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机械手毕业设计方案开题报告.pdf
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简易小型直角坐标机械手
1 机械手
1.1 机械手定义
机械手是模仿着人手动作,按给定程序、轨迹和规定实现自动抓
取、搬运或操作机械装置。在工业生产中应用机械手被称为“工业机
械手”。
1.2 机械手作用
生产中应用机械手可以提高生产自动化水平和劳动生产率;可以
减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;特别在高温、高压、
低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣环境中,它代替
人进行正常工作,意义更为重大。因而,在机械加工、冲压、铸、锻、
焊接、热解决、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运送业等方面得
到越来越广泛应用。
机械手构造形式开始比较简朴,专用性较强,仅为某台机床上下
料装置,是附属于该机床专用机械手。随着工业技术发展,制成了可
以独立按程序控制实现重复操作,使用范畴比较广“程序控制通用机
械手”,简称通用机械手。由于通用机械手能不久地变化工作程序,
合用性较强,因此它在不断变换生产品种中小批量生产中获得广泛应
用。
1.3 机械手分类及特点
工业机械手种类诸多,关于分类问题,当前在国内尚无统一分类
原则,在此暂按使用范畴、驱动方式和控制系统等进行分类。
机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:
(1)专用机械手
它是附属于主机、具备固定程序而无独立控制系统机械装置。专
用机械手具备动作少、工作对象单一、构造简朴、使用可靠和造价低
等特点,合用于大批量自动化生产自动换刀机械手,如自动机床、自
动线上、下料机械手和加工中心。
(2)通用机械手
它是一种具备独立控制系统、程序可变、动作灵活多样机械手。
在性能范畴内,其动作程序是可变,通过调节可在不同场合使用,驱
动系统和控制系统是独立。通用机械手工作范畴大、定位精度高、通
用性强,合用于不断变换生产品种中小批量自动化生产。通用机械手
按其控制定位方式不同可分为简易型和伺服型两种 :简易型以“开一
关”式控制定位,只能是点位控制,伺服型可以是点位,也可以实现
持续控制,伺服型具备伺服系统定位控制系统,普通伺服型通用机械
手属于数控类型。
(1)液压传动机械手
是以液压压力来驱动执行机构运动机械手。其重要特点是 :抓重
可达几百公斤以上、传动平稳、构造紧凑、动作敏捷。但对密封装置
规定严格,否则油泄漏对机械手工作性能有很大影响,且不适当在高
温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统,可实现持续轨迹
控制,使机械手通用性扩大,但是电液伺服阀制造精度高,油液过滤
规定严格,成本高。
(2)气压传动机械手
是以压缩空气压力来驱动执行机构运动机械手。其重要特点是 :
介质李源极为以便,输出力小,气动动作迅速,构造简朴,成本低。
但是,由于空气具备可压缩特性,工作速度稳定性较差,冲击大,并
且气源压力较低,抓重普通在 30 公斤如下,在同样抓重条件下它比
液压机械手构造大,因此合用于高速、轻载、高温和粉尘大环境中进
行工作。
(3)机械传动机械手
即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱
动机械手。它是一种附属于工作主机专用机械手,其动力是由工作机
械传递。它重要特点是运动精确可靠,用于工作主机上、下料。动作
频率大,但构造大,动作程序不可变。
(4)电力传动机械手
即有特殊构造感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执
行机构运动械手,由于不需要中间转换机构,故机械构造简朴。其中
直线电机机械手运动速度快和行程长,维护和使用以便。此类机械手
当前还不多,但有发展前程。
1.4 机械手自由度
自由度是机械手设计重要参数,每一种构件相对于固定坐标系所
具备独立运动称为自由度。每一种构件相对于固定坐标系最多可以有
六个自由度即沿 X,Y,Z 三个方向独立往复运动和绕 X,Y,Z 轴三个独立
回转运动。
按机械手所具备主运动和辅助运动来分析其自由度。手臂和立柱
运动称为主运动。由于它能变化被抓取工件空间位置。手腕和手指运
动称为辅助运动。由于手腕运动只能变化被抓取工件方位(即姿势),
而手指夹放动作不能变化工件位置和方位,故它不计为自由度数,其
她运动均计为自由度数。
手指可作开合(即夹紧和放松)运动;手腕可作回转、上下和左
右摆动等运动;手臂可做先后伸缩、升降(或上下摆动即仰俯)和回
转运动;立柱横向移动。也有机械手整机具备行走机构。
上述各种运动可依照机械手需求来选取,设计机械手时一方面要
拟定被抓取工件所在空间位置,及将工件搬运到规定位置时所需运动
(不涉及手指开闭动作),在大多数状况下是少于六个自由度,专用
机械手只有 2-4 个自由度,而通用机械手是 3-6 个自由度。
自由度数越多,可以完毕动作越复杂,通用性越强,应用范畴也
越广,但是相应地带来了技术难度大,控制系统和机械构造复杂,成
本高和维修困难。自由度数少,通用性差,但技术上容易达到,构造
简朴,使用和维修均以便。
1.5 坐标形式
1.5.1 直角坐标式
其手臂运动系有由三个直线运动所构成。它特点是构造简朴,定
位精度高,合用于主机位置成行排列场合。但是由于占地面积大而工
作范畴小以及灵活性差,限制了它使用范畴。
图 1.1 直角坐标式
1.5.2 圆柱坐标式
其手臂运动系由两个直线运动和一种回转运动所构成(沿 X 轴
伸缩,沿 Z 轴升降,和绕 Z 轴回转),占地面积小而活动范畴大,构
造较简朴,并能达到较高定位精度,因而应用较广泛。但沿 Z 轴方向
运动最低位置受到限制,故不能抓取地面上物件。
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不吃鸳鸯锅
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