搬運機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
49頁 19000字?jǐn)?shù)+論文說明書+任務(wù)書+9張CAD圖紙【詳情如下】
PLC仿真.zip
PLC監(jiān)控仿真.zip
任務(wù)書.doc
大臂.dwg
小臂.dwg
底座.dwg
手爪.dwg
搬運機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計開題報告.doc
搬運機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計說明書.doc
整體裝配圖.dwg
機(jī)械手手臂聯(lián)結(jié)座.dwg
機(jī)械手支座.dwg
法蘭盤.dwg
腰部結(jié)構(gòu)圖.dwg
搬運機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
1 緒論 3
1.1前言 3
1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡史 3
1.3工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 3
1.3.1 建造旋轉(zhuǎn)零件(轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類)自動線 3
1.3.2 在實現(xiàn)單機(jī)自動化方面 3
1.3.3 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 3
1.4 機(jī)械手的組成 4
1.4.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 4
1.4.2 驅(qū)動機(jī)構(gòu) 4
1.4.3 控制系統(tǒng)分類 5
1.5工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢 5
1.6 本文主要研究內(nèi)容 6
1.7 本章小結(jié) 6
2 機(jī)械手的總體設(shè)計方案 7
2.1 機(jī)械手基本形式的選擇 7
2.2機(jī)械手的主要部件及運動 8
2.3驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 9
2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 9
2.5 本章小結(jié) 9
3 機(jī)械手手部的設(shè)計計算 9
3.1 手部設(shè)計基本要求 9
3.2 典型的手部結(jié)構(gòu) 9
3.3機(jī)械手手抓的設(shè)計計算 9
3.3.1選擇手抓的類型及夾緊裝置 9
3.3.2 手抓的力學(xué)分析 10
3.3.3 夾緊力及驅(qū)動力的計算 11
3.3.4 手抓夾持范圍計算 12
3.4 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計算 13
3.5彈簧的設(shè)計計算 14
3.6 本章小結(jié) 16
4 腕部的設(shè)計計算 17
4.1 腕部設(shè)計的基本要求 17
4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 17
4.2.1典型的腕部結(jié)構(gòu) 17
4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 18
4.3 腕部的設(shè)計計算 18
4.3.1 腕部設(shè)計考慮的參數(shù) 18
4.3.2 腕部的驅(qū)動力矩計算 18
4.3.3 腕部驅(qū)動力的計算 19
4.3.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎?span id="24d9guoke414" class="Apple-tab-span" style="white-space:pre"> 20
4.3.5動片和輸出軸間的連接螺釘 21
4.4 本章小結(jié) 22
5 臂部的設(shè)計及有關(guān)計算 23
5.1 臂部設(shè)計的基本要求 23
5.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 24
5.2.1 手臂的典型運動機(jī)構(gòu) 24
5.2.2 手臂運動機(jī)構(gòu)的選擇 24
5.3 手臂直線運動的驅(qū)動力計算 24
5.3.1 手臂摩擦力的分析與計算 24
5.3.2 手臂慣性力的計算 26
5.3.3 密封裝置的摩擦阻力 26
5.4 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 26
5.5 本章小結(jié) 28
6 機(jī)身的設(shè)計計算 29
6.1 機(jī)身的整體設(shè)計 29
6.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 30
6.3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計算 34
6.3.1 手臂偏重力矩的計算 34
6.3.2 升降不自鎖條件分析計算 35
6.3.3 手臂做升降運動的液壓缸驅(qū)動力的計算 36
6.4 軸承的選擇分析 36
6.5 本章小結(jié) 37
7 ADAMS 模型的建立與仿真 38
7.1虛擬樣機(jī)技術(shù) 38
7.2 ADAMS軟件 38
7.3 手部模型的建立 40
7.4 本章小結(jié) 44
1 緒論
1.1前言
用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為 。機(jī)械手是模仿著人手的部分動作,按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為 。
工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù),并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分,這種新技術(shù)發(fā)展很快,逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域,是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。
工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點,尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。
機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識:其一、它能部分的代替人工操作;其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求,遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸;其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配,從而大大的改善了工人的勞動條件,顯著的提高了勞動生產(chǎn)率,加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因而,受到很多國家的重視,投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合,應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展,并且取得一定的效果,受到機(jī)械工業(yè)的 。
