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两自由度机械手设计与加工
厦 门 技 师 学 院
毕业()
作者 姓名:
学 号:
指导 教师: 职称: 助讲师
2011 年6 月摘 要
机械手广泛的应用于工业、农业等领域中,发挥着重要的作用。两自由度机械手作为一种主要的形式,具有重要的研究意义。本文基于虚拟样机技术,完成了两自由度机械手机械系统的设计与加工。论文提出了基于虚拟样机技术的机械手设计思想和总体设计方案。利用三维设计软件UG进行了机械手零部件的设计。在此基础上,利用动力学仿真软件UG对机械手进行了虚拟样机建模与仿真,分析机械手设计中存在的缺陷,并进行了相应的改进。为了便于机械手的数控加工,利用UG软件中的数控加工模块对机械手零部件进行了数控加工编程。两自由度机械手机械系统的设计与加工为实际的物理样机制造奠定了基础。
关键词:机械手;; 目 录
前言 1
1总体方案设计 1
1.自由度机械手系统设计 1
1.2自由度机械手设计思想 2
1.3自由度机械手的总体 2
1.4两自由度机械手的数学描述
2两自由度机械手零部件三维设计 4
2.1三维设计软件简介 4
2.2机械手驱动电机选型机
2.3械手零部件设计
2.4机械手零部件设计
2.5机械手其零部件设计
2.6材料及标准件的选择
2.7机械手的虚拟装配
3两自由度机械手机械零部件的数控加工编程
3.1数控加工简介
3.2数控加工的基本流程
3.3数控车床加工编程
3.4数控铣床加工编程
4两自由度机械手结论
参考文献
附录自由度机械手装配图 29
致谢
两自由度机械手设计与加工
前 言
机械手是能够模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。
机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其它机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等。有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手[3]。
1总体方案设计
1.1两自由度机械手系统设计
两自由度机械手系统由机械本体结构、伺服驱动系统、西门子810D数控系统等部分组成。
1.1.1机械本体结构
从机构学的角度来分析,机器手机械结构可以看作由一系列连杆通过旋转关节(或移动关节)连接起来的开式运动链。
1.1.2关节伺服驱动系统
机械手本体机械结构的动作靠的是关节驱动,机器人的关节驱动大多是基于闭环控制的原理来进行的。常用的驱动单元是各种伺服电机,由于一般伺服电机的输出转速很高(1000r/min~10000r/min),输出转矩小,而关节需带动的负载的转速不高,负载力矩却不小。因此,在电机与负载之间用一套传动装置来进行转速和转矩的匹配。
本论文仅讨论机械手的机械系统设计与加工。
1.2两自由度机械手机械系统设计思想
首先利用UG三维制图软件作为辅助设计工具进行两自由度机械手的机械零件设计,建立三维模型。然后,经虚拟装配后,利用UG软件,生成虚拟样机,进行机械系统虚拟样机分析,分析其运动轨迹及机械零部件的干涉现象。最后,利用UG软件中的数控加工模块,编写机械零部件的数控加工程序。根据以上工作,便可以实际加工出物理样机。
1.3两自由度机械手的总体方案
1.3.1机械手自由度的选择
1所示。
1.3.2机械手机械系统的整体设计
2所示。
图2 机械手结构视图
1.4两自由度机械手的数学描述
机械手具有个自由度,其末端执行机构位置相对于机械本体不断的变化如果要对末端执行器进行精确的控制则要对其空间位置进行精确的描述。应用齐次坐标变换不仅能够对坐标进行描述,也能够表达控制算法、计算机视觉和计算机图形学等问题。Unigraphics Solutions公司(简称UGS)是全球著名的MCAD供应商,主要为汽车与交通、、日用消费品、通用机械以及电子工业等领域通过其虚拟 (VPD)的理念提供多级化的、集成的、企业级的包括软件产品与服务在内的完整的MCAD解决方案。其主
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