畢業(yè)設(shè)計（論文）運送鋁活塞鑄造毛坯機(jī)械手設(shè)計（全套圖紙）

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）全套cad圖紙，聯(lián)系153893706題目:運送鋁活塞鑄造毛坯機(jī)械手設(shè)計專業(yè): 機(jī)電一體化班級: 學(xué)號: 姓名: 指導(dǎo)老師: 二八年三月目錄中文摘要 1abstract 1第1章 緒論 21.1工業(yè)機(jī)器人簡介 21.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 2第2章 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計 32.1工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 32.2工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計分析 32.2.1設(shè)計要求 32.2.2總體方案擬定 32.2.3工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)性能參數(shù) 4第3章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 53.1工業(yè)機(jī)器人的運動系統(tǒng)分析 53.1.1 機(jī)器人的運動概述 53.1.2 機(jī)器人的運動過程分析 63.2工業(yè)機(jī)器人

2、的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 73.2.1 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 3.2.1.1 設(shè)計時要注意的問題： 7 3.2.1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 73.2.1.3 液壓油缸的選擇和夾緊力的校驗 83.2.1.4 彈性爪的強(qiáng)度校驗 103.2.2 手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計 10 3.2.2.1 手臂的設(shè)計要求 103.2.2.2 伸縮液壓油缸的選擇 113.2.2.3 活塞桿的強(qiáng)度校核 113.2.3 腰部和基座設(shè)計 133.2.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 133.2.3.2 步進(jìn)電機(jī)的選取 133.2.3.3 軸承的選取 163.2.3.4 齒輪的選取 17第4章 工業(yè)機(jī)器人的計算機(jī)控制系統(tǒng)概述 184.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點及

3、對控制功能的基本要求 184.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案 184.3 硬件電路的組成 194.4 電路接口說明 19第5章 工業(yè)機(jī)器人運行時應(yīng)采取的安全措施 215.1 安全要求 215.2實施方法 21總 結(jié) 22鳴 謝 23參考文獻(xiàn) 24中文摘要在工業(yè)上，自動控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動化機(jī)床控制，計算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人是相對較新的電子設(shè)備，它正開始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。實際的機(jī)器人由帶有腕(或稱為手臂)的主機(jī)身和機(jī)身端部的工具(通常是某些類型的夾持器)組成,同時也包括一個輔助動力系統(tǒng)。本文是對整個設(shè)計工作較全面的介紹和總結(jié)。關(guān)鍵詞：手臂；夾持器；工業(yè)機(jī)器人abstrac

4、tindustrially, automatic control systems are found in numerous applications, such as automation machine tool control, computer systems and robotics. industrial robots are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry. a physical robot is norm

5、ally composed of a main frame (or arm) with a wrist and some tooling (usually some type of gripper) at the end of the frame. an auxiliary power system may also be include with the robot. this paper is more comprehensive introduction and summing-up for the for the whole design work.key words ：arm ；gr

6、ipper ；industrial robot運送鋁活塞鑄造毛坯機(jī)械手設(shè)計 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化，學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 第一章 緒論1.1 工業(yè)機(jī)器人簡介機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計算機(jī)工程、自動控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國科技界跟蹤國際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個國家科技水平和經(jīng)濟(jì)實力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工

7、業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運材料，傳遞工件。參考國外的定義，結(jié)合我國的習(xí)慣用語，對工業(yè)機(jī)器人作如下定義：工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機(jī)械。主要用于加工自動線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來的信號，自動進(jìn)行各種操作。工業(yè)機(jī)器人是在計算機(jī)控制下可編程的自動機(jī)器。采用工業(yè)機(jī)器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，改善勞動條件，減輕勞動強(qiáng)度

8、的一種有效手段。機(jī)器人的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史，但它已應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力。 根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求，工業(yè)機(jī)器人具有至少一項或多項擬人功能，如抓取功能或移動功能，或兩者兼有之，另外還可能程度不等的具有某些環(huán)境感知功能（如視覺，力覺，觸覺等）。以及語音功能及至邏輯思維，判斷決策功能等。從而使其能在要求的環(huán)境中代替人進(jìn)行作業(yè)。 在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的伺服控制驅(qū)動。本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，利用錐齒

