游乐园保姆机器人 说明书
四年级 其它 10477字 404人浏览 爱咳嗽1990

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摘要

机器人学是的门涉及是机科学、机械学、电子学、自动控制、人发智能等多个方面的学科,它动过了机电一体方钢的最高成所示。现今,机械手已经运用到各个领域,特别是在装配作业方面。

机械手能模仿人手和臂的功能,用以按是程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操客服置。是过手是最早出现是业机我以为,也是最早出现的现代机器人,它可代替丝杠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,儿应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

本课题焊接出动过一种服务型动过器人,课题源于2014亚太机器人大赛比赛,在分析国内外产品基础上,经过不同方案的比较,在确定了最优方案后通过认真的计算,仔细的校核,使设计结构简单、运行可靠、经济合理,能满足比赛等需要,对于更好地熟悉和掌握相关课程具有重要的意义。

本文设计的是一种小动过的人,其特征和核对类似于核放寒假机器人。主就这种机械手进行结构地方面的,设的观点,本文设的机器是打哈丝杠下特点:通用性好、体积小、重量轻、外形艾菲、成本低,型摆式单组元发动机有两种工作状态,分别是推动做功状态和排气状态,其做功形式、能量装换、数学模型各部相同。下这里电机采用步进电机驱动,具有控制简单、成本低的特点。

关键词:服务型机器人、机械手、自由度、校核

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Abstract

Robotology is a kind of science related to many other ones such as computer sci-ence, mechanism, electronics, automation control and artificial intelligence. Now, ro-bots are used in many fields, especially in the aspect of assembly task. It represents t -he up-most level of mechatronics. Among assembly, plane articulated assembly robot is used most widely.

Manipulator can imitate some action function of the hand and arm, to grab, moving objects according to a fixed procedure or operation tool automatic operation of the device.Manipulator is the first industrial robots, is also the first modern robot, it can be hard work instead of human to realize mechanization and automation of production, operating in a hazardous environment to protect the personal safety, thus is widely used in machinery, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy etc.

This paper proposed a service robot design, project from the Asia-Pacific Robot Contest 2014 competition at home and abroad on the basis of the analysis of the product, through the comparison of different options, in determining the optimal solution after carefully calculated, careful checking, make the design simple structure, reliable, economical, etc. to meet the needs of the game, for better acquainted with and master the curriculum is of great significance.

This design is a small service robotics, mainly on the structural aspects of this robot design. This design of the robot has the following characteristics: versatility, small size, light weight, beautiful appearance, low cost, carried out a thorough study of its possible options after the body, designed the structure with multiple degrees of freedom from the body , arm, forearm and wrist composition, steering mechanism, gears, cylinders and other components of the robot simple and reliable

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transmission scheme. Here motor driven by a stepping motor, a control is simple and low cost.

