回形偏交型手腕及斜楔式夹持器的设计.doc
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1、回形偏交型手腕及斜楔式夹持器的设计 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途回形偏交型手腕及斜楔式夹持器的设计摘 要本文的设计是回形偏交型手腕与斜楔式夹持器。本文首先对工业机器人的概况以及结构进行了介绍。工业机器人自本世纪60年代问世以来,在世界各国生产线上代替工人完成一系列复杂危险的动作。有着不可替代的作用。其一般由基座、腰部、臂部、腕部和手部五部分组成。然后根据设计要求,本文制定了一个由液压马达控制夹爪松开,以弹簧恢复力夹紧物体的设计方案.本方案对夹持器以及腕部进行了结构设计,同时对其主要零部件进行了选择、受力分析、设计、计算和校核。其主要内容包括:电动机和液压马达的选择计算,弹簧的设
2、计计算,带和带轮的设计计算,齿轮、轴的设计计算和校核。本方案还对设备的可靠性、使用寿命以及设备的经济评价进行了分析。最后简单的阐述了此次设计过程中存在的问题.通过分析计算可以得出结论,此次设计基本满足设计要求。关键词:手腕;工业机器人;夹持器;操作机The wrist enjambment eccentric and carves the type screw clamp slanting designAbstractThis article designs is the wrist enjambment eccentric and carves the type screw clamp sl
3、anting. Firstly, an overview of the industrial robot and structure were introduced。 Industrial robot since the advent of the 1960s, instead of workers to complete a series of complex and dangerous action in the world production line. Plays an irreplaceable role. Generally five parts of the base, wai
4、st, arm, wrist and hand。 Then, according to the design requirements, to develop a hydraulic motor to control the gripper release and the spring force clamping the object of design. This program on the gripper and wrist was structural design, and its major components were selected, force analysis, de
5、sign, calculation and verification。 Its main contents include: the selection and calculation of the electric motor and hydraulic motor, spring design calculations, design calculations of the belt and pulley, gear, shaft design calculation and verification。 The program also analyzed the equipment rel
6、iability, service life and economic evaluation. Finally a simple exposition of the problems in the design process。 By analyzing the calculation can be concluded that the basic design to meet the design requirements。文档为个人收集整理,来源于网络本文为互联网收集,请勿用作商业用途Key words : wrist; Industrial robot;Gripper ;End effe
7、ctor 目 录摘 要IAbstractII1 绪论11。1 工业机器人的概况11.1.1工业机器人的由来11。1.2工业机器人的定义11.1.3工业机器人的分类11.1。4工业机器人的组成31。1.5工业机器人的主要性能指标51。1.6机器人机构的误差分析61.2 工业机器人在我国的发展及市场71.2。1我国研究开发现状71。2。2工业机器人发展趋势71.2.3工业机器人发展目标71.2。4中国工业机器人市场统计数据81。3 工业机器人在世界的发展及市场81.3。1 国外工业机器人的发展81.3。2全球工业机器人市场统计数据82 工作原理及设计方案92.1夹持器方案设计92。1.1设计方案1
