五轴机器人主体结构毕业设计及运动仿真

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串联型五自由度机械手的结构毕业设计

串联型五自由度机械手的结构毕业设计

毕业设计(论文)
开题报告
课题名称串联型五自由度机械手的结构设计
系别机电与自动化学院
专业班
姓名
评分
导师(签名
20 年月日
华中科技大学武昌分校
毕业设计(论文)开题报告撰写要求:
1.开题报告的主要内容
1)所选课题国内、外研究及发展状况
2)课题研究的目的和意义;
3)课题研究的主要内容、难点及关键技术;
4)研究方法及技术途径;
5)实施计划。

2.主要参考文献:不少于3篇。

3.开题报告的字数不少于1500字,格式按《华中科技大学武昌分校专科毕业设计(论文)撰写规范》的要求撰写。

4.开题报告单独装订,本附件为封面。

华中科技大学武昌分校学生毕业设计开题报告。

毕业设计(论文)-五自由度桁架机器人的机械结构设计[管理资料]

毕业设计(论文)-五自由度桁架机器人的机械结构设计[管理资料]

目录1 绪论 0 0 (1) (1) (1) (1)本文研究主要内容 (2)2 机器人机构总体方案设计 (3) (3) (3) (3) (5) (5) (5)工作范围(工作半径) (6)桁架机器人材料的选择 (6) (7) (7)机构整体设计 (8)3 桁架机器人气爪结构设计 (9) (9) (10) (11) (13) (16)直线滚动导轨副的计算、选择 (27) (29) (29) (32) (33)总结 (44)致谢 (45)参考文献 (46)全套设计请加197216396或401339828机器人是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。

采用机器人是提高产品质量与劳动生产率,实现生产过程自动化,改善劳动条件,减轻劳动强度的一种有效手段。

它是一种模仿人体上肢的部分功能,按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术装备。

机器人可以代替人手的繁重劳动,显著减轻工人的劳动强度,改善劳动条件,提高劳动生产率和生产自动化水平。

工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作,采用机器人是有效的;此外,它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作,更显示其优越性,有着广阔的发展前途。

本课题的主要内容是采用机器人代替人来进行抓取作业,机器人可以代替很多重复性的体力劳动,从而减轻工人的劳动强度,提高生产效率。

结合设计的各方面的知识,在设计过程中学会怎样发现问题。

并且在设计中融入自己的想法和构思,提高自己的创新能力。

尽力使机器人使用方便,结构简单。

关键词:机器人;结构设计;步进电机;回转1 绪论随着人类科技的进步,社会经济的发展,机器人学成为近几十年来迅速发展的一门综合学科。

它体现了光机电一体化技术的最新成就,机器人作为其中的佼佼者更是发挥了不可磨灭的作用。

在人类社会中,凡是有机械活动的地方,都能看到机器人的身影。

机器人产品的应用已经由核工业和军事科技等高端科学领域向医疗、农业甚至是服务娱乐等民用领域发展了,并且各式各样的机器人正在涌现出来,以惊人的速度延伸到人类活动的各个领域。

新型五轴并串联机床的运动学仿真_伞红军

新型五轴并串联机床的运动学仿真_伞红军

Kinematic Simulation of Novel Five Axes Serial-ParallelMachine ToolHongJun San1, ShiSheng Zhong2, ZhiXing Wang31) Faculty of Mechanical and Electrial Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming,Yunnan, China(sanhjun@)2) School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, China (zss@)3) School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, China (wangzx@)Abstract—In this paper, for the a novel five axes serial-parallel machine tool, The three-dimensional solid model of the machine tool is established in ADAMS. The kinematic simulation of machine tool is carried out in the ADAMS simulation module. On the basis of the kinematic simulation of the machine tool, The results of the previous theoretical analysis are verified , including the number of degrees of freedom, inverse kinematic solution and forward kinematic solution.Keywords—serial-parallel machine tool, kinematic simulation, ADAMS新型五轴并串联机床的运动学仿真伞红军1钟诗胜2王知行31)昆明理工大学机电工程学院,昆明,云南,中国2)哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨,黑龙江,中国3)哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨,黑龙江,中国摘要针对一种新型五轴并串联机床,在ADAMS软件环境下对该机床进行了简化的三维实体建模,应用ADAMS仿真模块对机床进行了运动学仿真,通过仿真验证了机床的自由度数和位置正反解算法的有效性。

