噴涂機器人設(shè)計【說明書+CAD】
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畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué)生姓名徐大鵬專業(yè)學(xué)號0804010403設(shè)計(論文)題目噴涂機器人開題報告內(nèi)容包括:1. 選題的意義;2. 簡述選題在該領(lǐng)域的水平和發(fā)展動態(tài); 3. 設(shè)計(論文)所要設(shè)計、研究的內(nèi)容及可行性論證;4. 主要關(guān)鍵技術(shù)、工藝參數(shù)和理論依據(jù); 5. 設(shè)計(論文)的研究特色和創(chuàng)新之處; 6. 主要參考文獻。1. 選題的意義;對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化,推動工業(yè)生產(chǎn)的進一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明,工業(yè)機器人可以代替人手的繁重勞動,顯著減輕工人的勞動強度,改善勞動條件,提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調(diào)的操作,采用機器人是有效的。此外,它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作,更顯示其優(yōu)越性,有著廣闊的發(fā)展前途。2 2 簡述選題在該領(lǐng)域的水平和發(fā)展動態(tài)涂裝是制造業(yè)中一項非常重要的工序,它能有效地防止工件受外界環(huán)境侵蝕,提高工件壽命,而且能美化工件外觀。目前在國內(nèi),涂裝工序主要還是靠人工完成,涂裝的質(zhì)量受工人的技術(shù)熟練程度、心情等因素的影響很大。同時,涂裝過程中揮發(fā)出來的有毒氣體對工人的身體健康影響很大。實現(xiàn)涂裝過程自動化,具有巨大的社會與經(jīng)濟效益。噴涂機器人就是一種典型的涂裝自動化裝備。使用機器人進行噴涂作業(yè),工件涂層均勻,重復(fù)精度好,工作效率高,能使工人從惡劣的工作環(huán)境中解放出來。國際上將機器人應(yīng)用到噴涂領(lǐng)域已有二十多年的歷史,最早將機器人技術(shù)應(yīng)用于噴涂的有美國的minihit公司、fudge公司、德國的hatel公司等。隨著機器人技術(shù)的不斷完善,噴涂精度得到顯著提高,噴涂機器人在主要的發(fā)達國家得到廣泛的應(yīng)用。我國的華南理工大學(xué)、華中科技大學(xué)等科研機構(gòu)先后對噴涂機器人技術(shù)進行深入的研究,取得了不少進展。航天航空部的703所、625所使用熱噴涂機器人進行作業(yè),用來噴涂一些重要而特殊航空部件。目前在我國,還沒有完全意義上的獨立生產(chǎn)噴涂機器人的廠家,機器人市場大多為歐美、日本、韓國等國的生產(chǎn)廠家所壟斷。近年來,我國的一些企業(yè)積極與高校開展噴涂機器人的項目合作,進一步推動我國噴涂機器人技術(shù)的成熟,普及與應(yīng)用。2. 設(shè)計(論文)所要設(shè)計、研究的內(nèi)容及可行性論證;3.1、分析機械手工作原理和性能。 3.2、繪制工作機構(gòu)示意圖、工作原理圖。 3.3、設(shè)計機械手整體結(jié)構(gòu),繪制裝配圖。 3.4、設(shè)計、計算機械手各部分結(jié)構(gòu),繪制結(jié)構(gòu)各部件圖紙,繪制主要零件的零件圖。 3.5、編制設(shè)計說明書。 3. 主要關(guān)鍵技術(shù)、工藝參數(shù)和理論依據(jù);4.1、大臂伸縮范圍200mm1500mm,回轉(zhuǎn)角270。4.2、小臂伸縮范圍200mm800mm,回轉(zhuǎn)角210。 4.3、手腕旋轉(zhuǎn)角度150。4.4、步進電機驅(qū)動。 5設(shè)計(論文)的研究特色和創(chuàng)新之處噴涂機器人系統(tǒng)總體方案的內(nèi)容包括:系統(tǒng)運動方式的確定,伺服系統(tǒng)的選擇,執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定,計算機系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。應(yīng)根椐設(shè)計任務(wù)和要求提出系統(tǒng)的總體方案,對方案進行總體分析和論證,最后確定總體方案。伺服系統(tǒng)的選擇:旋轉(zhuǎn)、擺動機構(gòu)采用開環(huán)控制系統(tǒng),選用快速步進電機。開環(huán)控制系統(tǒng)無檢測元件,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,造價低,調(diào)整和維修都容易。執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定:為保證系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性,在設(shè)計機械傳動裝配時,應(yīng)考慮以下幾點:(1)盡量采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件。(2)盡量消除傳動間隙。(3)縮短傳動鏈??s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度,減小傳動誤差??梢圆捎妙A(yù)緊以提高系統(tǒng)的傳動剛度。例如,在絲杠的兩支承端軸向固定,并加預(yù)緊拉伸的結(jié)構(gòu)等來提高傳動剛度。6主要參考文獻。1 Todd D J .Walking machines ,an introduction to legged robots Kogan Page Ltd.London,1985.2 Hemamu H , Weimer F C.Koozekananit S H .Some aspects of the inverted pendulurn problem for modelling of Iocomotion systemr. Proc of 1973 JACC.3 白井良明著. 王棣棠譯. 機器人工程M. 北京:科學(xué)出版社,2001.2.4 熊有倫.機器人技術(shù)基礎(chǔ)M.武漢:華中理工大學(xué)出版社,1996.5 王志良.競賽機器人制作技術(shù)M.北京:機械工業(yè)出版社,2007.6 成大先.機械設(shè)計手冊(第4版)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.7 熊有倫.機器人技術(shù)基礎(chǔ)M.武漢:華中理工大學(xué)出版社,1996.8 機械設(shè)計手冊編委會. 機械設(shè)計手冊M. 北京:機械工業(yè)出版社,2007.7.9 馬香峰. 機器人機構(gòu)學(xué)M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1991.10 龔振邦等. 機器人機械設(shè)計M. 北京:電子工業(yè)出版社,1995.6.11 吳瑞祥. 機器人技術(shù)及應(yīng)用M. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1994. 12 熊有倫.機器人技術(shù)基礎(chǔ)M.武漢:華中理工大學(xué)出版社,1996.13 David Cook.機器人制作M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005. 14 費仁元等.機器人機械設(shè)計和分析.北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社,1998.實施方案和時間安排(按教學(xué)周次安排):一、二周:接受畢業(yè)設(shè)計課題,根據(jù)課題內(nèi)容了解課題研究的現(xiàn)狀,并進行實地考察,完成開題報告;三、四周:進行有關(guān)的計算。包括:大臂的設(shè)計計算、小臂的設(shè)計計算、手腕傳動裝置的計算、電動機的選擇。 五-八周:有關(guān)圖紙的繪制。 九 周:對設(shè)計進行檢查、糾正、整理、綜合;最后打印,交指導(dǎo)老師復(fù)查。指導(dǎo)教師意見簽字:年 月 日系(專業(yè))領(lǐng)導(dǎo)小組意見組長簽字: 年 月 日備注注:此表由學(xué)生填寫,中間頁不足時,另附紙。 畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文) 題目: 子題: 專 業(yè): 指導(dǎo)教師: 學(xué)生姓名: 班級-學(xué)號: 年 月大連工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文)注:居中,宋體,二號,加粗。閱后刪除此文本框。大連工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)題目Subject of Undergraduate Graduation Project (Thesis) of DLPU注:此處是論文中英文題目,中文題目,不超過25個漢字,居中,黑體,小二號,多倍行距1.25,間距:段前、段后均為0行,取消網(wǎng)格對齊選項。英文題目,與中文題目對應(yīng),居中, Times New Roman,四號,加粗,多倍行距1.25,間距:段前、段后均為0行,取消網(wǎng)格對齊選項。閱后刪除此文本框。設(shè)計(論文)完成日期 20 年 月 日學(xué) 院: 專 業(yè): 學(xué) 生 姓 名: 班 級 學(xué) 號: 注:此處按照實際情況填寫即可。打?。ㄋ误w,四號)。閱后刪除此文本框。指 導(dǎo) 教 師: 評 閱 教 師: 年 月大連工業(yè)大學(xué) 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)注:頁眉,居中,楷體,五號。閱后刪除此文本框。注:頁眉,居中,楷體,五號。閱后刪除此文本框。摘 要摘要是畢業(yè)設(shè)計(論文)的縮影,文字要簡練、明確。內(nèi)容要包括目的、方法、結(jié)果和結(jié)論。單位采用國際標(biāo)準(zhǔn)計量單位制,除特別情況外,數(shù)字一律用阿拉伯?dāng)?shù)碼。文中不允許出現(xiàn)插圖。重要的表格可以寫入。摘要正文每段落首行縮進2個漢字;字體:宋體,字號:小四,行距:固定值20磅,間距:段前、段后均為0行,取消網(wǎng)格對齊選項。摘要篇幅以一頁為限,字?jǐn)?shù)為400-500字。關(guān)鍵詞:寫作規(guī)范;排版格式;畢業(yè)設(shè)計(論文)注:“摘要”是摘要部分的標(biāo)題,不可省略;黑體,三號,居中,1.5倍行距,段后0.5行,段前為0;摘要之間空四格。閱后刪除此文本框。注:黑體,小四。閱后刪除此文本框。注:摘要正文后,列出3-5個關(guān)鍵詞,關(guān)鍵詞與摘要之間空一行;宋體,小四;關(guān)鍵詞之間用分號間隔。閱后刪除此文本框。Abstract外文摘要要求用英文書寫,內(nèi)容應(yīng)與“中文摘要”對應(yīng)。使用第三人稱,最好采用現(xiàn)在時態(tài)編寫?!癆bstract”不可省略。標(biāo)題“Abstract”設(shè)置成Times New Roman,居中,三號字體,1.5倍行距,段后0.5行,段前為0;。