9、輪傳動實現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)，利用液壓缸實現(xiàn)其移動以及對零件的抓取。在步進(jìn)電機(jī)的控制下，機(jī)器達(dá)到精確的回轉(zhuǎn)運動。1.2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡單到復(fù)雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代：第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進(jìn)行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從1980年開始進(jìn)入了實用階段，不久即

10、將普及應(yīng)用。第三代工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人。這種機(jī)器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用。第2章 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計2.1 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 它主要由機(jī)械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。a、 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成抓取工件，實現(xiàn)各種運動所必需的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、機(jī)身等。（1） 手部：機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)而配置的操作機(jī)構(gòu)，又稱手爪

11、或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。（2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。（3） 臂部：聯(lián)接機(jī)座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改變手部的空間位置，滿足機(jī)器人的作業(yè)空間，將各種載荷傳遞到機(jī)座。（4） 機(jī)身：機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用，是支撐手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運動。b、 驅(qū)動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅(qū)動其動力的裝置。常用的有機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。c、 控制系統(tǒng)：通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生 錯誤或故障時發(fā)出報警信號。d、 檢測系統(tǒng)：作用是

12、通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動情況，根據(jù)需 要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進(jìn)行比較，以保證運動符合要求。 2.2工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計分析2.2.1 設(shè)計要求通過設(shè)計機(jī)械手，培養(yǎng)綜合運用所學(xué)過的基本理論、基本知識和基本方法分析能力和解決問題的能力。有關(guān)數(shù)據(jù)：設(shè)計一機(jī)械手、將鋁活塞鑄造毛坯從模具中取出，并運送到離模具2米遠(yuǎn)處的鋁活塞毛坯箱里。(鋁活塞的基本尺寸等技術(shù)要求參見顧崇衍編機(jī)械制造工藝學(xué)p91p100。)零件尺寸：外孔 101.6，高 106。零件材料：鋁。2.2.2 總體方案擬定要想要完整的 論文 找 qq348414338 在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項

13、功能實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的伺服控制驅(qū)動。本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定工業(yè)機(jī)器人工作方式，利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和錐齒輪傳動來實現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運動；利用一個液壓缸，使手臂實現(xiàn)上下運動；考慮到本設(shè)計中的機(jī)器人工作范圍不大，故利用液壓缸驅(qū)動實現(xiàn)手臂的伸縮運動；末端夾持器則采用滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動夾緊。 圖2-1 機(jī)器人外形圖2.2.3工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)性能參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是說明其規(guī)格和性能的具體指標(biāo)。主要技術(shù)參數(shù)有如下：a、 抓取重量：抓取重量是用來表明機(jī)器人負(fù)荷能力的技術(shù)參數(shù)，這是一項主要參數(shù)。這項參數(shù)與機(jī)器人的運動速度有關(guān)，一般

14、是指在正常速度下所抓取的重量。b、 抓取工件的極限尺寸：抓取工件的極限尺寸是用來表明機(jī)器人抓取功能的技術(shù)參數(shù)，它是設(shè)計手部的基礎(chǔ)。坐標(biāo)形式和自由度：要想要完整的 論文 找 qq348414338c、說明機(jī)器人機(jī)身、手部、腕部等共有的自由度數(shù)及它們組成的坐標(biāo)系特征。d、 運動行程范圍：指執(zhí)行機(jī)構(gòu)直線移動距離或回轉(zhuǎn)角度的范圍，即各運動自由度的運動量。根據(jù)運動行程范圍和坐標(biāo)形式就可確定機(jī)器人的工作范圍。e、 運動速度：是反映機(jī)器人性能的重要參數(shù)。通常所指的運動速度是機(jī)器人的最大運動速度。它與抓取重量、定位精度等參數(shù)密切有關(guān)，互相影響。目前，國內(nèi)外機(jī)器人的最大直線移動速度為1000mm/s左右，一般為

