畢 業(yè) 設 計 調 研 報 告調研報告一、本課題的來源及意義 本課題研究的是直角坐標電力控制機械手升降、伸縮部分的設計。機械手是機器人的一個重要組成部分 它是隨著機器人技術和傳感器技術的不斷成熟而不斷發(fā)展的。而機器人在現(xiàn)代生產(chǎn)中應用日益廣泛 作用越來越重要 工業(yè)機械手尤其如此 因此設計實用高效的機械手對于機械設計者來說是個富有意義和挑戰(zhàn)的課題。 通常機械手由多自由度機械臂和末端夾持器組成。機械手通過多自由度機械臂的姿態(tài)調整和末端夾持器的動作完成操作任務。球坐標機械手突出特點是具有較強的機動性、靈活性 機構承載能力強 具有較好的通用性 重復定位精度高 動作速度快 能夠成功的應用于包裝、上下料以及工業(yè)生產(chǎn)等廣泛領域 而電力控制中步進電機可直接實現(xiàn)數(shù)字控制 控制結構簡單 控制性能好 通常不需要反饋就能對位置和速度進行控制 位置誤差不會累積 在機器人中 機械手起著連接和承受外力的作用 機械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量 其結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對機械手性能影響很大。綜上所述 設計球坐標步進電機驅動的機械手是個很有意義的課題。 二、國內外發(fā)展狀況 專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展 如今已進入以通用機械手為標志的年代。通用機械手的應用和發(fā)展又促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識 而且還應用了一些電子技術、電視技術、通信技術、計算技術無線電控制、仿生學和假肢工藝等 因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發(fā)展這一新技術都很重視。幾十年來 這項技術的研究和發(fā)展一直比較活躍 設計在不斷修改 品種在不斷增加 應用領域也在不斷擴大。 早在 20 世紀 40 年代 隨著原子能工業(yè)的發(fā)展 以出現(xiàn)了模擬關節(jié)式的第一代機械手。50~60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。 19681970 年 又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上 使第二代機械手這一新技術進入了應用階段70 年代機械手可以說是處于技術發(fā)展階段。 80 年代以來 國際機械手的發(fā)展速度平均保持在 25%30% 的年增長率 其中 1986、1987、1993、1994 年略低 無增長 。如此高的增長率有其深刻的社會背景。首先60 年代末 70 年代初 由于世界石油價格的沖擊 國際競爭加劇 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 時間、投資、停產(chǎn)等 以及如何實現(xiàn)多品種、中小批量或混流生產(chǎn)的自動化難題。為此?！?柔性生產(chǎn)”的概念及其試驗性的設計就誕生了。這些因素都促進了機械手的高速發(fā)展。 我國機械手起步較晚,經(jīng)過 30 多年的發(fā)展。我國機器手的研究 有了長足的發(fā)展 有的方面已達到了世界先進水平。但與先進的國家相比 還有很大距畢 業(yè) 設 計 調 研 報 告離 從總體上看 我國機器手的研究仍然任重道遠。 三、本課題研究目標和內容 本文研究的直角坐標電液控制機械手升降伸縮部分的設計 包括機械結構方案的確定電動機控制系統(tǒng)的確定 設計選型和校核 編制 PLC 梯形圖 繪制 I/O 端子接線圖 控制系統(tǒng)原理圖 驅動電路原理圖 升降及伸縮機構零件圖和裝配圖。 任務量為 3 張零號圖紙 目標是希望通過本課題 能鞏固和加強專業(yè)基本理論知識 理解機械手的功能、組成及工作原理 研究步進電機的性能 熟悉以 PLC 為核心的編程與控制裝置應具備的基本功能 掌握整個機電一體會系統(tǒng)的設計思想和具體方法同時訓練專業(yè)基本技能 提高自己查閱資料 獨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。 四、本課題可行性分析和已具備的實驗條件已具備的條件 我國的機器人研究始于 70 年代。經(jīng)過近 20 年努力 特別是經(jīng)過“七11.”攻關、 “ 863”計劃 取得了一批重要成果 已經(jīng)系統(tǒng)掌握了機器人控制系統(tǒng)硬件設計、軟件設計、機器人語言等技術。