Abstract正文選用設(shè)置成每段落首行縮進2字,Times New Roman,小四,行距:固定值20磅,間距:段前、段后均為0行,取消網(wǎng)格對齊選項。Key Words:Write Criterion;Typeset Format;Graduation Project (Thesis)注:Key words與摘要正文之間空一行。Key words與中文“關(guān)鍵詞”一致。詞間用分號間隔,末尾不加標(biāo)點,3-5個。Times New Roman,小四;閱后刪除此文本框。注:字體:Times New Roman,小四,加粗。閱后刪除此文本框。注:標(biāo)題“目錄”,黑體,小三。章、節(jié)標(biāo)題和頁碼,宋體,小四。多倍行距1.25。閱后刪除此文本框。目 錄摘 要IAbstractII引 言1第一章 正文格式說明21.1 論文格式基本要求21.2 論文頁眉頁腳的編排21.3 各章節(jié)標(biāo)題的格式31.4 各章之間的分隔符設(shè)置3第二章 圖表及公式的格式說明42.1 圖的格式說明42.1.1 圖的格式示例42.1.2 圖的格式描述42.2 表的格式說明52.2.1 表的格式示例52.2.2 表的格式描述52.3 公式的格式說明62.3.1 公式的格式示例62.3.2 公式的格式描述6第三章 量和單位的使用7第四章 規(guī)范表達注意事項104.1 名詞術(shù)語104.2 數(shù)字104.3 外文字母104.4 量和單位114.5 標(biāo)點符號11結(jié) 論12參考文獻13附錄A 附錄內(nèi)容名稱16致 謝17- III -引 言理工文科所有專業(yè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(論文)都應(yīng)有“引言”的內(nèi)容。如果引言部分省略,該部分內(nèi)容在正文中單獨成章,標(biāo)題改為緒論,用足夠的文字?jǐn)⑹?。從引言開始,是正文的起始頁,頁碼從1開始順序編排。針對做畢業(yè)設(shè)計:說明畢業(yè)設(shè)計的方案理解,闡述設(shè)計方法和設(shè)計依據(jù),討論對設(shè)計重點的理解和解決思路。針對做畢業(yè)論文:說明論文的主題和選題的范圍;對本論文研究主要范圍內(nèi)已有文獻的評述;說明本論文所要解決的問題。建議與相關(guān)歷史回顧、前人工作的文獻評論、理論分析等相結(jié)合。注意:是否如實引用前人結(jié)果反映的是學(xué)術(shù)道德問題,應(yīng)明確寫出同行相近的和已取得的成果,避免抄襲之嫌。注意不要與摘要內(nèi)容雷同。書寫格式說明:標(biāo)題“引言”字體:黑體,居中,三號,1.5倍行距,段后0.5行,段前為0行。注:頁碼,居中,底部,宋體,小五,正文起始頁頁碼為1。閱后刪除此文本框。引言正文字體:宋體,小四,行距取固定值20磅,段前、段后均為0行,取消網(wǎng)格對齊選項。注:每一章均另起一頁第一章 正文格式說明“正文”不可省略。設(shè)計說明書或正文是畢業(yè)設(shè)計(論文)的主體,要著重反映設(shè)計或論文的工作,要突出畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計過程、設(shè)計依據(jù)及解決問題的方法;畢業(yè)論文重點要突出研究的新見解,例如新思想、新觀點、新規(guī)律、新研究方法、新結(jié)果等。正文要求論點正確,推理嚴(yán)謹(jǐn),數(shù)據(jù)可靠,文字精練,條理分明,文字圖表規(guī)范、清晰和整齊。正文要求論點正確,推理嚴(yán)謹(jǐn),數(shù)據(jù)可靠,文字精練,條理分明,文字圖表規(guī)范、清晰和整齊,在論文的行文上,要注意語句通順,達到科技論文所必須具備的“正確、準(zhǔn)確、明確”的要求。計算單位采用國務(wù)院頒布的統(tǒng)一公制計量單位中文名稱方案中規(guī)定和名稱。各類單位、符號必須在論文中統(tǒng)一使用,外文字母必須注意大小寫,正斜體。簡化字采用正式公布過的,不能自造和誤寫。利用別人研究成果必須附加說明。引用前人材料必須引證原著文字。1.1 論文格式基本要求論文格式基本要求: 紙 型:B5紙,單面打印。 頁邊距:上2.5cm,下1.7cm,左2.3cm、右1.7cm。 頁 眉:1.5cm,頁腳:1cm,左側(cè)裝訂。 正文字體:宋體、小四。 行 距:取固定值20磅,段前、段后均為0,取消網(wǎng)格對齊選項。1.2 論文頁眉頁腳的編排頁眉:從摘要頁開始一律設(shè)為“大連工業(yè)大學(xué)xxxx屆本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)”(楷體、五號、居中)。頁碼:居中位于頁腳,前置部分除扉頁外用羅馬數(shù)字單獨編排;頁碼從前言開始用阿拉伯?dāng)?shù)字連續(xù)編排。1.3 各章節(jié)標(biāo)題的格式第#章 #(三號、黑體、居中;1.5倍行距,段后0.5行,段前為0)1.1 #(四號、黑體、頂格;1.5倍行距,段后為0,段前0.5行)1.1.1 #(小四、黑體、頂格;1.5倍行距,段后為0,段前0.5行)1.1.1.1 #(小四、黑體、頂格;1.5倍行距,段后為0,段前0行)注:序號與文字之間空一格1.4 各章之間的分隔符設(shè)置各章之間應(yīng)重新分頁,使用“分頁符”進行分隔。設(shè)置方法:在“插入”菜單中選擇“分隔符(B)”,在彈出的窗口中選擇分隔符類型為“分頁符”,確定即可另起一頁。注:每一章均另起一頁第二章 圖表及公式的格式說明圖表、公式等與正文之間要有一行的間距。文中的圖、表、公式一律采用阿拉伯?dāng)?shù)字分章編號,如:圖2.5,表1.1,公式(5.1)。若圖表中有附注,采用英文小寫字母順序編號。2.1 圖的格式說明2.1.1 圖的格式示例圖2.1 50加熱不同時間鮑魚的質(zhì)量與體積變化2.1.2 圖的格式描述 圖的繪制方法 插圖、照片應(yīng)盡量通過掃描粘貼進本文。 簡單文字圖可用WORD直接繪制,復(fù)雜的圖考慮使用相應(yīng)的圖形繪制軟件完成,提高圖形表達質(zhì)量。 圖的位置 圖居中排列。 圖與上文之間應(yīng)留一空行。 圖中若有附注,一律用阿拉伯?dāng)?shù)字和右半圓括號按順序編排,如注1),附注寫在圖的下方。 圖的版式 “設(shè)置圖片格式”的“版式”為“上下型”或“嵌入型”,不得“浮于文字之上”。 圖的大小盡量以一頁的頁面為限,不要超限,一旦超限要加續(xù)圖 圖名的寫法 圖名居中并位于圖下,編號應(yīng)分章編號,如圖2.1。 圖名與下文留一空行。 圖及其名稱要放在同一頁中,不能跨接兩頁。 圖內(nèi)文字清晰、美觀。 圖名設(shè)置為宋體,五號,居中。2.2 表的格式說明2.2.1 表的格式示例表2.1 統(tǒng)計表產(chǎn)品產(chǎn)量銷量產(chǎn)值比重手機110001000050050%電視機5500500022022%計算機1100100028028%合計17600160001000100%2.2.2 表的格式描述 表的繪制方法表要用WORD繪制,不要粘貼。 表的位置 表格居中排列。 表格與下文應(yīng)留一行空格。 表中若有附注,一律用阿拉伯?dāng)?shù)字和右半圓括號按順序編排,如注1),附注寫在表的下方。 表的版式 表的大小盡量以一頁的頁面為限,不要超限,一旦超限要加續(xù)表。 表名的寫法 表名應(yīng)當(dāng)在表的上方并且居中。編號應(yīng)分章編號,如表2.1、表2.2。 表名與上文留一空行。 表及其名稱要放在同一頁中,不能跨接兩頁。 表內(nèi)文字全文統(tǒng)一,設(shè)置為宋體,五號。 表名設(shè)置為宋體,五號,且居中。 按照專業(yè)特性,可適當(dāng)加入輔助線。2.3 公式的格式說明2.3.1 公式的格式示例定義公式形式如下: (2.1)其中,R和S分別為抗力和載荷效應(yīng)的均值,。2.3.2 公式的格式描述 公式整行右對齊,并調(diào)整公式與公式序號之間的距離,使公式部分居中顯示。 公式序號應(yīng)按章編號,公式編號在行末列出,如(2.1)、(2.2); 公式的編號的字體:五號、宋體,其間不加虛線; 公式應(yīng)采用Word的公式編輯器進行編輯。注:每一章均另起一頁第三章 量和單位的使用 必須按照國務(wù)院1984年發(fā)布的中華人民共和國法定計量單位及GB3100-3102執(zhí)行,不得使用非法定及已廢棄的單位計量單位及符號,(如高斯(G和Gg)、畝、克分子濃度(M)、當(dāng)量濃度(N)等)。 量和單位不用中文名稱,而用法定符號表示。物理量符號、物力常量、變量符號用斜體,計量單位符號等均用正體。參考(GB31003102-86及GB7159-87)。 中華人民共和國法定計量單位如表3.1至表3.5所示。表3.1 國際單位制的輔助單位量的名稱單位名稱單位符號平面角弧度rad立體角球面度sr表3.2 國際單位制中具有專門名稱的導(dǎo)出單位量的名稱單位名稱單位符號其他表示式例頻率赫茲Hzs-1力;重力牛頓Nkgm/s2壓力,壓強;應(yīng)力帕斯卡PaN/m2能量;功;熱焦耳JNm功率;輻射通量瓦特WJ/s電荷量庫侖CAs電位;電壓;電動勢伏特VW/A電容法拉FC/V電阻歐姆V/A電導(dǎo)西門子SA/V磁通量韋伯WbVs磁通量密度,磁感應(yīng)強度特斯拉TWb/m2電感亨利HWb/A(續(xù)表3.2)量的名稱單位名稱單位符號其他表示式例攝氏溫度攝氏度光通量流明lmcdsr光照度勒克斯lxlm/m2放射性活度貝可勒爾Bqs-1吸收劑量戈瑞GyJ/kg劑量當(dāng)量希沃特SvJ/kg表3.3 國際單位制的基本單位量的名稱單位名稱單位符號長度米m質(zhì)量千克(公斤)kg時間秒s電流安培A熱力學(xué)溫度開爾文K物質(zhì)的量摩爾mol發(fā)光強度坎德拉cd表3.4 國家選定的非國際單位制單位量的名稱單位名稱單位符號換算關(guān)系和說明時間分小時天(日)minhd1min=60s1h=60min=3600s1d=24h=86400s平面角角秒角分度()()()1=(/648000)rad1=60=(/10800)rad1=60=(/180)rad旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)每分r/min1r/min=(1/60)s-1長度海里n mile1n mile=1852m(只用于航行)速度節(jié)kn1kn=1 n mile/h=(1852/3600)m/s(只用于航行)(續(xù)表3.4)量的名稱單位名稱單位符號換算關(guān)系和說明質(zhì)量噸原子質(zhì)量單位tu1t=103kg1u1.660565510-27kg體積升L,(1)1L=1dm3=10-3 m3能電子伏eV1eV1.602189210-19J級差分貝dB級密度特克斯tex1 tex=1g/km表3.5 用于構(gòu)成十進倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位的詞頭所表示的因數(shù)詞頭名稱詞頭符號1018艾克薩E1015拍它P1012太拉T109吉咖G106兆M103千K102百h101十da10-1分d10-2厘c10-3毫m10-6微10-9納諾n10-12皮可p10-15飛母托f10-18阿托a注:每一章均另起一頁第四章 規(guī)范表達注意事項4.1 名詞術(shù)語應(yīng)使用全國自然科學(xué)名詞審定委員會審定的自然科學(xué)名詞術(shù)語;應(yīng)按有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定使用工程技術(shù)名詞術(shù)語;應(yīng)使用公認(rèn)共知的尚無標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定的名詞術(shù)語。