機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程說(shuō)明書(shū)模板.doc

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機(jī)電工程學(xué)院 機(jī)器人的第一次大作業(yè) 設(shè)計(jì)題目 直角坐標(biāo)型機(jī)器人機(jī)身設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)老師 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一 題目 直角坐標(biāo)型機(jī)器人機(jī)身設(shè)計(jì) 二 研究?jī)?nèi)容與目標(biāo) 本設(shè)計(jì)主要的研究?jī)?nèi)容是 1 直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn) 2 直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用 3 根據(jù)用途運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 融入我的設(shè)計(jì)思想使設(shè)計(jì)更有特色 目標(biāo) 直角坐標(biāo)型機(jī)器人機(jī)身 三 研究方法 畫(huà)出機(jī)身的三維圖形 對(duì)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析 四 主要參考文獻(xiàn) 1 鄒慶華 數(shù)控新技術(shù)動(dòng)向研究 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2009 31 89 91 2 艾興 肖詩(shī)綱著 切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 10 1 50 3 陳宏均著 實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1996 12 167 258 4 楊勝群 VERICUT7 0 中文版數(shù)控加工仿真技術(shù) 北京 清華大學(xué)出版 社 2010 5 張衛(wèi)衛(wèi) 李建生 數(shù)控仿真技術(shù)分析及發(fā)展趨勢(shì) 心聲 2010 85 87 6 王先奎 機(jī)械制造工藝學(xué) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 7 熊毅 王哲 唐建生 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) J 制造技術(shù)與機(jī)床 2011 12 目錄 摘要 6 第一章 緒論 7 1 1 直角坐標(biāo)型機(jī)器人的介紹 7 1 2 直角坐標(biāo)型機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r 7 1 3 目的和現(xiàn)實(shí)意義 8 1 4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 9 1 5 發(fā)展和研究方向 10 第二章 PRO E 的選擇使用 11 2 1 Pro ENGINEER 產(chǎn)品介紹 11 2 2 Pro ENGINEER 概述 11 2 3 Pro ENGINEER 的特點(diǎn) 13 第三章 機(jī)身零件的設(shè)計(jì) 15 3 1 機(jī)身底座建模 16 3 2 機(jī)身垂直軸旋轉(zhuǎn)體的建模過(guò)程 17 總結(jié) 32 致謝 32 參考文獻(xiàn) 33 直角坐標(biāo)型機(jī)器人機(jī)身設(shè)計(jì) 三明學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 姓名 吳偉剛 摘要 工業(yè)應(yīng)用中 直角坐標(biāo)型機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的 可重復(fù)編程的 多功能的 多自由度的 運(yùn)動(dòng)自由度建成空間直角關(guān)系 多用途的操作機(jī) 他能夠搬運(yùn)物 體 操作工具 以完成各種作業(yè) 關(guān)于機(jī)器人的定義隨著科技的不斷發(fā)展 在不斷的完善 直角坐標(biāo)機(jī)器人作為機(jī)器人的一種 其含義也在不斷的完善中 關(guān)鍵詞 直角坐標(biāo)機(jī)器人 直線定位單元 控制系統(tǒng) 伺服控制 第一章 緒論 1 1 直角坐標(biāo)型機(jī)器人的介紹 直角坐標(biāo)機(jī)器人又稱單軸機(jī)械手 工業(yè)機(jī)械臂 電缸等 是以 XYZ 直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基 本數(shù)學(xué)模型 以伺服電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的單軸機(jī)械臂為基本工作單元 以滾珠絲桿 同步皮帶 齒輪齒條為常用的傳動(dòng)方式所架構(gòu)起來(lái)的機(jī)器人系統(tǒng) 可以完成在 XYZ 三維坐 標(biāo)系中任意一點(diǎn)的到達(dá)和遵循可控的運(yùn)動(dòng)軌跡 直角坐標(biāo)機(jī)器人采用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的驅(qū)動(dòng)及編程控制 直線 曲線等運(yùn)動(dòng)軌 跡的生成為多點(diǎn)插補(bǔ)方式 操作及編程方式為引導(dǎo)示教編程方式或坐標(biāo)定位方式 1 2 直角坐標(biāo)型機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r 直角坐標(biāo)型機(jī)器人是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 直角坐標(biāo)型機(jī)器人研究 始于20世紀(jì)中期 隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展 特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī) 問(wèn)世以來(lái) 計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步 向高速度 大容量 低價(jià)格的方向發(fā)展 同時(shí) 大 批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展 又為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ) 另一方面 核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì) 在這一需求背景下 美國(guó)于 1947年開(kāi)發(fā)了遙控機(jī)械手 1948年又開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手 直角坐標(biāo)型機(jī)器人首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的 1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái) 直角坐標(biāo)型機(jī)器人 它的結(jié)構(gòu)是 