6自由度教學(xué)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計【說明書+CAD】

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[2]蔡自興．機(jī)器人學(xué)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2000：1-3. [3]蔣新松.未來機(jī)器人技術(shù)發(fā)展方向的探討[J]．機(jī)器人,1996，18(5):286-287． [4]莫海軍，吳少煒．排爆機(jī)器人及相關(guān)技術(shù)[J]．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2005，4．維普資訊網(wǎng). [5]金茂箐，曲忠萍，張桂華．國外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展態(tài)勢分析[J]．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001，02． [6]賴維德．對我國工業(yè)機(jī)器人的一些看法[J]．中國機(jī)械工程，1998，9(6)． [7] 徐方.工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2007，9：2-4 [8]張楊林．國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場及發(fā)展趨勢[J]．大眾科技，2006，6:191-192. [9]吳振彪.工業(yè)機(jī)器人[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.2:71-72. 研究方案 研究目的 2、課題任務(wù)、重點研究內(nèi)容、實現(xiàn)途徑 2.1課題的任務(wù) 本課題就是設(shè)計出一個全自動的機(jī)械手中的“臂” ：要求機(jī)械手的結(jié)構(gòu)靈活，定位精確，可以在工作空間里達(dá)到任意位置，操作方便，每個關(guān)節(jié)易于控制。 考慮到我們機(jī)械手的性能需求如下： ① 啟動，停止和反向轉(zhuǎn)動，均能連續(xù)有效的進(jìn)行，且具有良好的響應(yīng)特性。 ② 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時的特性相同，且運(yùn)行特性穩(wěn)定。 ③ 維修容易，而且不太需要保養(yǎng)。 ④ 具有良好的抗環(huán)境干擾能力，對于輸出來說，體積小，重量輕。 ⑤ 有良好的定位精度，重復(fù)定位精度，以及平穩(wěn)的運(yùn)行軌跡?？拐裥院?，操作方便。 2.2課題的重點研究內(nèi)容 本課題研究涉及機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)器人、齒輪傳動、實體建模、有限元分析、計算機(jī)輔助設(shè)計等方面的相關(guān)內(nèi)容。 主要研究內(nèi)容: 機(jī)械臂的機(jī)械部分是整個機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)型式的好壞，將直接影響到整個系統(tǒng)。所以，機(jī)構(gòu)的設(shè)計非常重要。我們主要從以下幾個方面對其進(jìn)行研究： ① 針對全自動機(jī)械手中“臂”機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)研，查閱國內(nèi)外研究資料，資料收集及整理； ② 可達(dá)空間的范圍。根據(jù)設(shè)計要求和滿足各種工作的需要，機(jī)器人前端應(yīng)能到達(dá)工作需要的范圍內(nèi)的各個位置，并且基本上沒有死區(qū)。 ③ 機(jī)構(gòu)的設(shè)計。具體的包括運(yùn)動副型式的合理選擇和配置。傳遞運(yùn)動的最佳路線，驅(qū)動的最佳速比等。機(jī)構(gòu)設(shè)計不合理，可能會出現(xiàn)臂桿的相互干涉或驅(qū)動裝置無法運(yùn)行，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動等問題。 ④ 自由度的選取。一般來講，自由度越多，避障和奇異功能越強(qiáng)，可操作性越好，靈活性越好。但隨著自由度的增多將出現(xiàn)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的復(fù)雜化，剛度的削弱、控制起來非常困難等問題。機(jī)器人按運(yùn)動形式分為直角坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、關(guān)節(jié)型機(jī)器人和極坐標(biāo)型機(jī)器人。 直角坐標(biāo)型 圓柱坐標(biāo)型 關(guān)節(jié)型 極坐標(biāo)型 因此，在能滿足一定的選型原則的前提下，采用冗余自由度盡量少的、機(jī)構(gòu)簡單的形式。綜合國內(nèi)外相關(guān)的設(shè)計情況，我們考慮設(shè)計成關(guān)節(jié)型的機(jī)器人。因為，關(guān)節(jié)型機(jī)器人模擬動物和人類肢體，甚至是整體而最具有仿生性，也就具有了優(yōu)于其他類型機(jī)器人的動作能力。并且，關(guān)節(jié)型機(jī)器人在相同條件下比非關(guān)節(jié)型機(jī)器人具有大得多的相對空間和絕對空間。其中，開鏈連桿式機(jī)器人是現(xiàn)在使用最多的一種，其主體結(jié)構(gòu)的三個自由度腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)全部采用轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，手腕上也采用轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)來確定末端的姿態(tài)，具有優(yōu)點如下： 1）．