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基于PLC驅(qū)動的三自由度機械手設(shè)計

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基于PLC驅(qū)動的三自由度機械手設(shè)計

中國海洋大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目基于 PLC 驅(qū)動的三自由度機械手設(shè)計院 、 系 工程學(xué)院 專業(yè)年級 機械設(shè)計制造及其自動化 2011 級 學(xué)生姓名 萬偉艦 學(xué) 號 080242011039 指導(dǎo)教師 譚俊哲 教務(wù)處制表2015 年 4 月 2 日12一、選題依據(jù)課題來源、選題依據(jù)和背景情況;課題研究目的、學(xué)術(shù)價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值課題來源、選題依據(jù)和背景情況 本課題來源于教師自擬課題,選題的類型是應(yīng)用于工程或技術(shù)開發(fā)。隨著社會與科技的進步,工業(yè)生產(chǎn)自動化設(shè)備越來越廣泛應(yīng)用,其中機械手的誕生就是基于生產(chǎn)技術(shù)不斷提高,是現(xiàn)代生產(chǎn)與科技應(yīng)用相結(jié)合形成的一個重要技術(shù)。工業(yè)機械手的應(yīng)用減輕了勞動強度、可提高產(chǎn)品加工精度、減少危險性生產(chǎn)由人工操作環(huán)節(jié),尤其是在一些危險性大的行業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為實用,如化工生產(chǎn)有存在有毒物質(zhì)的;如核電廠等存在放射性物質(zhì)的地方;如煙花等易燃易暴的生產(chǎn)場合等生產(chǎn)環(huán)境非常適合使用機械手進行生產(chǎn)。在機械行業(yè)中(鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配等)應(yīng)用也十分廣泛,如在柔性生產(chǎn)線中用氣動機械手來搬運上下料材;機械零件的裝配生產(chǎn)線中,利用機械手抓零件與另一零件裝配在一起;如啤酒生產(chǎn)中用機械手把蓋壓在瓶子上等等。以上種種應(yīng)用極大的減輕了勞動強度、促進安全生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量,適合現(xiàn)代化的生產(chǎn)趨勢,具有較強的生命力。課題研究目的、學(xué)術(shù)價值或?qū)嶋H應(yīng)用在目前廣泛應(yīng)用的人機工程學(xué)科中,工業(yè)機器人技術(shù)越來越受到重視,工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用的機械手又叫做“工業(yè)機械手”,是工業(yè)機器人學(xué)科的一個分支。在實際的生產(chǎn)過程中,應(yīng)用機械手系統(tǒng)不但可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率,還可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)。本課題的主要設(shè)計一種三自由度機械手。該三自由度機械手有三個自由度,滿足工件的搬運和調(diào)向的動作要求。該三自由度機械手的控制系統(tǒng)采用具有三自由度運動控制功能的 PLC,可以應(yīng)用在機械加工生產(chǎn)線等場合。根據(jù)被加工工件的動作要求,選擇適用于各個關(guān)節(jié)的伺服電機,末端執(zhí)行器的作用是抓緊工件,擬選用合適的夾緊機構(gòu),根據(jù)產(chǎn)品的形狀和大小設(shè)計合適的機械手。選擇合適的電氣控制元件,設(shè)計機械手的電氣控制系統(tǒng)。根據(jù)所選擇的伺服電機和機械手各個關(guān)節(jié)的運動要求,選擇合適的支撐結(jié)構(gòu)滿足機械手動作的要求。機械手的設(shè)計和應(yīng)用,不僅滿足特定情況下的要求,還應(yīng)該滿足特殊情況下的使用要求,機械手的使用極大促進了工業(yè)生產(chǎn)。機械手是為了工業(yè)需要而產(chǎn)生的控制裝置,其制造商最終的目的是為了獲得經(jīng)濟利益而不斷研究,產(chǎn)生新技術(shù)與成果,引領(lǐng)科技不斷的發(fā)展。而對于科技人員來說設(shè)計成本最小、控制方式智能化、靈敏的裝置是企業(yè)效益的生命線。