8、02.1。2可行性分析102。2 机器人回行偏交型手腕的工作原理113 设计计算123.1夹持器的计算123.1。1受力分析123。1.2夹爪齿轮的计算133。1.3 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算163。1.4液压马达的选择173.2腕的计算183.2。1电机的选择183.2.2锥齿轮设计213。2。3 同步带和带轮的设计263.2。4轴的设计及校核284 机械设备的环保、可靠性和经济分析344.1 设备的环保措施344。2 设备的可靠性344。2.1 设备的可靠性定义344。2.2 可靠度的计算344。2。3 设备平均寿命354.2。4 机械设备的有效度354.3 设备的经济评价364。3。1
9、 投资回收期364.3.2 盈亏平衡分析374.3。3 设备合理的更新期385 结论及存在的问题395。1结论395。2存在的问题39致 谢40参考文献411 绪论1。1 工业机器人的概况1。1.1工业机器人的由来在机器人诞生之前,机器人理论和机器人学科就已经存在.1920年捷克作家卡雷尔查培克在其剧本中最早使用机器人一词。剧中机器人这个词的本意是苦力,即剧作家笔下的一个具有人的外表、特征和功能的机器,是一种人造的劳动力。它是最早的工业机器人设想.20世纪40年代中后期,机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后,美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手。通过在系
10、统中加入力反馈,可使操作者获知施加力的大小。主从机械手之间有防护墙隔开,操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视,主从机械手系统的出现为机器人的产生以及近代机器人的设计与制造作了铺垫。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节。1959年第一台工业机器人在美国诞生,开创了机器人发展的新纪元。1。1.2工业机器人的定义工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,现代的工业
11、机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。1.1。3工业机器人的分类目前对机器人还没有统一的分类标准。下面简要介绍几种不同的分类方法。1按驱动方式分类按驱动装置的动力源,机器人可分为以下几种.(1)液压式机器人。这种机器人的驱动系统通常由液动机(各种油缸、油马达)、伺服阀、油泵、油箱等组成,这种机器人通常具有很大的抓举能力并且结构紧凑,动作平稳,耐冲击、耐振动,防爆性好,但对制造精度和密封性能要求较高,否则易发生漏油而污染环境。(2)气压式机器人。其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成。特点是气源方便,动作迅速,结构简单、造价较低、维修方便,但难于进行速度控制,并因气压不可太高,故
12、抓举能力较小。(3)电动式机器人。电力驱动是目前机器人使用的最多的一种驱动方式。其特点是电源方便,响应快,驱动力较大,信号检测、传递、处理方便,可以采用多种灵活的控制方案.驱动电机一般采用交流伺服电机、直流伺服电机和步进电机.由于电机速度高,通常还须采用减速机构(如谐波减速机构、轮系减速机构、滚珠丝杠和多杆机构).目前也有一些用特制电机直接进行驱动,以简化机构,提高控制精度。其他还有采用混合驱动的机器人,如液-气混合驱动机器人或电气混合驱动机器人。2按用途分类机器人按用途可分为下列几种。(1)搬运机器人。这种机器人用途很广,一般只需点位控制,即被搬运零件无严格的运动轨迹要求,只要起始点和终了点
13、位姿准确,如机床用的上下料机器人,工件堆垛机器人等。(2)喷涂机器人。这种机器人多用于喷漆生产线,常为手把手示教型,重复位姿精度要求不高,但由于漆雾易燃,以前多采用液压驱动,目前则更多地采用防爆电机或交流伺服电机驱动。(3)焊接机器人.这是汽车生产线上使用最多的一类机器人,又可分为点焊和弧焊两类,点焊机器人负荷大,动作快,一般要有6个自由度,但只需实现点位控制.弧焊机器人负荷小,速度低,通常5个自由度即能进行工作,但对运动轨迹要求较严,必须实现连续路径控制,即在运动轨迹的每一点都必须实现预定的位姿要求,目前也大多采用6自由度。(4)装配机器人。这类机器人要求有较高的位姿精度,或者手腕应具有较大
