機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-01-11 01:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 取及轉(zhuǎn)移的，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際需要，設(shè)計的具體要求為： （ 1）抓取物件為直徑為 50mm 的立方形產(chǎn)品，長度為 150mm。 （ 2）抓取和放下的時間盡可能的短。 （ 3）從機(jī)身中心 500mm 的邊長為 1000mm，距離地面高度為 500mm 的正方形平臺上抓取成品，裝在成品箱內(nèi)，即可。 機(jī)械手的自由度的分配 本課題要求機(jī)械手臂能達(dá)到工作空間的任意位置和姿態(tài)，同時考慮到產(chǎn)品的長度為 150mm，采用單臂機(jī)械手進(jìn)行夾持和堆放，其中手爪的橫向尺寸為 200mm，綜合考慮后該機(jī)械手的五個自由度，其均為轉(zhuǎn)動自由度，其中機(jī)身腰部一個自由度，大臂小臂各一個自由度，手腕處兩個自由度。 前三個關(guān)節(jié)決定了末端執(zhí)行器在空間的位置，后兩個關(guān)節(jié)決定了末端執(zhí)行 器在空間的狀態(tài)。 方案的描述 機(jī)械手本體由機(jī)座，大臂，小臂，手腕，末端執(zhí)行器，和驅(qū)動裝置組成。參考同 9 類機(jī)械手的性能參數(shù)，進(jìn)行主尺寸和運(yùn)動范圍的確定，考慮到機(jī)構(gòu)可行前提下有盡可能大的作業(yè)范圍。根據(jù)設(shè)計的要求及使用的范圍，定出該型機(jī)械手的主要性能參數(shù)如表 21 所示，其中 θ1 代表腰部轉(zhuǎn)動角度， θ2 代表大臂俯仰角度， θ3 代表小臂俯仰角度， θ4代表手腕起落角度， θ5代表手腕轉(zhuǎn)動角度。 表 21機(jī)械手主要性能參數(shù) 肩高（ mm） 自由度 大臂長（ mm） 小臂長（ mm） 腕部長度（ mm） 腰部直徑（ mm） θ 1 θ 2 θ 3 θ 4 θ 5 1000 60240 225345 180270 6090 30120 500 600 100 260 根據(jù)其用途和特點(diǎn)提出如下技術(shù)參數(shù)： 自由度數(shù)目： 5 個 坐標(biāo)形式：垂直關(guān)節(jié)型 額定負(fù)荷質(zhì)量（含末端執(zhí)行器）： 48kg 最大活動半徑： 1280mm 本體重量： ≤200kg 各關(guān)節(jié)最大工作轉(zhuǎn)速見下表 22。 表 22 各關(guān)節(jié)最大工作轉(zhuǎn)速 最大工作轉(zhuǎn)速 r/min rad/s 186。/s 腰部回 轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 10 60 大臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié) 10 60 小臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié) 10 60 腕部擺動關(guān)節(jié) 20 120 腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 30 180 10 該方案結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 該機(jī)械手的本體結(jié)構(gòu)組成如圖 23 圖 23 成品裝夾機(jī)械手本體組成 各部件組成和功能描述如下： 底座部件： 底座部件包括底座、齒輪傳動部件、軸承，步進(jìn)電機(jī)等。機(jī)座作用是支撐部件，支承和轉(zhuǎn)動大臂部件 ,承受機(jī)械手的全部重量和工作載荷，所以機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。另外機(jī)座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)械手工作時的穩(wěn)定運(yùn)行。 工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運(yùn)動的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）與驅(qū)動源（如液壓、氣壓或電機(jī)等）相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種 運(yùn)動 手臂分為大臂和小臂。大臂部件：包括大臂和齒輪傳動部件，驅(qū)動電機(jī)。小臂部件：包括小臂、傳動軸、同步傳動帶等，在小臂一端固定驅(qū)動手腕運(yùn)動的步進(jìn)電機(jī)。手腕部件：包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機(jī)械接口等。末端執(zhí)行器：因?yàn)樽ト〉呐髁闲螤顬殚L方體，載面積為，長度為，所以末端執(zhí)行器設(shè)計得開合范圍?？紤]在指尖的平面上貼傳感器片，進(jìn)行力的控制。 11 4 機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動方案的選擇 根據(jù)本設(shè)計的要求，參考國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu) [8]，初步對各個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方案單獨(dú)分析。 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 腰部外安放 一驅(qū)動電機(jī) 1，驅(qū)動內(nèi)部渦輪 2 渦桿 3 傳動裝置，實(shí)現(xiàn)豎直主軸 4的轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)大臂 5，小臂 6 等工作部分的旋轉(zhuǎn)自由度，如圖 31 腰部設(shè)計 ,內(nèi)部傳動，如 圖 33 腰部內(nèi)部傳動設(shè)計 。 圖 31腰部設(shè)計 1電機(jī) 1 5大臂 12 圖 33腰部內(nèi)部傳動設(shè)計 2蝸桿 3渦輪 4主軸 大臂和小臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié) 在大臂與肩部連接關(guān)節(jié)處安裝一驅(qū)動電機(jī) 7，帶動與之相 連的小齒輪 8 旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動與小齒輪 8 嚙合的大齒輪 9 旋轉(zhuǎn)，大齒輪旋轉(zhuǎn)使得與之相連的軸 10 旋轉(zhuǎn)，這樣最終轉(zhuǎn)動大臂 5，機(jī)構(gòu)設(shè)計如圖 33 大臂傳動設(shè)計 。而小臂與大臂之間用一同步帶 11（黑色）連接，當(dāng)大臂 5 上軸旋轉(zhuǎn)，便經(jīng)由同步帶使得小臂 6 的軸旋轉(zhuǎn)，最終使得小臂 6 旋轉(zhuǎn)起來，設(shè)計如圖 34 小臂傳動設(shè)計 。 圖 33 大臂傳動設(shè)計 7電機(jī) 8小齒輪 9大齒輪 10 傳動軸 11同步帶 13 圖 34 小臂傳動設(shè)計 5大臂 6小臂 機(jī)械手手臂的設(shè)計要求 機(jī)器人手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實(shí)現(xiàn)在機(jī)器人所要求的工作空間內(nèi)的運(yùn)動。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計時，要遵循下述原則 [6]； ；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)器人運(yùn)動學(xué)正逆運(yùn)算簡化，有利于機(jī)器人的控制。 人工作空間的要求。工作空間的形狀和大小與機(jī)器人手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系。但機(jī)器人手臂末端工作空間并沒有考慮機(jī)器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機(jī)器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。 ，應(yīng)在保證機(jī)器人手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。力求選用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，通常選用高強(qiáng)度鋁合金制造機(jī)器人手臂。目前，在國外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)器人手臂。碳纖維復(fù)合材料抗拉 強(qiáng)度高，抗振性好，比重?。ㄆ浔戎叵喈?dāng)于鋼的 1/4，相當(dāng)于鋁合金的 2/3），但是，其價格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故還未能在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。在保證所需強(qiáng)度與 14 剛度的情況下，減輕機(jī)器人手臂的重量。 ，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動誤差。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 ，這對減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)器人手臂運(yùn)動的響應(yīng) 速度是非常有利的。在設(shè)計機(jī)器人的手臂時，應(yīng)盡可能利用在機(jī)
研究報告相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1