四自由度机械手设计与仿真.txt

1、 本文由jinliang100贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。本科生毕业论文(设计) 本科生毕业论文(设计)题 目:四自由度机械手设计与仿真 081201) 交通运输 (081201) 孙 霖 2004402320 汽车与交通工程学院 孙 群 2008 年 5 月 24 日专业代码: 专业代码: 作者姓名: 作者姓名: 学 单 号: 位:指导教师: 指导教师:原创性声明本人郑重声明:所提交的学位论文是本人在导师指导下, 独立进行研究取得的成果.除文中已经注明引用的内容外, 论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含 为获得聊 学

2、或其他教 机 的学位 用过的 . 本文的研究作 重 贡献的 人 体, 已在文中 明 明.本人 本声明的 .学位论文作者 名: 指 导 教 师 名:日 日 聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)机械手 的 用工业,业中,发重 的作用.四自由度机 械手作为currency1“ 的 ,重 的研究fifl.本文 机 ,成 四自由度机械手机械的设计与仿真.论文提 机 的机械 手设计” 体设计 . 用 设计件 CAXA2007 进行机械手件 的设计.在 , 用学仿真件 ADAMS2004 机械手进行 机建 与仿真,机械手设计中 在的,进行 的进.为 机械手的 工, 用 CAXA2007 件

3、中的 工 机械手件进行 工 程.四自由度机械手机械的设计与仿真为 的 机 .:机械手;四自由度; 设计;机; 工 :i聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)AbstractThe manipulator has been widely used in industry and agriculture, and it hasplayed a great role in those fields. The manipulator with four freedom of motionis an important form and has significant research

4、value. This article designed the mechanical system of a manipulator with four freedom of motion based on virtual prototype technology. This article proposed the design thought and design plan of the manipulator. Based on this work, the mechanical system of themanipulator was designed based on CAXA20

5、07. Then, the manipulator was modeled and simulated based on ADAMS2004. To realize physical machining, this article introduced the computer numerical programming of the manipulator. The design andsimulation of the manipulator is a good basis of the following physical manufacture. Key words :the mani

6、pulator; four freedom of motion; three dimensional design; virtual prototype; numerical control machiningii聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)目 1 1 体 设计 11.1 四自由度机械手设计 1 1.2 四自由度机械手机械设计” 2 1.3 四自由度机械手的体 2 1.4 四自由度机械手的 学 32 四自由度机械手件的 设计 4 四自由度机械手件的2.1 设计件 CAXA 4 2.2 机械手 件设计 4 2.3 机械手其件设计 5 2.4 机械手 机选 7 2.5 件

7、的选择 9 2.6 机械手的 103 四自由度机械手的机建 与 123.1 机 12 3.2 四自由度机械手的机建 12 3.3 仿真 果 144 四自由度机械手机械件的 工 程 16 四自由度机械手机械件的 工 程4.1 工 16 4.2 工的 本 程 16 4.3 车 工 程 17 4.4 工 程 18论 21 文献 22I聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)四自由度机械手 与件 四自由度机械手 与件 23 36II聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)四自由度机械手设计与仿真 机械手是能 仿人手 的 些作功能,用 按固 程序抓取,搬运 件或操作工的自操作

8、 置1.可代替人的繁重劳 现生产的机械化 自化,能在害环境下操作 保护人身安全,因 用机械 ,冶金, 子,轻工 原子能门. 机械手“ 由手 运机 组成.手是用来抓持工件(或工)的件, 根据被抓持 件的状,尺寸,重量, 作业 求 多 ,如夹 持 ,托持 吸 .运机 , 手成各转(摆) ,移或复合 运来 现规 的作,变被抓持 件的位置 姿势2. 机械手的类,按 可为液压 ,气 , ,机械 机械手; 按适用范围可为专用机械手 通用机械手两;按运轨迹 可为点 位 连续轨迹 机械手.机械手通常用作机或其机器的 置, 如在自机或自生产线 卸 传递工件,在 工中心中更换刀.些 操作 置需 由人直接操纵,如用

9、原子能门操持危险 品的“从 操作手3.1 体 设计1.1 1.1 四自由度机械手设计 四自由度机械手由机械本体 ,伺服,计算机 ,传 感 通信接口组成4. 1.1.1 机械本体 从机 学的角度来,机器手机械 可看作由currency1列连杆通过旋转 节(或移 节)连接起来的开 运链. 1.1.2 节伺服 机械手本体机械 的作靠的是 节,机器人的 节 多是 闭环 的原 来进行的.常用的单元是各伺服 机,由currency1般伺服 机1聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)的输 转速很高(1000r/min10000r/min),输 转矩小, 节需带的负载的转 速不高,负载矩却不小