15、200400mm/s；回轉(zhuǎn)速度最大為180/s，一般為50/s。f、 定位精度和重復(fù)定位精度：定位精度和重復(fù)定位精度是衡量機(jī)器人工作質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。g、 編程方式和存儲容量。 本設(shè)計中的三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的有關(guān)技術(shù)參數(shù)見表2-1。表2-1機(jī)械手類型三自由度圓柱坐標(biāo)型抓取重量2.38kg自由度3個（1個回轉(zhuǎn)2個移動）機(jī)座內(nèi)部回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn)角0-180，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動腰部機(jī)構(gòu)伸縮運動，升降范圍400mm，液壓缸驅(qū)動手臂機(jī)構(gòu)伸縮運動，伸縮范圍70mm，液壓缸驅(qū)動末端執(zhí)行器液壓缸驅(qū)動第3章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計3.1 工業(yè)機(jī)器人的運動系統(tǒng)分析3.1.1 機(jī)器人的運動概述 工業(yè)機(jī)器人的運

16、動，可從工業(yè)機(jī)器人的自由度，工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類型等三方面來討論。 如圖2-1所示，為工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的簡圖。圖3-1 機(jī)構(gòu)簡圖a工業(yè)機(jī)器人的運動自由度 所謂機(jī)器人的運動自由度是指確定一個機(jī)器人操作位置時所需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，它是表示機(jī)器人動作靈活程度的參數(shù)。 本設(shè)計的工業(yè)機(jī)器人具有四轉(zhuǎn)動副和移動副兩種運動副，具有手臂伸降，旋轉(zhuǎn)，前后往復(fù)三自由度。 b機(jī)器人的工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類型 （1）工作空間 工作空間是指機(jī)器人正常運行時，手部參考點能在空間活動的最大范圍，是機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)，工作空間圖如圖2-2。 圖3-2 工作空間圖（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)類型 圓柱坐標(biāo)型為本設(shè)計所采用方案，這種運動形式

17、是通過一個轉(zhuǎn)動，兩個移動，共三個自由度組成的運動系統(tǒng)（代號rpp），工作空間圖形為圓柱形。它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的工作條件下，機(jī)體占體積小，而運動范圍大。3.1.2 機(jī)器人的運動過程分析要想要完整的 論文 找 qq348414338 工業(yè)機(jī)器人的運動過程中各動作如圖3-3和表3-1。 圖3-3表3-1機(jī)器人開機(jī)，處于a點工步一手臂上升工步二，工步七，工步十三旋轉(zhuǎn)至b點工步三手臂伸出工步四, 工步十手臂下降工步五，工步十一夾緊工件工步六手臂收縮工步八，工步十四旋轉(zhuǎn)至c點工步九放松工件工步十二實現(xiàn)運動過程中的各工步是由工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和各種檢測原件來實現(xiàn)的，這里尤其要強(qiáng)調(diào)的是機(jī)器人對工件的

18、定位夾緊的準(zhǔn)確性，這是本次設(shè)計成敗之關(guān)鍵所在。3.2工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計3.2.1 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計是用來抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、準(zhǔn)確和牢靠程度都將直接影響到工業(yè)機(jī)械手的工作性能，它是工業(yè)機(jī)械手的關(guān)鍵部件之一。3.2.1.1 設(shè)計時要注意的問題：a. 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)考慮工件在傳送過程中的動載荷。b. 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)有一定的開閉范圍。其大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且應(yīng)注意手部接近工件的運動路線及其方位的影響。c. 應(yīng)能保證工件在末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)準(zhǔn)確定位。d. 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，

19、以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計。3.2.1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計要想要完整的 論文 找 qq348414338采用滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動夾緊，它的結(jié)構(gòu)形式如圖2-4?；鄹軛U式回轉(zhuǎn)型夾持器，當(dāng)驅(qū)動器推動桿2向上運動時，圓柱銷3在兩桿4的滑槽中移動，迫使與支架1相鉸接的兩手指（鉗爪）產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力。當(dāng)桿2向下運動時，手指松開。圖3-4 末端執(zhí)行器3.2.1.3 液壓油缸的選擇和夾緊力的校驗a 初選油缸型號 考慮到所要夾持的是比較小的零件，最大工作載荷很小，故初選液壓缸型號為y-hg1-c40/2225lf2hl1q，它的主要技術(shù)參數(shù)如表2-2。 表3-2 冶金設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓油技術(shù)規(guī)