首先要求設(shè)計人員有較全面的科技項目能力,掌握最新的科技發(fā)展動態(tài),應(yīng)用最新的科技,創(chuàng)新思維,利用最新的工藝與科技研究最新的機械手,才能使科技獲得發(fā)展,企業(yè)獲得利潤。在技術(shù)方面應(yīng)該從以下三方面著手:其一、跟蹤與創(chuàng)新科技最新技術(shù)成果,使企業(yè)處于技術(shù)最前沿,以獲得最新技術(shù);其二、開拓市場,把機械手應(yīng)用于社會的各行業(yè),尤其是一些危險行業(yè)與能大幅降低勞動量的行業(yè);其三、企業(yè)用最低的價格促進科技普及,以促進生產(chǎn)發(fā)展。結(jié)構(gòu)上機械手大多是以鉸鏈接為主,在連接方式上加以改進和創(chuàng)新是很值得研究的。在連接方式上用球齒輪改進是機械手設(shè)計最好的改進,球齒輪結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)空間 180 度旋轉(zhuǎn)和位置指定,能夠很好適應(yīng)機械手的功能。3二、文獻綜述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài);查閱的主要文獻一、機械手的分類機械手按驅(qū)動方式分為液壓傳動機械手、氣壓傳動機械手、機械傳動機械手和電力傳動機械手:1液壓傳動機械手它是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格,不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響,且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng),可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制,使機械手的通用性擴大,但是電液伺服閥的制造精度高,油液過濾要求嚴(yán)格,成本高。2. 氣壓傳動機械手它是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:介質(zhì)來源極為方便,輸出力小,氣動動作迅速,結(jié)構(gòu)簡單,成本低。但是,由于空氣具有可壓縮的特性,工作速度的穩(wěn)定性較差,沖擊大,而且氣源壓力較低,抓重一般在 30 公斤以下,在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大,所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。3. 機械傳動機械手它由機械傳動機構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等)驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手,其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠,用于工作主機的上、下料。動作頻率大,但結(jié)構(gòu)較大,動作程序不可變。4. 電力傳動機械手它有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的械手,因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu),故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長,維護和使用方便。此類機械手目前還不多,但有發(fā)展前途。機械手按自主操作方式一般分為三類:1. 通用機械手它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序,以完成各項規(guī)定的操作。它的特點是具備普通機械的性能之外,還具備通用機械、記憶智能的三元機械。2. 操作機它起源于原子、軍事工業(yè),先是通過操作機來完成特定的作業(yè),后來發(fā)展到用無線電訊號操作機來進行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。3. 專用機械手主要附屬于自動機床或自動線上,用以解決機床上下料和工件送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”,它是為主機服務(wù)的,由主機驅(qū)動;除少數(shù)以外,工作程序一般是固定的,因此是專用的。按用途分機械手可分為專用機械手和通用機械手:1. 專用機械手專用機械手是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。4專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點,適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手,如自動機床、自動線的上、下料機械手。