機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)臂 頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī) 構(gòu) 控制系統(tǒng)是示教形的 隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展 農(nóng)業(yè)機(jī)械將進(jìn)入高度自 動(dòng)化和智能化時(shí)期 直角坐標(biāo)型機(jī)器人的應(yīng)用可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量 改善勞動(dòng)條 件 解決勞動(dòng)力不足等問(wèn)題構(gòu)成 1 3 目的和現(xiàn)實(shí)意義 作為一種成本低廉 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的自動(dòng)化機(jī)器人系統(tǒng)解決方案 直角坐標(biāo)機(jī)器可 以被應(yīng)用于點(diǎn)膠 滴塑 噴涂 碼垛 分揀 包裝 焊接 金屬加工 搬運(yùn) 上下料 裝 配 印刷等常見(jiàn)的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域 在替代人工 提高生產(chǎn)效率 穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量等方面都具 備顯著的應(yīng)用價(jià)值 針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合 對(duì)直角坐標(biāo)機(jī)器人有不同的設(shè)計(jì)要求 比如根據(jù)對(duì)精度 速度 的要求選擇不同的傳動(dòng)方式 根據(jù)特定的工藝要求為末端工作頭選擇不同的夾持設(shè)備 夾 具 爪手 安裝架等 以及對(duì)于示教編程 坐標(biāo)定位 視覺(jué)識(shí)別等工作模式的設(shè)計(jì)選擇等 從而使之能滿足于不同領(lǐng)域 不同工況的應(yīng)用要求 1 4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)直角坐標(biāo)型機(jī)器人主要用于機(jī)床加工 鑄鍛 熱處理等方面 數(shù)量 品種 性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要 所以 在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍 重點(diǎn) 發(fā)展鑄造 熱處理方面的機(jī)械手 以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 改善作業(yè)條件 在應(yīng)用專用機(jī)械手的 同時(shí) 相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手 有條件的還要研制示教式機(jī)械手 計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組 合機(jī)械手等 同時(shí)要提高速度 減少?zèng)_擊 正確定位 以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用 此 外還應(yīng)大力研究伺服型 記憶再現(xiàn)型 以及具有觸覺(jué) 視覺(jué)等性能的機(jī)械手 并考慮與計(jì) 算機(jī)連用 逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元 國(guó)外直角坐標(biāo)型機(jī)器人在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多 發(fā)展也很快 目前主要用于機(jī)床 橫 鍛壓力機(jī)的上下料 以及點(diǎn)焊 噴漆等作業(yè) 它可按照事先指定的作業(yè)程序來(lái)完成規(guī)定的 操作 國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手 使它具有一定的傳感能 力 能反饋外界條件的變化 作相應(yīng)的變更 如位置發(fā)生稍許偏差時(shí) 即能更正并自行檢 測(cè) 重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能 目前已經(jīng)取得一定成績(jī) 目前世界高端工業(yè)機(jī)械手 均有高精化 高速化 多軸化 輕量化的發(fā)展趨勢(shì) 定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要 求 運(yùn)行速度可以達(dá)到 3M S 量新產(chǎn)品達(dá)到 6 軸 負(fù)載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG 更重要的是將機(jī)械 手 柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合 從而根本改變目前 機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài) 同時(shí) 隨著機(jī)械手的小型化和微型化 其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)突 破傳統(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域 而向著電子信息 生物技術(shù) 生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展 1 5 發(fā)展和研究方向 隨著直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛 直角坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)工作日益顯得重要 成功 的設(shè)計(jì)一臺(tái)直角坐標(biāo)機(jī)器人涉及到很多方面的工作 包括機(jī) 械結(jié)構(gòu) 動(dòng)力驅(qū)動(dòng) 伺服控制等等 沈陽(yáng)力拓自動(dòng)化控制技術(shù)有限公司有著多年直角坐標(biāo) 機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用 數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn) 我們依托德國(guó) BAHR 公司直線定位系統(tǒng)性及機(jī)械手臂開(kāi)發(fā)出了價(jià)比優(yōu)良的系列數(shù)控直角坐標(biāo)機(jī)器人 被廣 泛地應(yīng)用在汽車(chē) 電子 電器 檢測(cè) 醫(yī)療 航天 食品等 各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)線上 第二章 Pro E 的選擇使用 2 1 Pro ENGINEER 產(chǎn)品介紹 Pro Engineer 是軟件包 并非模塊 它是該系統(tǒng)的基本部分 其中功能包括參數(shù)化功能 定義 實(shí)體零件及組裝造型 三維上色實(shí)體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖 三 維造型還可移動(dòng) 放大或縮小和旋轉(zhuǎn) Pro Engineer 是一個(gè)功能定義系統(tǒng) 即造型是通 過(guò)各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來(lái)實(shí)現(xiàn) 