六自由度机械手设计说明书要点Word格式.docx
《六自由度机械手设计说明书要点Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《六自由度机械手设计说明书要点Word格式.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![六自由度机械手设计说明书要点Word格式.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2022-10/12/31791dfc-c33a-4907-a229-a9a5bf33a442/31791dfc-c33a-4907-a229-a9a5bf33a4421.gif)
应用机械手代替人进行工作,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的工作,这是减少人力的另一个侧面。
因此,在自动化机床的综合加工自动线上,目前几乎都设有机械手,以减少人力和更准确的控制生产的节拍,便于有节奏的进行工作生产。
应用前景
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。
它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力,在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
机械手是在机械化,自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
在现代生产过程中,机械手被广泛的运用于自动生产线中,机械人的研制和生产已成为高技术邻域内,迅速发殿起来的一门新兴的技术,它更加促进了机械手的发展,使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活,但它具有能不断重复工作和劳动,不知疲劳,不怕危险,抓举重物的力量比人手力大的特点,因此,机械手已受到许多部门的重视,并越来越广泛地得到了应用
目录
机械手的设计
一、方案设计
方案一:
机械手采用气动控制,气压传动,其优点:
1)以空气为工作介质,来源放不安,且用后可直接排入大气而不污染环境。
2)空气粘性小,损失小,节能高效。
3)动作迅速、反应快、维护简单、不易堵塞。
4工作环境适应性好,安全可靠。
5)成本低、过载能自动保护。
缺点:
1)工作速度稳定性差。
2)不易获得较大的推力或转矩。
3)有较大的排气噪声,4)以空气无润滑性能,需在气路中设计给油润滑装置。
方案二:
机械手采用电气控制,机械传动,其优点:
1)精度高,伺服电机作为动力源,同步带等组成结构简单且效率高的传动机构。
2)控制精度高,根据设定的参数实现精确控制,在高精度传感器、计量装置、计算机技术的支持下,能够大大超过其他控制方式达到的控制精度。
3)改善环保水平,由于使用能源品种的减少及其优化的性能,污染减少了,噪音降低了,能够提供良好的工作环境。
4)降低噪音,其运行噪音低于70分贝,大约是液压驱动的三分之二。
因此选用电气控制,机械传动,局部气动的机械手。
能够更好的发挥两者的优点避免缺点。
二、结构设计
气动控制运动结构图如下图所示:
电气控制运动结构件图如下图所示:
其中电气传动的回转等复杂动作因采用的伺服电机及计算机控制,较气动控制简单,因此该结构选取完全的电气控制。
而其机械手的加持可采用气动控制。
1、电机的选择
机械手除去加持装置总共有六个自由度,总共需用六个伺服电机。
1)主回转轴电机的选用
主电机传动比选择:
i=25
主回转轴电机转矩,转动惯量计算:
11J1=md2=⨯50⨯0.3352=0.701kg⋅m288
11222J2=md=⨯80⨯1.3=33.8Kg⋅m44
J+J0.701+33.8=0.055Kg⋅m2Jmax=1
22=i625
11T1=mgr=⨯50⨯10⨯0.335=41.8N⋅m44
11T2=mgL=⨯80⨯10⨯1.3=520N⋅m22
T+T41.8+520T电=12==22.472N⋅mi25
根据转矩、转动惯量选择电机型号:
松下电机MGMA3KW,额定转矩28.4N·
m,最大转矩,63.7N·
m,电机转动惯量,55.7⨯10-4Kg⋅m2,额定转速1000r/min,最大转速,2000r/min,外形分类F型。
2)大臂摆动电机选用
传动比选择:
电机转矩,转动惯量计算:
11J=md2=⨯80⨯1.22=28.8Kg⋅m244
J28.8J电=2=2=0.004608Kg⋅m2i25
11mgL=⨯80⨯10⨯1.2=480N⋅m22