機(jī)械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機(jī)器,他有多個自由度,可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。
機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單,專用性較強(qiáng)。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作,適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”,簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序,適應(yīng)性較強(qiáng),所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。
1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡史
現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初,是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更,具有多自由度動作功能的柔性自動化 。
機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是:機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂,端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu),控制系統(tǒng)是示教型的。
1962年,美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔,臂回轉(zhuǎn)、俯仰,用液壓驅(qū)動;控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司(Unimaton),專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。
1962年美國機(jī)械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機(jī)械手,原意是靈活搬運。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn),臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動,控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初,但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。
1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)機(jī)械手,裝有小型電子計算機(jī)進(jìn)行控制,用于裝配作業(yè),定位誤差可小于±1毫米。
美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性,改進(jìn)結(jié)構(gòu),降低成本。如Unimate公司建立了8年機(jī)械手試驗臺,進(jìn)行各種性能的試驗。準(zhǔn)備把故障前平均時間(注:故障前平均時間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間),由400小時提高到1500小時,精度可提高到±0.1毫米。
德國機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手,主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機(jī)械手,采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。
瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手,采用示教方法編制程序。
瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。
日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)二種典型機(jī)械手后,大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報道,1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個。1976年個大學(xué)和國家研究部門用在機(jī)械手的研究費用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元,產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半,達(dá)222億日元,是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元,比1978年增長50%。智能機(jī)械手約為17億日元,為1978年的6倍。截止1979年,機(jī)械手累計產(chǎn)量達(dá)56900臺。在數(shù)量上已占世界首位,約占70%,并以每年50%~60%的速度增長。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè),其次是電機(jī)、電器。預(yù)計到1990年將有55萬機(jī)器人在工作。
第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機(jī)控制系統(tǒng),具有視覺、觸覺能力,甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器,把感覺到的信息反饋,使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。
第三代機(jī)械手(機(jī)械人)則能獨立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。
隨著工業(yè)機(jī)器手(機(jī)械人)研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大,國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活躍,歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動開展很多。
7.4 本章小結(jié)
通過本章,對機(jī)械手的手部進(jìn)行了建模,并對結(jié)果以曲線的形式輸出仿真結(jié)果。對于ADAMS建模,在ADAMS/View提供有零件庫,可以創(chuàng)建各種基本的物體。對于復(fù)雜形狀的物體,可以使用ADAMS/Exchange模塊從其它CAD軟件(如:Pro/e)中輸入零件模型。
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計,是老師考慮到學(xué)生日后的研究方向而特意為我安排的。通過這次訓(xùn)練,提高了自己的動手能力、設(shè)計能力和編程水平,為學(xué)生日后順利進(jìn)入機(jī)器人這一深邃的科研領(lǐng)域作下了鋪墊。本次畢業(yè)設(shè)計,學(xué)生收獲頗多,這與于老師的悉心指導(dǎo)是分不開的。老師公務(wù)繁忙,但是還是經(jīng)常抽時間來視察學(xué)生畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度,就畢業(yè)設(shè)計過程中遇到的問題給予耐心指導(dǎo),敦敦教誨,身體力行,實在令學(xué)生欽佩感動不已!特此,學(xué)生鄭重向于老師表示感謝!