作者自擬的名詞術(shù)語,在文中第一次出現(xiàn)時,須加注說明。表示同一概念或概念組合的名詞術(shù)語,全文中要前后一致。外國人名可使用原文,不必譯出。一般的機關(guān)、團體、學(xué)校、研究機構(gòu)和企業(yè)等的名稱,在論文中第一次出現(xiàn)時必須寫全稱。4.2 數(shù)字?jǐn)?shù)字的使用必須符合新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15835-1995出版物上數(shù)字用法的規(guī)定。4.3 外文字母文中出現(xiàn)的易混淆的字母、符號以及上下標(biāo)等,必須打印清楚或繕寫工整。要嚴(yán)格區(qū)分外文字母的文種、大小寫、正斜體和黑白體等。 斜體斜體外文字母用于表示量的符號,主要用于下列場合: 變量符號、變動附標(biāo)及函數(shù)。 用字母表示的數(shù)及代表點、線、面、體和圖形的字母。 特征數(shù)符號,如Re(雷諾數(shù))、Fo(傅里葉數(shù))、Al(阿爾芬數(shù))等。 在特定場合中視為常數(shù)的參數(shù)。 矢量、矩陣用黑體斜體。 正體正體外文字母用于表示名稱及與其有關(guān)的代號,主要用于下列場合: 有定義的已知函數(shù)(例如sin,exp,ln等)。 其值不變的數(shù)學(xué)常數(shù)(例如e=2.718 281 8)及已定義的算子。 法定計量單位、詞頭和量綱符號。 數(shù)學(xué)符號。 化學(xué)元素符號。 機具、儀器、設(shè)備和產(chǎn)品等的型號、代號及材料牌號。 硬度符號。 不表示量的外文縮寫字。 表示序號的拉丁字母。 量符號中為區(qū)別其它量而加的具有特定含義的非量符號下角標(biāo)。4.4 量和單位文中涉及的量和單位一律采用新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB31003102-93量和單位。4.5 標(biāo)點符號標(biāo)點符號的使用必須符合新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15834-1995標(biāo)點符號用法注:結(jié)論另起一頁結(jié) 論結(jié)論是理論分析和實驗結(jié)果的邏輯發(fā)展,是整篇論文的歸宿。結(jié)論是在理論分析、試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,經(jīng)過分析、推理、判斷、歸納的過程而形成的總觀點。結(jié)論必須完整、準(zhǔn)確、鮮明,并突出與前人不同的新見解。書寫格式說明:標(biāo)題“結(jié)論”選用模板中的樣式所定義的“結(jié)論”,或者手動設(shè)置成黑體,居中,三號,1.5倍行距,段后0.5行,段前為0行。結(jié)論正文選用模板中的樣式所定義的“正文”,每段落首行縮進2字;或者手動設(shè)置成每段落首行縮進2字,宋體,小四,固定值20磅,段前、段后均為0行。注:參考文獻另起一頁參考文獻1. “參考文獻”四個字字體:三號,黑體,居中,1.5倍行距,段后0.5行;參考文獻正文字體:宋體,五號,行間距取固定值20磅,段前、段后均為0行,取消網(wǎng)格對齊選項。2. 列出的參考文獻限于作者直接閱讀過的、最主要的且一般要求發(fā)表在正式出版物上的文獻。參考文獻的著錄,按文稿中引用順序排列,并在文內(nèi)相應(yīng)位置用阿拉伯?dāng)?shù)字(五號、宋體)置于“ ”中以上標(biāo)形式標(biāo)注,如“產(chǎn)學(xué)研1 ”。不得將引用文獻標(biāo)示置于各級標(biāo)題處。3. 作者一律姓前名后(外文作者名應(yīng)縮寫),作者間用“,”間隔。作者少于3人應(yīng)全部寫出,3人以上只列出前3人,后加“等”或“et al”。4.文獻類型標(biāo)志參考國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 77142005,如下表:文獻類型標(biāo)志代碼普通圖書M會議錄C匯編G報紙N期刊J學(xué)位論文D報告R標(biāo)準(zhǔn)S專利P數(shù)據(jù)庫DB計算機程序CP電子公告EB幾種主要參考文獻的著錄格式和示例如下:(1)圖書類格式:序號 主要責(zé)任者文獻題名M出版地:出版者,出版年:起止頁碼示例:1 劉國鈞,陳紹業(yè),王鳳翥圖書館目錄M北京:高等教育出版社,1957:15-182 辛希孟信息技術(shù)與信息服務(wù)國際研討會論文集:A集M北京:中國社會科學(xué)出版社,19943 霍斯尼谷物科學(xué)與工藝學(xué)原理M李慶龍,譯2版北京:中國食品出版社,1989:15-204 PEEBLES P Z, Jr. Probability, random variable, and random signal rinciplesM. 4th ed. New York: McMraw Hill, 2001.(2)學(xué)位論文格式:序號 主要責(zé)任者文獻題名D保存地:保存者,年份示例:5 張筑生微分半動力系統(tǒng)的不變集D北京:北京大學(xué)數(shù)學(xué)系數(shù)學(xué)研究所,1983(3)期刊文章格式:序號主要責(zé)任者文獻題名J刊名,年,卷(期):起止頁碼示例:6 金顯賀,王昌長,王忠東等一種用于在線檢測局部放電的數(shù)字濾波技術(shù)J清華大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,1993,33(4):62-677 何齡修讀顧城南明史J中國史研究,1998(3):167-173(4)專著中的析出文獻格式:序號 析出文獻主要責(zé)任者析出文獻題名M/ 專著主要責(zé)任者專著題名出版地:出版者,出版年:析出文獻起止頁碼示例:8 鐘文發(fā)非線性規(guī)劃在可燃毒物配置中的應(yīng)用M/趙緯運籌學(xué)的理論與應(yīng)用中國運籌學(xué)會第五屆大會論文集西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1996:468-4719 WEINSTEIN L, SWERTZ M N. Pathogenic properties of invading microorganism M/SODEMAN W A, Jr., SODEMAN W A. Pathologic Physiology: Mechanisms of Disease. Philadephia: Saunders, 1974:745-772.(5)報紙文章格式:序號 主要責(zé)任者文獻題名N報紙名,出版日期(版次)示例:10 謝希德創(chuàng)造學(xué)習(xí)的新思路N人民日報,1998-12-25(10)(6)國際、國家標(biāo)準(zhǔn)格式:序號 主要責(zé)任者文獻題名S出版地:出版者,出版年:起止頁碼示例:11 全國信息與文獻工作標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會出版物格式分委員會GB/T 124502001圖書書名頁S北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002(7)專利格式:序號 專利申請或所有者專利題名:專利國別,專利號P公告日期或公開日期引用日期. 獲取和訪問路徑 示例:12 西安電子科技大學(xué)光折變自適應(yīng)光外差探測方法:中國,01128777.2P/OL. 2002-03-062002-05-28. http:/211.152.9.47/sipoasp/zljs-yx-new.asp?recid=01128777.2.(8)電子文獻格式:序號 主要責(zé)任者電子文獻題名文獻類型標(biāo)志/文獻載體標(biāo)識出版地:出版者,出版年(更新或修改日期)引用日期獲取和訪問路徑.示例:13蕭鈺. 出版業(yè)信息化邁入快車道EB/OL.(2001-12-19)2002-04-15. http:/www.creader.com/news/200112190019.htm.注意:書寫參考文獻時不要在一篇參考文獻的段落中間換頁。注:附錄另起一頁附錄A 附錄內(nèi)容名稱以下內(nèi)容可放在附錄之內(nèi): 正文內(nèi)過于冗長的公式推導(dǎo); 方便他人閱讀所需的輔助性數(shù)學(xué)工具或表格; 重復(fù)性數(shù)據(jù)和圖表; 論文使用的主要符號的意義和單位; 程序說明和程序全文 調(diào)研報告。這部分內(nèi)容可省略。如果省略,刪掉此頁。書寫格式說明:標(biāo)題“附錄A 附錄內(nèi)容名稱”選用模板中的樣式所定義的“附錄”;或者手動設(shè)置成:黑體,居中,三號,1.5倍行距,段后0.5行,段前為0行。附錄正文每段落首行縮進2字,宋體,小四,行距固定值20磅,段前、段后均為0行。注:致謝另起一頁致 謝畢業(yè)設(shè)計(論文)致謝中不得書寫與畢業(yè)設(shè)計(論文)工作無關(guān)的人和事,對指導(dǎo)老師的致謝要實事求是。對其他在本研究工作中提出建議和給予幫助的老師和同學(xué),應(yīng)在論文中做明確的說明并表示謝意。這部分內(nèi)容不可省略。書寫格式說明:標(biāo)題“致謝”黑體,居中,三號,1.5倍行距,段后0.5行,段前為0行。致謝正文每段落首行縮進2字,宋體,小四,行距固定值20磅,段前、段后均為0行。附 則1本辦法自2011年3月1日起執(zhí)行,適用于全日制在校本科生。原學(xué)校發(fā)布的畢業(yè)設(shè)計(論文)撰寫模板與撰寫要求同時廢止。2本辦法由教務(wù)處負責(zé)解釋。- 17 -大連工業(yè)大學(xué)縮編優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(論文)撰寫規(guī)范一、題目題目(三號、黑體、加黑、居中)二級學(xué)院#班級#姓名(五號、仿宋體、居中)指導(dǎo)教師#姓名(五號、楷體、居中、與摘要間空一行)二、摘要摘要(黑體、五號、加黑):摘要正文內(nèi)容(宋體、小五號)關(guān)鍵詞(黑體、五號、加黑):詞(宋體、小五號、關(guān)鍵詞間用分號隔開)Abstract(Time New Roman、五號、加黑): 內(nèi)容(Time New Roman、五號)Key words(Time New Roman、五號、加黑): 詞(Time New Roman、五號)三、標(biāo)題1 大標(biāo)題(四號、仿宋體) 1.1一級節(jié)標(biāo)題(五號、黑體) 1.1.1二級節(jié)標(biāo)題(五號、宋體) 1.1.1.1三級節(jié)標(biāo)題(五號、宋體) 正文:#(中文、五號、宋體;英文、五號、Times New Roman)四、行間距及標(biāo)題間距全文行間距取單倍行距。五、圖表及表格每一圖應(yīng)有簡短確切的圖名,連同圖號置于圖下(五號、仿宋體、居中)。每一表格要有一簡短確切的表名,連同表號置于表上(五號、仿宋體、居中)。表格要采用三線表(表內(nèi)無斜線、豎線)。公式的編號用括號括起寫在右邊行末,其間不加虛線。圖表、公式(圖、表中文字為六號、宋體)等與正文之間要有0.5行的間距。