其中包括 筋 Ribs 槽 Slots 倒角 Chamfers 和抽空 Shells 等 采用這種手段來(lái)建立形體 對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然 更直觀 無(wú)需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式 這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺 寸 不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體 這樣工程師可任意建立形體上的尺寸 和功能之間的關(guān)系 任何一個(gè)參數(shù)改變 其也相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正 這種功能使得修 改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美 造型不單可以在屏幕上顯示 還可傳送到繪圖機(jī)上 或一些支持 Postscript 格式的 彩色打印機(jī) Pro Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其 他應(yīng)用軟件 諸如有限元分析及后置處理等 這都是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來(lái)實(shí)現(xiàn) 用戶 更可配上 Pro Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語(yǔ)言編程 以增強(qiáng)軟件的功能 它 在單用戶環(huán)境下 沒(méi)有任何附加模塊 具有大部分的設(shè)計(jì)能力 組裝能力 人工 和工程 制圖能力 不包括 ANSI ISO DIN 或 JIS 標(biāo)準(zhǔn) 并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀 HP HPGL 和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出 2 2 Pro ENGINEER 概述 Pro Engineer 是一款操作軟件 該軟件以參數(shù)化著稱 是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者 在目 前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位 是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司 PTC 旗下的 CAD CAM CAE 一體化的三維軟件 作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD CAE CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而 得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣 是現(xiàn)今主流的 CAD CAM CAE 軟件之一 特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì) 領(lǐng)域占據(jù)重要位置 2 3 Pro ENGINEER 的特點(diǎn) Pro E 第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念 并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn) 題 另外 它采用模塊化方式 用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇 而不必安裝所有模塊 Pro E 的基于特征方式 能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起 實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì) 它不 但可以應(yīng)用于工作站 而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上 Pro E 采用了模塊方式 可以分別進(jìn)行草圖繪制 零件制作 裝配設(shè)計(jì) 鈑金設(shè)計(jì) 加工處理等 保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用 1 參數(shù)化設(shè)計(jì) 相對(duì)于產(chǎn)品而言 我們可以把它看成幾何模型 而無(wú)論多么復(fù)雜的幾何模型 都可以 分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征 而每一種構(gòu)成特征 都可以用有限的參數(shù)完全約束 這就是 參數(shù)化的基本概念 2 基于特征建模 Pro E 是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng) 工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的 功能去生成模型 如腔 殼 倒角及圓角 您可以隨意勾畫(huà)草圖 輕易改變模型 這一功 能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活 3 單一數(shù)據(jù)庫(kù) 全相關(guān) Pro Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上 不像一些傳統(tǒng)的 CAD CAM 系統(tǒng)建立 在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上 所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù) 就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù) 使得每一個(gè)獨(dú)立 用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作 不管他是哪一個(gè)部門(mén)的 換言之 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何 一處發(fā)生改動(dòng) 亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上 例如 一旦工程詳圖有改 變 NC 數(shù)控 工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新 組裝工程圖如有任何變動(dòng) 也完全同樣反應(yīng)在整 個(gè)三維模型上 這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合 使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合 起來(lái) 這一優(yōu)點(diǎn) 使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化 成品質(zhì)量更高 產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng) 價(jià)格也更便 宜 第三章 機(jī)身零件的設(shè)計(jì) 3 1 機(jī)身底座建模 3 2 機(jī)身垂直軸旋轉(zhuǎn)體的建模過(guò)程 總結(jié) 致謝 參考文獻(xiàn)