五轴搬运机器人毕业设计

五轴搬运机器人毕业设计

开封市技师学院毕业设计题目:西门子PLC在五轴搬运机器人的应用院系:电气工程系班级:10技自动化2班姓名:彩修彪学号:2014年 4 月摘要现代计算机技术的产业革命,将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。

在电子世界领域,从20世纪中的无线电时代也进入到21世纪以计算机技术为中心的智能化现代电子系统时代。

而机械手控制系统则逐步发展为与计算机互联,使机械手控制系统更加智能化,操作更加简单方便。

五轴机器人(机械手)是指能够自动抓取、操作的装置,多用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。

机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成,主要完成移动、转动、抓取等动作。

由于气压技术是以压缩空气为介质,以气源为动力的能源传递技术,其工作可靠性高、使用寿命长、对环境没有污染,所以在机械手的驱动系统中常采用气压技术。

控制系统是五轴机器人(机械手)的指挥系统,他通过控制驱动系统,让执行器按照规定的要求进行工作,并检测其正确与否。

可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统,它将逻辑运算、顺序控制、时序、计数、算术运算等控制程序,用指令形式存放在储存器中,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种机械或生产过程。

与继电器控制线路相比,PLC具有可靠性高、抗干扰能力强;变成简单、使用方便;设计、安装容易,维护工作量少;功能完善、通用性强;体积小、能耗低等特点。

因此,机械手控制系统越来越多的由可编程控制器(即PLC)来实现。

本文以柔控系统中的五轴机器人的程序设计为例,充分利用气动与PLC技术的特点,实现自动化控制。

并给出了对应的I/O分配表,和PLC的外部接线图。

关键词:机械手,自动化,PLC,步进电机目录摘要 (1)目录 (2)第1章引言 (3)1.1五轴机器人(机械手)与PLC的描述 (3)1.2五轴机器人(机械手)与PLC在国内外的现状 (4)1.2.1国外现状 (4)1.2.2国内现状 (4)1.3课题研究的内容、目标以及可行性 (5)1.3.1研究内容 (5)1.3.2研究目标 (5)1.3.3可行性分析 (5)第2章 PLC、气动、步进电机及驱动器的介绍 (6)2.1PLC技术的介绍 (6)2.1.1PLC的历史与发展 (6)2.1.2PLC的特点 (7)2.1.3西门子PLC (8)2.2气动技术的介绍 (9)2.3步进电机及驱动器的介绍 (10)2.4 编码器 (11)第3章五轴机器人(机械手)的动作流程 (17)3.1五轴机器人的动作流程 (17)3.1.1合格工件在分拣单元的动作 (17)3.1.2不合格工件在分拣单元的动作 (17)3.1.3没有工件时分拣单元的动作 (17)3.2分拣单元的元器件 (18)第4章 PLC编程、接线图、分配表 (19)4.1I/0分配表 (19)4.2外部接线图 (19)4.3 PLC程序的编写 (20)第5章安装与调试 (24)总结 (26)参考文献 (27)第1章引言1.1机械手与自动化的描述五轴机器人是机械手的一种。

