【正文】 : (1)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊力 ,為使手指牢靠的夾緊工件 ,除 考慮夾持工件的重力外 ,還應(yīng)考慮工件在傳送過(guò)程中的動(dòng)載荷。 (4)結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕 ,以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該種夾持器多用于實(shí)心圓柱零件的夾持。 f 為手指與工件的靜摩擦系數(shù) ,工件材料為鐵質(zhì) ,手指為鋼材 ,查《機(jī)械零件手冊(cè)》 表 25 ,N 為作用在零件外壁上壓緊力 ,為零件重力。 取 《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》公式 415 (33) D 為汽缸的內(nèi)徑 m,P 為工作壓力 (Pa),由《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》中負(fù)載與工作壓力由表 33 所示。 彈性爪的強(qiáng)度校驗(yàn) 彈性爪的結(jié)構(gòu)形式如圖 35: 圖 35 彈性爪結(jié)構(gòu)圖 這種結(jié)構(gòu)是在手爪外側(cè)用螺釘固定彈簧板兩端固定。 手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 手臂的設(shè)計(jì)要求 手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)提出的如下工作空間要求 : (1)根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) ,合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕質(zhì)材料。采用緩沖和限位裝置提高定位精度。 表 34 各種驅(qū)動(dòng)方式比較 比較內(nèi) 容 驅(qū)動(dòng)方式 機(jī)械傳動(dòng) 電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 異步電機(jī) ,直流電機(jī) 步進(jìn)或伺服電機(jī) 輸出力矩 輸出力矩較大 輸出力可較大 輸出力矩較小 氣體壓力小 ,輸出力矩小 ,如需輸出力矩較大 ,結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大 液體壓力高 ,可以獲得較大的輸出力 控制性能 速度可高 ,速度和加速度均由機(jī)構(gòu)控制 ,定位精度高 ,可與主機(jī)嚴(yán)格同步 控制性能較差 ,慣性大 ,步易精確定位 控制性能好 ,可精確定位 ,但控制系統(tǒng)復(fù)雜 可高速 ,氣體壓縮性大 ,阻力效果差 ,沖擊較嚴(yán)重 ,精確定位較困難 ,低速步易控制 油液壓縮性小 ,壓力流量均容易控制 ,可無(wú)級(jí)調(diào)速 ,反應(yīng)靈敏 ,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 應(yīng)用范圍 適用于自由度少的專用機(jī)械手 ,高速低速均能適用 適用于抓取重量大和速度低的專用機(jī)械手 可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手 中小型專用通 用機(jī)械手都有 中小型專用通用機(jī)械手都有 ,特別時(shí)重型機(jī)械手多用 由上表可知伺服電機(jī)應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人有著許多無(wú)可替代的優(yōu)點(diǎn) ,如控制性能好 ,可精確定位 ,體積較小可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手等 ,下面就對(duì)步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)進(jìn)行選取。 (3)剛度的計(jì)算 機(jī)械手臂部的絲杠支撐方式采用固定 ?自由的方式 ,其中中心距為a350mm,滾珠直徑 ,絲杠底徑 ,絲杠截面積 S。 (5)伺服電機(jī)和減速器的選型與校核 TRK?5B?100 減速伺服電機(jī) (輸入轉(zhuǎn)速為 3000r/min,減速比為 5)。 從上述可知 TRK?5B?100 減速伺服電機(jī)滿足要求 ,可以使用 [9], [10], [11]。 1??支座 ,2??電機(jī) ,3??減速箱 ,4??轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)座 5??支承冷拔管 ,6??滾珠絲杠 ,7??導(dǎo)向柱 ,8??錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)軸器 圖 37 基座結(jié)構(gòu)圖 (1)滾珠絲杠的選擇 根據(jù)電機(jī)以及末端執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,擬使用條件 負(fù)載重量 W50KG 最大行程 S450mm 快速進(jìn)給速度 V100mm/s 加減速時(shí)間常數(shù) 預(yù)期壽命 Lh30000h 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)程摩擦系數(shù) 根據(jù)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速與快速進(jìn)給速度 ,由公式 (34)得 載 各動(dòng)作模式下的軸向負(fù)載的計(jì)算 (a)加速時(shí)加速度 ,軸向負(fù)載分別由公式 (35)和 (36)得 (b)勻速時(shí)軸向負(fù)載由公式 (37)得 (c)減速時(shí)軸向負(fù)載由公式 (38)得 各動(dòng)作模式 1 次循環(huán)所需的時(shí)間 (s)由表 37 所示 表 37 循環(huán)時(shí)間 動(dòng)作模式 A B C 共需時(shí)間 所需時(shí)間 8 螺距為 10 的負(fù)載條件由表 38 所示 表 38 負(fù)載條件 動(dòng)作模式 A B C 軸向負(fù)載 (N) 10 轉(zhuǎn)速 300 600 300 所需時(shí)間比例 % 93% % 根據(jù)負(fù)載條件計(jì)算軸向品均負(fù)載 Pm與平均轉(zhuǎn)速 Nm由公式 (39)和 (310)得 (d)計(jì)算所需基本動(dòng)態(tài)額定負(fù)載 C 根據(jù)預(yù)期壽命 ,扣除停止時(shí)間后的凈運(yùn)行使用壽命 ,預(yù)計(jì)夾緊 1s 前后運(yùn)動(dòng) 2s,由公式 (311)得 將運(yùn)行系數(shù)帶入公式 (312)得 因此選擇 BSSR2510 絲杠。 根據(jù)公式 ,求得單圈滾珠數(shù) Z12,該型號(hào)絲杠為單螺母 ,滾珠的圈數(shù) X列數(shù)為 *2,代入 60,求得滾珠與螺紋滾到間的接觸變形量 ,因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力 ,且取 ,所以 ,其中絲杠的有效行程為 300mm,由《系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表 3?27知 ,滾珠絲杠的有效行程在時(shí) ,行程偏差允許達(dá)到 6,可見(jiàn)絲杠剛度足夠。為工作臺(tái)質(zhì)量 (kg)。 (6)機(jī)體旋轉(zhuǎn)下伺服電機(jī)與減速箱的 選型 擬使用條件 負(fù)載重量 W70KN 電機(jī)帶動(dòng)機(jī)箱旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為 n15r/min 本機(jī)械手設(shè)計(jì)選用東力電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的 TRA?180 二段式減速伺服電機(jī) (輸入轉(zhuǎn)速為 1500,減速比為 100)。 軸承的選取 (1)本設(shè)計(jì)中 ,我的機(jī)械手手臂部分的絲杠是由 BSBR2510 型號(hào)組成。其中絲杠的支撐方式是由雙推 簡(jiǎn)支形式 (適用于中等轉(zhuǎn)速 ,高精度的絲杠 )。 (特點(diǎn) :構(gòu)造簡(jiǎn)單 ,成本低 ,可傳遞較大轉(zhuǎn)矩 ,無(wú)沖擊 ,軸的剛性打 )。 (2)控制機(jī)械手腰部的上下運(yùn)動(dòng)的為 BSST 2510 型號(hào)的絲杠 (3)配套支座為 BRW 20 型號(hào)的絲杠支座 [12], [13]。 Y軸方向的上、下 。氣動(dòng)方式用二位三通電磁閥帶有兩個(gè)線圈 ,對(duì)應(yīng)兩個(gè)相反動(dòng)作來(lái)控制控制氣缸 ,電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)用接觸器控制 ,使機(jī)械手完成伸縮、上下、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。 便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修 ,設(shè)置手動(dòng)工作方式。 當(dāng)按下機(jī)械手啟動(dòng)按鈕之后 ,首先單片機(jī) P0 口輸出脈沖使底座伺服電機(jī)得到控制信號(hào)旋轉(zhuǎn) ,機(jī)械手右轉(zhuǎn) ,至右限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作。單片機(jī) P0 口輸出控制信號(hào) ,使 X 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,手臂開(kāi)始收縮 ,至編碼器反饋信號(hào)告知驅(qū)動(dòng)器到達(dá)預(yù)定位置。繼電器斷開(kāi) ,手爪電磁閥不通電 ,液壓缸出油。 圖 42 工作流程 (2)第二方案工作流程圖如圖 43 所示。繼電器導(dǎo)通吸合 ,手爪電磁閥通電 ,液壓缸進(jìn)油 ,手爪抓緊 ,至限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作。單片機(jī) P0 口輸出控制信號(hào) ,使 Y 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,大臂下降 ,至編碼器反饋信號(hào)告知驅(qū)動(dòng)器到達(dá)預(yù)定位置。最后機(jī)械手停止 ,完成一個(gè)流程。單片機(jī) P0 口輸出控制信號(hào) ,使 Y 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,大臂下降 ,至編碼器反饋信號(hào)告知驅(qū)動(dòng)器到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī) P0 口輸出脈沖使底座伺服電機(jī)得到控制信號(hào)旋轉(zhuǎn) ,機(jī)械手左轉(zhuǎn) ,至左限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作。單片機(jī) P0 口輸出控制信號(hào) ,使 Y 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,大臂上升 ,至編碼器反饋信號(hào)告知驅(qū)動(dòng)器到達(dá)預(yù)定位置。如圖 45DB810A 驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。 (3)工作電壓 24V。 機(jī)械手單片機(jī)接線原理圖的設(shè)計(jì) 在機(jī)械手單片機(jī)接線原理圖設(shè)計(jì)中 ,我選用的是單片機(jī) 89C51 單片機(jī)控制 ,驅(qū)動(dòng)器為 DB810A,電機(jī)為伺服電機(jī)。 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)如圖 47 所示。晶振的頻率越高 ,則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也越高 ,單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。 XTAL2 為接 外部晶體的另一端 ,在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。電平復(fù)位是通過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源接通而來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖 410 光耦 其中脈沖需要高速光耦來(lái)分開(kāi)供電減少干擾 ,因?yàn)槊}沖需要不斷輸出 ,輸出頻率大 ,因此要求安裝高速光耦。 為機(jī)械手大臂下降輸入端 , 為機(jī)械手大臂上升輸入端 , 分別為機(jī)械手大臂上下輸出端。 5 結(jié)論 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中 ,我有很多收獲 ,首先把我?guī)啄陙?lái)所學(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí) ,更深一步了解了所學(xué)的知識(shí) ,培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) ,獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力 ,也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書(shū)館 ,網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料 ,還使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問(wèn)題。這些問(wèn)題有時(shí)使得我束手無(wú)措 ,不過(guò)在指導(dǎo)老師幫助和自己的努力下 ,終于使得我順利完成了設(shè)計(jì)。 (1)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)只 是對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)做了系統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì) ,設(shè)計(jì)中沒(méi)有涉及的很深入 ,對(duì)這方面有點(diǎn)模糊 ,需要在以后的工作學(xué)習(xí)中了解和掌握。響應(yīng)指令信號(hào)的時(shí)間愈短 ,電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高 ,快速響應(yīng)性能愈好 ,一般是以伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)的大小來(lái)說(shuō)明伺服電動(dòng)機(jī) 快速響應(yīng)的性能。