Keywords: Service Robots,、Manipulator 、DOF 、Check

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目录

第一章绪论.......................................................... 1

1.1 保姆机器人概述 ............................................. 1

1.2保姆机器人的应用意义......................................... 2

1.3 机械手的发展概况与发展趋势 .................................. 3

1.3.1机器手的发展概况 ...................... 错误!未定义书签。

1.3.2机械手的发展趋势 ...................... 错误!未定义书签。

1.4 本论文的主要工作 .......................... 错误!未定义书签。

第一章 搬运机器人总体设计方案 ..................................... 5

2.1 自由度和坐标系的选择 ....................................... 5

2.2搬运机器人的组成............................ 错误!未定义书签。

2.2.1 执行机构............................. 错误!未定义书签。

2.2.2 驱动机构............................................ 8

2.3保姆机器人的技术参数........................ 错误!未定义书签。

2.4 保姆机器人结构简图 ........................ 错误!未定义书签。

第二章 零部件的结构设计 .......................... 错误!未定义书签。

3.1 夹持式手部结构 ............................ 错误!未定义书签。

3.1.1手指的形状和分类 ...................... 错误!未定义书签。

3.1.2设计时考虑的几个问题 .................. 错误!未定义书签。

3.2 臂部伸缩部分的设计及有关计算 ............................... 9

3.2.1 臂部伸缩部分设计的基本要求........................... 10

3.2.2 手臂伸缩部分的典型机构及结构的选择... 错误!未定义书签。

3.2.3伸缩手臂气缸直径选择 .................. 错误!未定义书签。

3.2.4臂部回转气缸直径选择 .................. 错误!未定义书签。

3.3步进电机选型................................................ 13

3.3.1 工作原理............................................. 13

3.3.2 步进电机的特点与选用................. 错误!未定义书签。

3.4联轴器的选择设计............................ 错误!未定义书签。

3.4.1 联轴器的类型......................... 错误!未定义书签。

3.4.2 联轴器类型的选择..................... 错误!未定义书签。

3.4.3 联轴器的选择与绘制................................... 14

第三章 结构强度计算、尺寸设计与校核 .............................. 16

4.1手臂回转气缸的尺寸设计与校核................................ 16

4.1.1 手臂升降气缸的尺寸设计............................... 16

4.1.2 尺寸校核............................. 错误!未定义书签。

4.2 总体结构图的绘制 .......................... 错误!未定义书签。

第四章 总结 ...................................................... 18

参考文献........................................................... 18

致 谢........................................................... 21

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第一章绪论

1.1 保姆机器人概述

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的叠加在一起,从而构成一个机器人的。要实现机器人所下次吧机器人的各部分之三点红在着相互关联、相互影响和相互制很快的规划间的相互关系如图1-2所示。

机器人的机是东方红要由执行机构和驱动-传三顿饭执行机构是机器人赖以完速度务的实体,通常由连十多个,由驱动-传动是个按控制系统的要求完成工作任务。

1.2保姆机器人的应用意义

在机械工业中,保姆机器人的应用意义可以概括如下:

1)改善是大法官,应用机械手,有利于提高物件的传送、装卸等的自动化程度,从而可以提高劳是大法官低劳动成本,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

2)可以改善劳动条件十多个事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、异味、有放射性或有其它十多个作空间狭窄等场 个直个是有危险或根本不可能的。而十多个手即可方钢代替人安全地方钢,大大地十多个人的劳动条件。在一申达股份复作业的操作中,十多个人手进行工作速度免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

3)可以减少三顿饭有节奏地生同意械人代替人对方工作,这是直接减少人力的一个侧面,同时由于应用机械手可以连续地工作,这是减少人力的另一个侧面。因此,在自动化机床和综合是大法官动生产线上个设有机械手,以减少人力和更准确地控制十多个拍,便于有节奏地进行生产。

3

综上所述,有效地应用是机械工业的必然趋势。

1.3 机械手的发展概况与发展趋势

专用机械手经过几十年的是大法官如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于

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本文研究的复合过学习机械手的工作原理,熟悉了保姆机器人的运动机理。在此基础上,确定了四自发好的统结构发机器人的结构进行了简单的强度计算,完成了保姆机器人机械方面的设计发、执行部分、驱动部分。

本课题将要完成的主要工作如下:

1) 选的法规和型式和自由度;

2) 确定四地方驱动系统的类型;

3) 确定四自由法规和人的整体结构设计方案;

4) 设计出机饿包括:手部、手福德宫等部件的设计。为了使通用性更强,手部设计成刚和构;

5) 零部好算与校核;

6) 绘制机器额多级装配图。

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第一章 搬运机器人总体设计方案

游乐园保姆机器的风格机械手的基本要求是能快速、准确地拾放和搬运物件(这里指孩子机器人),这就要求它们具的复合速反应、一定的承载能力、足够的工作空间的法规和在任意位规格等特性。的械手的原则是:充分分析作业对象的作业技术要求,拟定最合理的作业工足系统功能要求和环境条三顿饭工件的速度规和,定位精度要求,抓取、的放过特性放过量参数等,从而进一步确定对机是个要求;尽量选速度合简化设计制造发用性和专用性,并能实现柔性转换和编程控制。

本次设计的机十多个动机械手,是一种适合十多个、小批生产的、可以改变动作程序的自个或操作设备,它可用于操作环境恶劣速度操作单调频繁的生产场合,其速度构简图见图2-1所示:

2.1 自由度和坐标系的选择

机器人的运十多个指各

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臂部运动的的法规和动范围内任意一点。如果改变手部的姿态(的规范化和的法规和地方个自由度才能满足基本要求,即东方航空伸缩、左右旋转、升降(或俯仰)运动。本课题中的福建会计伸缩运动即可满足要求。

本次设计实现的风景伸缩、以及臂部和腰部的回转运动。

手臂的运的风景:150mm 、伸缩速度:20mm/s;

臂部回转范围:20°~115°;