10、.因,在 机与负载之间用currency1套传 置来进行转速 转矩的匹. 1.1.3 计算机 各 节伺服的指令值由“计算机计算后在每 采周 给 .计算机通 过轨迹规划,得到空间轨迹在各采时刻的 据,通过 运学计算 空间 据 转变为各 节的指令值.通常的机械手采用“计算机与 节计算机 计算机 .时为 现 能 , 需 包 在内的各传感信号进行采 , 进行人工 能的, 题求 , 规划, , 时 由 计算机 . 1.1.4 感 与通信接口 机器人 常 进行工作, 与周围环境保持 的 .除 节伺服 中 用的位置, 速度, 速度的传感器 ( 为机械手的内传感器) , 机械手 可 , , 多类 的传感器(

11、为机械手的外传感 器) , 传感信号的采 . 由研究时间,金, 验件所,本论文论机械手的机械设 计与仿真. 四自由度机械手机械 机械设计” 1.2 四自由度机械手机械设计” 先 用 CAXA2007 件作为currency1设计工进行四自由度机械手的 机械件设计,建立 .“后,经 后, 用 ADAMS2004 件, 生成机,进行机械机,其运轨迹 机械件的 现.fi后, 用 CAXA2007 件中的 工 , 写机械件的 工程序.根据 工作, 可 工 机. 1.3 四自由度机械手的体 1.3 四自由度机械手的体 1.3.1 机械手自由度的选择 机械手运机 的fl ,旋转独立运 , 为机械手的自由度

12、. 自由度是机械手设计的 .自由度多,机械手的 性 ,通用性 ,其 也复.在机械手用,成本 度 题后,本论文选 择机械手的自由度为 4 ,”端行器(夹持器)可 自由开合,能 成 体 的抓,移,作.机械手的原 如 1 所.2聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计) 1 机械手的原 1.3.2 机械手机械的 体设计 机械手机械的 体设计 本论文设计的四自由度机械手由 ,currency1号 机,中心直 ,currency1 ,夹持器 节,夹持器固 节,四号 机,号 机, 号机,currency1号 机 转 组成,机械手 体 如 2 所.1. 2.currency1号 机 3.中心直

13、4. 5.currency1 6.夹持器 节 7.夹持器固 节 8.四号 机 9.号 机 10. 号 机 11.currency1号 机 12.转 2 机械手的 体 1.4 四自由度机械手的 学 1.4 机械手四 自由度,其”端行机 位置 机械本体不 的变化. 如果 ”端行器进行 的 , 其空间位置进行 的 . 用 变换不能 进行 ,也能 表 算,计算机 计 算机学 题5.3聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)四自由度机械手件 设计 件的 2 四自由度机械手件的 设计2.1 设计件 CAXA CAXA 是 空 学开发的currency1套 设计件, ,如 CAXA 工 , 工

14、程师 , 子 体设计 6.本 文 用 CAXA 件设计机械手的机械件,包 机 ,手 ,手 ,夹持器 传与 置. 2.2 机械手 件设计 机械手的件是传设计,根据机械手的 求,设计的 如下: (1) 传 为 i =3:1; (2) 两 为 m=2.0; (3) 压角为= 20; (4) 中心 选择 =167mm. 设计: 度 直 D1=mZ=3/4=1673/4=125mm, 取 120mm; Z1=120/2=60 ;高计算 h=ha+hf =(2ha*+c*)m=5.0mm;取 度 20.0mm.设计的中心 如 3 所.A-A 3 的设计小设计: 度 直 D2=1/3D1=41.3mm, 取

15、 40mm; Z2=1/3Z1=20 ,设计的小如 4 所.4聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)A-A 4 小的设计的 体 如 5 所. 5 的 体 机械手其件设计 其 2.3 机械手其件设计 用 CAXA 件 机械手的其机械件设计,如 6 9 所. 6 体 5聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计) 7 的 体 8 转 体 9 转 体 6聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)2.4机械手 机选 伺服 机是currency1 容量的 机, 用自 置的 中,其作用是 信号转换成的角位移或角速度, 信号 时 的旋转速度 ,其转 取 信号的 性3.伺

