畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 調(diào) 研 報(bào) 告調(diào)研報(bào)告一、本課題的來源及意義 本課題研究的是直角坐標(biāo)電力控制機(jī)械手升降、伸縮部分的設(shè)計(jì)。機(jī)械手是機(jī)器人的一個(gè)重要組成部分 它是隨著機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷成熟而不斷發(fā)展的。而機(jī)器人在現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛 作用越來越重要 工業(yè)機(jī)械手尤其如此 因此設(shè)計(jì)實(shí)用高效的機(jī)械手對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)者來說是個(gè)富有意義和挑戰(zhàn)的課題。 通常機(jī)械手由多自由度機(jī)械臂和末端夾持器組成。機(jī)械手通過多自由度機(jī)械臂的姿態(tài)調(diào)整和末端夾持器的動(dòng)作完成操作任務(wù)。球坐標(biāo)機(jī)械手突出特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性、靈活性 機(jī)構(gòu)承載能力強(qiáng) 具有較好的通用性 重復(fù)定位精度高 動(dòng)作速度快 能夠成功的應(yīng)用于包裝、上下料以及工業(yè)生產(chǎn)等廣泛領(lǐng)域 而電力控制中步進(jìn)電機(jī)可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制 控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 控制性能好 通常不需要反饋就能對(duì)位置和速度進(jìn)行控制 位置誤差不會(huì)累積 在機(jī)器人中 機(jī)械手起著連接和承受外力的作用 機(jī)械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量 其結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對(duì)機(jī)械手性能影響很大。綜上所述 設(shè)計(jì)球坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手是個(gè)很有意義的課題。 二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展 如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的年代。通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展又促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí) 而且還應(yīng)用了一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等 因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視。幾十年來 這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍 設(shè)計(jì)在不斷修改 品種在不斷增加 應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。 早在 20 世紀(jì) 40 年代 隨著原子能工業(yè)的發(fā)展 以出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。50~60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。 19681970 年 又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上 使第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段70 年代機(jī)械手可以說是處于技術(shù)發(fā)展階段。 80 年代以來 國(guó)際機(jī)械手的發(fā)展速度平均保持在 25%30% 的年增長(zhǎng)率 其中 1986、1987、1993、1994 年略低 無增長(zhǎng) 。如此高的增長(zhǎng)率有其深刻的社會(huì)背景。首先60 年代末 70 年代初 由于世界石油價(jià)格的沖擊 國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇 產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也越來越快 致使 30 年代50 年代逐步建立起來的單一產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)流水線上遇上了在改變產(chǎn)品品種是 原有的單一產(chǎn)品專用生產(chǎn)裝置改變的困難 時(shí)間、投資、停產(chǎn)等 以及如何實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量或混流生產(chǎn)的自動(dòng)化難題。為此?！?柔性生產(chǎn)”的概念及其試驗(yàn)性的設(shè)計(jì)就誕生了。這些因素都促進(jìn)了機(jī)械手的高速發(fā)展。 我國(guó)機(jī)械手起步較晚,經(jīng)過 30 多年的發(fā)展。我國(guó)機(jī)器手的研究 有了長(zhǎng)足的發(fā)展 有的方面已達(dá)到了世界先進(jìn)水平。但與先進(jìn)的國(guó)家相比 還有很大距畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 調(diào) 研 報(bào) 告離 從總體上看 我國(guó)機(jī)器手的研究仍然任重道遠(yuǎn)。 三、本課題研究目標(biāo)和內(nèi)容 本文研究的直角坐標(biāo)電液控制機(jī)械手升降伸縮部分的設(shè)計(jì) 包括機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的確定電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的確定 設(shè)計(jì)選型和校核 編制 PLC 梯形圖 繪制 I/O 端子接線圖 控制系統(tǒng)原理圖 驅(qū)動(dòng)電路原理圖 升降及伸縮機(jī)構(gòu)零件圖和裝配圖。 