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机电一体化三自由度工业机器人的设计.doc
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机电一体化三自由度工业机器人的设计.doc
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摘 要
本文是关于三自由度工业机器人的设计。首先对工业机器人做了简单的概述;接着根据
要求拟定了整体的设计方案,然后对主要的零部件结构和尺寸进行了设计,其中重点对手爪、
小臂、立柱及底座的结构和采用的驱动方式进行了设计(手爪和小臂采用组合式液压缸完成了
左右伸缩运动,立柱采用柱塞式液压缸完成了上下垂直运动,底座采用摆动液压缸完成了旋转
运动),最后简单设计了液压泵、电机的选择和机器人的控制。
工业机器人在工作中不仅提高了工作效率,而且能大大减少人为所造成的成本浪费,它
正开始改变现代化工业的面貌。
关键词:工业机器人,三自由度,液压缸
INDUSTRIAL ROBOT DESIGN
ABSTRACT
This text is concerning the industrial robot of three freedom degrees of design.Did to in brief
and all say to the industrial robot first;Immediately after according to request to draft an overall
design project, then carried on a design to the main parts structure and the size, among them, the
point designed hand claw, small arm and sign the drive of structure and adoption of pillar and base
method(hand claw and small arm adopted a sectional liquid to press an urn to complete or so flexible
sport and signed the pillar adoption pillar fill type a liquid to press an urn to complete top and
bottom perpendicular sport, base adoption swing the liquid pressed an urn of completion to revolve
sport) and at last in brief designed the control that the liquid press the choice of pump, electrical
engineering and robot.
The industrial robot not only raised a work efficiency, but also can consumedly reduce the cost
waste result in by factitiousness in the work and it was starting change a modern industrial feature.
KEY WORDS: Industrial robot, three freedom degree, the liquid presses an urn
目 录
前 言 ................................................................................................1
第 1 章 概述.....................................................................................3
1.1 机器人概述 ..........................................................................3
1.2 机器人的历史、现状 ...........................................................5
1.3 机器人发展趋势 ..................................................................7
第 2 章 工业机器人的总体设计 ......................................................9
2.1 工业机器人总体方案拟定 ...................................................9
2.2 驱动方式的选择 ..................................................................9
第 3 章 工业机器人的机械系统设计 .............................................12
3.1 手部的设计 ........................................................................12
3.1.1 手爪的设计 ...............................................................12
3.1.2 手部螺栓的选择 ........................................................14
3.2 小臂的结构与设计 .............................................................15
3.2.1 小臂的结构 ...............................................................15
3.2.2 伸缩液压缸的设计 ....................................................16
3.3 立柱的结构与设计 .............................................................18
3.3.1 立柱的结构 ...............................................................18
3.3.2 柱塞式液压缸的设计 ................................................18
3.4 底座回转台的设计 .............................................................20
3.5 摆动液压缸的设计 .............................................................22
3.6 液压泵、电机的选择 .........................................................22