16、服 机可为交 直 两 类, 小功 的自 中多采用交 伺服 机,其功 currency1般在 100W 下,多 成两 ; 功 的自 中多采用直 伺服 机,其功 currency1般为 1600W,也可 . 本论文 机械手的 节机 选用交 伺服 机,选择 机的currency1 重 是功 .如计算currency1号 机的功 如下,先采用 为(1) (2) 化已设计 的机械手 7.P=Wdtn= Mtd = M z dt(1) (2)J z = mi ri2i =1设手 的化量为 m手 = 5.0kg,重 的量为 m = 5.0kg,机械其 转件的量为 m3 = 5.0kg,量为 m= m手 +

17、m + m3 =15.0kg,手 化度为 L=200mm=0.2m, 得到转量为 J=150.22=0.6kgm2.设 机经速后作用 在 机 械 手 的 转 速 为 n=20r/min =2.094rad/s , 机 自 身 的 角 速 度 为 =6.28rad/s, p = T = 所.currency1号 机1 J z 2 =0.50.6 2.0942 =1.315W,机械手计算化如 10 2MM 为化手 持重 的量 的传 为 3:1 中心直中的 10 机械手计算化7聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)由 所 可 选择 机的 号, 机 号含fl如 11 所.性能 序号 代

18、号:0 代表 400HZ ;5 代表 50HZ 产品代号: 代表伺服 机 L 代表 行转子 S机壳外 11 机 号fi如 36SL04 表的 为 400HZ,机壳外 为 36mm,四性能 的 行交 伺服 机, 如表 1 所, 机 号选择如表 2 所.表 1 SL 列两 交 伺服 机的 据 号 28SL02 28SL03 36SL01 36SL02 36SL03 36SL04 6 6 8 8 8 6 (Hz) 400 400 400 400 400 400 每 输入(W) 6.5 6.5 8.5 8.5 8.5 8.5 额 输 (W) 1.0 1.0 1.6 1.6 1.6 2.0 空载转速 6

19、000 6000 4800 4800 4800 9000 机时间常 20 20 20 20 20 35表 2 机 号选择 36SL0136SL03 机 currency1号 机 号 机 号 机 四号 机 运范围 0360 090 0105 0180 号 36SL02 36SL03 28SL03 28SL02根据选择 机的 号查说明 可得到 机的外尺寸 ,根据 些 可 绘 机的 体 ,如 12 所.8聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计) 12 currency1 机的 体 2.5 2.5 件的选择 工程塑 是指能作为 在机械设 工程 中 用的塑 .们的 学性能较 ,耐热性 耐腐

20、蚀性也 较 , 类塑 “ :聚酰胺,聚甲醛, 机玻璃,聚碳酸脂,ABS 塑 ,聚苯醚,氟塑 8.ABS 塑 坚韧, 硬,刚性的特点,塑 性 ,原 易得,价格 宜,所 在机械 工, 器 , 纺织,汽车,飞机,船,化工工业中得到 用.本文机械手的机械骨 选择 ABS塑 . 机械手机械件连接 件的选择也是currency1 不容忽 的 题, 中心转 垫 螺栓为 说明. 连接件采用螺栓连接, 号为 M5,螺栓的 体 如 13 所. 13 螺栓的 体9聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计) 中心 选择 号为 BZ , “ 为 20mm, 外 52mm, 高度 15mm,外如 14 所.

21、14 的 fi机械本体的 2.6 机械本体的 差与合是机械设计与 的重 currency1环,“ 包 : ,差 与合类.选择原是既 保 机械产品的性能优良,同时兼顾 的经 济可行9. 包 孔 两,四自由度机械手的机械本体需 的 求不高, 件的合采用 孔 ,差 采用 IT7IT12, ,合为间 隙,过渡,过盈合 ,如表 3 所.表 3 优先合选用表 机合类 间隙合 运范围 孔 号 H9 H8 H7 H7 H7 d 9 f 7 g 6 g 6 h6C11 D 9 F 8 G 7 H 7 h11 h 9 h 7 h 6 h 6过渡合H7 H7 k 6 n6H7 H7 H7 p6 s6 u 6K7 N

