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齿轮传动式机器人设计.doc
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齿轮传动式机器人设计.doc
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摘 要
随着工业自动化发展,机器人在工业中的应用越来越重要。文章主要是对机器人手抓及其主
要传动部件的设计和计算。本次设计主要是机器人的手抓对直径为
�
80—
�
150,质量为 5 千克
的物体进行抓取。设计时主要对手抓的力学分析、夹紧等,并计算齿轮及轴的数据。采用 UG 软
件对机器人的手抓进行三维建模和运动仿真。
关键词:齿轮;手抓;轴;电机
Abstract
With the development of industrial automation, robot has been used in industry more
and more important.This paper is mainly on the robot hand and its major components are
designed and calculated. The crawl diameter 80-150mm a mass of 5 kg workpiece robot is
designed. Analysis of mechanical hand, the clamping is designed. Gear and shaft data were
calculated. The robots crawl workpiece is created by 3D modeling and motion simulation.
Keywords: gears; clutch; shaft; motor
目 录
摘 要 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙I
Abstract∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙II
第 1 章 绪论∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1
第 2 章 工业机械手的发展趋势∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙3
第 3 章. 机器人的总体设计方案∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5
3.1 行星齿轮减速机的特点与应用∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5
3.1 液压传动与气压传动的比较∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙7
第 4 章 机器人的设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8
4.1 机器人手爪的设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8
4.2 机器人小臂上齿轮、轴的设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙13
4.3 机器人大臂上齿轮、轴的设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙15
4.4 机器人机身上齿轮、轴的设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18
4.5 机器人底座上齿轮、轴的设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙20
第 5 章 机器人的运动仿真∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙26
第 6 章 总结∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙28
参考文献∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙29
致 谢∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙31
第 1 章 绪论
机械手是用于再现人手的功能的技术装置手。机械手是模仿着人手的部分动作,
按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中
应用的机械手被称为工业机械手。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术,并已成为现代机械制造生
产系统中的一个重要组成部分,这种新技术发展很快,逐渐成为一门新兴的学科——
机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技
术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工
业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业,在构造
和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准
确性和环境中完成作业的能力,在国民经济领域有着广泛的发展空间。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识:其一、它能够实现部分
的代替人工操作;其二、它能按照生产工艺的要求,遵循一定的程序、时间和位置来
完成工件的传送和装卸;其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配,从而大大的改
善了工人的劳动条件,显著的提高了劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化
的步伐。因而,受到很多国家的重视,投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在
高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合,应用的更为广泛。在我国近
几年机械手也有较快的发展,并且取得一定的效果,也受到机械工业的重视。
机械手是一种能自动控制并可编程的多功能机器,他有多个自由度,可以搬运物
体以完成在不同环境中的工作。
机械手的结构形式刚开始是比较简单,且专用性较强。 随着工业技术的发展,
制成了能够独立按程序控制完成实现重复操作,适用范围比较广的“程序控制通用机
械手”,简称通用机械手。由于通用机械手能快速的改变了工作程序,适应性较强,
所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
在现代工业中,生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平
越来越高,现代化加工车间,常配有机械手,以提高生产效率,完成工人难以完成的
或者危险的工作。可在机械工业中,加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资
料介绍,美国生产的全部工业零件中,有 75%是小批量生产;金属加工生产批量中有
四分之三在 50 件以下,零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的 5%。从这
里可以看出,装卸、搬运等工序机械化的迫切性,工业机械手就是为实现这些工序的
自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有:注塑工业中从模具中快速
抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序;机械手加工行业中用于取料、送料;浇铸
行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。
下面具体说明机械手在工业方面的应用。
总的来说机械手是在机械化,自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是
机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在结构
和性能上具有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。现代生产过程中,
机械手被广泛应用于自动生产线,虽然机械手在灵活性上不如人手,但是它具有不断
重复工作,不知疲倦,不怕危险,抓举重物的能力强于人手。
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