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（优秀毕业全套设计）运送铝活塞铸造毛坯机械手设计

则弹簧爪截面上的剪应力为，故弹性爪满足强度要求。手臂机构的设计.手臂的设计要求手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求根据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面形状和高强度轻质材料。尽量减小手臂重量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装置的负荷减少运动的动载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度。采用缓冲和限位装置提高定位精度。本设计手臂直接联接在底座升降液压缸上，结构简单，装拆方便，尾部设置导向杆，以防止活塞杆转动，确保手臂随机座起转动。它的结构如下图。图手臂结构图手臂与末端执行器的联结结构如图所示选用轴向脚架型液压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆起转动。图.伸缩液压油缸的选择选液压缸型号为，它的主要技术参数如表。表冶金设备标准液压油技术规格缸径活塞杆直径油口直径速度比通径联接螺纹.活塞杆的强度校核末端执行器的重量约为。工件重量为.。由静力平衡方••••求得支反力为.以点为坐标原点，得剪力图和弯矩图如下由表得活塞杆,.则在处横截面上的剪应力为安全。在处的弯应力为安全。腰部和基座设计.结构设计通过安装在支座上的步进电机和锥齿轮直接驱动转动机座转动，从而实现机器人的旋转运动，通过安装在顶部的液压缸带动横梁转动实现手臂的上下移动。采用了导向杆导向，确保手臂随机座起转动。它的结构如装配图。.步进电机的选取工业机器人的旋转和上下移动采用了步进电机驱动，下面就给出各种驱动方式的比较，以作为选取步进电机作为驱动方式的依据。表各种驱动方式比较比较内容驱动方式机械传动电机驱动气压传动液压传动异步电机，直流电机步进或伺服电机输出力矩输出力矩较大输出力可较大输出力矩较小气体压力小，输出力矩小，如需输出力矩较大，结构尺寸过大液体压力高，可以获得较大的输出力控制性能速度可高，速度和加速度均由机构控制，定位精度高，可与主机严格同步控制性能较差，惯性大，步易精确定位控制性能好，可精确定位，但控制系统复杂可高速，气体压缩性大，阻力效果差，冲击较严重，精确定位较困难，低速步易控制油液压缩性小，压力流量均容易控制，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制体积当自由度多时，机构复杂，体积液较大要油减速装置，体积较大体积较小体积较大在输出力相同的条件下体积小维修使用维修使用方便维修使用方便维修使用较复杂维修简单，能在高温，粉尘等恶劣环境种使用，泄漏影响小维修方便，液体对温度变化敏感，油液泄漏易着火应用范围适用于自由度少的专用机械手，高速低速均能适用适用于抓取重量大和速度低的专用机械手可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手中小型专用通用机械手都有中小型专用通用机械手都有，特别时重型机械手多用成本结构简单，成本低，般工厂可以自己制造成本低成本较高结构简单，能源方便，成本低液压元件成本较高，油路也较复杂由上表可知步进电机应用于驱动工业机器人有着许多无可替代的优点，如控制性能好，可精确定位，体积较小可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手等，下面就对步进电机的型号进行选取。初选电机为反应式步进电机，型号为。它的有关技术参数如下表表电机型号相数步距角电压最大静转矩••最高空载启动频率运行频率转子转动惯量•分配方式质量.四相八拍．传动系统等效转动惯量计算传动系统的转动惯量是种惯性负载,在电机选用时必须加以考虑。由于传动系统的各传动部件并不都与电机轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴折算的问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。电机转子转动惯量的折算由机电综合设计指导表查出.•联轴器转动惯量的折算式中为圆柱质量，为圆柱体直径,为圆柱体长度。对于钢材，材料密度为,把数据代入上式得手臂转动惯量的折算工作台是移动部件，其移动质量折算到活塞轴上的转动惯量可按下式进行计算见机电综合设计指导公式式中，为活塞工作长度为工作台质量。所以系统等效转动惯量计算验算矩频特性步进电机最大静转矩是指电机的定位转矩，从机电综合设计指导表中查得。步进电机的名义启动转矩与最大静转矩的关系为见机电综合设计指导公式查机电综合设计指导表得.。