22、7 h 6 h6 P7 S 7 h6 h6过盈合10聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)机械手的各 机械件设计成,选择 差合后, 可 进行的 机械手 ,机械手 时的爆破如 15 所,得到机械手的 如 16 所. 15 机械手 的爆破 16 机械手 11聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)3 四自由度机械手的机建 与3.1 机 机是建立在计算机的原 或子 ,在currency1 程度 与 机 当的功能真 度, 采用机 可 提高机械产品的研 效 . 机的代表性件是 ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Sy

23、stem)件10. ADAMS 是美国 MDI(Mechanical Dynamics Inc.)司开发的机械 学仿真件, 用交互 环境 件库,约束库,库,创建全 化的机械 何 ,建立学 程, 机械进行静学, 运学 学,输 位移,速度, 速度 作用曲线.ADAMS 件 的仿真可用预机械的性能,运范围,碰撞检,峰值载荷 计算 元11. 设计阶段的产品进行性能试,到提高设计性能, 低设计成本, 少产品开发时间的目的.随产品复程度来高,产品开发周 来短, 直接开发价格昂贵的 机,其风险程度也 的变 .如何能在 机 之能验 其性能,检 错误的 从 , 低产品设计失败 的风险,currency1 行之效

24、的 是通过机进行仿真 .在未真 生产产 品进行仿真 ,提 道产品的各性能,防止各设计的 在,提 进fi见1214. 本论文采用 ADAMS 件 四自由度机械手进行机建 与,通 过机仿真,发现机械手设计过程中的错误, 时 ,为后续的 机 研 . 3.2 四自由度机械手的机建 3.2.1CAXA 与 ADAMS 的无缝连接 CAXA 件可 现与 ADAMS2004 件的无缝连接, 设计 的机械手 体 件的 导入 ADAMS2004,过程如下所 . 先, 用 CAXA2007 件建立的四自由度机械手的 *x_t 的 输 . “后,打开 ADAMS2004 件,选择菜单 FILE 下的子菜单 impo

25、rt,打开的 12聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)话框下选择 File Type 为 Parasolid(“*.Xmt_txt“,“.X_t“) ,在 File To Read 话框中,击选择 Browse 选择原来保 的*x_t 格 的文件. fi后, flcurrency1 Modle Name 的名字, OK , 按 再选择菜单 Edit 中的 Modle, 时 全导入10. ADAMS2004 件的界 如 17 所,机械手 体的导入如 18 所. 17 ADAMS 界 18 ADAMS 中 体的导入13聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)3.2.

26、2 机械手机建 用 ADAMS2004 件 设计的机械手的机械本体进行态仿真过程中,为 化 计算,可 只保留 件,忽略无 件, 观察,仿真 过程如 19 20 所. 19 添 约束副 20 机械手的态仿真3.3 仿真 果 机械手运轨迹如 机械手机仿真 束后的生成曲线如 21 所, 22 所.通过 机械手的运仿真,生成曲线 运轨迹,可 看到各14聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)机械件没发生,表明设计 本合 .提件是各 转 节 在 currency1 的转角度内转,没超程现.可 通过 各 节 各转副的 机的转角度来 现. 21 仿真 束后生成的曲线 22 运轨迹扫 15聊 学

27、本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)四自由度机械手机械件的 工 程 4 四自由度机械手机械件的 工 程4.1 工 机械手的机械本体 用机 进行 优化后,需 各件进行 工.CNC(Computer Numerical Control System) 是计算机currency1 工的载体, 用可提高 度,低劳 度.CNC 传的 工机用计算机进行 , 能 在程序的导引下,自 工, 工效 高. 用件可进行 工程序的 自生成, 与 机合 工, 节省时间, 工 度高15. 本论文采用 CAXA2007 件中的 工 进行 工 程,可 直接合 机 用. 4.2 工的 本 程 工 程手工 程 用件自

28、 程两 , 工的 本 如 23 所.手工 程 件的 , 工工艺 自 程 件的 , 工工艺绘 或导入 线用自 程件, 进行 入写程序 入 机工轨迹生成自生成 工代码 试运行程序,进行仿 真 工 用 据线 代码 入 机,验 刀, 工 刀,工 23 工的 本 16聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)4.3 车 工 程 车削 工适用回转体的件,机械手中的回转体件都可 用 车削 工.如, 机械手转 进行 程,做 转 的半,如 24 所. 24 转 的 车削 工做 的进行粗 工轨迹生成,生成代码.选择 工时,粗 工 工.通常 工工艺的划是不同的,的件需 先粗 工再 工,的 需 磨削 工.