20、格缸 徑 /mm活塞桿直徑 /mm油口直徑速度比通徑/mm聯(lián)接螺紋1.46 2 40222810m18x1.5b 夾緊力校驗1）零件的計算 圖3-5 零件實體圖其中g(shù)取9.8取g=24（n）2） 緊力的計算：要夾持住零件必須滿足條件： f為手指與工件的靜摩擦系數(shù)，工件材料為鋁，手指為鋼材，查機(jī)械零件手冊 表2-5 f=0.15，n為作用在零件內(nèi)壁上壓緊力，g為零件重力。所以 取=80（n）由機(jī)械制造裝備式4-56可知驅(qū)動力的計算公式為：要想要完整的 論文 找 qq348414338 圖3-6 滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器為斜面傾角，為傳動機(jī)構(gòu)的效率，這里為平摩擦傳動，查機(jī)械零件手冊表2-2 這里取

21、0.85b=90.8mm,l=154.53mm。所以 取p=150(n)按液壓傳動與氣壓傳動公式 4-15 d為汽缸的內(nèi)徑(m)，p為工作壓力（pa）,由液壓傳動與氣壓傳動表9-1表3-3負(fù)載f/n 50000工作壓力p/mpa57取p=0.5mpa。由液壓系統(tǒng)設(shè)計可查得：=0.90.95,所以由以上計算可知液壓缸能產(chǎn)生的推力f=565n大于夾緊工件所需的推力p=150n。所以該液壓缸能夠滿足要求。3.2.1.4 彈性爪的強(qiáng)度校驗 當(dāng)彈性手工作時，由于夾過程具有彈性，就可以避免易損零件被抓傷，變形和破損。工件與彈簧片間的力：由上節(jié)可知f=80n。 則彈簧爪截面上的剪應(yīng)力為=30mpa，=q/a

22、= 故彈性爪滿足強(qiáng)度要求。3.2.2 手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計 3.2.2.1 手臂的設(shè)計要求a、 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)提出的工作空間要求b、 根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點，合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕質(zhì)材料。c、 盡量減小手臂重量和相對其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量和偏重力矩，以減小驅(qū)動裝置的負(fù)荷；減少運動的動載荷與沖擊，提高手臂運動的響應(yīng)速度。d、 要設(shè)法減小機(jī)械間隙引起的運動誤差，提高運動的精確性和運動剛度。采用緩沖和限位裝置提高定位精度。 本設(shè)計手臂直接聯(lián)接在底座升降液壓缸上，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，尾部設(shè)置導(dǎo)向桿，以防止活塞桿轉(zhuǎn)動，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動。它的結(jié)構(gòu)如下圖。 圖3-7

23、手臂結(jié)構(gòu)圖 手臂與末端執(zhí)行器的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)如圖3-8所示：選用軸向腳架型液壓缸，活塞桿末端為外螺紋結(jié)構(gòu)，手臂與末端執(zhí)行器連同活塞桿一起轉(zhuǎn)動。圖3-83.2.2.2 伸縮液壓油缸的選擇選液壓缸型號為y-hg1-c50/3640lf4hl1q，它的主要技術(shù)參數(shù)如表2-3。 表3-4 冶金設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓油技術(shù)規(guī)格缸 徑 /mm活塞桿直徑 /mm油口直徑速度比通徑/mm聯(lián)接螺紋1.46 2 50283610m18x1.53.2.2.3 活塞桿的強(qiáng)度校核末端執(zhí)行器的重量約為：12kg。 工件重量為：2.38kg。由表得活塞桿=140mpa, =240mpa.則在b處橫截面上的剪應(yīng)力為：b= r2/a= 安全。