五轴机床的三维建模和运动仿真

五轴机床的三维建模和运动仿真
2五轴机床的三维建模对于vericut软件由于软件本身带有三维建模的功能能创建方块圆柱旋转面轮廓等模型但是这些只能创建一些简单的机床对于五轴机床由于结构形式的复杂性采用vericut创建不能实现需要在proe中创建机床模型然后在导入到vericut中
2 5 3
山 柬工案技术
五轴机 床 的三维建模 和运动仿真
李庆婷 , 王 宽 ( 天津职业技术师范大学 , 天津 3 0 0 2 2 2)
摘 要 :为改变h  ̄ - Y - - 模 式,提 高零件加 工精度 ,完成复杂型面加 工,加 工 中心 由传统 的三轴加 工向五轴加 工转 变。使用五 轴机床 加工,要 了解 五轴机床各部件的三维建模 过程 和特点。为完成零件 的形状加 工,运 动的仿真尤 为重要 。 关键词 :五轴机床;三维建模;运 动仿 真
0 引 言
பைடு நூலகம்
相 同的距离 。
2 . 3 机 床 配 置
五轴加 工的建模 和运 动仿真 一般 应用在 较复杂 的 曲面 加工 技术 在机床 运动结构定义 完成后 , 需要进行机床初 始化设置 。 打开 配 上 ,如大型 船用 螺旋桨 。五轴机 床加 工中心 采用 了直流 电动机 、高 置 一“ 机床设定 命令 ,弹 出机床 设定对话框 。 速旋 转 电主轴 ,结合 了机 电、通 信 的优 势 。一台机 器就可 以对付 各 ( 1 )加 载 机床 文件 : 选择 配 置 一机床 一打 开机 床 文件 命 令 , 类加 工模 式 ,这 是未来 “ 加工 中心 全 能设 备 的体 现 ,将 能成 为真 选择 在 P r o e 中画好 的模型 的存 储位 置 ,就 可 以把画 好 的机 床模 型 正实 用意 义上的加工 中心。 导入 v e r i c u t 里面了。 ( 2 )控 制 系统 的 导入 : 配置 . 控 制 一打开 控 制文 件 ,也 可 以在 项 目树中 “ 控制 节点下 打开 “ 机床库 ,在 文 1 五轴机 床的概述和优 势 件 列表 框 中选 择 “ h e i 5 3 0 - c t l 便 将此 系统 加 载到 机床 文 件 中 ( 3 ) 1 . 1 五 轴 机 床 安装 圆形毛 坯 : 在组 件树 中选 s t o c k( 0 , 0 , 0 ) ,在 添加模 型中 ,选择 五 轴联 动机床是 在传统 三个线 性坐标 ( x,Y,Z ) 轴 的基础 上增 圆柱 。然后 在 “ 配置模 型”对 话框 中 ,选择 模 型 ,进 而输入 圆 加两 个可 旋转坐 标轴 ,工件 一次夹 装即可 以对五 个面 的同时加 工 , 柱 的高 、 半径。 ( 4 )新建 刀具 : 在项 目树中双 击 “ 加工刀具 选 项 , 也 可 以完 成复 杂空 间 曲面 的高精 度加 工 】 。五 轴机 床通常 有三 种结 弹出 “ 刀具 管理器 对 话框 ,然 后选取 “ 添 加 ”一 铣刀 向导 对 构: ( 1 ) 单 转 台单 摆头五 轴联 动机 床;( 2 ) 双 转台结 构五轴联 动机床; 话框 。由于一把 完整 的铣刀是 由刀 夹、 引伸、切 刀三部 分组成 ,设 ( 3 )双摆 头五轴联 动机床 。 置 完刀具之 后 ,要进行 刀夹 的设置 ,根据 提示 ,完成一 系列 的刀具 1 . 2 五轴 机床的优势 设置。 ( 5 ) 加 工程 序 导入 : 在项 目树 中 ,双 击 数 控 程 序 ,在 ( 1 )适应范 围广 程 序是可编写式 的 ,因此 当加工不 同零件时 , “ 配 置 NC程序 添加 “ NC程序文 件 按钮 ,然后根 据提示选 择 , 只 需改变程序 ,不 改动其他设备 。 ( 2 )加工效率高 数控 设备加工时 根 据编 写的加工 工 艺过 程添 加 的相 应加 工程序 。 ( 6 )G 代码 偏置 : 可 采用较大 的切削量 ,能缩短零件 加工所需要 的时 间。 ( 3 )产 品有 在 项 目树 中双击 “ G代码偏 置 , 将偏 置名 由 “ 机床 零点 改为 “ 工 稳 定的加 工精度 ,提 高了加工 质量 。 ( 4 ) 劳动强度 较低 数控 设备的 作偏 置 ”, 将 寄存器 中的值 由 “ 1 改为 “ 5 4 , 单击 “ 添 加 按钮 , 自动化程度高 ,无 需工人进行繁重 的作业操作 。 完 成 G 代码 的添加 。 2 . 4 碰 撞千涉检查 的设 定 2 五 轴机床的 三维 建模 ( 1 )确定 已选 中的 “ 开 机床仿真 复选框 。