若圖表有標(biāo)注的,標(biāo)注(六號、宋體)要寫在表格下方,縮進一格。六、參考文獻參考文獻(小四號、黑體)文章所引用的參考文獻按在文中出現(xiàn)的順序如下排列:1 # (小五號、宋體)七、紙型、頁碼及頁邊距紙 型:B5,上2.5cm,下1.7cm,左2cm,右2cm距邊界:頁眉1.5cm,頁腳1cm八、片眉: 大連輕工業(yè)學(xué)院#屆優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(論文)匯編(楷體、五號、局中)注:提交材料時,需提交電子文檔及打印文本各一份。范例:題目#學(xué)院 #班 #指導(dǎo)教師 #摘要:#關(guān)鍵詞:#; #; #Abstract: # #Key words: #;#;#1.#1.1 #1.1.1 #1.1.1.1 #表1.1#注:#圖1.1 #參考文獻1 #機械工程及自動化學(xué)院專業(yè)畢業(yè)設(shè)計資料目錄1、任務(wù)書2、開題報告3、中期報告4、指導(dǎo)人意見書5、評閱人意見書6、答辯及評定成績記錄 畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文) 題目: 噴涂機器人 子題: 專 業(yè):機械工程及自動化 指導(dǎo)教師: 學(xué)生姓名: 班級-學(xué)號: 機自084-3 2012 年 6 月xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文)噴涂機器人Spraying painting robot設(shè)計(論文)完成日期 2012 年 6 月 5 日學(xué) 院: 機械工程與自動化 專 業(yè): 機械工程及自動化 學(xué) 生 姓 名: 班 級 學(xué) 號: 機自084-3 指 導(dǎo) 教 師: 評 閱 教 師: 2012 年 6 月注:頁眉,居中,楷體,五號。閱后刪除此文本框。注:頁眉,居中,楷體,五號。閱后刪除此文本框。摘 要機器人是一種機械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)品。采用機器人是提高產(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,減輕勞動強度的一種有效手段。它是一種模仿人體上肢的部分功能,按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術(shù)裝備。機器人可以代替人手的繁重勞動,顯著減輕工人的勞動強度,改善勞動條件,提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期、頻繁、單調(diào)的操作,采用機器人是有效的;此外,它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染環(huán)境條件下進行操作,更顯示其優(yōu)越性,有著廣闊的發(fā)展前途。本課題的主要內(nèi)容是采用機器人代替人來進行噴漆作業(yè),機器人可以代替很多重復(fù)性的體力勞動,從而減輕工人的勞動強度,提高生產(chǎn)效率。結(jié)合設(shè)計的各方面的知識,在設(shè)計過程中學(xué)會怎樣發(fā)現(xiàn)問題。解決問題.研究問題。并且在設(shè)計中融入自己的想法和構(gòu)思,提高自己的創(chuàng)新能力。盡力使機器人使用方便,結(jié)構(gòu)簡單。關(guān)鍵詞:機器人;結(jié)構(gòu)設(shè)計;步進電機;回轉(zhuǎn) AbstractA robot is a mechanical technology and electronic technology, the combination of high technology products. The robot is to improve product quality and labor productivity, and achieve the production process automation, improve working conditions, reduce the labor intensity of an effective means of. It is a copy of the upper part of the human body functions, in accordance with a predetermined transfer request or the workpiece hold the tools to operate the automation technology and equipment. The robot can replace the staff of the heavy labor, significantly reduced labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and production level of automation. Industrial production often appears in the heavy work, frequent handling and long-term, monotonous operation, the robot is effective; in addition, it can be in high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic, pollution of the environment under the conditions of operation, but also show its superiority, there are broad development prospects.The main content of this paper is the use of robots to paint, robots can take the place of a lot of repetitive manual work, thereby reducing the labor intensity of workers, improve the production efficiency. Combined with the design of the various aspects of knowledge, in the design process to learn how to find problems. To solve the problem of problem. And in the design into their thoughts and ideas, enhance own innovation ability. Try to make the robot has the advantages of convenient use, simple structure.Key Words: Robot; structure design; stepper motor; rotary目 錄摘 要IAbstract. II 目 錄.III第1章 緒 論11.1機器人的特點.11.2機器人的組成.21.2.1執(zhí)行機構(gòu).21.2.2驅(qū)動機構(gòu).21.2.3控制機構(gòu).31.3噴涂機器人.31.4 本文研究主要內(nèi)容3第2章 機器人機構(gòu)總體方案設(shè)計.52.1噴涂機器人的基本技術(shù)參數(shù)確定.52.1.1自由度.52.1.2坐標(biāo)形式的選擇.52.1.3規(guī)格參數(shù).72.1.4有效負載.72.1.5運動特性.82.1.6工作范圍.82.2 噴涂機器人材料的選擇82.3機械臂的運動方式.92.4噴涂機器人的驅(qū)動元件.102.5 機構(gòu)整體設(shè)計.112.6 立柱回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計.12第3章 噴涂機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計.133.1 機器人腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計.133.2 機器人手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計.143.3 機器人腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計.153.4 機器人末端執(zhí)行器(手爪)的設(shè)計.163.5 大小臂(關(guān)節(jié)2和關(guān)節(jié)3)電機的計算與型號選擇.163.5.1 電機的計算.183.6 主要零件材料的選擇與強度校核.183.6.1 齒輪系材料的選擇.203.6.2 齒輪副的強度校核.203.7本章小結(jié).23第4章 臂部結(jié)構(gòu)和基座設(shè)計244.1 大、小臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計.244.2 基座設(shè)計.27總結(jié)與展望.31參考文獻.33致 謝 35- IV -大連工業(yè)大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第1章 緒 論隨著人類科技的進步,社會經(jīng)濟的發(fā)展,機器人學(xué)成為近幾十年來迅速發(fā)展的一門綜合學(xué)科。它體現(xiàn)了光機電一體化技術(shù)的最新成就,機器人作為其中的佼佼者更是發(fā)揮了不可磨滅的作用。在人類社會中,凡是有機械活動的地方,都能看到機器人的身影。機器人產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)由核工業(yè)和軍事科技等高端科學(xué)領(lǐng)域向醫(yī)療、農(nóng)業(yè)甚至是服務(wù)娛樂等民用領(lǐng)域發(fā)展了,并且各式各樣的機器人正在涌現(xiàn)出來,以驚人的速度延伸到人類活動的各個領(lǐng)域。機器人是由于人類期望生產(chǎn)水平的提高,為了提升生產(chǎn)效率而出現(xiàn)的。然而由于機器人善于完成重復(fù)的,單調(diào)的,精確度要求高的工作,能取代人在惡劣的環(huán)境中完成人類不能或者不愿完成的工作,因此,機器人的出現(xiàn)又大大解放了人類的生產(chǎn)力。所以說機器人的發(fā)展是社會發(fā)展的結(jié)果,也是社會發(fā)展的必然趨勢?,F(xiàn)在,很多發(fā)達國家都追逐著機器人這一發(fā)展趨勢,積極地進行著機器人的各種開發(fā)和研制的工作,并且其中一些國家已經(jīng)取代了不錯的成果,研制出了許多新型且實用的機器人或者是機器人。例如:日本的跳舞機器人、犬型機器人愛寶(AIBO);英國研制的履帶式“手推車”及“超級手推車”排爆機器人;美國iRobot公司推出了能避開障礙,自動設(shè)計行進路線吸塵器機器人Roomba;上海世博會使用過的福娃機器人等等。由于機器人的迅猛發(fā)展,機器人進入學(xué)校教學(xué)是必然的。三自由度機器人作為是機器人的典型產(chǎn)品,其設(shè)計及應(yīng)用對機電一體化、機械結(jié)構(gòu)工藝、機械制造、自動化、電子信息等專業(yè)的教學(xué)及研究都有著很重要的意義。