24、在b處的彎應(yīng)力為：b= mb/a= 安全。3.2.3 腰部和基座設(shè)計3.2.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 通過安裝在支座上的步進(jìn)電機(jī)和錐齒輪直接驅(qū)動轉(zhuǎn)動機(jī)座轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運動，通過安裝在頂部的液壓缸帶動橫梁轉(zhuǎn)動實現(xiàn)手臂的上下移動。采用了導(dǎo)向桿導(dǎo)向，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動。它的結(jié)構(gòu)如裝配圖。3.2.3.2 步進(jìn)電機(jī)的選取 工業(yè)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)和上下移動采用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，下面就給出各種驅(qū)動方式的比較，以作為選取步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動方式的依據(jù)。 （3）、手臂轉(zhuǎn)動慣量的折算工作臺是移動部件，其移動質(zhì)量折算到活塞軸上的轉(zhuǎn)動慣量可按下式進(jìn)行計算： 見機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)公式（2-6）p8式中，為活塞工作長度（cm）

25、；為工作臺質(zhì)量（kg）。所以： （4）系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算b、驗算矩頻特性步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩，從機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)表2-21中查得。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： （2）、空載摩擦力矩 見機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)公式（2-34）p35要想要完整的 論文 找 qq348414338式中：為運動部件的總重量；為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；齒輪傳動降速比；為傳動系數(shù)總效率，取0.8；為活塞工作長度。c、啟動矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動很少使用。升速啟動是步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始逐漸升速，在零時刻，啟動頻率為零。在一段時間內(nèi)，按一定的升速 規(guī)律升速。啟動結(jié)束時，步進(jìn)電機(jī)

26、達(dá)到了最高運行速度。查看機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)圖2-21 p36，從90bf001矩特性圖中，可查得：縱向：空載啟動力矩對應(yīng)的允許啟動頻率。查機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)表2-11 p34，步進(jìn)電機(jī)150bf002啟動頻率,所以所選電機(jī)不會丟步。d、運行矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)的最高快進(jìn)運行頻率可按下式計算： 見機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)公式（2-36）p36式中：為運動部件最大快進(jìn)速度。算得。快進(jìn)力矩的計算公式： 見機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)公式（2-37）p37式中： 為附加摩擦力矩， 為快進(jìn)時，折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩。 算得：。查看機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)圖2-22 p36，從90bf001運行矩頻特性圖中，可知：快進(jìn)力矩對應(yīng)的允許快

27、進(jìn)頻率；所以,所用的電機(jī)都滿足快速進(jìn)給運行矩頻特性要求。綜上所述，所選用的步進(jìn)電機(jī)90bf001符合要求，可以使用。3.2.3.3 軸承的選取 a、環(huán)形軸承3作為機(jī)座的支承原件，是為機(jī)器人研制的專用軸承，具有寬度小、直徑大、精度高、剛度大、承載能力高（可承受徑向力、軸向力和傾覆力矩）、裝置方便等特點價格高。 b、止推軸承，型號為30204， 它的有關(guān)參數(shù)如下：要想要完整的 論文 找 qq348414338表3-7 軸承代號 基本額定 極限轉(zhuǎn)速 r/min動載荷 ca/kn靜載荷 c0a/kn 脂潤滑油潤滑 30204，28.230.58000100003.2.3.4 齒輪的選取齒輪的參數(shù)如下表

28、所示表3-8名稱代號小齒輪大齒輪 分度圓直徑d80152 齒數(shù)z2038 大端模數(shù)m4 節(jié)錐角27.759o62.241o 錐距r85.882 齒寬b26 齒距p12.56 工作齒高h(yuǎn)6.8 齒高h(yuǎn)7.552 齒頂高4.5282.272 齒跟高3.0245.28 頂隙c0.725 齒跟角2.017o3.518o 齒頂角3.018o1.515o 頂圓錐角30.777o63.756o 跟圓錐角25.742o58.723o 齒頂圓直徑88.014154.116 冠頂距73.89137.989 大端分度圓弧齒厚s7.5834.977 法向側(cè)隙46齒輪材料為20cr且經(jīng)滲碳淬火，接觸材料系數(shù)：khc=0