14、的柔性。装配机器人目前大多用于电器插件的装配,而如何应用于一些难度较大的装配作业正是人们大力研究的课题。装配机器人通常要有6个自由度,还要求有一定的智能,如力感觉或视觉。有时还要求使用双臂协调动作的机器人或多机器人协调工作。(5)其他用途的机器人。如航天用机器人,探海用机器人,以及排险作业机器人等.3按操作机的位置机构类型和自由度数量分类操作机的位置机构是机器人的重要外形特征,故常用作分类的依据.按这一分类要求,机器人可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型机器人.操作机本身的自由度最能反应机器人的作业能力,也是分类的重要依据。按这一分类要求,机器人可分为4自由度、5自由度、6自由度和7
15、自由度机器人。4其他分类方式除上述分类方式外,机器人还可按控制方式分为点位控制机器人和连续控制机器人;按负载大小分为重型、中型、小型和微型机器人;按基座型式分为固定式和移动式机器人;按操作机运动链的型式分为开链式、闭链式、局部闭链式机器人等等用。1.1.4工业机器人的组成工业机器人通常由执行机构、驱动-传动装置、控制系统和智能系统四部分组成。这些部分之间的相互作用可用如下图所示的方框图表示.图 1.1 机 器 人 各 组 成 部 分 之 间 的 关 系位 形 检 测智 能 系 统工 作 对 象执 行机 构驱 动-传 动装 置控 制 系 统 (二)控 制 系 统 (一)1.执行机构执行机构(也称
16、操作机)是机器人赖以完成工作任务的实体,通常由杆件和关节组成。从功能的角度,执行机构可分为:手部、腕部、臂部、腰部和基座等。(1)手部手部又称末端执行器,是工业机器人直接进行工作的部分,可以是各种夹持器。有时人们也常把诸如电焊枪、油漆喷头等划作机器人的手部.(2)腕部腕部与手部相连,通常有3个自由度,多为轮系结构,主要功用是带动手部完成预定姿态,是操作机中结构最为复杂的部分。(3)臂部臂部用以连接腰部和腕部,通常由两个臂杆(小臂和大臂)组成,用以带动腕部作平面运动。(4)腰部腰部是连接臂和基座的部件,通常是回转部件,腰部的回转运动再加上臂部的平面运动,就能使腕部作空间运动。腰部是执行机构的关键
17、部件,它的制造误差、运动精度和平稳性,对机器人的定位精度有决定性的影响。(5)基座基座是整个机器人的支持部分,有固定式和移动式两种.该部件必须具有足够的刚度和稳定性.2。驱动-传动装置工业机器人的驱动传动装置包括驱动器和传动机构两个部分,它们通常与执行机构连成一体.传动机构常用的有谐波减速器、滚珠丝杠、链、带以及各种齿轮轮系。驱动器通常有电机(直流伺服电机、步进电机、交流伺服电机)、液动或气动装置,目前使用最多的是交流伺服电机。3.控制系统控制系统一般由控制计算机和伺服控制器组成。前者发出指令协调各关节驱动器之间的运动,同时还要完成编程、示教/再现以及和其他环境状况(传感器信息)、工艺要求、外
18、部相关设备(如电焊机)之间的信息传递和协调工作。后者控制各关节驱动器,使各杆按一定的速度、加速度和位置要求进行运动.4.智能系统智能系统是目前机器人系统中一个不够完善但发展很快的子系统.它可分为两个部分:感知系统和分析决策智能系统。前者主要靠硬件(各类传感器)实现;后者主要靠软件(如专家系统)实现.1。1.5工业机器人的主要性能指标现工业机器人的性能指标很多,下面简要介绍一些与操作机的分析和设计关系最为密切的性能指标。1有关负荷方面的性能指标(1)与负荷有关的性能指标主要有:额定负荷,即在正常运行条件下施加到机械接口处最大负荷的容许值,其中也包括末端执行器、附件和工件的惯性力.(2)限定负荷,
19、即在额定负荷状态所限定的运行条件下使机器人机构部分不发生破坏或不出故障时机械接口处所能承受的最大负荷.(3)最大推力和最大扭矩,即在保证机构不发生损坏的条件下作用到机械接口处的最大推力(不包括惯性力)和最大扭矩。2.有关运动方面的性能指标与运动有关的性能指标主要有:(1)自由度,即操作机独立驱动的关节数.(2)单轴最大工作范围和工作速度。(3)合成速度,即各轴的速度分量的合成速度,它常表现为机械接口中心或腕中心的线速度。3有关几何空间方面的性能指标与几何空间有关的性能指标主要有:(1)工作空间,它决定了工作范围,通常以腕点中心在操作机运动时所占有的体积表示,在特性图上,用该空间的主剖面边界以及
20、向基座的正投影的边界两个视图表示。(2)灵活度,它表示操作机在工作空间各点抓取物体的灵活程度,可有不同的数量指标,我们认为操作机末杆位姿图最能直观而准确地表示这一特性。所谓末杆位姿图,是末杆在工作空间最大边界的一些转折点(关键点)上的两个极限位置的投影图.4有关精度方面的性能指标与精度有关的性能指标主要有位姿精度、距离精度、轨迹精度等.其中最重要的而且在产品样本上必须标出的是位置重复精度,即指令位置和从同一方向重复响应n次后实到位置不一致的程度。5有关动力源和控制方面的性能指标与动力源和控制方面有关的性能指标主要有驱动方式(电、液、气)和容量、程序存贮容量、插补方式、编程方式以及分辨率等.其中
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