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平面关节型机械手设计.rar

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    编号:20180802233205739    类型:共享资源    大小:721.84KB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    金币
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    平面 关节 机械手 设计
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    平面关节型机械手设计- 1 -设计要求一、 通过设计平面关节型机械手,培养综合运用所学知识,分析问题和解决问题的能力。有关资料:上下料搬运机械手,3 个自由度,平面关节型;需要搬运的工件:环类零件,内孔直径 50mm;高 150mm,厚 10mm,(只能从内孔夹持工件) ,材料 40 钢,将工件从一条输送线搬运到与之平行的另一条输送线上, (两输送线距离为 2.5m,高度差 0.4m) 。要求:设计方案和计算正确,叙述清楚,图纸符合规范。翻译一篇有关外文资料。二、 图纸:1.机械手机构简图2.工作空间投影图3.机械手传动原理图4.机械手装配图5.零件图三、 实习:1.本校机械实验室组装各类机械手模型。2.学习工业机械人设计方面知识。四、 参考书:1. 《工业机器人设计》 周伯英 机械工业出版社 19952. 《机器人机械设计》 龚振帮 电子工业出版社 19953. 《机构设计》 (日)藤森洋三 机械工业出版社 19904. 《机械手图册》 (日)加藤一郎 上海科技出版社 19895. 《机械设计图册》 (5)成大先 化学工业出版社 1999五、 进度:3 月 24 日到 4 月 25 日 实习,拟订设计方案4 月 264 日到 5 月 3 日 机械手传动原理图5 月 4 日到 5 月 17 日 机械手装配图5 月 18 日到 5 月 24 日 零件图平面关节型机械手设计- 2 -5 月 25 日到 6 月 1 日 写说明书平面关节型机械手设计[摘要] 平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节;两个回转关节控制前后左右运动,而移动关节则实现上下运动,其工作空间如工作空间图,它的纵截面为矩形的回转体,纵截面高为移动关节的行程长,两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。关键词: 机械手 轴承 汽缸[Abstract] Selective Compliance Assembly Robot Arm have two slew joints and one move joints , two slew joints control the moving of the front and back left and right . the move joints control the moving of up and down . the work room as work room drawing . the vertical section is a rectangle slew . the high of the vertical section is move joints’ journey ,the move angle of the two slew joints decide the big and small and figure of the vertical section .Key words: manipulator axletree cylinder 第 1 章 机械手总体设计工业机械手是一种模仿人手部分动作,按照预先设定的程序,轨迹或其他要求,实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产,是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置,开始主要用来实现自动上下料和搬运工件,完成单机自动化和生产线自动化,随着应用范围的不段扩大,现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动,减轻工人的劳动强度,改善劳动条件,提高劳动生产率。平面关节型机器人又称 SCARA 型装配机器人,是 Selective Compliance Assembly Robot Arm 的缩写,意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水平方向有柔顺性,在垂直方向有较大的刚性。它结构简单,动作灵活,多用于装配作业中,特别适合小规格零件的插接装配,如在电子工业零件的插接、装平面关节型机械手设计- 3 -配中应用广泛。总体设计的任务:包括进行机械手的运动设计,确定主要工作参数,选择驱动系统和电控系统,整体结构设计,最后绘出方案草图。1.1 主要技术参数见表 1-1表 1-1机械手类型 平面关节型抓取重量 2.2Kg自由度 3 个(2 个回转 1 个移动)大臂 长 700mm,回转运动,回转角 240,步进电机驱动 单片机控制小臂 长 600mm,回转运动,回转角 240,步进电机驱动 单片机控制移动关节 气缸驱动 行程开关控制手指 气缸驱动 行程开关控制1.2 结构特点如下图:平面关节型机械手设计- 4 -第 2 章 手指设计工业机械手的手部是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、准确和牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作性能,它是工业机械手的关键部件之一。2.1 设计时要注意的问题:(1) 手指应有足够的夹紧力,为使手指牢靠的夹紧工件,除考虑夹持工件的重力外,还应考虑工件在传送过程中的动载荷。(2) 手指应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关,而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。(3) 应能保证工件在手指内准确定位。(4) 结构尽量紧凑重量轻,以利于腕部和臂部的结构设计。(5) 根据应用条件考虑通用性。2.2 零件的计算 )(0428.102867)(286050314. 