任務(wù)量為 3 張零號(hào)圖紙 目標(biāo)是希望通過本課題 能鞏固和加強(qiáng)專業(yè)基本理論知識(shí) 理解機(jī)械手的功能、組成及工作原理 研究步進(jìn)電機(jī)的性能 熟悉以 PLC 為核心的編程與控制裝置應(yīng)具備的基本功能 掌握整個(gè)機(jī)電一體會(huì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和具體方法同時(shí)訓(xùn)練專業(yè)基本技能 提高自己查閱資料 獨(dú)立分析問題和解決問題的能力 為以后深造研究打下良好基礎(chǔ)。 四、本課題可行性分析和已具備的實(shí)驗(yàn)條件已具備的條件 我國(guó)的機(jī)器人研究始于 70 年代。經(jīng)過近 20 年努力 特別是經(jīng)過“七11.”攻關(guān)、 “ 863”計(jì)劃 取得了一批重要成果 已經(jīng)系統(tǒng)掌握了機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、機(jī)器人語言等技術(shù)。就全國(guó)來說 目前我國(guó)機(jī)器人研究開發(fā)工作做得較好的地區(qū)是:以中科院沈陽自動(dòng)化研究所為首的東北地區(qū)機(jī)器人工程中心 以機(jī)電部廣州機(jī)床所為龍頭的華南地區(qū)的機(jī)器人工程中心。而各工程中心_L 作的側(cè)重點(diǎn)又有所不同:東北地區(qū)以特種機(jī)器人、水下機(jī)器人開發(fā)為 L,華北地區(qū)以噴漆 Y1lt 人、焊接機(jī)器人開發(fā)為主 華東地區(qū)以搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人開發(fā)為主。 我國(guó)的高等院校 如長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等在步行機(jī)器人、精密裝配機(jī)器人及 7 自由度機(jī)器人研制等前沿領(lǐng)域內(nèi)也做出了可喜的成績(jī) 有了相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)。 通過調(diào)研 我知道直角坐標(biāo)型機(jī)器人能夠在空間中的任意兩點(diǎn)距離中移動(dòng) 所以能夠抓取離地面較高 或者中間有障礙的工件 其位置精度高 位置誤差與臂長(zhǎng)成正比等。為了在 X 軸和 Y 軸的自由移動(dòng) 可以滾珠絲杠與螺母相連接完成旋轉(zhuǎn)便直線的運(yùn)動(dòng) 通過行星齒輪減速機(jī)可以使機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)使控制更精確。通過交流伺服電機(jī)的閉環(huán)反饋能達(dá)到相當(dāng)高的精度要求。 該機(jī)械手的基本技術(shù)參數(shù)如下 1.機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)抓取的工件質(zhì)量為3-5公斤2.基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為 。最sm/0.1大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為 。平均移動(dòng)速度為 。平均回轉(zhuǎn)速度為 。s/90? sm/8.06?機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 調(diào) 研 報(bào) 告在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為 。手臂升降行程定為 。m140m120定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為 。1?機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表(一)、用途:用于自動(dòng)輸送線的上下料。(二)、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):1、抓重：3- kg52、自由度數(shù)：4個(gè)自由度3、座標(biāo)型式：圓柱座標(biāo)4、最大工作半徑： m1405、手臂最大中心高： 256、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程 、伸縮速度 、升降行程sm/40、升降速度 、回轉(zhuǎn)范圍 、回轉(zhuǎn)速度 m120s/ ??18?9?7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍 、回轉(zhuǎn)速度??0s/?8、手指夾持范圍：棒料: m58?9、定位方式：行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等10、定位精度： 1?11、驅(qū)動(dòng)方式：氣壓傳動(dòng)12、控制方式：點(diǎn)位程序控制(采用PLC)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 調(diào) 研 報(bào) 告圖1為 機(jī)械手的工作范圍圖 2 為 我公司正在裝配的自動(dòng)化設(shè)備的機(jī)械手部位五、本課題研究的方法和手段 研究方法 主要是搜索相關(guān)文獻(xiàn) 包括圖書館電子資源 CNKI 學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)總庫(kù)Springer link 電子期刊 專業(yè)圖書上課筆記 以及機(jī)器人等期刊 網(wǎng)上的豆丁網(wǎng)以及百度文庫(kù)中的許多論文和專利 通過對(duì)已有產(chǎn)品的分析 對(duì)信息進(jìn)行分類和整理 作為依據(jù) 確定在我的機(jī)械手設(shè)計(jì)中相應(yīng)的參數(shù) 并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和提高。 研究手段 首先是前期準(zhǔn)備 收集相關(guān)資料 查閱中外文獻(xiàn) 請(qǐng)教老師和同學(xué) 同時(shí)學(xué)習(xí)使用 AutoCAD 軟件。然后進(jìn)行機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)包括機(jī)械手俯仰伸縮機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的確定 機(jī)械傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu) 繼而進(jìn)行電力驅(qū)動(dòng)部分選型和計(jì)算 分析工藝流程 繪制 PLC 的端子接線圖和控制圖 最后編寫論文。努力在老師的指導(dǎo)下 定期完成工作任務(wù)。10級(jí)機(jī)電一體化 張智