29、采用件生成自 工代码后,需 不同的 工 进行 区.机械手转 的 车削 工轨迹曲线如 25 所,仿真 工如 26 所. 25 工轨迹曲线17聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计) 26 仿真 工采用 CAXA2007 件自生成的代码如下所. / 01234 N10 G50 S0 N12 G00 G97 S600T010 N14 M03N16 M08N18 G00 X88.203 Z25.419 N20 G00 X89.614 Z0.803 N22 G00 X79.614 Z0.803 N24 G00 X78.200 Z0.095 N446 G01 X20.200 Z-29.900

30、 F10.000 N448 G01X20.400 Z-29.900 / 4.4 工 程 适用 工箱体类 复曲 件, 机械件进行钻孔, 槽类 操作.机械手中适合采用 工的件,可 通过 用 CAXA 工程师 ,设计 的机械件导入, 现 工 程.机械件的导入如 27 所 ,生成的 工轨迹曲线如 28 所.18聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计) 27 机械件导入 28 生成 工轨迹曲线用 工轨迹曲线,可 自生成 工代码,代码如下所. / (zhuandongjia.cut,2008.5.1,9:45:38.522) N10G90G54G00Z60.000 N12S1000M N14

31、X1.667Y-0.100Z60.000 N16Z50.000 N722Z50.000F800 / N716X143.966Y64.642 N720X0.712 N718X143.439Y64.900 N726M05 N728M3019聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)机械件的 工仿真过程如 29 30 所. 29 进行 真 工 30 工仿真 束自生成的 工代码不能直接 用 的 工,需 代码进行验 .验 的 两,currency1是 用仿真件在 进行 工过程的 ; currency1 是 生成的代码输入到 机中, 用机的仿真功能进行代码的验 .代 码验 无误后, 可 进行

32、工.20聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)论本论文 四自由度机械手的机械 开研究,“ 成如下工作. (1) 提 机 的四自由度机械手机械的设计”, 用 设计件 CAXA2007 成机械手件的设计,绘 机械手的件 . (2) 用学仿真件 ADAMS2004 设计 的机械手进行机建 与, 不合 的件做 的进. (3) 用 CAXA2007 件中的 工 机械手件进行 工 程,为 工fi 的 机 . 本论文只是进行四自由度机械手机械的设计与仿真,后续研究工 作中,可 工 的 机进行 的 验 .21聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)文献1 自 . 机器人学M. :

33、 学 ,2006. 2 刚. 机器人机械原 , 论 算M. : 学 ,2001. 3 建 . 机 currency1体化 M. :机械工业 ,2005. 4 . 机 currency1体化设计M. : 学 ,1997. 5 . 工业机器人 M. 安: 安 子科 学 ,2006. 6 . CAXA 体设计 V2 教程M. : 空 学 ,2002. 7 工业 学 论学教研 . 论学M. :高教 ,2004. 8 , . 工程 M. :机械工业 ,2003. 9 . 互换性与试 M. :中国计量 ,2003. 10 ,文,文 . ADAMS 教程M. : 工 学 ,2002. 11 刚. ADAMS

34、 入门currency1 与 M. :国防工业 ,2007. 12 传,“. 仿真设计(ADAMS)在业机械手设计中的 用J. 业 与车工 程,2008,16(2):16fi22. 13 fl , , . 获机械手机 尺寸优化设计J. 机械设计与研究, 2008, 24(1):32fi66. 14 ,”峰. 指 机械手的设计与 现教J. 计算机工程与 用,2008, 44(1):193fi196. 15 , . 原 M. :机械工业 ,2006.22聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)四自由度机械手 与件 四自由度机械手 与件23聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文

35、(设计)24聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)25聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)26聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)27聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)28聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)29聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)30聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)31聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)32聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)33聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)34聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计)35聊 学本科毕业论文(设计) 聊 学本科毕业论文(设计) 的毕业设计能 成,是因为得到指导师孙群的全 , 的指导.孙师在毕业设计的过程中都给 心的指导 无的 . 孙师的 , 的工作作风也是 学的 , 后的 学 工作. 外,汽车与交通工程学院在毕业设计时为学生提 很多 件,感 学院的 心 顾!感 所 的人! 半年的毕业设计 学到 多 ,开 界, 些 论currency1 身.36本TXT由 文库 下载:http:/