2. 通用機械手通用機械手是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。格性能范圍內(nèi),其動作程序是可變的,通過調(diào)整可在不同場合使用,驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強,適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位,只能是點位控制:可以是點位的,也可以實現(xiàn)連續(xù)控制,伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng),一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。二、世界各國對機械手的研究工業(yè)機械手是一種用于再現(xiàn)人手功能的自動控制裝置。對其研究源于 20 世紀(jì) 40 年代末,最早由美國橡樹嶺國家實驗室開始研究搬動核原料的遙控機械手,逐漸發(fā)展成為現(xiàn)代自動控制領(lǐng)域的新技術(shù),涉及力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等的綜合,成為一門新興學(xué)科。經(jīng)過美國幾年的科研攻關(guān),于 1958 年聯(lián)合控制公司研制出了世界第一臺機械手,在機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂,并在端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)。之后經(jīng)過四年的發(fā)展由美國的機械鑄造公司制造了一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手,取名為 Unimate(即萬能自動),運動系統(tǒng)采用仿造坦克炮塔,臂回轉(zhuǎn)、俯仰是用液壓驅(qū)動后來的許多機械手就是按此模型為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。1962 年美國的機械鑄造公司制造又成功研制了一款叫 Versatran 機械手,能實現(xiàn)點位和軌跡控制,實現(xiàn)靈活搬運。這些成果為全世界的工業(yè)機械手發(fā)展奠定了扎實基礎(chǔ)。美國 Unimate 公司聯(lián)合斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制了一些定位精度高、平均無故障時間達 1500 小時的高可靠性、低成本的機械手,其中一種定位誤差可小于±1mm,裝有小型電子計算機進行控制的 Unimate-Vic-arm 的工業(yè)機械手。日本于 1969 年從美國引進兩種典型機械手后,大力從事機械手的研究,到1979 年時日本從事機械手研究與生產(chǎn)的院校、研究單位達 50 多家,至 1979 年時生產(chǎn)機械手?jǐn)?shù)量達 56900 臺,1990 年時有 55 萬臺機械手,是工業(yè)機器人發(fā)展最快,應(yīng)用國家最多的國家,按每年 55%的速度增長,并在汽車生產(chǎn)線上使用最多,目前成已為世界上工業(yè)機械手(機器人)應(yīng)用最多的國家之一。前蘇聯(lián)從 20 世紀(jì) 60 年代以來開始發(fā)展機械手并應(yīng)用于各類生產(chǎn)中,最主要是應(yīng)用于機械工業(yè),為了減輕勞動強度,自動化水平較低。到 70 年代中期時使用較為廣泛,且超過一半是由國內(nèi)生產(chǎn)。中國經(jīng)歷了 70 年代的萌芽期,主要以引進先進技術(shù)為主,代替部分人工勞動;80 年代的開發(fā)期,如上海 ABB 工程有限公司、沈陽新松機器人自動化股份有限公司等均有應(yīng)用,90 年代的應(yīng)用期,如柯馬(上海)汽車設(shè)備有限公司、青島歐地希機電(青島)有限公司等均開發(fā)適用于用戶要求的機械手。就目前來看國內(nèi)使用的機械手進口所占比例依然較大,2012 年各占 50%左右,約 15000 臺。在我國從制造大國向制造強國邁進過程中,還面臨著國際環(huán)境與技術(shù)、分工的巨大挑戰(zhàn),發(fā)展自動化產(chǎn)業(yè)是政府必須主導(dǎo)且已經(jīng)給予資金和政策扶持的重要產(chǎn)業(yè),相信隨著我國綜合國力增強,科技不斷進步,國產(chǎn)機械手應(yīng)用于生產(chǎn)及走出國門將會更為廣泛。51972 年我國第一臺機械手在上海開發(fā)成功。隨后各大型公司都逐漸開始研制和應(yīng)用機械手。