1.1機器人的特點1機器人能進行自動化生產(chǎn),降低成本。就本次設(shè)計的噴涂機器人而言,它能不間斷的搬運零件和各種材料的輸送。這樣既提高了生產(chǎn)率又降低了生產(chǎn)成本。2機器人能使產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定,減少人工污染。人工生產(chǎn)會使產(chǎn)品質(zhì)量受工人狀態(tài)起伏而影響。對于某些高精度產(chǎn)品,人工送取會產(chǎn)生人工污染。3機器人能改善勞動條件,避免各種工傷。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中,人工操作會有危險,機器人能代替人工作,改善了人們的勞動條件。4機器人能持久、耐勞,可以把人從繁重的勞動中解放出來,人在連續(xù)工作幾個小時后,總會感到疲勞或厭倦,以機器人代替人進行工作,可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。5機器人的靈活性、通用性強。它能通過更換部件來適應(yīng)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)。并通過改變程序和自由度來達到迅速改變作業(yè)的可能性。這樣機器人能滿足各種各樣的零件生產(chǎn),在生產(chǎn)中發(fā)揮重大作用。1.2機器人的組成工業(yè)機器人是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成。1.2.1執(zhí)行機構(gòu)一般機器人的執(zhí)行機構(gòu)由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、緩沖與定位,還有行走機構(gòu)組成。1.2.2驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)主要有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動、電動驅(qū)動和機械驅(qū)動等形式。不過目前還是以液壓和氣動用的最多。液壓驅(qū)動具有體積小、出力大、控制性能好、動作平穩(wěn)等特點,它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動;利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動具有潤滑性能好、壽命長的特點,結(jié)構(gòu)緊湊,剛性好。定位精度高,克實現(xiàn)任意位置開停。有很多專業(yè)機器人能直接利用主機的液壓系統(tǒng)。但缺點是需要配備壓力源,系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。氣動驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、氣源方便,所需的壓縮氣源一般工廠都有,并且無污染,一般采用的壓力0.4-0.6MPa,最高可達1MPa。缺點是出力小,體積大。由于空氣的可壓縮性大,很難實現(xiàn)中間位置的停止,只能用于點位控制,而且潤滑性較差,氣壓系統(tǒng)容易生銹。電動由于減速和回轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動機構(gòu)復(fù)雜, 很少采用。機械式用于簡單的場合。1.2.3控制機構(gòu)機器人的控制方式有點動和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)是用插銷板進行點位程序控制,也有采用可編程序控制器控制、微型計算機數(shù)字控制,采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置,并注意其加速度特性。1.3噴涂機器人噴涂機器人又叫噴漆機器人(spray painting robot), 是可進行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機器人,1969年由挪威Trallfa公司(后并入ABB集 團)發(fā)明。噴漆機器人主要由機器人本體、計算機和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成,液壓驅(qū)動的噴漆機器人還包括液壓油源,如油泵、油箱和電機等。多采用5或6自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu),手臂有較大的運動空間,并可做復(fù)雜的軌跡運動,其腕部一般有23個自由度,可靈活運動。較先進的噴漆機器人腕部采用柔性手腕,既可向各個方向彎曲,又可轉(zhuǎn)動,其動作類似人的手腕,能方便地通過較小的孔伸入工件內(nèi)部,噴涂其內(nèi)表面。噴漆機器人一般采用液壓驅(qū)動,具有動作速度快、防爆性能好等特點,可通過手把手示教或點位示數(shù)來實現(xiàn)示教。噴漆機器人廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產(chǎn)部門12。 噴涂機器人的主要優(yōu)點:(1)柔性大,工作范圍大。(2)提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。(3)易于操作和維護,可離線編程,大大的縮短現(xiàn)場調(diào)試時間。(4)設(shè)備利用率高,噴涂機器人的利用率可達90%-95%。1.4 本文研究主要內(nèi)容通過利用網(wǎng)絡(luò)工具、圖書館的書籍和各類期刊、雜志查閱了解噴涂機器人的相關(guān)知識,確定本設(shè)計符合要求,滿足需要。具體設(shè)計方法如下:1、查閱資料、結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程,產(chǎn)生噴涂機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本思路;2、查閱各類機械機構(gòu)手冊,確定合理的噴涂機器人結(jié)構(gòu);3、根據(jù)給定技術(shù)參數(shù)來選擇合適的手部、腕部、臂部等部位;4、重點對驅(qū)動機構(gòu)及控制機構(gòu)進行設(shè)計研究;5、通過研究國內(nèi)外情況,確定本設(shè)計課題的重點設(shè)計;6、完成2D裝配圖的設(shè)計和繪制,并由此繪制零件圖;7、編寫設(shè)計說明書;8、檢查并完善本設(shè)計課題。本設(shè)計采用的方法是理論設(shè)計與經(jīng)驗設(shè)計相結(jié)合的方案,所運用的資料來源廣泛,內(nèi)容充足。33大連工業(yè)大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第2章 機器人機構(gòu)總體方案設(shè)計本文的重要任務(wù)是完成噴涂機器人的設(shè)計,本章內(nèi)容是圍繞噴涂機器人機構(gòu)設(shè)計任務(wù)來展開,介紹噴涂機器人執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計思路。2.1噴涂機器人的基本技術(shù)參數(shù)確定表示機器人特性的基本技術(shù)參數(shù)主要有自由度、坐標(biāo)形式的選擇。2.1.1自由度自由度是指機器人所具有的獨立坐標(biāo)軸運動的數(shù)目,但是一般不包括手部(末端操作器)的開合自由度。自由度表示了機器人靈活的尺度,在三維空間中描述一個物體的位置和姿態(tài)需要六個自由度。噴涂機器人的自由度越多,越接近人手的動作機能,其通用性就越好,但是結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜,自由度的增加也意味著噴涂機器人整體重量的增加。輕型化與靈活性和抓取能力是一對矛盾,此外還要考慮到由此帶來的整體結(jié)構(gòu)剛性的降低,在靈活性和輕量化之間必須做出選擇。工業(yè)機器人基于對定位精度和重復(fù)定位精度以及結(jié)構(gòu)剛性的考慮,往往體積龐大,負荷能力與其自重相比往往非常小。一般通用噴涂機器人有56個自由度即可滿足使用要求(其中臂部有3個自由度,腕部和行走裝置有23個自由度),專用噴涂機器人有12個自由度即可滿足使用要求。2.1.2坐標(biāo)形式的選擇噴涂機器人的坐標(biāo)形式主要可分為:直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型另外還有比較復(fù)雜的SCARA型和并聯(lián)型。1直角坐標(biāo)型噴涂機器人:這類噴涂機器人就是如圖2-1(a)得直移型,其手部空間位置的改變通過沿三個互相垂直軸線的移動來實現(xiàn),該形式噴涂機器人具有位置精度高,控制無耦合、簡單,壁障性好等特點。但結(jié)構(gòu)較龐大,動作范圍小,靈活性差,且移動軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,占地面積大,而且需架空線路。2圓柱坐標(biāo)型噴涂機器人:這種噴涂機器人如圖2-1(b)的回轉(zhuǎn)型噴涂機器人,通過兩個移動和一個轉(zhuǎn)動實現(xiàn)手部空間位置的改變,手臂的運動系由垂直立柱平面內(nèi)的伸縮和沿立柱的升降兩個直線運動及手臂繞立柱的轉(zhuǎn)動復(fù)合而成。這種噴涂機器人,占地面積小而活動范圍較大,結(jié)構(gòu)亦較簡單,并能達到較高的定位精度,因而應(yīng)用范圍較廣泛。機身采用立柱式,噴涂機器人側(cè)面行走,順利完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。但是結(jié)構(gòu)也比較龐大,兩個移動軸的設(shè)計較為復(fù)雜。3球坐標(biāo)型機器人: 這類噴涂機器人如圖2-1(c)的俯仰型噴涂機器人,其手臂沿X方向伸縮,繞Y軸俯仰和繞Z軸回轉(zhuǎn)。這類噴涂機器人具有占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕、位置精度尚可等特點,能與其他機器人協(xié)調(diào)工作,但避障性差,存在著平衡問題,位置誤差與臂長有關(guān)。4關(guān)節(jié)坐標(biāo)型噴涂機器人:如圖2-1(d)的屈伸型噴涂機器人,主要由立柱、前臂和后臂組成。機器人的運動由前、后臂的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)最緊湊,靈活性大,占地面積最小,工作空間最大,能與其他機器人協(xié)調(diào)工作,避障性好,但是位置精度較低,存在平衡以及控制耦合的問題,故比較復(fù)雜。 圖2. 1噴涂機器人的坐標(biāo)形式22 圖2.2 噴涂機器人基本形式示意圖92.1.3規(guī)格參數(shù)用途:噴漆1、大臂伸縮范圍200mm1500mm,回轉(zhuǎn)角270。2、小臂伸縮范圍200mm800mm,回轉(zhuǎn)角210。 3、手腕旋轉(zhuǎn)角度150。4、步進電機驅(qū)動。 2.1.4有效負載有效負載是指機器人操作臂在工作時臂端可能搬運的物體重量或所能承受的力或力矩,它表示了噴涂機器人的負載能力。機器人的載荷不僅僅取決于負載的質(zhì)量,還與機器人運動的速度和加速度的大小及方向有關(guān)。為了安全起見,有效負載是指高速運行時的有效負載。2.1.5運動特性速度和加速度是表明機器人運動特性的主要指標(biāo)。