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多自由度機械手機械設(shè)計畢業(yè)設(shè)計-文庫吧資料

2024-12-07 01:14本頁面
  

【正文】 頻率 f=18000HZ ?mn=75r/min 又 sn=3r/min ? i= msnn =25 蝸桿選用 40Cr, 4550HRC 蝸輪選用 103鋁青銅 估計 sV =5m/s 查表得 ? ?H? =140Mpa 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 21 由式 21md ? ? ?222500H KTZ ??????? 其中 K 為載荷系數(shù),當(dāng)考慮載荷集中和動載荷影響時, K取 — ? ? ? 2 22 1225 0 0 5 0 0 1 . 2 3 1 7 1 9 . 45 0 1 4 0Hm d K TZ ??? ??? ? ? ? ??? ??????? 查表得 m= 1d =20 q=16 大手臂電機處蝸輪蝸桿及帶傳動的確定 由選用 55BF003 電機運行頻率 f=18000HZ ?mn=75r/min 由sn=3r/min ? i= msnn =25 取蝸輪蝸桿傳動比為 20 帶輪傳動比為 ( 1)由傳動比 i=20 查表得 1Z =2 ? 2Z =40 蝸桿 40Cr 45— 50HRC 蝸輪 103 鋁青銅 估計 sV =5m/s 查表得 ? ?H? =140Mpa 由式 ? ? 22122500 Hm d K TZ ???? ????可得 221 500 1 . 2 6 6 6 7 1 . 3 64 0 1 4 0md ??? ? ? ?????? 查表得 m=2 1d = q= ? 2d =80 ( 2) 由 mn =75r/min 1i =20 ?帶輪的主動論轉(zhuǎn)速為 1n =由式 1160dnV ?? V 一般在 5—— 25m/s 取 V=20m/s ?1 6 0 2 0 263 .1 4 3 .7 5d ???? 查表得:選帶輪為 Y型帶 1d =28 由式 ? ?2 2 i d ??? 其中 ? 為 V 帶傳動的滑動率,一般為 — 2 28 ? ? ? ? ? 查表得:取 2d = 213 5 .5 1 .2 628di d? ? ? ? ? ? ? ?1 2 0 1 20 .7 2d d a d d? ? ? ? ? 取 ? ?0 1 21. 5 95 .2 5a d d? ? ? 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 22 ? V 帶基準(zhǔn)長度 ? ? ? ? 2210 0 1 202 2 9 0 .524 ddL a d d a? ?? ? ? ? ? 查表得: 取 dL =280 ? 00 872dLLaa ?? ? ? 由 211 1 8 0 5 7 . 3 1 7 5 1 2 0o o o odda? ?? ? ? ? ? ? 帶輪滿足要求 [8]。 手腕擺動電機的選擇 初步估計手腕部分重量為 2Kg,設(shè)擺動速度為 5r/min。 大手臂擺動電機的選擇 初步估計整個手臂重量為 5Kg,設(shè)大手臂擺動速度為 3r/min,手臂折算到外軸上的轉(zhuǎn)動慣量為: 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 19 ? ?2 2 2. 5 0 . 3 0 . 4 5 .2lJ m K g m??? ? ? ????? 2 2 3 .1 4 0 .3 1 420W T? ?? ? ? ? 整個手臂折算到外軸上的轉(zhuǎn)動慣量為: 3 .T J W N m? ? ? ? ? 電動機的轉(zhuǎn)矩 maxjT 為: m a x . 2 . 5 0 . 1 4 1 3 0 . 4 1 6 .0 . 8 5j KTT N m? ?? ? ? ? 電動機的轉(zhuǎn)矩 m a x . 2 . 5 0 . 1 4 1 3 0 . 4 1 6 .0 . 8 5j KTT N m? ?? ? ? ? 選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 55BF003 型電機 其最大靜轉(zhuǎn)矩為 maxjT =,能夠滿足機構(gòu)要求 [7]??山瓢聪率焦繿bk ??12 其 中 a,重力方向的最大上升加速度; tva max響? maxv—— 運載時工件最大上升速度 t響 —— 系統(tǒng)達到最高速度的時間,一般選取 3K—— 方位系數(shù),根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇 G—— 被抓取工件所受重力 ( N) 取 k1 =2, ????? abK k3 =, G=10N 根據(jù)公式,將已知條件帶入: ? ?FN ? ?? = 取 ? = 由驅(qū)動力公式得: 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 17 ? ?FF N?