多自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-wenkub
2023-07-08 08:18:12 本頁(yè)面
【正文】 2 所示。 2 圖11 機(jī)器人的一般組成 對(duì)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(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。第一類(lèi)是不需要人工操作的通用機(jī)器人，也即機(jī)器人按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類(lèi)型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過(guò)基座周?chē)囊恍┱系K物等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。 關(guān)鍵詞：機(jī)器人，控制，伺服，制動(dòng) 1 1 概況及現(xiàn)狀分析在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。.......................................................................... 11 概況及現(xiàn)狀分析 .............................................................. 2 機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀 ........................................................ 3 ............................................................ 52 機(jī)械手的設(shè)計(jì) ................................................................ 5 .............................................................. 5 ................................................................ 6 基座 ................................................................ 6 大臂 ................................................................ 6 小臂 ................................................................ 7 ...................................... 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專(zhuān)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(jiǎn)單的基本條件是要有一套類(lèi)似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺(jué)裝置。 圖12 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系 機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)組成。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。隨著工業(yè)機(jī)器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多。在國(guó)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。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和多品種、小批量的生產(chǎn)過(guò)程。修改封閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。1967年，該公司生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人定型為1900型。19701972年，工業(yè)機(jī)器人處于技術(shù)發(fā)展階段。麻省理工學(xué)院研制了具有有“手眼”系統(tǒng)的高識(shí)別能力微型機(jī)器人。很快研制出國(guó)產(chǎn)化機(jī)器人，技術(shù)水平很快趕上美國(guó)并超過(guò)其他國(guó)家。隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人設(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)和柔性制造單元相結(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。 基座基座是整個(gè)機(jī)器人本體的支撐。 大臂大臂長(zhǎng)度230mm，具體尺寸如圖22所示: 圖22大臂外形 6 小臂小臂長(zhǎng)度240mm，具體尺寸如圖23所示： 圖23 小臂外形 圖24夾鉗式手部的組成圖由于一般的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的力矩較小，需要通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)增加力矩，提高帶負(fù)載能力。 機(jī)械制動(dòng)器：機(jī)械制動(dòng)器有螺旋式自動(dòng)加載制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器、閘瓦式制動(dòng)器和電磁制動(dòng)器等幾種。因此這種制動(dòng)器被稱為無(wú)勵(lì)磁動(dòng)作型電磁制動(dòng)器。但對(duì)于直流電機(jī)、同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)等各種不同類(lèi)型的電機(jī)，必須分別采用適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電路。(2).小臂的第二關(guān)節(jié)軸和手爪前部之間的距離為224mm，質(zhì)量為M2(2kg左右)，重心在距第二關(guān)節(jié)軸80mm處，L2=99+80=170mm。/s；小臂回轉(zhuǎn)：0~177。360176。JG1=M1L1JG2=M2L22，故可忽略不計(jì)，所以繞大臂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J1=M1L12+M2L22 (32)=+2=同理可得小臂繞小臂關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：M2=7Kg，L4=80mm。=2 J0=J1+J3=J1+ m 4 （ 34） 大臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇設(shè)大臂速度為w1=60176。v——角加速度，rad/s。w1w0Dt=180。選擇小型直流伺服電機(jī)：型號(hào)：MAXONEC118896額定轉(zhuǎn)矩：額定電壓：24V額定電流：額定轉(zhuǎn)速：1000rpm最高轉(zhuǎn)速：1200rpm額定功率：40w電機(jī)尺寸：L=93mm D=46mm 小臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇原理同上，設(shè)小臂轉(zhuǎn)速w2=60176。v——角加速度，rad/s2。p3180。/s，則旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)矩可表示如下：T=J180。 設(shè)機(jī)械手大臂從w0=0到w3=60176。p3180。它具有模仿人手動(dòng)作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。根據(jù)手指開(kāi)合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移形。為便于手指的順利合攏，可以在兩個(gè)手指之間設(shè)置一個(gè)彈簧，這樣還可以提供適當(dāng)?shù)膴A緊力。mm，這為電機(jī)的挑選提供了一定的依據(jù)。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：T187。17 W3T——軸的抗扭截面系數(shù)，mm。[tT]——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。A=106=本次設(shè)計(jì)最小軸徑為19mmamp。10=64NL1=F2=== =L==L=70NM1y=M2y=0MH==64180。T——軸所受的扭矩。()==2323mm3 322180。軸承對(duì)軸的支撐力與軸承上所受到的徑向載荷是一對(duì)作用力與反作用力，由20 前邊軸的強(qiáng)度校核部分，可以計(jì)算出軸上安裝軸承兩處的軸承所受到的徑向載荷FrB和FrD大小分別為：FrB=70NFrD=70N查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版P312頁(yè)公式（135）知以小時(shí)表示的軸承壽命Lh為： 106Ce() （55） Lh= 60nP式中 ：n——軸承的轉(zhuǎn)速，rmin。 軸承的轉(zhuǎn)速n=10rmin，從《最新軸承手冊(cè)》=，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入軸承壽命Lh計(jì)算公式可求得：106Ce106408003Lh=()=180。1070Lh遠(yuǎn)大于Lh/，軸承的壽命滿足設(shè)計(jì)要求。本次設(shè)計(jì)選擇單片機(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖61所示： 21 圖61 控制系統(tǒng)總體框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)由于單片機(jī)體積小，價(jià)格便宜且具有高穩(wěn)定性和很強(qiáng)的抗干擾能力，因此本次設(shè)計(jì)控制芯片選擇8051單片機(jī)。只是增加了面向控制的處理功能，不僅可以處理字節(jié)數(shù)據(jù)，也可以進(jìn)行位變量的控制?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/O口。AT89C51單片機(jī)具有一個(gè)全雙工串行通信接口，這樣可以很容易的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間或者多機(jī)之間的通信。RS232C是異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，它定義了數(shù)據(jù)終設(shè)備 24 （DTE）數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的串行接口標(biāo)準(zhǔn)。如果需要兩者之間的電平轉(zhuǎn)換需要一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片，這里選用MAX232電
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