它反映了機器人的使用效率和生產(chǎn)水平,噴涂機器人的運動速度越高,則其使用效率越高,生產(chǎn)水平越高。但速度越快產(chǎn)生的沖擊和震動也越大,因此提高機器人的加減速速能力,保證機器人加速過程的平穩(wěn)性是非常重要的。對于本文中的噴涂機器人,在沒有負載時可以適當(dāng)?shù)丶涌炱溥\動速度;而在其有負載時,末端執(zhí)行器(手爪)通常要和物體直接接觸,為了安全起見,務(wù)必要盡量減少手臂的運動速度??偟膩碚f,噴涂機器人的速度在一定范圍內(nèi)要是可調(diào)的,這樣才能滿足在各種不同情況下的使用需要。2.1.6 工作范圍(工作半徑)工業(yè)機器人的工作范圍是根據(jù)工業(yè)機器人作業(yè)過程中的操作范圍和運動的軌跡來確定的,用工作空間來表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響機器人的機械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)型式、自由度數(shù)和操作機各手臂關(guān)節(jié)軸線間的長度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動范圍的選擇。運動范圍為:360度(帶回轉(zhuǎn)機構(gòu)底座)工作半徑為1500mm2.2 噴涂機器人材料的選擇機器人手臂的材料應(yīng)根據(jù)手臂的實際工作情況來進行選擇,在滿足機器人的設(shè)計和運動要求前提下。從設(shè)計的理論出發(fā),機器人手臂要進行各種運動。因此,對材料的一個要求是作為運動的部件,它應(yīng)是輕型材料并要求有一定剛度。另一方面,手臂在運動過程中往往會產(chǎn)生沖擊和振動,這必然大大降低它的運動精度。所以在選擇材料時,需要對質(zhì)量、剛度、強度、彈性進行綜合考慮,以便有效地提高手臂的運動性能。此外,機器人手臂選用的材料與一般的結(jié)構(gòu)材料不同。機器人手臂是要受到控制的,必須考慮它的可控性。在選擇手臂材料時,可控性還要和材料的可加工性、成本、質(zhì)量等性質(zhì)一起考慮。總之,選擇機器人手臂的材料時,要綜合考慮強度、剛度、重量、彈性、抗震性、外觀及價格等多方面因素。下面介紹幾種機器人手臂常用的材料:(l)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等高強度鋼:這類材料強度好,尤其是合金結(jié)構(gòu)鋼強度增加了很多倍、彈性模量大、抗變形能力強,是應(yīng)用最廣泛的材料;(2)鋁、鋁合金及其它輕合金材料:其共同特點是重量輕、彈性模量不大,但是材料密度小,但仍可與鋼材相比;(3)陶瓷:陶瓷材料具有良好的品質(zhì),但是脆性大,可加工性不高,一般用于和金屬連接的特殊部位。然而,國外已經(jīng)設(shè)計出純陶瓷的噴涂機器人臂了。從本文設(shè)計的噴涂機器人的角度來看,在選用材料時不需要很大的負載能力,也不需要很高的彈性模量和抗變形能力,此外還要考慮材料的成本,可加工性等因素。在衡量了各種因素和結(jié)合工作狀況的條件下,初步選用鋁合金作為機械臂的構(gòu)件材料。2.3機械臂的運動方式根據(jù)主要的運動參數(shù)選擇運動形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。常見的機器人的運動形式有五種:直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型和SCARA型。同一種運動形式為適應(yīng)不同生產(chǎn)工藝的需要,可采用不同的結(jié)構(gòu)。具體選用哪種形式,必須根據(jù)作業(yè)要求、工作現(xiàn)場、位置以及搬運前后工件中心線方向的變化等情況,分析比較并擇優(yōu)選取??紤]到噴涂機器人的作業(yè)特點,即要求其動作靈活、有較大的工作空間、且要求結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小等特點,故選用關(guān)節(jié)型噴涂機器人。這類噴涂機器人一般由2個肩關(guān)節(jié)和1個肘關(guān)節(jié)進行定位,由2個或3個腕關(guān)節(jié)進行定向。其中,一個肩關(guān)節(jié)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn),另一個肩關(guān)節(jié)實現(xiàn)俯仰。這兩個肩關(guān)節(jié)軸線正交。肘關(guān)節(jié)平行于第二個肩關(guān)節(jié)軸線,如圖所示。這種構(gòu)形動作靈活、工作空間大、在作業(yè)時空間內(nèi)手臂的干涉最小、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、關(guān)節(jié)上相對運動部位容易密封防塵。但是這類噴涂機器人運動學(xué)比較復(fù)雜,運動學(xué)的反解比較困難;確定末端桿件的姿態(tài)不夠直觀,且在進行控制時,計算量比較大。圖2.4 常見的運動方式92.4噴涂機器人的驅(qū)動元件在機器人驅(qū)動系統(tǒng)中,電氣驅(qū)動是利用各種電動機產(chǎn)生的力或力矩,直接或經(jīng)過減速機構(gòu)去驅(qū)動機器人的關(guān)節(jié),來獲得動力。電氣驅(qū)動主要有步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機、直線電動機以及最近幾年出現(xiàn)的超聲波電機和HD電動機【10】等幾種。步進電機是一種用電脈沖信號進行控制,每輸入一個脈沖,步進電機就進行回轉(zhuǎn)一定的角度,脈沖數(shù)與角度數(shù)成正比,旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入脈沖的順序。步進電機可在很寬的范圍內(nèi),通過脈沖頻率同步,能夠按照脈沖要求進行起動、停止、反轉(zhuǎn)和制動變速,有較強的阻礙偏離穩(wěn)定的能力。在機器人中位置控制系統(tǒng)中得到了極大的應(yīng)用。主要有永磁式、反應(yīng)式、永磁感應(yīng)子式三種。直流伺服電機是用直流電供電的電動機。其功能是將輸入的受控電壓/電流能量轉(zhuǎn)換為電樞軸上的角位移或角速度輸出。直流伺服電機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)均與普通動力用直流電機相同。特點是穩(wěn)定性好、可控性好、響應(yīng)迅速、轉(zhuǎn)矩大。一般有永磁式和電磁式,在機器人驅(qū)動系統(tǒng)中多采用永磁式直流伺服電機。.交流伺服電機的使用情況與直流伺服電機相同,但交流伺服電機與直流伺服電機相比,結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、功率大、過載能力強、無電刷、維修方便,因而交流伺服電機是今后機器人用電機的主流。低速電機主要用于系統(tǒng)精度要求高的機器人。為了提高功率效率比,伺服電機制成高轉(zhuǎn)速,經(jīng)齒輪減速后帶動機械負載。由于齒輪傳動存在間隙,系統(tǒng)精度不易提高,若對功率效率比要求不十分嚴(yán)格,而對于精度有嚴(yán)格的要求,則最好取消減速齒輪,采用大力矩的低速電機,配以高分辨率的光電編碼器及高靈敏度的測速發(fā)電機,實現(xiàn)直接驅(qū)動。環(huán)形超聲波電動機具有低速大轉(zhuǎn)矩的特點,使用在機器人的關(guān)節(jié)處,不需齒輪減速,可直接驅(qū)動負載,因而可大大改善功率重量比,并可利用其中空結(jié)構(gòu)傳遞信息。HD電動機是一種小型大轉(zhuǎn)矩(大推力)的電動機,電動機可直接與負載連接,可應(yīng)用在系統(tǒng)定位精度要求高的機器人產(chǎn)品中。通過上述對幾種機器人常用電機的分析和比較,綜合考慮本文噴涂機器人臂并不要求有很高的扭矩,但是要求有較高精度并要求能夠快速啟動和制動,所以選擇應(yīng)用較為廣泛的步進電機作為驅(qū)動電機。2.5 機構(gòu)整體設(shè)計綜合考慮噴涂機器人的作業(yè)任務(wù)和作業(yè)環(huán)境,采用了5 個自由度的關(guān)節(jié)型機器人。整個機構(gòu)的水平運動采用小車來實現(xiàn),即整個機構(gòu)裝在一個小車上。整個執(zhí)行機構(gòu)是一個4 自由度的串行機構(gòu),且大臂與小臂關(guān)節(jié)的軸線相互平行。這種結(jié)構(gòu)動作靈活,結(jié)構(gòu)緊湊,工作空間大,占地面積小,在作業(yè)空間內(nèi)手臂的干涉最小,關(guān)節(jié)需要的驅(qū)動力矩小,能量消耗較少,關(guān)節(jié)相對運動部位容易密封防塵。噴涂機器人部件組成由小車、立柱回轉(zhuǎn)部件、大臂、小臂、末端執(zhí)行器(噴涂頭)組成。 各部分的功能如下:1) 小車是行走機構(gòu),是機器人的基礎(chǔ)部分,整個執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)都安裝在小車的基座上。2) 立柱是手臂的支撐部分,通過安裝在小車底座上的步進電機驅(qū)動,立柱可以在機座上轉(zhuǎn)動。3) 手臂包括大臂和小臂,是執(zhí)行機構(gòu)中的主要運動部件,以實現(xiàn)空間位置的3 個坐標(biāo)分量的要求,用來支承腕關(guān)節(jié),并使其在工作空間內(nèi)運動。為了使末端執(zhí)行器能達到工作空間的任意位置,手臂和腰部的運動設(shè)計上具有4 個自由度。4) 腕關(guān)節(jié)是連接手臂與末端執(zhí)行器的部件,用于調(diào)整末端執(zhí)行器的方向和姿態(tài)。手部一般是夾持裝置,主要用來夾緊作業(yè)工具噴涂頭。2.6 立柱回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計立柱的回轉(zhuǎn)關(guān)鍵由基座、帶減速裝置的步進電機、回轉(zhuǎn)軸組成,如圖2。執(zhí)行機構(gòu)在基座上回轉(zhuǎn)。由于機器人為開鏈結(jié)構(gòu),整個大臂、小臂、手腕、噴涂頭的重量均由肩關(guān)節(jié)承擔(dān),因此肩關(guān)節(jié)所受的驅(qū)動力矩較大。手腕由轉(zhuǎn)軸、殼體部、減速器、電機驅(qū)動軸等組成。通過連軸器、驅(qū)動軸來帶動手腕工作。機器人在整個運動過程中,除了小車的運動和腰部的回轉(zhuǎn)運動外,其他的運動是相互耦合的。大臂和小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計如圖3。1、帶減速裝置的電機;2、聯(lián)軸器;3、轉(zhuǎn)動軸;4、螺釘連接;5、卡環(huán);6、悶蓋;7、鍵連接;8、軸承連接圖3 大臂和小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)裝配圖22大臂和小臂回轉(zhuǎn)通過帶有減速裝置的電機直接驅(qū)動來實現(xiàn)除立柱回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之外的3個回轉(zhuǎn)。大連工業(yè)大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第3章 噴涂機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 機器人腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計工業(yè)機器人腰座,就是圓柱坐標(biāo)機器人,球坐標(biāo)機器人及關(guān)節(jié)型機器人的回轉(zhuǎn)基座。