在碰撞检 测标签中 , 对于 v e r i c u t 软件 ,由于 软件 本身 带有 三维建 模 的功能 , 能 创建 选中 “ 碰 撞检测 复选 框 。在 “ 忽略 在切 刀和毛 料 间的碰撞 下拉 方块 、 圆柱 、 旋转面轮 廓等模型 , 但是这 些只能创建一些 简单的机床 , 列表框 中选 择否 。在 “ 碰 撞 间隙文 本框 中输 入 2 . 0 。 ( 2 )在 机床 对 于五轴机床 ,由于结构形式 的复 杂性 ,采用 v e r i c u t 创 建不能实现 , 设定 对话框 中,单击 “ 表 标签 ,单击 “ 添加 按钮 。在 “ 位置名 需要在 P r o e 中创 建 机床 模 型 ,然 后在 导 入 到 v e r i c u t 中 。在 v e r i c u t 下拉列表框 中选择 初始机床位置 。 在“ 子 系统 名下拉 列表框中选择 1 。 中机床部 件一般都 是相对于 机床坐标 系创建 的。在 P r o e的机床模型 在 “ 值 ”文 本框 ( 3 )在机 床设定对 话框中 ,单 击行程极 限标签 ,选 上 创建合 适 的坐标 系 ,将会 降低导 入过程 可能 出现 的仿 真模 型的错 中超程错误复选框 。 误 。还应该 注意在 P r o e 中创建 完模型之 后 ,保存 文件 的格 式 ,应该 2 . 5 加工仿真 是v e r i c u t 能够识别 的格 式 。 利用 V e r i c u t 对 叶轮 零件 进行 加工 仿真 。在 仿真 之前 ,通过 面 2 . 1 新建一 个项 目文件 板设 定碰 撞 检 查和 行 程检 查 值 ,结合 信 息栏 对 仿真 进 行分 析 和 检 选择 “ 文件 ”一“ 新项 目” “ 毫米 ,写入你要 建立的文件 的名 测 。 字 。根据 加工 的仿真 要求 ,在项 目树文 件中对 项 目树写 的各项 ,如 数 控系统 、坐标 系统 、加工 刀具等进行相应 的设置。 3 结束语 2. 2 定 义 机 床 运 动 构 件 本文对 五轴机床的发 展做 了简单 阐述 , 提 出了五轴机床 的概 念 , ( 1 )定 义 B a s e 部 件。 由于底座 已经 在 P r o e 中 画好 了,只需 要 对 比出了五 轴机床 的独 特地位 和优势 。另外 ,还整理 出五 轴机床 建 导入 到 V E R I C U T软 件就 可 以了 。首 先在 菜单 栏 中点击 显示 机床组 模和 仿真 的开发 思路和 研发成 果。该五 轴机床 以其 方便快 捷和 强大 件 按钮 , 则 所有的节点就 显示在项 目树 中了。 然后在 B a s e ( 0 , 0 , 0 ) 节点 , 的功能获得 了一致好评 。 点击 鼠标右 键 , 选择 “ 添加模 型 , 选择 “ 模型 文件 , 然后导 出已画 底座模型 。 ( 2 )右击 B a s e ,点击添加 x线性轴 一 在 “ 位置 文 本中 参考文 献 : 定 义 x轴 零点 。在 x轴上 ,右击 添加 Y线 性轴 一 在 “ 位 置 文 本中 1 何 志伟 . 数控 加 工过程建模 和仿真 的研 究与应 用 [ J 】 . 组合 机床 定义 Y轴零 点。 ( 3 ) 跟 x线 性轴并行 的位 置 , 定义线性 Z 轴一 在“ 位 置” … 文本 中定 义 Z轴零 点 。 ( 4 )定义 B旋 转 轴 。在 Y轴 下 ,右击添 加 与 自动 加 工 技 术 , 2 0 0 4 ( 0 3 ) : 5 - 7 . B旋 转轴 ( S p i n d l e ) ,在 “ 快速 速度 ” 中定义 B速度 。然 后添加 模 【 2 】张健 , 唐 清春 , 马仲 亮等 . 某 离心 式压 气机 叶轮 加工 工艺 的分 型 。右 击 B旋转 轴 ,点 击主轴 ,定义模 型 ,完 成操作 。定义 C旋转 析 [ J ] .汽 轮 机 技 术 . 2 0 1 3 , 5 5 ( 0 3 ) : 2 3 8 - 2 4 0 . 轴 。在 Z轴节点 下添加 C轴 , ( 5 )定义 T o o l 轴 。在 S p i n d l e轴节点 下添加 T o o l 轴。 ( 6 )移 动 “ 附属 ”组件 。在 “ 附属 右击选择 剪切 , 作者 简介 :李庆 婷 ( 1 9 8 9 一 ),女 ,山 东滕 州人 ,研 究生在 读 ,研 究 粘 贴在 C轴下 。按照 上述步 骤定义 完成主 要机床 部件 。调入各 轴组 件之前 ,为使 装配 位置不 变 ,在 添加 轴组件 模型 时让其 向方 向移动 方 向 :五 轴 后 置 处 理 。