從 1986 年到 1990 年政府的第七年“五年計劃”就將工業(yè)機械器人列入了優(yōu)先發(fā)展的地位,通過立項投入了較大的人力與物力研究工業(yè)機器人應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的活動,并且研究制造了相關(guān)的工業(yè)機器人成果,如北京機械自動化研究所設(shè)計制造的噴涂機器人;大連機床研究所設(shè)計制造的氬弧焊機器人等等。隨著計算機技術(shù)、機械制造技術(shù)及自動控制理論的發(fā)展,我國在許多工業(yè)上采用了機器人控制技術(shù),尤其是近年以來,柔性制造技術(shù)和工廠的自動化技術(shù)不斷應(yīng)用生產(chǎn)實踐,代替了許多繁重的體力勞動,改善了工人的勞動條件,也體現(xiàn)了工業(yè)機器人應(yīng)用生產(chǎn)的強大生命力,不斷推動科技更新,設(shè)備更新。第二代、第三代機械手增加了許多功能,具有視覺、觸覺、聽覺等能力,把各種傳感器安裝于機械手的各部位形成自動化水平相當(dāng)高的機械手。機械手的發(fā)展十分迅速,尤其是工業(yè)機械手在各種場所擁有很廣闊的應(yīng)用。在這種情況下,提出新型的機械手的結(jié)構(gòu),應(yīng)用于新的場所和場合,不斷滿足工業(yè)場景的新應(yīng)用。在畢業(yè)設(shè)計中,提出了一種以球齒輪為基礎(chǔ)的機械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計。漸開線環(huán)形齒球齒輪機構(gòu)的主要研究者是來自于國防科技大學(xué)的潘存云教授。與傳統(tǒng)的 Trallffa 球齒輪相比,新型球齒輪一是采用了漸開線齒廓,二是輪齒在球面上呈環(huán)形連續(xù)分布,因而克服了離散齒球齒輪存在傳動原理誤差和難以加工這兩個缺陷。潘存云教授對于球齒輪的設(shè)計原理、傳動原理以及運動分析都做了詳細的研究和介紹,同時在安裝、驅(qū)動和傳動方面進行了深刻的研究。 參考文獻:1 王月芹 . 基于 PLC 機械手控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn). 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新, 2011, 24(3): 132 張啟先. 空間機構(gòu)的分析與綜合. 北京: 機械工業(yè)出版社, 19873 潘存云. 球齒輪傳動原理探討. 機械科技的未來青年科學(xué)家論壇. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1994: 60704 楊家軍機械原理(基礎(chǔ)篇 ). 武漢: 華中科技大學(xué)出版社, 20055 王孫關(guān)節(jié)式機械本體及控制系統(tǒng)設(shè)計. 西安: 西安交大機械電子工程研究所, 20056 喻偉闖,羅曉曙,陳赤,楊春慧. 基于 PLC 的三自由度機械手控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn). 現(xiàn)代電子技術(shù), 2009,11: 147 潘存云,溫熙森 漸開線環(huán)形齒球齒輪傳動原理與運動分析.機械工程學(xué)報, 2009,11:148 李婷,潘存云,李強,張立杰 . 安裝誤差對球齒輪姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)指向精度的影響分析.兵工學(xué)報, 2009, 30(7): 179 潘存云,溫熙森. 球齒輪行星傳動結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動機構(gòu)分析 .國防科技大學(xué)學(xué)報, 2006, 26(3): 1610 姚齊水 1, 2, 李常義 2, 3, 潘存云 2. 漸開線環(huán)形齒球齒輪的幾何建模及其齒面方程研究. 機械設(shè)計與研究, 2006, 22(2): 1411 張裊娜. 參數(shù)不確定柔性機械手的神經(jīng)滑??刂? 機械工程學(xué)報 , 2011,47(1):1613 張利平. 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用. 化學(xué)工業(yè)出版社 ,2011614 劉麗鳳. 基于 UG 和 ADAMS 的六自由度機械手三維實體動畫仿真. 機電技術(shù), 2010(1): 4547.