它是機器人的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),機器人的運動部分全部安裝在腰座上,它承受了機器人的全部重量4。在設(shè)計機器人腰座結(jié)構(gòu)時,要注意以下設(shè)計原則:(1) 腰座要有足夠大的安裝基面,以保證機器人在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。(2) 腰座要承受機器人全部的重量和載荷,因此,機器人的基座和腰部軸及軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強度和剛度,以保證其承載能力。(3) 機器人的腰座是機器人的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),它對機器人末端的運動精度影響最大,因此,在設(shè)計時要特別注意腰部軸系及傳動鏈的精度與剛度的保證。(4) 腰部的回轉(zhuǎn)運動要有相應(yīng)的驅(qū)動裝置,它包括驅(qū)動器(電動、液壓及氣動)及減速器。驅(qū)動裝置一般都帶有速度與位置傳感器,以及制動器。(5) 腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整。腰部與機器人手臂的聯(lián)結(jié)要有可靠的定位基準(zhǔn)面,以保證各關(guān)節(jié)的相互位置精度。要設(shè)有調(diào)整機構(gòu),用來調(diào)整腰部軸承間隙及減速器的傳動間隙。(6) 為了減輕機器人運動部分的慣量,提高機器人的控制精度,一般腰部回轉(zhuǎn)運動部分的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成,而不運動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動形式要么是電機通過減速機構(gòu)來實現(xiàn),要么是通過擺動液壓缸或液壓馬達來實現(xiàn),目前的趨勢是用前者。因為電動方式控制的精度能夠很高,而且結(jié)構(gòu)緊湊,不用設(shè)計另外的液壓系統(tǒng)及其輔助元件??紤]到腰座是機器人的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),對機器人的最終精度影響大,故采用電機驅(qū)動來實現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運動5。一般電機都不能直接驅(qū)動,考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求,采用大傳動比的齒輪傳動系統(tǒng)進行減速和扭矩的放大。因為齒輪傳動存在著齒側(cè)間隙,影響傳動精度,故采用一級齒輪傳動,采用大的傳動比(大于100),同時為了減小機器人的整體結(jié)構(gòu),齒輪采用高強度、高硬度的材料,高精度加工制造,盡量減小因齒輪傳動造成的誤差。3.2 機器人手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計機器人手臂的作用,是在一定的載荷和一定的速度下,實現(xiàn)在機器人所要求的工作空間內(nèi)的運動6。在進行機器人手臂設(shè)計時,要遵循下述原則;(1) 應(yīng)盡可能使機器人手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行。相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點,這樣可以使機器人運動學(xué)正逆運算簡化,有利于機器人的控制。(2) 機器人手臂的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足機器人工作空間的要求。工作空間的形狀和大小與機器人手臂的長度,手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系。但機器人手臂末端工作空間并沒有考慮機器人手腕的空間姿態(tài)要求,如果對機器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求,則其手臂末端可實現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。(3) 為了提高機器人的運動速度與控制精度,應(yīng)在保證機器人手臂有足夠強度和剛度的條件下,盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。力求選用高強度的輕質(zhì)材料,通常選用高強度鋁合金制造機器人手臂。目前,在國外,也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機器人手臂。碳纖維復(fù)合材料抗拉強度高,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)實際中推廣應(yīng)用。目前比較有效的辦法是用有限元法進行機器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。在保證所需強度與剛度的情況下,減輕機器人手臂的重量。(4) 機器人各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小,以減小機械間隙所造成的運動誤差。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)整機構(gòu)。(5) 機器人的手臂相對其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡,這對減小電機負載和提高機器人手臂運動的響應(yīng)速度是非常有利的7。在設(shè)計機器人的手臂時,應(yīng)盡可能利用在機器人上安裝的機電元器件與裝置的重量來減小機器人手臂的不平衡重量,必要時還要設(shè)計平衡機構(gòu)來平衡手臂殘余的不平衡重量。(6) 機器人手臂在結(jié)構(gòu)上要考慮各關(guān)節(jié)的限位開關(guān)和具有一定緩沖能力的機械限位塊,以及驅(qū)動裝置,傳動機構(gòu)及其它元件的安裝。3.3 機器人腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計機器人的手臂運動(包括腰座的回轉(zhuǎn)運動),給出了機器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運動位置,而安裝在機器人手臂末端的手腕,則給出了機器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運動姿態(tài)8。機器人手腕是機器人操作機的最末端,它與機器人手臂配合運動,實現(xiàn)安裝在手腕上的末端執(zhí)行器的空間運動軌跡與運動姿態(tài),完成所需要的作業(yè)動作。 (1) 機器人手腕的自由度數(shù),應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來設(shè)計。機器人手腕自由度數(shù)目愈多,各關(guān)節(jié)的運動角度愈大,則機器人腕部的靈活性愈高,機器人對對作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強。但是,自由度的增加,也必然會使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,機器人的控制更困難,成本也會增加。因此,手腕的自由度數(shù),應(yīng)根據(jù)實際作業(yè)要求來確定。在滿足作業(yè)要求的前提下,應(yīng)使自由度數(shù)盡可能的少。一般的機器人手腕的自由度數(shù)為2至3個,有的需要更多的自由度,而有的機器人手腕不需要自由度,僅憑受臂和腰部的運動就能實現(xiàn)作業(yè)要求的任務(wù)。因此,要具體問題具體分析,考慮機器人的多種布局,運動方案,選擇滿足要求的最簡單的方案9。(2) 機器人腕部安裝在機器人手臂的末端,在設(shè)計機器人手腕時,應(yīng)力求減少其重量和體積,結(jié)構(gòu)力求緊湊。為了減輕機器人腕部的重量,腕部機構(gòu)的驅(qū)動器采用分離傳動。腕部驅(qū)動器一般安裝在手臂上,而不采用直接驅(qū)動,并選用高強度的鋁合金制造。(3) 機器人手腕要與末端執(zhí)行器相聯(lián),因此,要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭,結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末端執(zhí)行器。(4) 機器人的手腕機構(gòu)要有足夠的強度和剛度,以保證力與運動的傳遞。(5) 要設(shè)有可靠的傳動間隙調(diào)整機構(gòu),以減小空回間隙,提高傳動精度。(6) 手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動要有限位開關(guān),并設(shè)置硬限位,以防止超限造成機械損壞。3.4 機器人末端執(zhí)行器(手爪)的設(shè)計機器人末端執(zhí)行器是安裝在機器人手腕上用來進行某種操作或作業(yè)的附加裝置。機器人末端執(zhí)行器的種類很多,以適應(yīng)機器人的不同作業(yè)及操作要求10。末端執(zhí)行器可分為搬運用、加工用和測量用等。搬運用末端執(zhí)行器是指各種夾持裝置,用來抓取或吸附被搬運的物體。加工用末端執(zhí)行器是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銑刀等加工工具的機器人附加裝置,用來進行相應(yīng)的加工作業(yè)。機器人夾持器及機器人手爪。一般工業(yè)機器人手爪,多為雙指手爪。按手指的運動方式,可分為回轉(zhuǎn)型和直線型,按夾持方式來分,有外夾式和內(nèi)撐式兩種12。電動驅(qū)動手爪應(yīng)用也較為廣泛。這種手爪,一般采用直流伺服電機或步進電機,并需要減速器以獲得足夠大的驅(qū)動力和力矩。電動驅(qū)動方式可實現(xiàn)手爪的力與位置控制。但是,這種驅(qū)動方式不能用于有防爆要求的條件下,因為電機有可能產(chǎn)生火花和發(fā)熱。3.5 大小臂(關(guān)節(jié)2和關(guān)節(jié)3)電機的計算與型號選擇3.5.1 電機的計算在設(shè)計時,電動機根據(jù)運行距離及電機的脈沖當(dāng)量算出脈沖數(shù),將數(shù)據(jù)輸入計算機,可以達到非常高的位姿準(zhǔn)確度。綜上所述,本文選擇電機驅(qū)動為機械手的驅(qū)動方式。假設(shè)本文設(shè)計攜帶噴漆物料 m=3Kg,設(shè)螺紋為 M8,其中徑 r=3.6mm,螺距 P=1mm,當(dāng)量摩擦系數(shù) f=0.1,Q為軸向載荷,M為螺紋驅(qū)動力矩。