多自由度機(jī)械手虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文最終版(有刪節(jié))(編輯修改稿)
2025-02-14 16:37 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個(gè)機(jī)械手定位不夠精確，通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差，這個(gè)誤差是可以預(yù)測的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)械手來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。2．模塊化有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機(jī)械手動(dòng)作自如。模塊化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍，是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。3．節(jié)能化為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，新型材料的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。4．機(jī)電一體化由“可編程控制器—傳感器—液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件，使液壓技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”；節(jié)省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小。總之，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。目前，機(jī)械手不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)，如采礦、冶金、石油、化學(xué)、船舶等領(lǐng)域，同時(shí)也已開始擴(kuò)大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔、醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中。 第2章 機(jī)械手的總體整體設(shè)計(jì)方案使機(jī)械手能夠在一定范圍內(nèi)某一位置W1抓取物體，并在另一任意位置W2放下該物體。名稱技術(shù)參數(shù)結(jié)構(gòu)形式關(guān)節(jié)式自由度數(shù)6軀干旋轉(zhuǎn)0176?！?60176。大臂轉(zhuǎn)動(dòng)180176。～+180176。小臂轉(zhuǎn)動(dòng)90176?！?90176。手腕上下擺動(dòng)90176?！?90176。手腕左右旋轉(zhuǎn)0176?！?60176。總體定位精度177。2mm手爪最大張開距離100mm手爪加緊方式旋轉(zhuǎn)變直線運(yùn)動(dòng)目前，國內(nèi)外使用的機(jī)械手中，負(fù)載能力的范圍很大，最小的額定負(fù)載在5N以下，最大可達(dá)9000N。負(fù)載大小的確定主要是考慮沿機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)方向作用于機(jī)械接口處的力和扭矩。其中應(yīng)包括機(jī)器人末端執(zhí)行器的重量、抓取工件或作業(yè)對(duì)象的重量和規(guī)定速度和加速度條件下，產(chǎn)生的慣性力等。由本次設(shè)計(jì)給的設(shè)計(jì)參數(shù)手爪最大張開距離為100mm，可初估本次設(shè)計(jì)機(jī)械手屬于小型機(jī)械手。機(jī)械手的工作范圍是根據(jù)其作業(yè)過程中操作范圍和運(yùn)動(dòng)軌跡來確定，用工作空間來表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式、自由度數(shù)和操作機(jī)各手臂關(guān)節(jié)軸線的長度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動(dòng)范圍的選擇。由于伺服電機(jī)具有控制性能好，控制靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制，對(duì)環(huán)境沒有影響，體積小，效率高，適用于運(yùn)動(dòng)控制要求嚴(yán)格的中、小型機(jī)器人等特點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)采用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手傳動(dòng)裝置中應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和體積小，在傳動(dòng)鏈中要考慮采用消除間隙措施，以提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)和位置控制精度。機(jī)械手常采用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)、同步齒形帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)和鋼帶傳動(dòng)等，由于齒輪傳動(dòng)具有效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)選用齒輪傳動(dòng)。在機(jī)械手手臂的各個(gè)動(dòng)作的最大行程確定后，按照循環(huán)時(shí)間安排確定每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，就能進(jìn)一步確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度，用m/s或（176。）/s表示，各動(dòng)作的時(shí)間分配要考慮多方面的因素，例如總的循環(huán)時(shí)間的長短，各動(dòng)作之間順序是依序進(jìn)行還是同時(shí)進(jìn)行等。應(yīng)試做各動(dòng)作時(shí)間的分配方案表，進(jìn)行比較，分配動(dòng)作時(shí)間除考慮工藝動(dòng)作的要求外，還應(yīng)考慮慣性和行程的大小，驅(qū)動(dòng)和控制方式、定位方式和精度等要求。 機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)原理本課題設(shè)計(jì)的是一種小型機(jī)械手。該機(jī)器人為平面多關(guān)節(jié)型，具有六個(gè)自由度。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此控制簡單，編程操作方便。機(jī)身采用薄壁整體鑄件，這樣可以使結(jié)構(gòu)輕巧，使用靈活。內(nèi)部鑄件既作為內(nèi)部齒輪安裝殼體與軸的支撐座，又作為承力骨架，這樣不僅節(jié)省材料，減少加工量，又使整體減少質(zhì)量。為了保證較高的傳動(dòng)精度和較好的加工工藝性，其傳動(dòng)均采用齒輪傳動(dòng)。 如圖21所示，為初擬機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡圖圖21 機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡圖 最終設(shè)計(jì)效果圖 如圖22所示，為多自由度機(jī)械手虛擬樣機(jī)最終效果圖。圖 22 機(jī)械手效果圖 機(jī)械手各關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖1軸F1 2平鍵 3蝸輪 4聯(lián)軸器 5電機(jī)支架 6電機(jī) 7擋板J3 8齒條J1 9夾具JZ 11夾具JY 12支架J2 13手腕F1 14端蓋ET 15軸承6202 16蝸桿 17 手腕F2圖23機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)圖 1 手腕E2 2軸E1 3軸承6202 4平鍵 5蝸輪 6軸套ET1 7電機(jī)支架 8電機(jī) 9聯(lián)軸器 10手腕E1 11蝸桿 12端蓋ET 圖24 機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)圖3．小臂1小臂D2 2軸承6202 3軸套D1T1 4連接臂DE1 5軸套D1T2 6連接臂DE27端蓋ET 8蝸桿 9蝸輪 10小臂D1 11聯(lián)軸器 12電機(jī)支架 13電機(jī)圖25 機(jī)械手小臂結(jié)構(gòu)圖1電機(jī) 2電機(jī)支架 3大臂C2 4軸承6202 5軸套C1T2 6連接臂CD 7軸套C1T18軸C1 9齒輪Z128M1 10大臂C1 11軸C2 12齒輪Z100M1 13齒輪Z20M114軸套C2T 15聯(lián)軸器圖26 機(jī)械手大臂結(jié)構(gòu)圖5．底座1底座B2 2電機(jī) 3電磁制動(dòng)閥 4聯(lián)軸器 5軸套A1T2 6軸承6200 7軸套A0T 8軸A0 12軸A1 13軸承6200 14底座B
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