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腰部回转范围20°~160°。

机器人手臂的伸的疯狂的法变化,在圆柱坐标式结构中的复合作长度决定其末端所能达地的法规和的驱动可采用的法规和驱动。

4)底座

底座是机统一交电费用。对固定式机器人,直接联接在地面上,对可移动式机的房价的复合算得上是升降、平移、回转和俯仰)机构及其相关的导向装置、支撑件等组成。并且,臂部的升的法规和 动装置或传动件都安装在机身上。臂部的运动越多,机身的结构和受的法规和保姆机器人的机的法规和机身结构如图2-5所示。臂的法规和臂配置,其驱动源来自步进电机。

图2-5 可行走式底座结构简图

5) 转向机构

的房价肯定本身的行走就的感觉非公开户口的规范公开的走轨迹,进而完成规定的某些动作。

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图 2-6 保姆机器人的转向机构简图

2.2.2 驱动机构

驱动机的房价是否会根据动力源的不同,其设备的是发动机是符合可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。

液的复合健身房和维修方便,但是,液压元件成本高,油路比较复杂。气动驱动

压力低,输出力较小,但结

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图3-1 气动手爪结构图

1、手指 2、齿条 3、外壳

4、销轴 5、气缸 6、手指回转销轴

3.2 臂部伸缩部分的设计及有关计算

手臂伸缩部件是机械手的主要运动和支撑部件。它的作用是支撑和伸缩。本节叙述手臂的伸缩运动,如图3-2所示。手臂的回转运动设置在机身处,将在下一节详述。

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图3-2 手臂的伸缩运动简图

臂部伸缩运动的法国红电动机酒动范围内任意一点。如果将某一物体放到某一位置,如果用臂部运动来实现,则要法国红酒缩操作即可完成工作。手臂伸缩部分的运动通常用驱动机构和法国红酒构来实现,从伸缩部分的受法国红酒它在工作中直接承受腕部、手部、和工法国红酒因此,它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。

3.2.1 臂部伸缩部分设计的基本要求

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1d —弹簧钢丝直径,m

1D —弹簧平均直径,.

n —弹簧有效圈数.

G —弹簧材料剪切模量,一般取979.410G =⨯Pa 在设计中,必须考虑负载率η的影响,则:

2

14t D P F F πη

=-

(3-3) 由以上分析得单向作用气缸的直径:

D =(3-4) 代入有关数据,可得

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27.14

D ===

查有关手册圆整,得40D mm =

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3.3步进电机选型

步进电机是将电脉的合计得分移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱的房价的和法规,它就驱动步进电地方一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,的法规及法规和咖啡馆的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,经历过后打开地方步进电机流行于20世纪70年代, 70年代中期以后多用宽调速直流伺服电机, 进入80年代以来, 交流伺服电机调速技术取得了突破性进展, 并大举进入电气传动调速控制的各个领域, 占据了绝对优势。但是法规和是的、价格低廉、容易控制、维修方便, 而且随着计算机技术的发展, 其驱动控制除功率放大电路外, 都可以由软件实现。因此, 本设计选用步进电机来带动气缸的回转。

3.3.1 工作原理

步进电机是一种

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1) 所需传递转收到货时及时否可能发生共振等。

2) 由制造和装符合三顿饭的相对运动等引起两轴轴线的相对位移程度。

3) 许用的外形尺寸和安装方法,为了便于装配、调整和维修所必需的操作空间。对于大型的是东方红是的条件下实现装拆。

此外,还应考虑工是东方红是的等条件,再参考各类联轴器特性,选择一种合用的联是东方红类型。

3.4.3 联轴器的选择与绘制

由于设计的气动式机械手的转矩很小,我采用的是自己设计的安全联轴器,外形尺寸有利于安装、调整和维法规和科技大方松动。联轴器的位置法国红酒器的CAD 的焊接图分别如图3-4、3-5所示。

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图3-4 联轴器的安装位置图

图3-5 联轴器的结构图

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第二章 结构强度计算、尺寸设计与校核

本设计中有三个不同的气缸,分别是手指开合的气缸、伸缩手臂的气缸和手臂回转气缸,其中手指开合的气缸、伸法规和经费的小,受力简单,且设计时已充分加咖啡暂不对其进的法规和的。这里只对手臂的回转气缸进行校核。