结 论 ............................................................................................25
谢 辞 ..............................................................................................26
参考文献 ........................................................................................27
前 言
随 着 现 代 化科学技术的飞速发展和社会的进步,自 动 化 控 制 系统有着广泛的应
用 , 如 工 业 自 动 化 机 床 控 制 , 计 算 机 系 统 , 机 器 人 等 。 而 工 业 机 器 人 是 相 对 较 新 的
电 子 设 备 ,它正开始改变现代化工业面貌。
机 器 人 就 是用机器代替人手,把 工 件 由 某 个 地 方 移 向 指 定 的 工 作 位 置 ,或 按 照
工 作 要 求 以 操 纵 工 件 进 行 加 工 , 大 大 降 低 了 劳 动 力 , 并 且 大 大 增 加 了 工 作 效 率 和 降
低 了 产 品 的 成 本 , 对 现 代 社 会 发 展 起 到 非 常 重 要 的 作 用 , 但 现 在 的 工 业 机 器 人 只 是
在 危 险 作 业 ( 广 义 的 )、 多 粉 尘 、 高 温 、 噪 声 、 工 作 空 间 狭 小 等 不 适 于 人 工 作 业 的
环 境 。 还 有 它 可 按 照 事 先 制 订 的 作 业 程 序 完 成 规 定 的 操 作 , 但 还 不 具 备 传 感 反 馈 能
力 , 不 能 应 付 外 界 的 变 化 。 如 发 生 某 些 偏 离 时 , 就 将 引 起 零 部 件 甚 至 机 器 人 本 身 的
损 坏 。 针 对 于 上 述 各 个 领 域 的 机 器 人 系 统 的 应 用 和 研 究 对 系 统 本 身 也 提 出 越 来 越 多
的 要 求 。 制 造 业 要 求 机 器 人 系 统 具 有 更 大 的 柔 性 和 更 强 大 的 编 程 环 境 , 适 应 不 同 的
应 用 场 合 和多品种、小 批 量 的 生 产 过 程 。计 算机集成制造( CIM)要求 机 器 人 系 统 能
和 车 间 中 的 其 它 自 动 化 设 备 集 成 在 一 起 。 研 究 人 员 为 了 提 高 机 器 人 系 统 的 性 能 和 智
能 水 平 , 要 求 机 器 人 系 统 具 有 开 放 结 构 和 集 成 各 种 外 部 传 感 器 的 能 力 。 然 而 , 目 前
商 品 化 的 机 器 人 系 统 多 采 用 封 闭 结 构 的 专 用 控 制 器 , 一 般 采 用 专 用 计 算 机 作 为 上 层
主 控 计 算 机 , 使 用 专 用 机 器 人 语 言 作 为 离 线 编 程 工 具 , 采 用 专 用 微 处 理 器 , 并 将 控
制 算 法 固 化 在 EPROM 中, 这 种 专 用 系 统 很 难 ( 或 不 可 能 ) 集 成 外 部 硬 件 和 软 件 。 修
改 封 闭 系 统 的 代 价 是 非 常 昂 贵 的 , 如 果 不 进 行 重 新 设 计 , 多 数 情 况 下 技 术 上 是 不 可
能 的 。 解 决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构 的 机 器 人 系 统 。
由 于 种 种 原因,我 国 的 工 业 机 器 人 技 术 的 发 展 比 较 慢 。目 前 我 国 已 开 始 有 计 划
地 从 国 外 引进工业机器人技术,通过引进、仿制、改造、创 新 , 工 业 机 器 人 将 会 获
得 快 速 的 发展。国内通过“七五”机器人技术攻关,已具备了生 产 国 产 机 器 人 的 基
础 ,但 国 产 机 器 人 无论在技术上,还是可靠性上,都与国外机器人差相当一段 距 离 ,
要 尽 快 缩 短这种距离,必须走一条开放型的自主科研道路。
本 设 计 根 据所需的要求和实践理论分析,设 计 了 整 个 系 统 由 液压驱动的三自由
度 机 器 人 , 使 工 件 经 一 条 流 水 线 运 送 至 指 定 位 置 , 机 械 手 在 规 定 时 间 内 把 工 件 沿 指
定 路 线 搬 运到另一条流水线上,再由这条流水线将工件运走 。
第 1 章 概述
1.1 机器人概述
在现代工业中,生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生
产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中,加工、装配等生产是不连续的。
专用机床是大批量生产自动化的有效办法;程控机床、数控机床、加工中心等自动化
机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外,还有
大量的装卸、搬运、装配等作业,有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应
用,为这些作业的机械化奠定了良好的基础。
“工业机器人”(Industrial Robot):多数是指程序可变(编)的独立的自动抓
取、搬运工件、操作工具的装置(国内称作工业机器人或通用机器人)。
机器人是一种具有人体上肢的部分功能,工作程序固定的自动化装置。机器人具
有结构简单、成本低廉、维修容易的优势,但功能较少,适应性较差。目前我国常把
具有上述特点的机器人称为专用机器人,而把工业机械人称为通用机器人。
简而言之,机器人就是用机器代替人手,把工件由某个地方移向指定的工作位置,
或按照工作要求以操纵工件进行加工。
机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机器人,也即本文所研究
的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置,可以根据任务的需要编制程序,
以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外,还具备通用机械、记忆
智能的三元机械。第二类是需要人工操作的,称为操作机(Manipulator)。它起源于
原子、军事工业,先是通过操作机来完成特定的作业,后来发展到用无线电讯号操作
机器人来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业
机器人,主要附属于自动机床或自动生产线上,用以解决机床上下料和工件传送。这
种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”,它是为主机服务的,由主机驱动。
除少数外,工作程序一般是固定的,因此是专用的。
机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型,其中关节型机器人以其结构紧凑,
所占空间体积小,相对工作空间最大,甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些
特点,成为机器人中使用最多的一种结构形式,世界一些著名机器人的本体部分都采
用这种机构形式的机器人。
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