另外,學(xué)生還要感謝師兄,他們在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的過程中給出了許多有益的建議,特此表示感謝!
參考文獻(xiàn)
[1] Craig, John J. Introduction to robotics. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社,2006
[2] Basilio Bona and Aldo Curatella. Identification of Industrial Robot Parameters for Advanced Model-Based Controllers Design Proceedings of the 2005 IEEE
International Conference on Robotics and Automation. Barcelona, Spain, April 2005
[3] 索羅門采夫. 工業(yè)機(jī)器人圖冊. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社,1993
[4] 周伯英. 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社,1995
[5] 郭洪紅 賀繼林 田宏宇 席巍. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù). 西安電子科技大學(xué)出版社,2006
[6] 三浦宏文. 機(jī)電一體化實用手冊. 科學(xué)出版社 OHM社,2001
[7] 陳國聯(lián) 王建華 夏建生. 電子技術(shù). 西安交通大學(xué)出版社,2002
[8] 沈裕康 嚴(yán)武升 楊庚辰. 電機(jī)與電器. 北京理工大學(xué)出版社,2002
[9] 羅建軍 朱丹軍 顧剛 劉路放. 大學(xué)C++程序設(shè)計教程. 北京:高等教育出版社,2004
[10] 羅建軍 崔舒寧 楊琦. 大學(xué)Visual C++程序設(shè)計案例教程. 北京:高等教育出版社,2004
(論文)開題報告 設(shè)計(論文)名稱 搬運機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 設(shè)計(論文)類型 指導(dǎo)教師 學(xué)生 姓名 學(xué)號 機(jī)械工程學(xué)院 、 機(jī)械制造及其自動化 、 機(jī)電 073 一、選題依據(jù):(簡述研究現(xiàn)狀或生產(chǎn)需求情況,說明該設(shè)計(論文)目的意義。) 隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大。殼體是閥類控制器上使用的通用型零件,該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工精度高,工藝過程長,殼體質(zhì)量一直是影響控制器精度的主要指標(biāo)之一。由于原有殼體的加工設(shè)備陳舊,工藝落后等原因,嚴(yán)重影響了控制器的發(fā)展。為了改變落后的生產(chǎn) 狀態(tài),緩解日趨緊張的供求關(guān)系,我們研究開發(fā)了多工步搬運機(jī)械手。在設(shè)備的整體構(gòu)思,總體布局,機(jī)構(gòu)功能,驅(qū)動和控制系統(tǒng)等方面,對原有設(shè)備進(jìn)行了徹底改造,投入運行以來,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)率高,工藝成本降低,深受廠家歡迎。 機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓方式,它具有在同等輸出功率下傳動裝置體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、動態(tài)性能好等特點, 13 個機(jī)械手的左右橫移,上升和下降及夾緊和松開等動作及 4個自動轉(zhuǎn)位夾具的回轉(zhuǎn)運動,分別采用由方向閥和節(jié)流閥控制的 18 個液壓缸驅(qū)動,全部執(zhí)行元件由一個 4 6 級電動機(jī)帶動一個流量為 24 l/單級葉片泵供油,使驅(qū)動系統(tǒng)的造價大幅度降低。 在搬運機(jī)械手的控制系統(tǒng)中,我們采用了 術(shù),選用霍爾傳感器作為主令檢測信號,使用日本立石公司生產(chǎn)的 為控制器主體,常用 形圖邏輯設(shè)計方法較多,設(shè)計中我們采用流程圖法,按照零件加工過程設(shè)計出控制系統(tǒng)流程圖,一般控制系統(tǒng)都是由若干個穩(wěn)定工作狀態(tài)組成,每個工作狀態(tài) 是由于接受了某個切換主令信號而建立的。各個工作狀態(tài)用一個輔助繼電器進(jìn)行區(qū)分,輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號來控制,這些切換主令信號分別來自按鈕、傳感器、定時器和計數(shù)器。輔助繼電器同時又是執(zhí)行元件的輸入變量。當(dāng)控制系統(tǒng)的輸入主令信號和執(zhí)行元件確定以后,將主令信號與各自工作狀態(tài)的約束條件,分別代入相應(yīng)的輔助繼電器邏輯方程和執(zhí)行元件的邏輯方程,即可完成自動工作循環(huán)的邏輯控制。最后再考慮手動控制系統(tǒng)及自動循環(huán)與手動控制之間的互鎖要求,即完成了全部控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計。 二、設(shè)計(論文研究)思路及工作方法 搬運機(jī)械手控制系統(tǒng)的要求 ,然后進(jìn)行了可編程控制器 I/O 點的分配、編寫了 制程序、繪制了原理圖 ;同時 ,實現(xiàn)了 上位計算機(jī)組態(tài)王軟件的通訊、設(shè)備的連接與配置、數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造、圖形界面的設(shè)計和動畫連接的建立等 ;最后運行系統(tǒng)并調(diào)試成功。本設(shè)計利用工控組態(tài)軟件實現(xiàn)對搬運機(jī)械手的運行過程進(jìn)行監(jiān)控和管理 ,這對提高生產(chǎn)過程的自動化控制水平有著重大的意義。 三、設(shè)計(論文研究)任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排 。 1. 2011 年 2 月 28 日 — 2011 年 3 月 13 日,查閱資料,完成文 獻(xiàn)綜述和開題報告; 2. 2011 年 3 月 14 日 — 4 月 20 日,檢查 搬運機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 存在的問題,進(jìn)行維修;完成電器元件及 制模塊設(shè)計。 3. 2011 年 4 月 21 日 — 5 月 22 日,利用 搬運機(jī)械手 ,進(jìn)行實驗,并記下實驗數(shù)據(jù)。 4. 2011 年 5 月 23 日 — 5 月 29 日,使用說明書及畢業(yè)設(shè)計說明書的撰寫。 5. 2011 年 5 月 30 日 — 6 月 10 日, 畢業(yè)設(shè)計的修改,答辯的準(zhǔn)備。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日 教研室畢業(yè)設(shè)計(論文)工作組審核意見 難度 分量 綜合訓(xùn)練程度 教研室主任: 年 月 日 設(shè)計(論文)類型: A— 理論研究; B— 應(yīng)用研究; C— 軟件設(shè)計;