29、.86 彎曲材料系數(shù) kfc=0.97。 第四章 工業(yè)機(jī)器人的計算機(jī)控制系統(tǒng)概述4.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點及對控制功能的基本要求 工業(yè)機(jī)器人具有多個自由度，每個自由度一般包括一個伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個多變量控制系統(tǒng)。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般要用計算機(jī)來實現(xiàn)。因此，機(jī)器人控制系統(tǒng)也是一個計算機(jī)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的功能是控制機(jī)器人操作機(jī)的運動和操作以滿足作業(yè)的要求。在作業(yè)中機(jī)器人的工作任務(wù)是要求操作機(jī)的末端執(zhí)行器按點位或軌跡運動，并保持設(shè)定的姿態(tài)。在運動中或在規(guī)定的某點位執(zhí)行作業(yè)規(guī)定的操作。對工業(yè)機(jī)器人的控制功能大致有如下的基本要求和特點。a、實現(xiàn)對位姿、速度、加速度等的控制

30、功能 在機(jī)器人的各類作業(yè)中，運動和控制方式主要有兩種。 1）點位控制方式（ptp控制） 這種控制方式考慮到末端執(zhí)行器在運動過程中只在某些規(guī)定的點上進(jìn)行操作，因此只要求末端執(zhí)行器在目標(biāo)點處保證準(zhǔn)確的位姿以滿足作業(yè)質(zhì)量要求。而對達(dá)到目標(biāo)點的運動軌跡（包括移動的路徑和運動的姿態(tài)）則不作任何規(guī)定，如圖4-1 a)圖，這種控制方式易于實現(xiàn)，但不易達(dá)到較高的定位精度，適用于上下料、搬運、點焊和在電路板上安插元件等只要求在目標(biāo)點保持末端執(zhí)行器準(zhǔn)確的位姿的作業(yè)中。2）連續(xù)軌跡控制方式（cp控制） 這種控制方式要求末端執(zhí)行器嚴(yán)格按規(guī)定的軌跡和速度在一定精度要求內(nèi)運動，以完成作業(yè)要求，這種必須保證機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)

31、、同步地實現(xiàn)相應(yīng)的運動。如圖4-1b)圖，這種連續(xù)軌跡運動，可看成是若干密集軌跡曲線。若設(shè)定的點足夠密，就能用點位控制的方法實現(xiàn)所需精度的連續(xù)軌跡運動。b、存儲和示教功能 要使機(jī)器人具有完成預(yù)定作業(yè)的功能，須先將要完成的作業(yè)示教給機(jī)器人，這個操作過程稱為示教，將示教內(nèi)容記錄下來，稱為存儲。使工業(yè)機(jī)器人按照存儲的示教內(nèi)容進(jìn)行動作，稱為再現(xiàn)。所以工業(yè)機(jī)器人的動作是通過示教存儲再現(xiàn)的過程實現(xiàn)的。c、對外部環(huán)境的檢測和感覺功能。4.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案要想要完整的 論文 找 qq348414338控制系統(tǒng)采用二級計算機(jī)控制方式，選用ibm-pc，80c51系列cpu。第一級機(jī)擔(dān)負(fù)管理，示教編程

32、，控制再現(xiàn)，軌跡正逆運算，機(jī)器人語言的編輯和編譯，通過串行通訊方式傳送給二級機(jī)做位置給定。第二級機(jī)負(fù)責(zé)位置伺服控制軟件的計算，位置檢測等工作，根據(jù)插補(bǔ)算出的各關(guān)節(jié)位置增量做位置給定。一級機(jī)與示教盒通訊采用串行rs-232接口，既接收示教盒信息，完成示教動作，又向示教盒發(fā)送信息，顯示示教情況。還可以連接軟驅(qū)，crt終端。二級機(jī)接口電路將計算機(jī)輸出數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，驅(qū)動伺服控制系統(tǒng)，選用速度單元，伺服電機(jī)及光電編碼盤等伺服調(diào)速系統(tǒng)。4-1 機(jī)器人控制系統(tǒng)框圖4.4 電路接口說明a.主計算機(jī)要想要完整的 論文 找 qq348414338(1) cpu采用8031芯片，由于片內(nèi)無程序存儲器，數(shù)

33、據(jù)存儲器也只有128字節(jié)，因此，擴(kuò)展外部程序存儲器27256一片(16k)，數(shù)據(jù)存儲器62256一片(16k)。8031的i/o口也不能滿足輸入輸出口的要求，本系統(tǒng)也擴(kuò)展了一片8155可編程接口芯片。(2) 采用74ls138三八譯碼器的輸出作為片選信號。27256，62256，8251a，8155的片選信號分別接到譯碼器的。mcs-51系列單片機(jī)，64k字節(jié)外部ram是由16根地址線(a0a15)決定的，它由p0口提供低8位，p2口提供高8位。要想擴(kuò)大ram空間，可用增加地址線的辦法來解決。這里，利用p1口增加地址線。74ls138的輸入a、b、c口分別接8031的p1.0、p1.1、p2.