實際=設(shè) F 為驅(qū)動力,則 ? ??? ?? tgF F實際 其中 ? 為螺紋傾斜角 =15, ? 為摩擦角 =30 ? F= ? ? Ntg 930159 ??? [6] 驅(qū)動電機的選擇 手指張合電機的選擇 設(shè)前端手指的重量 為 ,螺紋導(dǎo)程 hP =1mm, 則空載時,工作臺折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量為: 12 2 520 . 1 0 . 1 2 . 5 1 0 .2 2 3 . 1 4h iPJ m K g c m? ??? ??? ? ? ? ????? ????? 最大工作載荷下,工作臺折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量為: 2 2 4220 . 1. 1 . 1 2 . 8 1 0 .2 2 3 . 1 4hiPJ m K g c m? ??? ??? ? ? ? ????? ????? ( 1)快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1eqT : 1 m a xe q fT T T?? 式中 maxT—— 快速空載起動時折算到殿動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 fT —— 移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 551m a x 13551 m a x2 2 4 10 3 7 10 .60 60 6 10 10 .2 2 4 1 10 .mahfe q fJnT J N mtFPT N miT T T N m????????? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ?? ? ? ???? ? ? ? ?摩 ( 2)最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2eqT : 2e q t fT T T?? tT—— 折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大 工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 18 ? ?33343212. 10 10 .2 2 1. 10 10 .2 2 12 10 ., 2 .fhthfe q t fe q e q e qFPT N miFPT N miT T T N mT T T N m?????????? ? ? ?????? ? ? ???? ? ? ? ?? ? ?摩? 步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩: m a x . 2 .5 0 .0 0 2 0 .0 0 5 .j e qT K T N m? ? ? ? 查手冊得,可選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 36BF003 型電機 其 maxjT = 能夠滿足機構(gòu)要求 [7]。一般來說,需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷,以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手抓夾緊力和驅(qū)動力的力學(xué)分析 手指加在工件上的夾緊力,是設(shè)計手部的主要依據(jù)。 通過綜合考慮,本設(shè)計選擇二指平移型手抓,采用滑槽導(dǎo)軌這種結(jié)構(gòu)方式。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動 , 這種手指結(jié)構(gòu)簡單 , 適于夾持平板方料、棒料等 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差零。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 16 狀物體 ,不適合用于本方案。 ( 3) 平面平移型 [1] 機械手手指的設(shè)計計算 選擇手抓的類型和夾緊機構(gòu) 本設(shè)計是設(shè)計六自由度機械手的設(shè)計,考慮到所要達到的原始參數(shù):手抓張合角 ?? = 060 ,夾取重量為 1Kg。 典型的手部結(jié)構(gòu) ( 1) 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。) id ( mm) ia ( mm) i? ( 186。根據(jù)齊次變換矩陣的乘法規(guī)則有: 0 0 1 112 nnnT T T T?? 式中, 0nT 表示末端坐標(biāo)系 ??n 相對于基坐標(biāo)系 ??0 的位姿 [10]。