手指材料為鋁合金,鋁合金與常用材料的磨擦系數(shù)如表3.1所示:表3.1 主要工程材料摩擦系數(shù) 摩擦副材料 靜摩擦系數(shù) 鋁合金 黃 銅 0.27 青 銅 0.22 鋼 0.3 膠 木 0.34 鋼 紙 0.32 樹 脂 0.28 硬橡膠 0.25 石 板 0.26從表3.1可以看出鋁合金與不同材料的靜摩擦系數(shù)趨近于0.3,所以取末端執(zhí)行器手指之間的靜摩擦系數(shù),則: (3-1)螺紋增力比 (3-2)式中 當(dāng)量摩擦角,= ;螺紋升角,= 帶入數(shù)據(jù),得, 得 (3-3)選用齒輪傳動比 n=1:1,忽略齒輪傳動摩擦及軸承滾動摩擦力矩,根據(jù)上述計算,我們選擇了博美德(黃岡)機械有限公司公司生產(chǎn)的 SM40-001-30LFB 型伺服電機,它的保持轉(zhuǎn)矩為 100,滿足設(shè)計要求。3.6 主要零件材料的選擇與強度校核3.6.1 齒輪系材料的選擇對齒輪材料性能的基本要求為齒面要硬,齒心要韌。鋼材韌性好,耐沖擊,容易通過熱處理來改善其機械性能和提高硬度,是制造齒輪最常用的材料。對于強度、速度和精度要求不高的齒輪傳動,可以采用軟齒面齒輪。軟齒面齒輪的齒面硬度低于350HBS,熱處理方法為調(diào)制或正火,常用材料有45號鋼和40Cr等。加工方法一般為熱處理后切齒,切制后即為成品,精度一般為8級。本文設(shè)計的齒輪副速度要求不高,所以設(shè)計選用40Cr為材料,軟齒面即可滿足傳動要求。3.6.2 齒輪副的強度校核輪齒在受載荷時,齒根所受的彎矩最大,因此齒根處的彎曲疲勞強度最弱。對于制造精度較低的傳動齒輪,由于制造誤差大,實際上多由在齒頂處咬合的輪齒分擔(dān)較多的載荷,為便于計算,通常按全部載荷作用于齒頂來計算齒根的彎曲強度。本文設(shè)計的是直齒圓柱齒輪,齒數(shù)Z=30,模數(shù)=1 mm,齒寬b=4mm,節(jié)圓直徑,齒形角度,齒輪副的傳動比u=1:1。電機傳動的轉(zhuǎn)矩T=90。那么齒輪所受的圓周力 (3-4)對于齒輪的校核將從兩方面來計算:1) 齒面接觸疲勞強度的校核齒面接觸疲勞強度的校核公式為; (3-5)式中: 為區(qū)域系數(shù),標(biāo)準(zhǔn)直齒輪=2.5; K為載荷系數(shù),此處取K=1.8; 為彈性影響系數(shù),查得=188; 為接觸疲勞許用應(yīng)力 (3-6)其中: 為接觸疲勞壽命系數(shù),取=0.95; 齒輪接觸疲勞強度極限,查得=550; S為安全系數(shù),取S=1。 從而求得: =522.5將所有已知量帶入(3-6)式,求得: =199.5=522.5 從齒面接觸疲勞強度上來說,齒輪是合格的。(2)齒根彎曲疲勞強度的校核) 本文設(shè)計中的齒輪為一懸臂梁。 齒根危險截面的彎曲強度條件式為 (3-7)式中:為齒根危險截面處的理論彎曲應(yīng)力; 為載荷作用于齒頂時的應(yīng)力校正系數(shù),取=1.625; 為載荷作用于齒頂時的齒形系數(shù),取=2.52; 為彎曲疲勞許用應(yīng)力 (3-8)其中: 為彎曲疲勞壽命系數(shù),查得=0.88; 為彎曲疲勞強度極限,取=380; 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4。 從而求得: =238.86將所有已知量帶入(7)式,求得: =5.53=238.86以上計算可知,設(shè)計的齒輪副是合格的。 (3)殼體件材料的選擇機械手臂的殼體可以全部選用硬鋁合金分段鑄造加工而成。本文選用的是ZAlSi9Mg,這是一種硬鋁材料,強度大、質(zhì)量輕,完全符合本文的設(shè)計要求。機械手指不是殼體機構(gòu),它是實體的。本文設(shè)計的手指材料也選用同樣的鋁合金。這有利于材料的購買,同樣這種材料是滿足設(shè)計要求的。材料ZAlSi9Mg的彎曲應(yīng)力240MPa,手指抓去的最大質(zhì)量為3000g,重力為29.4N。對比兩者的力學(xué)性能和受力情況,很顯然此材料來制造手指遠遠滿足設(shè)計中的要求,不會出現(xiàn)手指彎曲變形的情況。 (4)本體支撐件材料的選擇和校核(a)材料的選擇機械臂支撐件由于與連接件之間為滑動摩擦,需要選取一種耐摩擦,同時要求強度大,質(zhì)量輕,價格便宜的材料來制造。工程塑料擁有良好的綜合性能,其強度、剛度、沖擊韌性、抗疲勞等不較高,特別是擁有很高的耐磨性。它可以在無潤滑油的情況下有效的進行工作。由于它相對密度小,因此其強度高。聚甲醛(POM)是一種比較常用的工程塑料。它是以線性結(jié)晶高聚甲醛樹脂為基礎(chǔ)的。它有著高強度、高彈性模量等優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。其強度和金屬近似,摩擦因數(shù)小并有自潤滑性,因而耐磨性好。聚甲醛材料是一種相當(dāng)便宜的材料。由于本設(shè)計中的負荷低,機構(gòu)的速度不快,從而此處選擇有聚甲醛這種工程塑料來制造手部的導(dǎo)向軸。(b)支撐件的校核支撐件是用來支撐機器人主要機械機構(gòu)的,本文中共用兩個支撐件,直徑各為8mm,手部的兩個導(dǎo)向軸受力幾乎一樣。手部要把持噴漆物料重量為3Kg。這樣每個導(dǎo)向軸受到的重量有3Kg。受到的重力僅為29.4N。聚甲醛分為均聚和共聚兩種,使用時應(yīng)注意它們性能上的區(qū)別。共聚甲醛在短期內(nèi)強度好而均聚甲醛柔軟性好。共聚物比均聚物軟化點高10,受載荷時熱變形溫度高,熱穩(wěn)定性好,成型溫度范圍廣。聚甲醛成型材料的一般性質(zhì)如表3.3所示:表3.3 聚甲醛成型材料的一般性質(zhì)(23)項目單位試驗方法ASTM一般型號CF增強型號均聚物共聚物均聚物共聚物物理機械性能比重吸水率(24h浸漬)吸水率*抗張強度相對伸長拉伸模量抗彎強度彎曲模量壓縮強度(10%)剪切強度懸臂梁(缺口)沖擊強度(無缺口)洛氏硬度錐度摩擦摩擦系數(shù)(對鋼)摩擦系數(shù)同材料-%MPa%GPaMPaGPaMPaMPaJ/cmJ/cm-Mg/千周-D570D570D638D638D638D790D790D695D732D256D256D785D1044D1894-1.420.250.2268.6403.197.12.82124.565.70.7451.284M94-1.410.220.1660.8602.8296.12.59107.953.00.63711.17M80140.150.351.560.250.2058.8126.2173.55.03124.565.70.431-M90-1.610.29-127.538.63193.27.55117.766.70.8434.31M79400.150.35表注: 1. 吸水率*(23,50%RH平衡) 聚甲醛的抗壓強度為124.5,抗彎強度為97.1MPa,整個零件的強度和剛度是非常大的。從每個件的受力來看,材料聚甲醛的各個力學(xué)性能完全滿足本文的設(shè)計要求。由于聚甲醛的耐摩擦性好,而機器人速度慢,從摩擦的角度來說,聚甲醛也是理想的支撐件材料。聚甲醛與其他塑料相比,具有自潤滑性及低摩擦系數(shù)、低磨耗等特點。其動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)相近,粘接較困難。有報導(dǎo)與鋼進行摩擦試驗結(jié)果如表3.4所示:表3.4 與硬鋁進行摩擦實驗結(jié)果動摩擦系數(shù)0.21 1(P1:0.27MPa)(v1:25cms)比因耗1.32mm3(Nm)臨界Pv值122kPa. ms3.7本章小結(jié)本章介紹手部結(jié)構(gòu)設(shè)計要求及傳動方式的選擇的比較,手指的設(shè)計方案的比較,電機的計算與型號選擇。機器人機械臂各零部件所要求的強度、剛度等都不同,應(yīng)該選用不同的材料來制造加工。所以本章就依據(jù)機器人在工作過程中各零部件不同受力情況,以及機械設(shè)計的要求選用了不同的材料來制造零件,并對零件進行了強度校核,使其達到工作要求。第4章 臂部結(jié)構(gòu)和基座設(shè)計4.1 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計手臂部件是機械手的主要部件。它的作用是支承手部,并帶動它們做空間運動。臂部運動的目的:把手部送到空間運動范圍內(nèi)的任意一點。如果改變手部的姿態(tài)(方位)抓取物體,則臂部自由度加以實現(xiàn)。因此,一般來說臂部設(shè)計基本要求:(1)臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕臂部通常即受彎曲(而且不僅是一個方向的彎曲),也受扭轉(zhuǎn),應(yīng)選用彎和抗扭剛度較高的截面形狀。很明顯,在截面積和單位重量基本相同的情況下,鋼管、工字鋼和槽鋼的慣性矩要比圓鋼大得多。所以,機械手常采用無縫鋼管作為導(dǎo)向桿,用工字鋼(如圖4.1和4.2所示)或槽鋼作為支撐鋼,這樣既提高了手臂的剛度,又大大減輕了手臂的自重,而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動裝置、傳動裝置以及管道,這樣就使結(jié)構(gòu)緊湊、外形整齊。(2)臂部運動速度要高,慣性要小在一般情況下,手臂的要求勻速運動,但在手臂的啟動和終止瞬間,運動是變化的,為了減少沖擊,要求啟動時間的加速度和終止前減速度不能太大,否則引起沖擊和振動。 為減少轉(zhuǎn)動慣量,應(yīng)采取以下措施: (a) 減少手臂運動件的重量,采用鋁合金等輕質(zhì)高強度材料; (b) 減少手臂運動件的輪廓尺寸; (c) 減少回轉(zhuǎn)半徑; (d) 驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。(3)手臂動作應(yīng)靈活為減少手臂運動件之間的摩擦阻力,盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。(4)位置精度要高一般來說,直角和圓柱坐標(biāo)系機械手位置精度高;關(guān)節(jié)式機械手的位置最難控制,故精度差;在手臂上加設(shè)定位裝置和檢測機構(gòu),能較好的控制位置精度。本文采用鋁合金材料設(shè)計成薄壁件,一方面保證機械臂的剛度,另一方面可減小機械臂的重量,減小基座關(guān)節(jié)電機的載荷,并且提高了機械臂的動態(tài)響應(yīng)。砂型鑄造鑄件最小壁厚的設(shè)計。最小壁厚:每種鑄造合金都有其適宜的壁厚,不同鑄造合金所能澆注出鑄件的“最小壁厚”也不相同,主要取決于合金的種類和鑄件的大小,見表4.1所示:鑄件尺寸 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鋁合金 銅合金 200200 200200500500 500500 58 1012 1520 35 410 1015 46 812 1220 35 68 33.5 46 35 68 表4.1 砂型鑄造鑄件最小壁厚計(mm)以上介紹的只是砂型鑄造鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點,在特種鑄造方法中,應(yīng)根據(jù)每種不同的鑄造方法及其特點進行相應(yīng)的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文機械臂殼體采用碳鋼焊接。具體尺寸如下:小臂圖 大臂圖由于噴涂機器人的功能主要用途噴涂,基本屬于小的載荷,載荷非常小。故無需計算受力情況。4.2基座部分設(shè)計帶動機身回轉(zhuǎn)的電機:假設(shè)設(shè)定轉(zhuǎn)速 N =80轉(zhuǎn)/分減速器 小齒輪齒輪 z1=20 z2=240 模數(shù)Z=2傳動比為 20:240=1:12所以 n =8012=960轉(zhuǎn)/分選擇 Y112M-2型三相異步電動機電動機采用
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