結(jié)構(gòu)緊湊，工作范圍大而安裝占地小。 2）．具有很高的可達(dá)性?？梢允蛊涫植窟M(jìn)入像汽車車身這樣一個封閉的空間內(nèi) 進(jìn)行作業(yè)，而直角坐標(biāo)型的機(jī)器人就不行。 3）．因為沒有移動關(guān)節(jié)，所以不需要導(dǎo)軌。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)容易密封，由于軸承件是 大量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件，則摩擦小，慣量小，可靠性好。 4） ．所需關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩小，能量消耗少。 ⑤ 對“臂”機(jī)構(gòu)傳動設(shè)計及基本設(shè)計計算。直流電機(jī)實際上是機(jī)器人平臺的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，有著極寬的功率調(diào)節(jié)范圍、適用性好、具有很高的性價比、輸出力矩較大、易于控制等等，是一種最為通用的電機(jī)。我們選擇用直流電機(jī)作為驅(qū)動。設(shè)計計算數(shù)值要根據(jù)具體負(fù)載，運(yùn)動路線等因素進(jìn)行具體計算。 ⑥ 根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動要求，完成全自動機(jī)械手中“臂”機(jī)構(gòu)設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)圖、裝配圖設(shè)計；機(jī)械臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)： 1) 常見方式： 常見的有齒輪傳動機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動機(jī)構(gòu)，活塞及連桿傳動機(jī)構(gòu)等。 2) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)： 假設(shè)滑塊是主動件，當(dāng)滑塊沿一定的導(dǎo)軌移動時，可以推動曲柄做擺動或圓周運(yùn)動。 3) 典型機(jī)構(gòu)： 液壓缸—連桿回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、齒輪驅(qū)動回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 下面是幾種參考結(jié)構(gòu)： 圖6 圖7 圖8 ⑦ 用UG5.0建立全自動機(jī)械手中“臂”機(jī)構(gòu)三維模型，并進(jìn)行運(yùn)動仿真。 ⑧ 根據(jù)仿真后的結(jié)果，進(jìn)行具體實驗，測試并校核真實情況下的強(qiáng)度和運(yùn)動能否達(dá)到要求。 2.3課題的實現(xiàn)途徑 在深入分析和理解自己研究課題的任務(wù)和重點研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上，主要從以下途徑著手： ① 通過參考大量的文獻(xiàn)，掌握課題研究的背景，調(diào)研國內(nèi)外有關(guān)課題研究方面的現(xiàn)狀、發(fā)展和應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)全自動機(jī)械手中“臂”機(jī)構(gòu)設(shè)計中的問題，明確課題研究的目的、意義、任務(wù)及內(nèi)容。 ② 通過到機(jī)械加工車間參觀學(xué)習(xí)，觀察全自動機(jī)械手的外形結(jié)構(gòu)，了解全自動機(jī)械手的工作原理，并進(jìn)行分析各運(yùn)動之間的關(guān)系；了解全自動機(jī)械手的實際應(yīng)用情況，以便繪制詳細(xì)的機(jī)械臂的原理圖和裝配圖。 ③ 學(xué)習(xí)和掌握全自動機(jī)械手實現(xiàn)手術(shù)的相關(guān)方法和技術(shù)，并結(jié)合課題實際分析各種相關(guān)方法和技術(shù)的優(yōu)缺點，以便確定方案和設(shè)計內(nèi)容。 ④ 根據(jù)機(jī)器人的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方案。如機(jī)器人的自由度、信息的存儲量、計算機(jī)功能、動作精度的要求、所能抓取的重量、容許的運(yùn)動范圍、以及對溫度、震動等環(huán)境的適應(yīng)性。 ⑤ 通過到加工車間參觀學(xué)習(xí)和查看資料，通過小組討論溝通方式學(xué)習(xí)和掌握全自動機(jī)械手各部分運(yùn)動與動力的傳遞，功能的實現(xiàn)，各部分的銜接以及運(yùn)動范圍的控制以設(shè)計出整個機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)。 3.進(jìn)度計劃 進(jìn) 度 安 排 序號 設(shè)計（論文）工作內(nèi)容 時間（起止周數(shù)） 1 調(diào)研，資料收集及整理； 4周至7周 2 分析全自動機(jī)械手中“臂”機(jī)構(gòu)的基本原理，基本理論及方法；全自動機(jī)械手中“臂”機(jī)構(gòu)的傳動設(shè)計及基本設(shè)計計算； 7周至8 周 3 全自動機(jī)械手中“臂”機(jī)構(gòu)的設(shè)計、結(jié)構(gòu)圖、裝配圖設(shè)計； 8周至11 周 4 全自動機(jī)械手中“臂”機(jī)構(gòu)傳動分析研究； 11周至12 周 5 分析整理, 擬寫畢業(yè)設(shè)計論文； 12周至13 周 6 修改畢業(yè)設(shè)計論文, 準(zhǔn)備答辯, 答辯； 13周至 15 周 6