本論文采用 DH(Denavit 和 Harenberg)分析方法來描述機器人相鄰兩連桿之間的運動學(xué)關(guān)系即用一個 4X4 的齊次變換矩陣來描述相鄰兩連桿的位置與姿態(tài) (簡稱為位姿 ),以此推導(dǎo)出 “ 手爪坐標(biāo)系 ” 相對于 “ 參考系 ” 的齊次變換矩陣,從而建立操作臂的幾何模型和運動學(xué)方程。 齊次變換矩陣可分解為平移變換和旋轉(zhuǎn)變換,即: ( ) ( , )AAB B OT T rans P Rot k ??? 33() 01AA BOBO IPT r a n s P ???? ???? 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 13 ? ?,0( , )01AB RkR o t k ?? ??? ???? 式中 . ()ABOTrans P為平移變換矩陣, ( , )Rot k ? 為繞過原點的 K軸轉(zhuǎn)動 ? 角的旋轉(zhuǎn)變換矩 陣。 用四維向量表示三維空間一點的位置 P,即: xyP P P P z? ? ? ???? ?? 上式稱為點的齊次坐標(biāo),式中 ? 為非零常數(shù)。 空間任意一點 P 在不同的坐標(biāo)系中的描述是不同的 ,因此經(jīng)過不同的坐標(biāo)變換 P 點的坐標(biāo)是不同的。而 通過在剛體上面固連一個坐標(biāo)系,再將該固連的坐標(biāo)系在空間表示出來。在本次設(shè)計中,鑒于手臂傳動中心距較大,傳動要求相對高的精度,故相比較后選擇同步帶進行傳動 [1]。 傳動機構(gòu)的選擇 在現(xiàn)有的機械手系統(tǒng)中,所采用的傳動機構(gòu)主要有蝸輪蝸桿傳動、行星輪系傳動、鏈傳動、帶傳動等。采用電動機構(gòu)驅(qū)動機械手 、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、設(shè)計方便、控制簡單與能綜合運用本科階段所學(xué)知識等優(yōu)點。 驅(qū)動機構(gòu)的選擇 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分 , 工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取 決于驅(qū)動方案及其裝置。 3) 臂部,采用步進電機,通過同步帶來實現(xiàn)手臂的上下擺動。 2) 腕部,采用一個步進電機實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn) 180176。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 11 圖 機械手的主要部件及運動 在多關(guān)節(jié)式機械手的基本方案選定后,根 據(jù)設(shè)計任務(wù),為了滿足設(shè)計要求,本設(shè)計關(guān)于機械手具有 6 個自由度既:手抓張合;手腕回轉(zhuǎn);手動腕擺;小手臂擺動;大手臂擺動;底座回轉(zhuǎn) 6個主要運動。由于本次是畢業(yè)設(shè)計考慮到綜合運用本科階段所學(xué)知識固設(shè)計如 圖 。 (4)多關(guān)節(jié)型機機械手 [1]。(2)圓柱坐標(biāo)型機械手 。因此,機械手的執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)是本次設(shè)計的主要任務(wù)。 2 機械手的總體方案設(shè)計 本課題是型回轉(zhuǎn)型機械手的設(shè)計 .本設(shè)計主要任務(wù)是完成機械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計。其次,它的制作完成一定可以極大的激發(fā)同學(xué)們對機 器人技術(shù)的熱愛,提高對機器人技術(shù)的濃厚興趣,并吸引更多的同學(xué)投入到機器人設(shè)計與制作行列中來。它應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)的功能是: 1) 大面積快速搜索和定位功能 2) 滿足空間定位精度 5mm 3) 自動抓取功能 4) 過載保護功能 5) 掉電保護功能 從結(jié)構(gòu)和功能上來看,這個六自由度機械手確實稱不上復(fù)雜,但它卻具有很重要的意義。機械部分主要是完成機構(gòu)的設(shè)計與零件的加工,而控制部分主要完成的工作的是對六自由度機械手整個的動作流程進行設(shè)計,并通過硬 件的連接和對 61 板編寫合適的程序,以實現(xiàn)紅外檢測,電機驅(qū)動等功能。特別是在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中,越來越
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