PPT课件—工业机器人集成系统数字化设计与仿真2.5.5 IRB120机器人5轴小臂

PPT课件—工业机器人集成系统数字化设计与仿真2.5.5 IRB120机器人5轴小臂

图2-175 合并实体
图2-176 绘制草图
2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
(14)在快捷工具栏单击“拉伸”快捷命令,弹出“拉伸”对话框中,“曲线规则”为“单条曲线”, “选择曲线”为如图2-177所示步骤(13)草图曲线,“方向”指定为-YC,“开始距离”输入0, “结束距离”输入2,“布尔”操作选择“合并”,单击“确定”。
(22)单击“拉伸”命令,弹出“拉伸”对话框。“选择曲线”为如图2-185所示,“方向”指定为 YC,“开始距离”-6,“结束距离”6,“布尔”操作选择“无”,单击“确定”。 (23)单击“减去”布尔操作命令,弹出“求差”对话框。“选择体”和“工具体”为如图2-186所 示,单击“确定”。Βιβλιοθήκη 图2-185 外缘轮廓拉伸操作
图2-179 拉伸草图
图2-180 倒斜角
2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
(18)选择“菜单”→“插入”→“在任务环境中绘制草图”,弹出“创建草图”对话框,选择如 图2-181所示的平面为工作平面,单击“确定”,进入草图界面,绘制如图2-181所示直径4的6个 圆,单击“完成草图”,退出草图环境。
(6)在快捷工具栏单击“拉伸”快捷命令, 弹出“拉伸”对话框,“曲线规则”选“单条 曲线”,“选择曲线”为如图2-169所示步骤 (5)绘制的草图曲线,“方向”指定为XC, “开始距离”输入35,“结束距离”输入60, “布尔”操作选“无”,单击“应用”。
图2-169 拉伸草图
2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
LOGO
2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
【例2-13】创建如图2-163所示的工业机器人5轴小臂三维模型。 操作步骤如下。

五轴工业机器人控制系统设计

五轴工业机器人控制系统设计

五轴工业机器人整体结构设计摘要五轴工业机器人是一种工业上的关节机器人,其广泛应用于世界的工业自动化领域,在世界上,我国的五轴工业机器人技术相比于国外发达国家无论是从时间还是技术方面都比较落后,并且很多零部件以及芯片都离不开外货进口。

