物料搬運(yùn)機(jī)器人手的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、詳情 1040707438qq .com天津大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)中文題目：物料搬運(yùn)機(jī)器人手部系統(tǒng)的設(shè)計(jì)英文題目：Material han dli ng system desig n robotHand departme nt學(xué)生姓名 系 別 機(jī)申I專業(yè)班級 2指導(dǎo)教成績評定 2010年6月目錄1 引言 11.1 機(jī)器人概述 11.2機(jī)器人的研究歷史及現(xiàn)狀 11.3機(jī)器人的發(fā)展趨勢 22手部的設(shè)計(jì)與計(jì)算 32.1 手部的設(shè)計(jì) 32.2驅(qū)動方式 32.3手部夾緊力的計(jì)算 52.4彈簧的計(jì)算 52.5手部電機(jī)選擇原則 【7】 錯誤！未定義書簽。2.5.1 一般執(zhí)行電機(jī)的選擇原則 錯誤！未定義書簽。2.5.2

2、 電機(jī)的選用 錯誤！未定義書簽。2.6手部電機(jī)參數(shù)計(jì)算 錯誤！未定義書簽。2.7電機(jī)轉(zhuǎn)速與夾緊力速度幾何關(guān)系的確定 錯誤！未定義書簽。3手臂的設(shè)計(jì)與計(jì)算 錯誤！未定義書簽。3.1手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。3.2手部質(zhì)量計(jì)算 錯誤！未定義書簽。3.2.1 爪子的質(zhì)量計(jì)算 錯誤！未定義書簽。3.2.2 手部外殼質(zhì)量計(jì)算 錯誤！未定義書簽。3.2.3 手部主軸的質(zhì)量計(jì)算 錯誤！未定義書簽。3.2.4其它部件的質(zhì)量估算 錯誤！未定義書簽。3.3手臂計(jì)算及電機(jī)選擇 錯誤！未定義書簽。4 結(jié)論 錯誤！未定義書簽。【參 考 文 獻(xiàn)】 錯誤！未定義書簽。致謝 錯誤！未定義書簽。附錄1:英文文獻(xiàn) 錯誤！未

3、定義書簽。附錄2 :英文文獻(xiàn)翻譯 錯誤！未定義書簽。詳情 1040707438qq .com摘要在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視 生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被 企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一 個國家工業(yè)自動化的水平。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以 及堆垛等重復(fù)性并且勞動強(qiáng)度極大的工作，一般采取示教再現(xiàn)的工作方式。針對用于給沖壓設(shè)備運(yùn)送物料的物料搬運(yùn)機(jī)器人的手部系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通 過對機(jī)器人的大臂、小臂和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選擇合適的傳動方式、驅(qū)動 方式包括伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)

4、和傳動方式的選擇，以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的伺服控制和制 動問題，以及搬運(yùn)時的抓緊力、抓緊方式，從而實(shí)現(xiàn)物料的準(zhǔn)確搬運(yùn)。關(guān)鍵詞：機(jī)器人；機(jī)械手；伺服；制動詳情 1040707438qq .comABSTRACTIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more atte ntio n on the automati on degree of the product ion process in order to enhance the producti on efficie ncy, and guara ntee th

5、e product quality. As an importa nt part of the automati on product ion line, in dustrial robots are gradually approved and adopted by en terprises. The tech nique level and the applicati on degree of in dustrial robots reflect the n atio nal level of the in dustrial automati on to some exte nt, cur

6、re ntly, in dustrial robots mainly un dertake the jops of weld ing, spray ing, tran sport ing and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.To stamp out the equipment used to transport material material handling the ro

7、bot's hand to design the system. the robot's arm, pudgy forearms and robot structure desig ned to choose a suitable tran smissi on, in cludi ng the servo motor drive mode and step into the motors and drive the way to achieve the capsules of the server to control and brake problems, and handl

8、ing of no force, no way to achieve the accuracy of this material.KEY WORDS: robot; servoco ntrol; brake詳情 1040707438qq .comi引言i.i 機(jī)器人概述“工業(yè)機(jī)器人” （In dustrial Robot）多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置，國內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人。機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。簡 而言之，機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置， 或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。機(jī)器人

9、具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)點(diǎn)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人 稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人【要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、所示。臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機(jī)構(gòu)一一執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動 的驅(qū)動一傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。一般而言，機(jī)器人通常就是由這三部分組成，這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。如圖1執(zhí)行機(jī)構(gòu)基座部（固定或移動）驅(qū)動-傳動系統(tǒng)電、液或氣驅(qū)動裝置1詳情 1040707438qq .com#詳情 1040707438qq .com單關(guān)節(jié)伺服控制器控制系統(tǒng)關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)及其它

10、信息交換計(jì)算機(jī)#詳情 1040707438qq .com#詳情 1040707438qq .com圖1 機(jī)器人的一般組成1.2 機(jī)器人的研究歷史及現(xiàn)狀機(jī)器人首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出世界上第一臺機(jī)器人。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的 工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的【2】。日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后，大力開展機(jī)器人的研究【3】。#詳情 1040707438qq .com2詳情 1040707438qq .com目前，工業(yè)機(jī)器人主要用于裝卸、搬運(yùn)、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無#詳情 104

11、0707438qq .com論是數(shù)量、品種，還是性能方面都還不能完全滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。使用 工業(yè)機(jī)器人代替人工操作的，主要是在危險作業(yè)、多粉塵、高溫、噪聲、工作 空間狹小等不適于人工作業(yè)的工作環(huán)境。在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于 機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作 業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如 發(fā)生某些偏離時，就會導(dǎo)致零部件甚至機(jī)器人本身的損壞。我國雖然開始研制工業(yè)機(jī)器人的時間僅比日本晚56年，但是由于種種原因，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展比較慢【4】。目前我國已開始有計(jì)劃地從國外引進(jìn)工業(yè)