922 kgvgmGhrRV其中 g 取 10取 G=23(N)2.3 紧力的计算:2.3.1 Gf4f 为手指与工件的静摩擦系数,工件材料为 40 号钢,手指为钢材,查《机械零件手册》 表 2-5 f=0.15所以 3.815.042fN平面关节型机械手设计- 5 -取 N=40(N)驱动力的计算 14NtgP为斜面倾角, , 为传动机构的效率,这里为平摩擦o15传动,查《机械零件手册》表 2-2 这里取 0.8592.08所以4.5.01450tgP取 p=55(N)2.3.2 活塞手抓重量的估算)(2310785214.321 NghrGr 为杆的半径,h 为长度,g 取 102.3.3 汽缸的设计因为气压工作压力较低,对气动组件的材质和精度要求较液压底,无污染,动作迅速反映快,维护简单,使用安全。而且此处作用力不大,所以选气压传动。汽缸内型选择,由于行程短,选单作用活塞汽缸,借弹簧复位。汽缸的计算气压缸内径 D 的计算平面关节型机械手设计- 6 -按《液压传动与气压传动》公式 13-1 PDF42D 为汽缸的内径(m),P 为工作压力(Pa), 为负载率,负载率与汽缸工作压力有关,取 ,查《液压传动与气压传动》表 13-2 由于0. 65.03.P汽缸垂直安装,所以取 P=0.3。 )(1.24)(06.13.041.3546 mPF按《液压传动与气压传动》表 13-3 圆整取 32mm.活塞杆直径 d 的计算一般 ,此选 0.23.02.Dmm4.6..按《液压传动与气压传动》表 13-4 圆整取 8mm汽缸壁厚 的计算按《液压传动与气压传动》表 13-5 查得 4弹簧力的 F 的计算)(231NG第 3 章 移动关节的设计计算3.1 驱动方式的比较机械手的驱动系统有液压驱动,气压驱动,电机驱动,和机械传动四种。一台机械手可以只用一种驱动,也可以用几种方式联合驱动,各种驱动的特点见表 3-1。3.2 汽缸的设计因为气压工作压力较低,对气动组件的材质和精度要求较液压底,无污染,动作迅速反映快,维护简单,使用安全。而且此处作用力不大,所以选气压传动。汽缸内型选择:因为活塞行程较长,往复运动,所以选双作用单活塞汽缸,利用压缩空气使活塞向两个方向运动。平面关节型机械手设计- 7 -初选活塞杆直径 d=12mm,估算其重量 )(85.41075.0)21.(4.3)2( NghdG取 5N21F取 80N表 3-1驱动方式电机 驱动比较内 容 机械传动异步电机,直流电机步进或伺服电机气压传动 液压传动输出力矩输出力矩较大 输出力可较大输出力矩较小气体压力小,输出力矩小,如需输出力矩较大,结构尺寸过大液体压力高,可以获得较大的输出力控制性能速度可高,速度和加速度均由机构控制,定位精度高,可与主机严格同步控制性能较差,惯性大,步易精确定位控制性能好,可精确定位,但控制系统复杂可高速,气体压缩性大,阻力效果差,冲击较严重,精确定位较困难,低速步易控制油液压缩性小,压力流量均容易控制,可无级调速,反应灵敏,可实现连续轨迹控制体积 当自由度多时,机构复杂,体积液较大要油减速装置,体积较大体积较小 体积较大 在输出力相同的条件下体积小维修使用维修使用方便 维修使用方便维修使用较复杂维修简单,能在高温,粉尘等恶劣环境种使用,泄漏影响小维修方便,液体对温度变化敏感,油液泄漏易着火应用范围适用于自由度少的专用机械手,高速低速均能适用适用于抓取重量大和速度低的专用机械手可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手中小型专用通用机械手都有中小型专用通用机械手都有,特别时重型机械手多用成本结构简单,成本低,一般工成本低成本较高结构简单,能源方便,液压元件成本较高,油路也较复平面关节型机械手设计- 8 -厂可以自己制造成本低 杂气压缸内径 D 的计算按《液压传动与气压传动》公式 13-1 PdF4)(2D 为汽缸的内径(m),P 为工作压力(Pa), 为负载率,负载率与汽缸工作压力有关,取 ,查《液压传动与气压传动》表 13-2 由于0. 65.03.P汽缸垂直安装,所以取 P=0.3。一般 ,此选 0.33.02.Dd )(54.30)(.109.34.0138091.466 mPFD 按《液压传动与气压传动》表 13-3 圆整取 40mm.一般 ,此选 0.33.02.dmm14..D汽缸壁厚 的计算按《液压传动与气压传动》表 13-5 查得 4汽缸重量的计算 )(7.2310785.0)2.04.(13)(23 NghrRG 其中:R 为汽缸外径,r 为汽缸内径,h 为汽缸长度,g 取 10, 为汽缸材料密度取 25N3第 4 章 小臂的设计臂部是机械手的主要执行部件,其作用是支撑手部和腕部,主要用来改变平面关节型机械手设计- 9 -工件的位置。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。4.1 设计时注意的问题(1) 刚度要好,要合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸,空心杆比实心杆刚度大的多,常用钢管做臂部和导向杆,用工字钢和槽钢左支撑板,以保证有足够的刚度。(2) 偏重力矩要小,偏重力矩时指臂部的总重量对其支撑或回转轴所产生的力矩。(3) 重量要轻,惯量要小,为了减轻运动时的冲击,除采取缓冲外,力求结构紧凑,重量轻,以减少惯性力。(4) 导向性要好。4.2 小臂结构的设计把小臂的截面设计成工字钢形式,这样抗弯系数大,使截面面积小,从而减轻小臂重量,使其经济、轻巧。选 10 号工字钢。理论重 ,小臂mdhcmWy 5.4,10,72.9,1.26kg/3长为 600mm。较核: (N)1.30..大mgG取 75N其受力如下图:F=75+105=180(N) ).(625.93.0756.102大1 mNLGFMMPaPaWy ][53.9)0(72.96按《材料力学》公式 5.11 hbQ其中 h 为工字钢的高度,b 为工字钢的腰宽,Q 为所受的力。平面关节型机械手设计- 10 -所以 MPaahbQ60][4.015.401833  所以选 10 号工字钢合适。3.3 轴的设计计算大轴的直径取 20mm,材料为 45 号钢。受力如下图:验算:F=180N )(25.9610.221 NlMF MPaar 60][.)(4.3.232 所以合适4.4 轴承的选择因为上轴承只受径向,下轴承受轴向力和径向力,所以选用圆锥滚子轴承,按《机械零件手册》表 9-6-1(GB 297-84)选 7304E,d=20mm e=0.3kN2.7c 31.5c0轴承的校核因为此处轴承做低速的摆动,所以其失效形式是,接触应力过大,产生永久性的过大的凹坑(即材料发生了不允许的永久变形) ,按轴承静载能力选择的公式为:《机械设计》13-17 0PSC其中 为当量静载荷, 为轴承静强度安全系数,取决于轴承的使用条0P件。按《机械设计》表 3-8 作摆动运动轴承,冲击及不均匀载荷,此处 1.5.5.10S
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