五轴工业机器人控制系统是五轴工业机器人智能化和人工化的核心系统之一,因此控制系统的功能强度,性能的好坏直接影响着五轴工业机器的整体控制性能以及工作状态。

本文将对五轴工业机器人的控制系统进行硬件系统的设计、软件的选择以及程序的编写,并对它运动轨迹进行规划,对伺服控制系统的电机进行选择、对运作位置进行设计。

关键词:五轴工业机器人;软硬件控制;电机的选择;控制系统设计Design of five-axis Industrial Robot Control SystemAbstractFive-axis industrial robot is an industrial joint robot widely.It is used in the world's industrial automation field. Compared with developed countries, Chinese five-axis industrial robot technology is relatively backward in terms of time and technology, and many parts and chips cannot be separated from foreign imports. Five-axis industrial robot control system is one of the intelligent and artificial core systems of five-axis industrial robot. The function of the control system,whose strength and performance is good or bad directly affect the overall control performance of five-axis industrial robot and the stability of the working state.This design will carry out hardware system design, software selection and program preparation for the control system of the five-axis industrial robot, and planing it’s motion trajectory, selectting the motor of the servo control system, and designing the operation position.Key words:Five-axis industrial robot,hardware and software controlling,Motor selection,control system designing.目录1 前言 (1)1.1本设计的目的、内容及意义 (1)1.2本设计在国内外的发展概况 (3)1.2.1国外研究现状 (3)1.2.2国内研究现状 (3)1.3本设计应解决的主要问题 (4)1.4 研究的基本思路和方法 (4)2对于五轴工业机器人工作的原理分析 (5)2.1五轴工业机器人运作原理 (6)2.2五轴工业机器人控制系统的综合评述 (6)2.2.1五轴工业机器人控制系统的特点 (6)2.2.2五轴工业机器人的贴标工艺 (6)3五轴工业机器人硬件控制系统的设计 (7)3.1控制原理的分析 (7)3.2硬件控制系统组成与内部选择 (7)3.2.1硬件控制系统的组成部分 (7)3.2.2硬件控制系统的内部选择 (8)3.3CPU硬件控制系统的设计 (9)3.3.1CPU硬件控制系统构架设计 (9)3.3.2CPU的控制器的外部电路的设计 (10)3.3.3 JTAG接口线路的设计 (12)3.3.4总控制芯片最小系统设计 (13)3.3.5 FPGA逻辑处理单元设计 (15)3.4伺服电机及伺服驱动器的选择 (17)3.5控制柜的设计 (19)3.5.1控制柜内部电源设计 (19)3.5.2变压器的设计 (21)3.5.3中间继电器的选择 (21)3.5.4急停按钮与指示灯的选择 (22)3.5.5 PLC的选择 (24)3.5.6 I/O板的设计 (26)3.5.7 工控机的选择 (27)3.5.7 导线的选择 (28)3.5.8 控制柜的设计 (29)4.五轴工业机器人的轨迹规划 (30)4.1轨迹规划应考虑的问题 (30)4.2五轴工业机器人的轨迹规划 (31)4.2.2圆弧轨迹规划 (32)5软件的选择与电机的仿真 (33)5.1软件的选择 (33)5.1.1 DEV C++软件界面的介绍 (33)致谢 ...................................................................................................................错误!未定义书签。

基于ADAMS的五自由度机械手的设计及运动学仿真

基于ADAMS的五自由度机械手的设计及运动学仿真
2 机械手运 动学分析
机 械 手 运 动 学 分 为 两 类 基 本 问题 :一 类 是运 动 学正 问题 ,根 据 已知 的 各项 参 数 求 解末 端 执行 器 相 对 于 绝对 坐 标 系 的位 置 和 姿 态 ; 另一 类是 运 动 学 逆 问题 ,根 据 已给 定 的满 足 工 作 要 求 时末 端 执 行 器 相 对 于 绝 对 坐 标 系 的位 置 和 姿 态 以及 结 构 参 数 ,求 各 连 杆 以及 运 动 副 的运 动 参 数 。 由于 已 知 末 端 执 行 器 的位 置 和 姿 态 , 因此 可 通 过 机 械 手 逆运 动 学方 程对 本机 械 手进 行求 解 。
1.2 机械手结构参数 根 据 其 使 用 要 求 , 机 械 手 的 旋 转 半 径
R=1 3 1 m m , 抓 取 时 末 端 执 行 器 距 离 平 台 H。=100mm,基 座在 旋 转时 末端 执 行器 距 离平 台为 Hl:110mm。为达 到其 使用 要 求 ,大 臂LI=110mm, 小臂L2=60mm,腕部L3=75mm。
l 匐 似
基于ADAMS的五 自由度机械手的设计及运动学仿真
Design and kinem atics sim ulation of m anipulator w ith f ive degrees of
freedom based on A 队 M S
陈向伟,高 强 ,肖 冰
CHEN Xiang.wei, GAO Qiang,XIAO Bing
0 引言
机 械 手 是 具 有 传 动 执 行 装 置 的 机 械 , 它 由 臂 、关 节 和 末 端 执 行 装 置 构 成 ,组 合 为 一 个 相 互 连 接 和 相 互 依 赖 的运 动 机 构 ,且 具 有 可 改 变 的 和 反 复 编 程 的 自动 机 械 装 置 ,是 机 器 人 核 心 部 件 之 一 。 近 年 来 随 着 工 业 自动 化 以 及 信 息 化 的 发 展 , 机 械 手 被 广 泛 应 用 于 各 个 领 域 ,在 高 温 、 高 压 和 粉 尘 等 各 种 恶 劣 的 作 业 环 境 中 以及 一 些具 有 危 险 性 的场合 它 可以代 替人 连续 的工 作 。它已经 成为 实 现 生产过 程 自动化 ,提 高 劳动 生产 率和 实现 安全 生 产 不可 缺少 的 自动 化设 备 ,因此分析 和 研究机 械 手 在失 重法 飞灰 测碳仪 中的应 用是 非常必 要 的。
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摘要工业机器人是一种集多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备,随着科学与技术的发展,工业机器人的应用领域也在不断扩大。

