度數(shù):5個自由度 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、手臂運動參數(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、手肘運動參數(shù): 回轉(zhuǎn)距離 0到270° 回轉(zhuǎn)速度 8、底盤運動參數(shù)：回轉(zhuǎn)距離 0到270° 回轉(zhuǎn)速度90°/s 9、定位方式:距離開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等 10、定位精度: 11、驅(qū)動方式:電動傳動 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 3.1夾持式手部結(jié)構(gòu) 支持式是最常見的一種，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，手指的活動手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型（或是直線型），其中兩支點回轉(zhuǎn)型基本型式。 3.1.1手指的形狀和分類 支持式是最常見的一種，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，手指的活動手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型（或是直線型），其中兩支點回轉(zhuǎn)型基本型式。 3.1.2設(shè)計時考慮的幾個問題 （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，還考慮傳送過程中產(chǎn)生性力和振動，保證工件不產(chǎn)生松動。 （二）手指間應(yīng)具有一定的開閉角 應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度度的要求。 （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，以航班自動定心。 （四） 根據(jù)桌子桌子機(jī)械手工作需求，通過比較，我們采用的桌子桌子機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)是一次轉(zhuǎn)型支點兩指，由于工件多為圓柱形狀，已故的手指形狀設(shè)計成V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。 3.1.3動力設(shè)計 1、手部驅(qū)動力計算 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)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為: (2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式: 所以 (3)實際驅(qū)動力: I,因為傳力機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取，并取。若被抓取工件的最大加 速度取時，則: 所以 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為。 第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計 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，因此它是獨立的自由度的機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動作求。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)。這個機(jī)器的手抓住工作水平，同時考慮放在通用性，所以轉(zhuǎn)動手臂設(shè)置x軸旋轉(zhuǎn)運動工作要求的現(xiàn)在實現(xiàn)手臂旋轉(zhuǎn)運動機(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)動力矩的計算 4.2.1手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩 手臂的旋轉(zhuǎn)，上下左右擺動的同時旋轉(zhuǎn)運動，手腕旋轉(zhuǎn)驅(qū)動傳動扭矩必須克服時的手腕啟動時產(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)時受力狀態(tài) 手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算: 式中: - 驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩(); - 慣性力矩(); - 參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)電機(jī))對轉(zhuǎn)動軸線所產(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，分析各阻力矩的計算: 1、手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩M悅 若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為，起動過程所用的時間為，則: 式中:- 參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量; - 工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量`。 若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量為: 式中: - 工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量: - 工件的重量(N); - 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm), - 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度(弧度/s); - 起動過程所需的時間(s); — 起動過程所轉(zhuǎn)過的角度(弧度)。 2、手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + () 式中: - 手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N); - 手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm) 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則. 3、手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 () 式中: ，- 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm); - 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，對于滑動軸承; ,- 處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解， 根據(jù),得: 同理，根據(jù)(F),得: 式中:- 的重量(N) ,— 如圖4-1所示的長度尺寸(cm). 第五章 手臂伸縮的尺寸設(shè)計與校核 5.1手臂伸縮結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計與校核 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)動距離為270°，設(shè)計思路在0°到270°的2邊各安裝一個距離開關(guān)，或者紅外傳感器。 5.2.2 尺寸校核 長度設(shè)計為=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．測定手腕質(zhì)量為10kg,則重力 1， 設(shè)計加速度，則慣性力 總受力 所以設(shè)計尺寸符合實際使用要求。 5.3.2 尺寸校核 1．測定參與手臂轉(zhuǎn)動的部件的質(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半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： （） 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), 總驅(qū)動力矩 設(shè)計尺寸滿足使用要求。 第五章 機(jī)械手PLC控制設(shè)計 6. 1可編程序控制器的選擇及工作過程 6.1.1 可編程序控制器的選擇 考慮到機(jī)械手通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制.當(dāng)機(jī)械手動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。 6.1.2 可編程序控制器的工作過程 可編程控制器實施，通過各種各樣的用戶程序控制完成任務(wù)。因此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程4個階段，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)的詢問，輸入輸出模式寄存器來說。輸入輸出模式寄存器別名I / 0狀態(tài)表。這個表的專業(yè)保管輸入輸出狀態(tài)信息的記憶領(lǐng)域。那個保存輸入狀態(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)入下一個階段。 第二階段，輸入信號處理階段。 輸入信號處理階段，CPU對輸入狀態(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，各自的輸入時的狀態(tài)I / 0狀態(tài)表來維持，各自的輸入端子不接受信號的變化的影響所造成的混亂，因此不能運算結(jié)果，這個周期用戶程序的正確執(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，可編程控制器用戶程序順次掃描，各I / 0狀態(tài)和關(guān)系運算處理指令進(jìn)行最后的結(jié)果寫入的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對用戶程序是掃描處理完成，運算結(jié)果寫入的I / 0狀態(tài)表狀態(tài)寄存器。這個時候的輸入信號輸出模式寄存器中取出，送到輸出閂鎖電路，驅(qū)動功率繼電器線圈的罪，控制設(shè)備的各種各樣的相應(yīng)的動作。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)計的電通用機(jī)械手，對專用機(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)動采用，快，敏感，能實現(xiàn)過負(fù)荷保護(hù)，容易自動控制。作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性好，環(huán)境的變化的影響是不傳動和控制性能。同時成本低廉。 3，電力驅(qū)動系統(tǒng)通過工作原理圖的參數(shù)化描繪，大大地描畫速度，節(jié)省了大量的時間和為了避免不必要的重復(fù)勞動，同時做到了圖紙統(tǒng)一。 4，機(jī)械手PLC控制，采用信賴性高，靈活改變程序等的長處也進(jìn)行時間控制的距離都控制和混合動力控制，PLC程序設(shè)定。根據(jù)機(jī)械手動作順序程序修改，機(jī)械手通用性強(qiáng)。 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計也接近尾聲了，也意味我在大學(xué)的生活就要劃上一個句號?；剡^頭來看看自己做設(shè)計的過程，也有很多體會。助推器的助推方案不斷推倒，不斷重建。也讓我對專業(yè)技能有了更深的了解。 首先，誠摯感謝我的指導(dǎo)老師。每當(dāng)我有不懂的問題的時候，老師總是耐心為我解答，而且解答地很詳細(xì)，讓我對下一步的工作有了清晰的認(rèn)識。在我沒有頭緒的時候，老師總是適時地提出自己的建議，循循善誘，給我思考的空間，鍛煉了我的專業(yè)思維。老師總是抽出自己的時間來督促我論文的進(jìn)度，這是很無私的。在此，向老師表示崇高的謝意！ 感謝四年來同學(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，才讓我度過了四年充實的大學(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. 冶金工業(yè)出版社 ,1996 3.宗光華 張慧慧譯.機(jī)器人設(shè)計與控制. 科學(xué)出版社 ， 2004 4. 鄭笑級 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. 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