34、7。(3) 由于27256和62256芯片都是32kb，需要15根地址線。其a0a7低8位接74ls373芯片的輸出端線，a8a14接8031芯片的p2.0p2.6，74ls373地址鎖存器在選通號ale為高電平時直接傳送8031p0口低8位地址，當(dāng)ale在高電平變低電平的下降沿時，低8位地址被鎖存，此時，p0口可用來向片外傳送讀寫數(shù)據(jù)。(4) 主機(jī)8031要和示教盒通信，因此擴(kuò)展一片8251a增加一個串行rs-232c接口。8251a的數(shù)據(jù)線與8031的p0口相接。、對應(yīng)相連。8251的接74ls138的，接74ls373的1q，。rxrdy和txrdy經(jīng)或非門接到8031的，當(dāng)8251a準(zhǔn)

35、備好接收或發(fā)送數(shù)據(jù)時都能向8031申請中斷。時鐘部分，8251a的clk接到8031的ale；txc和rxc接在一起，由ale經(jīng)過一個分頻電路后提供時鐘。ttl電平與rs-232c電平的轉(zhuǎn)換通過專門的電平轉(zhuǎn)換芯片max232。由于不用調(diào)制解調(diào)器，和接地。(5) 8155的pa0pa7、pb4pb7作為顯示器位選信號，顯示器的段選信號由8031的p1.2p1.7和p3.4、p3.5發(fā)出，兩邊都接上反相驅(qū)動器74ls06。通過軟件譯碼靜態(tài)顯示，12個顯示器，每4個分別顯示x、y、z軸的坐標(biāo)。8155的pb.0pb.3是鍵盤掃描輸入，采用行列式結(jié)構(gòu)，123鍵。行線經(jīng)限流電阻接 +5v電源，按鍵跨接在

36、行線和列線上。(6) 8155的pc0pc4接控制面板上的按鈕開關(guān)，設(shè)有啟動、暫停、急停、示教等操作方式。b.從計算機(jī)(1) cpu采用8031芯片，擴(kuò)展外部程序存儲器27256一片(16k)，數(shù)據(jù)存儲器62256一片(16k)。從cpu8031要控制6個關(guān)節(jié)位置的伺服量，8031的i/o口不能滿足輸入輸出口的要求，本系統(tǒng)擴(kuò)展了6片8155可編程接口芯片。每一個芯片負(fù)責(zé)其相應(yīng)伺服系統(tǒng)的輸入輸出量。(2) 采用74ls138三八譯碼器的輸出作為片選信號。27256，62256，六片8155的片選信號分別接到譯碼器的。74ls138的輸入a、b、c口分別接8031的p1.0、p1.1、p2.7。(

37、3) 由于27256和62256芯片都是32kb，用74ls373芯片的輸出端線1q8q及p2口的p2.0p2.6輸出地址作為27256、62256的15根地址線，尋址空間各為32k字節(jié)。(4) 用8155的i/o輸入輸出口來控制伺服電機(jī)，在計算機(jī)系統(tǒng)求出控制量之后，把這個控制數(shù)據(jù)送出到d/a轉(zhuǎn)換器dac0832去，把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓，再去控制pwm功率放大器工作。(5) dac0832的輸入數(shù)據(jù)線接到8155的pa口，dac0832內(nèi)部有輸入寄存器，所以可以這樣直接相連而不必另加鎖存器。輸入寄存器允許信號ile固定置于高電平。片選信號和傳送控制信號一起接到8155的高位地址，寫信號和一起