虽然近年来我国工业机器人的需求量逐年增加,但目前国产的机器人大多还需要进口,这与我国快速的发展的工业水平不相适应。

本文以FES TO柔性生产线装配工作站的三菱工业机器人为基础,针对五轴工业机器人的主体结构进行设计,其中包括各运动关节电机和传动机构的选型设计;机器人主体机构三维建模;机器人关键零部件的三维建模和工程图绘制;通过机器人手腕、前臂、后臂、立柱和底座这几部分的结构设计及运动仿真,探讨在solidworks 软件环境下, 建立了机械手臂的三维实体建模、虚拟装配、动态模拟和干涉检查, 并运用solidw orks的motion模块进行机械手臂的运动仿真,实现Solidworks软件环境下机械手臂的虚拟设计。

本设计的工业机器人采用交流伺服电机及带传动的工作方式,机器人传动环节减少,结构简单,提高了系统的精度,减少维护工作量,同时也简化了生产工艺,降低了生产成本。

关键词:工业机器人、结构设计、仿真模拟、solidworksAbstractThe industrial robot is a set of advanced technologies in the integration of multidisciplinaryimportant modern manufacturing equipment, with the development of science and technology, theindustrial robot applications are constantly expanding. Although in recent years the demand robot ofour country increases year by year, but at present homebred robot also need to be imported, and thisdoes not suit to China's rapid industrial development level.This paper is based on the Mitsubishi industrial robot of FESTO flexible manufacture systemassembly workstation based on five axis robot, structure design, including the movement of eachjoint motor and transmission mechanism design of the robot body mechanism; 3D modeling; robotkey parts of the 3D modeling and engineering drawing; through the robot wrist, forearm, arm acolumn and a base, the parts of the structure design and the movement simulation, discusses in theSolidWorks software environment, to establish a mechanical arm of the 3D solid modeling, virtualassembly, dynamic simulation and interference check, and by using the SolidWorks motion modulefor mechanical arm movement simulation, implementation of Solidworks software environment forvirtual design of mechanical arm. The design of the industrial robot driven by AC servo motor andbelt transmission mode, the robot transmission link is reduced, and has the advantages of simplestructure, improve the precision of the system, reduces the maintenance workload, but also simplifiesthe production process, reduce the production cost.Key words: industrial robot, structure design, simulation, SolidWorksV第一章绪论目录 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 国内外研究综述 (2)1.3 研究现状 (4)1.4 研究意义 (7)第二章设计选型 (8)2.1 机构选型 (8)2.1.1运动机构 (8)2.1.2 传动机构 (10)2.1.3控制机构 (11)2.2电机选型 (13)第三章机械部分设计 (18)3.1 设计内容 (18)3.1.1机器人手腕设计 (18)3.1.2机器人前臂设计 (20)3.1.3机器人后臂设计 (22)3.1.4机器人立柱设计 (24)3.1.5机器人底座设计 (27)第四章机器人装配及运动仿真 (29)4.1 机器人装配 (29)4.2机器人运动仿真 (42)第五章市场前景 (44)5.1 市场分析 (44)第六章总结与展望 (45)6.1总结 (45)6.2展望 (45)致谢 (46)参考文献 (47)第一章 绪 论1.1 选题背景工业机器人是一种集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进 技术于一 体的现代 制造业重 要的自动 化装备。

我国工业机 器人研究开始于20 世纪80 年 代中期,在国家的支持下,通过“七五”、“八五”科技攻关,已经基本实现了实验、引进到自主开发的转变,促进了我国制造业、勘探业等行业的发展 。