所以，步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩可按下式计算见机电综合设计指导公式式中为空载启动力矩•为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度，折算到电机轴上的加速力矩•为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩•有关的各项力矩值计算如下加速力矩见机电综合设计指导公式和式中为传动系统等效转动惯量为电机最大角加速度为与运动部件最大快进速度对应的电机最大转速为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间，为运动部件最大快进速度为初选步进电机的步距角为脉冲当量。空载摩擦力矩见机电综合设计指导公式式中为运动部件的总重量为导轨摩擦系数齿轮传动降速比为传动系数总效率，取.为活塞工作长度。启动矩频特性校核步进电机启动有突跳启动和升速启动。突跳启动很少使用。升速启动是步进电机从静止状态开始逐渐升速，在零时刻，启动频率为零。在段时间内，按定的升速规律升速。启动结束时，步进电机达到了最高运行速度。查看机电综合设计指导图，从矩特性图中，可查得纵向空载启动力矩对应的允许启动频率。查机电综合设计指导表，步进电机启动频率,所以所选电机不会丢步。运行矩频特性校核步进电机的最高快进运行频率可按下式计算见机电综合设计指导公式式中为运动部件最大快进速度。算得。快进力矩的计算公式见机电综合设计指导公式式中为附加摩擦力矩，为快进时，折算到电机轴上的摩擦力矩。算得。查看机电综合设计指导图，从运行矩频特性图中，可知快进力矩对应的允许快进频率所以,所用的电机都满足快速进给运行矩频特性要求。综上所述，所选用的步进电机符合要求，可以使用。.轴承的选取环形轴承作为机座的支承原件，是为机器人研制的专用轴承，具有宽度小直径大精度高刚度大承载能力高可承受径向力轴向力和倾覆力矩装置方便等特点价格高。止推轴承，型号为它的有关参数如下表轴承代号基本额定极限转速动载荷静载荷脂润滑油润滑，.齿轮的选取齿轮的参数如下表所示表名称代号小齿轮大齿轮分度圆直径齿数大端模数节锥角锥距.齿宽齿距.工作齿高.齿高.齿顶高齿跟高顶隙.齿跟角齿顶角顶圆锥角跟圆锥角齿顶圆直径冠顶距大端分度圆弧齿厚法向侧隙齿轮材料为且经渗碳淬火，接触材料系数.弯曲材料系数.。第四章工业机器人的计算机控制系统概述.工业机器人控制系统的特点及对控制功能的基本要求工业机器人具有多个自由度，每个自由度般包括个伺服机构，它们必须协调起来，组成个多变量控制系统。这种多变量的控制系统，般要用计算机来实现。因此，机器人控制系统也是个计算机控制系统。控制系统的功能是控制机器人操作机的运动和操作以满足作业的要求。在作业中机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器按点位或轨迹运动，并保持设定的姿态。在运动中或在规定的点位执行作业规定的操作。对工业机器人的控制功能大致有如下的基本要求和特点。实现对位姿速度加速度等的控制功能在机器人的各类作业中，运动和控制方式主要有两种。点位控制方式控制这种控制方式考虑到末端执行器在运动过程中只在些规定的点上进行操作，因此只要求末端执行器在目标点处保证准确的位姿以满足作业质量要求。而对达到目标点的运动轨迹包括移动的路径和运动的姿态则不作任何规定，如图图，这种控制方式易于实现，但不易达到较高的定位精度，适用于上下料搬运点焊和在电路板上安插元件等只要求在目标点保持末端执行器准确的位姿的作业中。连续轨迹控制方式控制这种控制方式要求末端执行器严格按规定的轨迹和速度在定精度要求内运动，以完成作业要求，这种必须保证机器人各关节连续同步地实现相应的运动。如图图，这种连续轨迹运动，可看成是若干密集轨迹曲线。若设定的点足够密，就能用点位控制的方法实现所需精度的连续轨迹运动。存储和示教功能要使机器人具有完成预定作业的功能，须先将要完成的作业示教给机器人，这个操作过程称为示教，将示教内容记录下来，称为存储。使工业机器人按照存储的示教内容进行动作，称为再现。所以工业机器人的动作是通过示教存储再现的过程实现的。对外部环境的检测和感觉功能。.计算机控制系统的设计方案控制系统采用二级计算机控制方式，选用，系列。第级机担负管理，示教编程，控制再现，轨迹正逆运算，机器人语言的编辑和编译，通过串行通讯方式传送给二级机做位置给定。第二级机负责位置伺服控制软件的计算，位置检测等工作，根据插补算出的各关节位置增量做位置给定。级机与示教盒通讯采用串行接口，既接收示教盒信息，完成示教动作，又向示教盒发送信息，显示示教情况。还可以连接软驱，终端。二级机接口电路将计算机输出数字量转换成相应的模拟量，驱动伺服控制系统，选用速度单元，伺服电机及光电编码盘等伺服调速系统。机器人控制系统框图.硬件电路的组成图是采用系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图。电路的组成如下.主从都采用芯片.主从各扩展程序存储器片，扩展数据存储器片.主扩展可编程串行通信接口芯片片可编程多功能接口芯片片电平转换芯片片.从扩展可编程多功能接口芯片六片转换器六片运算放大器六片功率放大器六片光电编码器六片.地址锁存器译码器各两片.键盘电路，显示电路.光电编码电路，功率放大电路.报警电路，暂停急停电路，复位电路.电路接口说明.主计算机采用芯片，由于片内无程序存储器，数据存储器也只有字节，因此，扩展外部程序存储器片，数据存储器片。