T480T电===19.2N⋅mi25
m,T=最大转矩,63.7N·
3)大臂转动电机选用
i=10
电机转矩转、动惯量计算:
11J=md2=⨯80⨯0.0652=0.0325Kg⋅m288
J0.0325J电=2==0.000325Kg⋅m2i100
11T1=mgr=⨯30⨯10⨯0.065=4.875N⋅m44
11T2=mgL=⨯30⨯10⨯0.55=82.5N⋅m22
T+T4.875+82.5T电=12==8.7375N⋅mi10
松下电机MGMA900W,额定转矩8.62N·
m,最大转矩,19.3N·
m,电机转动惯量,11.2⨯10-4Kg⋅m2,额定转速1000r/min,最大转速,2000r/min,外形分类D型。
4)小臂摆动电机的选择
i=15
11J=md2=⨯20⨯0.552=1.5125kg⋅m244
J1.51252J电=2==0.0051Kg⋅m2i15
11T=mgL=⨯20⨯10⨯0.55=55N⋅m22
T55T电===3.67N⋅mi15
5小臂转动电机选择
11222J=md=⨯20⨯0.13=0.04225kg⋅m88
J0.04225==0.0004225Kg⋅m22i100
11T=mgr=⨯20⨯10⨯0.065=3.25N⋅m44
T3.25=0.32N5⋅mT电==i10
松下电机MDMA750W,额定转矩3.57N·
m,J电=最大转矩,10.7N·
m,电机转动惯量,6.2⨯10-4Kg⋅m2,额定转速2000r/min,最大转速,3000r/min,外形分类D型
5)手腕摆动电机选择
11J=md2=⨯5⨯0.0452=0.0025kg⋅m2
44
J0.0025J电=2==0.000025Kg⋅m2i100
11T=mgL=⨯5⨯10⨯0.045=1.125N⋅m22
T1.125T电===0.1125N⋅mi10
松下电机MQMA200W,额定转矩0.64N·
m,最大转矩,0.91N·
m,电机转动惯量,0.42⨯10-4Kg⋅m2,额定转速3000r/min,最大转速,5000r/min,外形分类A型。
2、V带的选择
该机械手中大臂摆动和手腕摆动需要选择V带。
1)大臂摆动V带选择
①计算功率:
Pca=KAP=1.2⨯3000=3.6Kw小带轮转速:
n1=1000
由上述数据可以选择带型为A型;
根据参考文献【1】P155和P157可以选择小带轮直径为:
dd1=100mm计算得大带轮直径dd2=idd1=4⨯100=400mm
②验算带速:
v1=πdd1n1
60⨯1000=3.14⨯100⨯1000=5.23m/s符合V带选择标准。
60⨯1000
中心距的初算:
0.7(dd1+dd2≤a0≤2(dd1+dd2
得350≤a0≤1000,取a0=800;
③计算相应带长:
(dd1+dd22
Ld0≈2a0+(dd1+dd2+=1600+785+78.125=2463.1mm24a0π
根据参考文献【1】P146,Ld=2240mm同时查得长度系数KL=1.06;
④计算中心距:
a≈a0+
中心距的变动范围:
Ld-Ld0=688mm2
amin=a-0.015Ld=688-33.6=654mm
amax=a+0.03Ld=688+67.2=755mm
⑤验算小带轮包角:
57.3°
°
α1≈180-(dd2-dd1=180-300⨯=155°
a688°
大于90°
符合要求。
⑥确定带的根数:
z=PcaPca3.6===4根Pr(P0+∆P0KαKL(0.95+0.11⨯0.93⨯1.06⑦确定带的初拉力:
(F0min=500
=500⨯(2.5-KαPca+qv2Kαzv(2.5-0.93⨯3.6+0.1⨯5.2320.93⨯4⨯5.23
=145.2+2.7=147.7N
对于新安装的V带初拉力为1.5(F0min,对于运转后的V带初拉力应为
1.3(F0min
⑧计算带传动压轴力:
2
=2⨯4⨯147.7⨯sin77.5°
=1148.1NFP=2zF0sinα1
2)手腕摆动的V带的选择:
Pca=KAP=1.2⨯200=0.24Kw
小带轮转速:
n1=3000
由上述数据可以选择带型为Z型;
dd1=75mm计算得大带轮直径dd2=idd1=4⨯75=300mm
60⨯1000=3.14⨯75⨯3000=11.775m/s符合V带选择标准。
得262≤a0≤750,取a0=400;
Ld0≈2a0+(dd1+dd2+=800+588+87.89=1475.8mm24a0π
根据参考文献【1】P146,Ld=1400mm同时查得长度系数KL=1..14;
Ld-Ld0=362.1mm2
amin=a-0.015Ld=362-21=341mm
ama