但随着我国 门户的逐渐开放, 国内的工业机器人产业面临着越来越大的竞争 与冲击。

虽然我国机器人的需求量逐年增加,但目前生产的机器人还很难达到所要 求的质量,很多机器人的关键部件还需要进口。

所以目前来说,我国还处在一个机 器人消费型的国家。

我国现有的机器人研究开发和应用的工程单位超过200家,其中从事工业机器人研究和应 用的超过80 家。

基本掌握了操作机的设计制造技术、控制系统硬件和 软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,开发出弧焊、点焊、装配、搬运等机器人,目前生产的 各类工业机器人中有90%以上用于生产中 。

近年,我国机器人市场保 有量将增至48600 台,年销售额约90 多亿元。

根据发达国家产业发展与升级的历 程和工业机器 人产业化发展趋势预测,到2015 年,我国机器人市场容量将达十几万台套 。

现代 制造业中 , 自动化 程度要求 非常高, 各种机械 手臂在现 代自动化生产线 中扮演着十分重要的角色。

例如, 挖掘机本身就是一个液压驱动的机械手臂、汽车 生 产 过 程 中 的 喷 漆 机 器 人 、 海 洋 水 下 生 产 系 统 安 装 时 用 到 的ROV(RemotelyOperated Vehicles)等, 各种设备中机械手臂的设计成为关键技术 。

在机 械手臂的 设计及控 制过程中 , 机械手 臂的运动 轨迹及 作业空间是关键的 参数, 目前求解的方法主要有解析法、图解法、数值法等。

解析法表达式过于复杂, 直观性不强, 不适于工程实际应用;图解法采用正投影原理, 把机械手的作业空间 问题转化为平面几何问题来处理, 得到的是作业空间的各类剖截面或剖截线。

这种 方法 直观性强 , 但受到 自由度数 目的限制 , 当关节 数较多时图 解过程就变得非常 复杂, 必 须进行分组处理;数值法首先计算机械手作业空间边界曲面上的特征点, 然后 用这些点 构成的线 表示机械 手的边界 曲线, 最 后用这些边 界曲线构成的面来[ ] [2] [ ] [ ]表示机械手的边界曲面, 此方法通用性强,但计算量非常大。

本 文以五自 由度机 械手臂为 例, 探 讨在solidworks 软件环境 下, 建立 机械手 臂的三维实体建模、虚拟装配、动态模拟、干涉检查, 并运用solidworks 的motion 模块 进行机械 手臂的运 动仿真, 以期仿真 出机械手 臂的运动轨 迹及作业空间, 实 现Solidworks 软件环境下机械手臂的虚拟设计。

1.2 国内外研究综述随着工业机 器人发展的深度和广度, 以及机器人智能水平的提高,工业机器 人已在众多领域得到了应用。

自从20 世纪60 年代初人类创造了第一台工业机器人 以后,工业 机器人就显示出它极大的生命力,在短短50 年的时间中,工业机器人技术得到了迅速的发展 。

目前,工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制 造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制 造业等领域中。

在工业生产中,弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器 人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。

其标准化、模块化、 网络化和智能化的程度越来越高,功能也越来越强,正在向着成套技术和装备的方向发展 。

随着科学与 技术的发展, 工业机器人的应用领域也不断扩大。

目前也已开始 扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服 务业领域中。

如,水下机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、擦玻璃机器人、高压 线作业机器人。

即工业机器人的应用向大、异、薄、软、窄、厚等难加工领域深化扩展 。

随着人 们生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩, 未来的机器人将 为提高人类的生活质量发挥越来越重要的作用。

在国内,工业机器人产业势头十分强劲。

首先是我国汽车工业的高速发展,对汽车制造装配 提出了大量的需求。

2000 年开始, 受国家宏观调控及居民消费水平提高 的影响,我国汽车 工业发展进入了一个历史性的高速增长期 。

针对这种局 面,国内汽车自主品牌生产厂家纷纷加大研发和投资力度。

工业机器人是汽车生产 中的一种主 要的自动化设备, 在整车及零部件生产的弧焊、点焊、喷漆、搬运、 涂胶等工艺中有大量应用,整个行业的增产扩能增加了对工业机器人的需求。

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