12、機(jī)器人技術(shù)，通過引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人將會獲得快速的發(fā) 展。1.3 機(jī)器人的發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，尤 其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)相結(jié)合，從而改變目前機(jī)械制造的人工操 作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。就目前來看，現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個發(fā)展趨勢【5】：(!)提高運(yùn)動速度和運(yùn)動精度，減少重量和占用空間，加速機(jī)器人功能部 件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機(jī)器人的各個機(jī)械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結(jié) 構(gòu)不同的機(jī)器人；(2) 開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合，如開發(fā)微動機(jī)構(gòu)用以保證精 度；開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機(jī)器人，以適應(yīng)不同的

13、 場合；(3) 研制各類傳感器及檢測元器件，如，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測 距傳感器等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信 息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問題求解、動作規(guī)劃，同 時，越來越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制。對于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置 和語言識別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺裝置。2手部的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1 手部的設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它是機(jī)器人直接用于抓取和握緊(吸 附)專用工具(如噴槍、扳手、焊具、噴頭等)進(jìn)行操作的部件。它具有模仿 人

14、手動作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、 重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，大 致可分為夾鉗式取料手、吸附式取料手、專用操作器及轉(zhuǎn)換器和仿生多指靈巧本文設(shè)計(jì)對象為物料搬運(yùn)機(jī)器人，并不需要復(fù)雜的多指人工指，只需要設(shè) 計(jì)能從不同角度抓取工件的鉗形指。手指是直接與工件接觸的部件。手指松開和夾緊工件，是通過手指的張開 與閉合來實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)計(jì)采用兩個手指，其外形如圖2所示。圖2 機(jī)械手手指形狀2.2 驅(qū)動方式機(jī)械手常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動三種類型。這三種方法各有所長，各種驅(qū)動方式的特點(diǎn)見表1。機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對

15、機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有：(1) 驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高；(2) 反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大，能夠進(jìn)行頻 繁地起、制動，正、反轉(zhuǎn)切換；(3) 驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要?。?4) 安全可靠；對環(huán)境無污染，噪聲要?。?5) 操作和維護(hù)方便；(6) 經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積。基于上述驅(qū)動系統(tǒng)的特點(diǎn)和機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本文選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的方式對機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動。表i三種驅(qū)動方式的特點(diǎn)對照馬區(qū)動方式輸出功率控制性能響應(yīng)速度結(jié)構(gòu)性能及體積安全性對環(huán)境的影響在工業(yè)機(jī) 械手中應(yīng) 用范圍成本維修及使用液壓驅(qū)動很大，壓力范

16、圍為50140Pa利用液體的不可壓縮性， 控制精度較高，輸出功率 大，可無級調(diào)速， 反應(yīng)靈 敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控 制。很高結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo) 準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直 接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大， 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封 問題較大。防爆性能較好，用液壓油 作傳動介質(zhì)，在一定條件 下有火災(zāi)危險。液壓系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境 有污染。適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴 涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和 托運(yùn)機(jī)器人。液壓元件成本較高方便，但油液對環(huán)境溫度 有一定要求氣動驅(qū)動大，壓力范圍為 4860Pa氣體壓縮性大，精度 低，阻尼效果差，低 速不易控制，難以實(shí) 現(xiàn)高速、高精度的連 續(xù)軌跡控制。較高結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行

17、機(jī)構(gòu) 可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化， 易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動。功 率/質(zhì)量比大，體積 小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封 問題較小。防爆性能好，高于lOOOkPa時應(yīng)注意設(shè) 備的抗壓性。排氣時有噪聲適用于中小負(fù)載驅(qū) 動、精度要求較低的 有限點(diǎn)位程序控制 機(jī)器人，如沖壓機(jī)器 人本體的氣動平衡 及裝配機(jī)器人氣動 夾具。成本低方便電機(jī)驅(qū)動較大控制精度高，功率較大， 能精確定位，反應(yīng)靈敏， 可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的 連續(xù)軌跡控制，伺服特 性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜。很高伺服電動機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn) 化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲 低，電動機(jī)一般需配置 減速裝置，除DD電動機(jī) 外，難以直接驅(qū)動，結(jié) 構(gòu)緊湊，無密封問題。 設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi) 危險，直流有刷電動機(jī) 換向時

18、有火花，對環(huán)境 的防爆性能較差。無適用于中小負(fù)載、要求 具有較高的位置控制精 度和軌跡控制精度、速 度較高的機(jī)器人， 如AC 伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊 機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、 裝配機(jī)器人等。成本高較復(fù)雜2.3 手部夾緊力的計(jì)算擬定物料搬運(yùn)機(jī)器人手部最大抓取重量為8kg，其夾角為31度。根據(jù)工作位置和工作環(huán)境的需要，最終采用如圖3所示結(jié)構(gòu)。圖3 手部結(jié)構(gòu)簡圖6詳情 1040707438qq .com#詳情 1040707438qq .coma = 62.4mm, b = 66mm手部機(jī)架采用鑄鋼鑄造，其摩擦系數(shù)J = 0.2，重力加速度取g=9.8N/kg夾緊時由力學(xué)關(guān)系可以得到公式：2N»二-mg，從而得到夾緊力Fnmg8kg 9.8kg / s22 0.2-196N#詳情 1040707438qq .com#詳情 1040707438qq .com2b由公式知所需的驅(qū)動力P =tan ： Fn，a2x66mmPtan31 196N =248.77 N62.4mm夾緊機(jī)構(gòu)采用絲杠傳動原理傳送夾緊力，擬定絲杠的大徑D= 24mm，螺距設(shè)為P =2.