(Liu Li -feng. 3D solid simulation of robotic arm based on UG and ADAMS. Electromechanical Technology,2010(1): 4547.)7三、研究內(nèi)容1學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路;主要研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題(或技術(shù))學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路本次畢業(yè)設(shè)計中,根據(jù)潘存云教授提出的球齒輪代替鉸鏈接的機械手結(jié)構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)機械手在半球體內(nèi)的任意位置自由定位。球齒輪最大的優(yōu)勢在于球齒輪的 360 度可自由性定位,從而實現(xiàn)空間指向和任意位置的定位。傳統(tǒng)的機械手結(jié)構(gòu)主要通過鉸鏈連接、底盤轉(zhuǎn)動、正交驅(qū)動實現(xiàn)活動,其中的鉸鏈、正交結(jié)構(gòu)都擁有一個自由度,如圖 15 所示。在圖 1、圖 2、圖 3 的機械手模型包含如下幾個關(guān)節(jié):夾爪、手腕、上臂、下臂、底座,主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化,能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全。圖 1 六自由度機械手模型 圖 2 五自由度機械手模型圖 3 五自由度機械手模型 圖 4 三自由度正交機械手模型圖 5 氣動機械手模型 1,28傳統(tǒng)的機械手大多是多關(guān)節(jié)機械手。多關(guān)節(jié)機械手的優(yōu)點是:動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件,并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進行工作.隨著生產(chǎn)的需要,對多關(guān)節(jié)手臂的靈活性,定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。多關(guān)節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念,其關(guān)節(jié)數(shù)量可以從三個到十幾個甚至更多,其外形也不局限于像人的手臂,而根據(jù)不同的場合有所變化,多關(guān)節(jié)手臂的優(yōu)良性能是單關(guān)節(jié)機械手所不能比擬的。但是多關(guān)節(jié)機械手,多是以鉸鏈接為連接結(jié)構(gòu)。在本次畢業(yè)設(shè)計中選擇了一種以球齒輪為連接結(jié)構(gòu)的機械手。主要研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題(或技術(shù))在查詢資料后,本畢業(yè)設(shè)計選取了一種新型的結(jié)構(gòu)-球形齒輪結(jié)構(gòu),作為傳動機構(gòu),如圖 6 所示。球齒輪結(jié)構(gòu)是通過齒輪平面繞中心線旋轉(zhuǎn) 180 而成,從而形成立體空間齒輪,球齒輪通過支架連接形成球齒輪結(jié)構(gòu)。圖 6 球形齒輪結(jié)構(gòu)本課題主要研究球齒輪的應(yīng)用安裝、驅(qū)動以及球齒輪在機械臂中的應(yīng)用。運用機械原理、機械設(shè)計的知識,設(shè)計在球齒輪支撐下的三自由度機械臂的主體結(jié)構(gòu),并實現(xiàn)三自由度機械臂在特定條件下的應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點設(shè)計是對于球齒輪結(jié)構(gòu)傳動、連接、驅(qū)動原理的設(shè)計。球齒輪在實現(xiàn) X、Y 方向的移動方向上的移動是通過幾個球齒輪關(guān)節(jié)的二自由度的串聯(lián)疊加實現(xiàn)自由度的疊加。該課題解決的問題是球齒輪的連接方式、球齒輪的傳動以及球齒輪的原理。如何實現(xiàn)球齒輪的形成加工、結(jié)構(gòu)連接、驅(qū)動方式及傳動方法的研究設(shè)計。球齒輪 1 球齒輪 2支架 1支架 292擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實施方案及可行性分析采取的研究方法和技術(shù)路線:本課題中,擬解決的問題和主要任務(wù)有以下幾個:(1)根據(jù)課題要求,查閱三自由度機械手相關(guān)的中外文資料或?qū)@?。?)根據(jù)球齒輪的結(jié)構(gòu)、原理以及運動方案,設(shè)計基于球齒輪的三自由度機械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,選擇合適的 PLC 控制方案。(3)計算各個運動機構(gòu)的行程,選擇合適的伺服電機,確定并對各個自由度的支撐方案。