就全國來說 目前我國機器人研究開發(fā)工作做得較好的地區(qū)是:以中科院沈陽自動化研究所為首的東北地區(qū)機器人工程中心 以機電部廣州機床所為龍頭的華南地區(qū)的機器人工程中心。而各工程中心_L 作的側重點又有所不同:東北地區(qū)以特種機器人、水下機器人開發(fā)為 L,華北地區(qū)以噴漆 Y1lt 人、焊接機器人開發(fā)為主 華東地區(qū)以搬運機器人、裝配機器人、移動機器人開發(fā)為主。 我國的高等院校 如長沙國防科技大學、上海交通大學、北京航空航天大學、哈爾濱工業(yè)大學等在步行機器人、精密裝配機器人及 7 自由度機器人研制等前沿領域內也做出了可喜的成績 有了相當?shù)幕A。 通過調研 我知道直角坐標型機器人能夠在空間中的任意兩點距離中移動 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 位置誤差與臂長成正比等。為了在 X 軸和 Y 軸的自由移動 可以滾珠絲杠與螺母相連接完成旋轉便直線的運動 通過行星齒輪減速機可以使機器人運轉更穩(wěn)使控制更精確。通過交流伺服電機的閉環(huán)反饋能達到相當高的精度要求。 該機械手的基本技術參數(shù)如下 1.機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動方式驅動，因此考慮抓取的物體不應該太重，查閱相關機械手的設計參數(shù)，結合工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，本設計設計抓取的工件質量為3-5公斤2.基本參數(shù)運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求，設計速度過低限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉的速度。該機械手最大移動速度設計為 。最sm/0.1大回轉速度設計為 。平均移動速度為 。平均回轉速度為 。s/90? sm/8.06?機械手動作時有啟動、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，因為平均速度與行程有關，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運動速度以外，手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。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 計 調 研 報 告在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機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。該機械手的定位精度為 。1?機械手的技術參數(shù)列表(一)、用途:用于自動輸送線的上下料。(二)、設計技術參數(shù):1、抓重：3- kg52、自由度數(shù)：4個自由度3、座標型式：圓柱座標4、最大工作半徑： m1405、手臂最大中心高： 256、手臂運動參數(shù)：伸縮行程 、伸縮速度 、升降行程sm/40、升降速度 、回轉范圍 、回轉速度 m120s/ ??18?9?7、手腕運動參數(shù)：回轉范圍 、回轉速度??0s/?8、手指夾持范圍：棒料: m58?9、定位方式：行程開關或可調機械擋塊等10、定位精度： 1?11、驅動方式：氣壓傳動12、控制方式：點位程序控制(采用PLC)畢 業(yè) 設 計 調 研 報 告圖1為 機械手的工作范圍圖 2 為 我公司正在裝配的自動化設備的機械手部位五、本課題研究的方法和手段 研究方法 主要是搜索相關文獻 包括圖書館電子資源 CNKI 學術網(wǎng)絡總庫Springer link 電子期刊 專業(yè)圖書上課筆記 以及機器人等期刊 網(wǎng)上的豆丁網(wǎng)以及百度文庫中的許多論文和專利 通過對已有產(chǎn)品的分析 對信息進行分類和整理 作為依據(jù) 確定在我的機械手設計中相應的參數(shù) 并對其進行改進和提高。 研究手段 首先是前期準備 收集相關資料 查閱中外文獻 請教老師和同學 同時學習使用 AutoCAD 軟件。然后進行機械手的總體設計包括機械手俯仰伸縮機械結構方案的確定 機械傳動部分的結構 繼而進行電力驅動部分選型和計算 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。努力在老師的指導下 定期完成工作任務。10級機電一體化 張智