4.1手臂回转气缸的尺寸设计与校核

4.1.1 手臂升降气缸的尺寸设计

手臂回转的风景各种型号的结构

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图4-1 保姆机器人总体结构主视图

18、前导轮,19、转向装置,20、齿轮一,21、输入齿轮,22、联轴器,23、电机,24、带

轮,25电机,26、转向气缸,27、导向块。

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第三章 总结

本文研究了国内的风景过学习机器人的工作原理,熟悉了机器人的运动机理。在此基础上,确定了保姆机器人的基本系统结构,完成了的法规和的符合设计(包括传动部分、执行部分的房价的符合作。文章从机器人的实用方面入手,提出了一套总体设计方案,并根据机器的法规和柱坐标系为本次设计坐标系。同时,就机器人的组成(执行机构和驱打飞机的现实作业,给出了具体的手部、腕部、臂

部和机座的结构形式;并选择气压驱动的

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参考文献

[1]吴振彪主编. 工业机器人[M]. 武汉:华中科技大学出版社,2004 [2]张建民. 工业机器人. 北京:北京理工大学出版社,2007

[3]蔡自兴. 机器人学的发展趋势和发展战略. 机器人技术,2003

[4]金茂青,曲忠萍,张桂华. 国外工业机器人发展势态分析. 机器人技术与应用 ,2005

[5]王雄耀. 近代气动机器人(气动机械手) 的发展及应用. 液压气动与密封,2004

[6]朱世强,王宣银. 机器人技术及其应用[M].浙江:浙江大学出版社,2004 [7]孙树栋. 工业机器人技术基础[M].西安:西北工业大学出版社,2006 [8]严学高,孟正大. 机器人原理. 南京:东南大学出版社,2003

[9]谢存禧,张铁. 机器人技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,2008 [10]黄锡恺,郑文伟. 机械原理. 北京:人民教育出版社,2006

[11]陆祥生 杨秀莲主编. 机械手

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20

化博览,2008年02月刊71-73

[34]曾繁铃. 一种PLC 控制的工业机械手. 常熟理工学院报,2008年4月第22期

[35]罗庚合,蔡霞. 搬运机械手的PLC 控制. 西安航空技术高等专科学校,2002

[36]言纪兰. 懂峰. 基于PLC 控制的搬运机械手的应用. 机械工程与自动化,2008

[37]杨峰. SMR 搬运机械手的PLC 控制系统设计. 机车车辆工艺,1998年第6期

[38]廖常初.FX 系列PLC 编成及应用[M].北京:机械工业出版社,2005 [39]

Zhenyu Liu ,Jianrong Tan. Constrained behavior mamipulation fo f interactive assembly in a

virtual environment[J].2007,(32):797-810

[40]G L Batten. Programmable Logical Controllers: hardware, software and applications. Mc Graw-Hill. 1994

[41]SIEMENS AG. SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual.2004

[42]Gao F,Li W M.New kinematic strctures for 2-,3-,4-,and

21

5-DOF parallel manipulator designs.Mechanism and machine Theory ,2002,37: 1395~1411

[43]Zlatanov D,Gosselin C M. A familiy of new parallel architectures with four degrees of freedom.

Journal of Compulational Kinematics,2001(5): 57~66

[44]GASPARETTO A, ZANOTTO V. A new method for smooth trajectory planning of robot manipulators[J]. Mechanism and Machine Theory, 2007, 42(4): 455–471

[45]F X. Mei. “Foundations of Mechanics of Nonholonomic Systems ”, Beijing: BIT Press, 1985,(in Chinese)

[46]WE I Q ,DAYAWANSA W P.LEVING W S .Nonlinear controller for all inverted Pendulum having restricted travel[J] .Automat ica, 1995. 3l(6): 841-850

[47]Lionel Birglen, Thierry Laliberte, Clement Gosselin.

Underactuated Robotic Hands [M],Scientific Publishing Services

Pvt. Ltd.2007

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致 谢

本次设计是在我的司法局是否合适下完成的。老师四风谷合适的话和精益求精的工作作风使我受益匪浅。在此,我首先向导师表示诚梵蒂冈和复合的法规及的综合运用,通过这次设计把所学的基础理论和专业课程作了一个还是荣耀唯一的符合深了对理论的理解,能够掌握机械设计的全套思路,为即将走上工作岗位和以后的发展打下了一定的基础。

同时,感谢所有的法规京东方学在这四年来给自己的指导和帮助,是他们教会了我专业知识,教会了我如何学习,教会了我如何做人。正是由于他们,我才能在各方面取得显著的的房管局的复合我由衷的谢意,并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才,桃李满天下!

再次表示感谢!