搬运机器人申缩臂的机电一体化设计(说明书+CAD图纸)

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  • 适用:本科,大专,自考
  • 更新时间2024年
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搬运机器人申缩臂的机电一体化设计(说明书+CAD图纸)

                                     搬运机器人申缩臂的机电一体化设计
摘要 本文简要介绍了搬运机器人的概念,申缩臂硬件和软件的组成,即51单片机控制的气动申缩臂的系统工作原理,申缩臂各个部件的整体尺寸设计,气动技术的特点,51单片机控制的特点。本文对申缩臂进行总体方案设计,确定了申缩臂的坐标形式和自由度,确定了申缩臂的技术参数。同时,设计了申缩臂的夹持式手部结构,设计了申缩臂的手腕结构,计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了申缩臂的手臂结构。设计出了申缩臂的气动系统,绘制了申缩臂气压系统工作原理图,大大提高了绘图效率和图纸质量。利用51单片机对申缩臂进行控制,选取了合适的单片机的型号,根据申缩臂的工作流程制定了51单片机的控制方案,画出了申缩臂的工作时序图,并绘制了51单片机的控制程序。
关键词: 搬运机器人 申缩臂 气动 51单片机

第一章   引 言

1.1 搬运机器人概述
搬运机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,是一种仿人操作,自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况,是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用伸缩臂可以提高生产的自动化水平,可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中,它代替人进行正常的工作,意义更为重大。因此,在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。伸缩臂的结构形式开始比较简单,专用性较强,仅为某台机床的上下料装置,是附属于该机床的专用伸缩臂。随着工业技术的发展,制成了能够独立的按程序控制实现重复操作,适用范围比较广的“程序控制通用伸缩臂”,简称通用伸缩臂。由于通用伸缩臂能很快的改变工作程序,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。
气压传动伸缩臂是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的伸缩臂。其主要特点是:介质李源极为方便,输出力小,气动动作迅速,结构简单,成本低。但是,由于空气具有可压缩的特性,工作速度的稳定性较差,冲击大,而且气源压力较低,抓重一般在30公斤以下,在同样抓重条件下它比液压伸缩臂的结构大,所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。
气动技术有以下优点:
(1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低,工作介质提取容易,而后排入大气,处理方便,一般不需设置回收管道和容器:介质清洁,管道不易堵存在介质变质及补充的问题.
(2)阻力损失和泄漏较小,在压缩空气的输送过程中,阻力损失较小(一般不卜浇塞仅为油路的千分之一),空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样,造成压力明显降低和严重污染。
(3)动作迅速,反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护,便于自动控制。
(4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中,因此,发生突然断电等情况时,机器及其工艺流程不致突然中断。
(5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中,气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越,而且不会因温度变化影响传动及控制性能。
(6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低,因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求,制造容易,成本较低。传统观点认为:由于气体具有可压缩性,因此,在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(尤其在高速情况下,似乎更难想象)。此外气源工作压力较低,抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受,而且对于不太复杂的伸缩臂,用气动元件组成的控制系统己被接受,但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够,因此在工业自动化领域里,对伸缩臂、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。

1.2 伸缩臂的设计要求
1.2.2 课题的设计要求
本课题将要完成的主要任务如下:
(1)伸缩臂为通用伸缩臂,因此相对于专用伸缩臂来说,它的适用面相对较广。
(2)选取伸缩臂的座标型式和自由度。
(3)设计出伸缩臂的各执行机构,包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强,手部设计成可更换结构,不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件,在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。
(4)气压传动系统的设计
本课题将设计出伸缩臂的气压传动系统,包括气动元器件的选取,气动回路的设计,并绘出气动原理图。
(5)伸缩臂的控制系统的设计
本伸缩臂拟采用51单片机 (51单片机 )对伸缩臂进行控制,本课题将要选取51单片机 型号,根据伸缩臂的工作流程编制出51单片机 程序,并画出梯形图。


目   录


第一章  引言
    1.1申缩臂概述............................................... ..............1 
1.2申缩臂的设计要求..........................................................2
1.3申缩臂的系统工作原理及组成.............................................2
第二章 申缩臂的整体设计方案
2.1申缩臂的座标型式与自由度 ..............................................6
2.2申缩臂的手部结构方案设计 ..............................................7
2.3申缩臂的手腕结构方案设计...............................................7
2.4申缩臂的手臂结构方案设计...............................................7
2.5申缩臂的驱动方案设计...................................................7
2.6申缩臂的控制方案设计...................................................8
    2.7申缩臂的主要技术参数...................................................8
第三章 手部结构设计
3.1夹持式手部结构.........................................................10 3.1.1手指的形状和分类
3.1.2设计时考虑的几个问题
3.1.3手部夹紧气缸的设计
第四章 手腕结构设计
4.1手腕的自由度...........................................................14
4.2手腕的驱动力矩的计算...................................................14
4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩
4.2.2回转气缸的驱动力矩计算
4.2.3回转气缸的驱动力矩计算校核
第五章 手臂伸缩,升降,回转气缸的设计与校核
5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核.............................................20
5.1.1尺寸设计
5.1.2尺寸校核
5 .1 .3导向装置
5 .1 .4平衡装置
5.2手臂升降部分尺寸设计与校核.............................................21
5.2.1尺寸设计
5.2.2尺寸校核
5.3手臂回转部分尺寸设计与校核.............................................23
5.3.1尺寸设计
5.3.2尺寸校核
第六章 气动系统设计
6.1气压传动系统工作原理图及元器件的选择...................................25
第七章 申缩臂的51单片机控制系统设计
7.151单片机的选择及工作过程.........................................26
7.1.151单片机的选择
7.1.251单片机的工作过程
7.251单片机的使用步骤...............................................27
7.3申缩臂51单片机控制方案...........................................28
    7.3.1控制系统的工作原理及控制要求
    7.3.2 气动申缩臂的工作流程
    7.3.3 I/0分配
    7.3.4梯形图设计
第八章 结论...................................................................36
致谢..........................................................................37
参考文献......................................................................38

参考文献:
  1.张建民.搬运机器人.北京:北京理工大学出版社,1988
2.蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.机器人技术,2001, 4
  3.金茂青,曲忠萍,张桂华.国外搬运机器人发展势态分析.机器人技术与应用 ,2001
4.王雄耀.近代气动机器人(伸缩臂)的发展及应用.液压气动与密封,1999, 5
5.严学高,孟正大.机器人原理.南京:东南大学出版社,1992
6.机械设计师手册.北京:机械工业出版社,1986
  7.黄锡恺,郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社,1981
8.成大先.机械设计图册.北京:化学工业出版社
  9.郑洪生.气压传动及控制.北京:机械工业出版社,1987
  10.吴振顺.气压传动与控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1995
11.徐永生.气压传动.北京:机械工业出版社,1990, 5


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