38、接到8031的端。(6) d/a轉(zhuǎn)換器dac0832和運算放大器a741組成一個完整的d/a轉(zhuǎn)換電路，它可以把數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。按照常規(guī)的用法，dac0832以電流開關(guān)方式進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換的。其轉(zhuǎn)換結(jié)果以電流形式在、端輸出，而、再接一個運算放大器a741的兩個輸入端，同時運算放大器的輸出再接反饋電阻端；這樣由一個運算放大器把dac0832的輸出、的信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。其輸出的電壓去控制pwm功率放大器，就可以使伺服電機(jī)以不同的速度實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。(7) 光電編碼盤是一種可以直接把角度轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)碼的元件，可以產(chǎn)生9位數(shù)據(jù)。它的分辨率是0.7。當(dāng)光電編碼盤隨伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)處于不同位置時

39、，它送出的數(shù)據(jù)不同；每一個數(shù)據(jù)和一個角度對應(yīng)。光電編碼盤輸出的數(shù)據(jù)的最高位從8155的輸入，而低八位則從pb端口輸入。讀取光電編碼盤的數(shù)據(jù)時，單片機(jī)只需讀取i/o口和pb的內(nèi)容。 第五章 工業(yè)機(jī)器人運行時應(yīng)采取的安全措施 有些國家已經(jīng)頒布了關(guān)于機(jī)器人的安全法規(guī)和相應(yīng)的規(guī)程,國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會也有業(yè)機(jī)器人安全規(guī)范(iso/tc184/sc2/wg3-dp10218)。在工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)廠家，有嚴(yán)格的管理規(guī)定和詳盡的技術(shù)保障體系。在機(jī)器人應(yīng)用工程中，要參照有關(guān)規(guī)程、規(guī)范以及工業(yè)機(jī)器人的說明資料，注意落實安全措施，杜絕發(fā)生機(jī)器人傷人或其它事故。5.1 安全要求 工業(yè)機(jī)器人能代替人在危險有害的環(huán)境作業(yè)。但

40、又給人另一種危險，即機(jī)器人傷人事故。這是工業(yè)機(jī)器人安全管理的最為重要的一條原則。此外，除了通用的工業(yè)安全規(guī)程外，還要注意工業(yè)機(jī)器人的特殊性，采取相應(yīng)可靠的對策。 對工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的安全要求有如下幾條：a、 必須為工業(yè)機(jī)器人和周邊設(shè)備安裝安全護(hù)欄，以防止人靠近而造成傷害。工業(yè)機(jī)器人的動作范圍不能超越護(hù)欄。b、 在護(hù)欄出入口的門上必須設(shè)置插拔式電接點點開關(guān)，其插座有導(dǎo)線與控制系統(tǒng)的電路連接。只有拔下開關(guān)的插頭，才能打開對應(yīng)的門。這時，工業(yè)機(jī)器人及周邊設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，并且將工業(yè)機(jī)器人鎖定在示教模式。c、 在距操作者的地方設(shè)置緊急停止開關(guān)。按下此開關(guān)，工業(yè)機(jī)器人和有關(guān)的設(shè)備立即停止運轉(zhuǎn)。d、 在人機(jī)結(jié)合部設(shè)置傳感器。當(dāng)操作者在此處上、下料或裝卡工作時，控制系統(tǒng)要有相應(yīng)的安全對策。e、 在生產(chǎn)設(shè)備旁邊的顯著位置用大型指示燈箱表示生產(chǎn)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。如運轉(zhuǎn)、調(diào)試、停止等。f、 設(shè)置工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)的作業(yè)原點，并在生產(chǎn)系統(tǒng)的操作盤上設(shè)置相應(yīng)的指示燈，使操作者容易判斷工業(yè)機(jī)器人本體的位置狀態(tài)。g、 示教作業(yè)時應(yīng)降低工業(yè)機(jī)器人的運動速度，并且要另有一人專門監(jiān)護(hù)，一但發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停機(jī)。h、 由經(jīng)過操作培訓(xùn)的人員進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的示教作業(yè)。i、 制定生產(chǎn)系統(tǒng)及工業(yè)機(jī)器人的操作規(guī)程和安全規(guī)程，張貼在護(hù)欄上并認(rèn)真執(zhí)行。5.2 實施方法在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程中，不僅要注意對人員的危險性，而且