(4)根據(jù)被加工工件的尺寸,設(shè)計合適的夾緊機構(gòu)。(5)設(shè)計各機械部件的結(jié)構(gòu)和尺寸,利用三維設(shè)計軟件繪制裝置的三維設(shè)計圖。(6)設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng),編寫 PLC 控制程序。(7)繪制二維總體裝配圖,并對各個零件進行詳細設(shè)計,繪制零件的二維設(shè)計圖。(8)撰寫畢業(yè)說明書。通過各種文獻查詢各種自由度下的機械臂的情況,并通過對三自由機械手的各種結(jié)構(gòu)的研究和調(diào)查分析,了解機械手的運轉(zhuǎn)方案和原理。在此基礎(chǔ)上,將機構(gòu)的方案運用移植創(chuàng)新方法,將三自由度機械手的原理和性質(zhì)運用到球齒輪運動上。在研究球齒輪和機械臂的連接問題上,首先需要通過三維軟件模擬球輪的形成原理、傳動機構(gòu)原理、驅(qū)動機構(gòu),球齒輪的整體驅(qū)動方案以及整體傳動方案,如圖 810 所示。其次,通過三維軟件的建模,模擬仿真球齒輪的可行性和球齒輪運動原理的可操作性。在三維軟件中,模擬球齒輪結(jié)構(gòu)支持下的機械手的空間立體指向、圖 7 基于球齒輪驅(qū)動的機械手模型10指定位置的移動以及在到達指定位置的運動方案。在方案確定之后,確定機械手的整體尺寸,進而確定球齒輪的尺寸。定義機械手在實際運動過程中的運動姿態(tài),運用 UG 軟件模擬仿真機械手在運動過程中的各關(guān)節(jié),以及各個關(guān)節(jié)的聯(lián)動,并在此基礎(chǔ)上分析角度的變化。圖 8 球齒輪的形成原理圖 9 球齒輪的傳動原理11圖 10 球齒輪的整體驅(qū)動方案圖 11 球齒輪的整體傳動方案12圖 12 球齒輪的驅(qū)動機構(gòu)運動簡圖主體的三個自由度分別來自于底部大轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動自由度,上部球齒輪的橫向和縱向自由度。從如圖 12 所示的運動簡圖中可以看出, 該機構(gòu)有 7 個活動構(gòu)件、4 個球面副、2 個移動副、2 個轉(zhuǎn)動副、2 個螺旋副、1 個球銷副組成。去掉 8 個虛約束、2 局部自由度以及 2 非獨立自由度, 得到該機構(gòu)的實際自由度數(shù)為:式中 P運動副的個數(shù);P虛約束的個數(shù);F自由度。最后,將三維軟件里得到的三維模型通過導(dǎo)入運動仿真分析,進行多體動力學(xué)仿真,得到機械手在空間的虛擬運動情況,并且通過此仿真優(yōu)化機械手的主體結(jié)構(gòu)和推進方式,以達到高效的推進。機械手模型完成之后,根據(jù)模型的運動狀況,制定機械手特定狀態(tài)下的運動模式,并根據(jù)機械手的運動模式進行動作劃分和運動軌跡的定義,根據(jù)運動情景,進行 PLC 編程。圖 13 機械手的三個自由度球齒輪結(jié)構(gòu)兩個自由度底部齒輪一個轉(zhuǎn)動自由度134、論文(設(shè)計)進度安排起止時間 主要內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)2015 年2 月 22 日3 月 6 日檢索相關(guān)研究資料,學(xué)習(xí)相關(guān)書籍。 了解國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀2015 年3 月 8 日3 月 31 日查閱關(guān)于三自由度機械手的國內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的相關(guān)資料,了解三自由度機械手的應(yīng)用。熟悉三自由度機械手的工作原理。學(xué)習(xí)相關(guān)三維設(shè)計軟件的使用,進一步熟悉 PLC 的指令,翻譯相關(guān)外文文獻。參加畢業(yè)實習(xí),了解實習(xí)單位與畢業(yè)設(shè)計題目相關(guān)的應(yīng)用,確定三自由度機械手設(shè)計的總體設(shè)計方案,撰寫開題報告,完成開題??偨Y(jié)機械手的文獻,初步確定設(shè)計方案,繪制基于球齒輪的機械手三維模型,并在此基礎(chǔ)上完成開題報告。2015 年4 月 31 日4 月 10 日進一步明確三自由度機械手機械部分的總體設(shè)計方案。根據(jù)三自由度機械手設(shè)計的設(shè)計要求,選擇合適的 PLC 和伺服電機等元件。完成三自由度機械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計,確定關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)和尺寸,繪制重要零件的零件圖。完成機械手的總體設(shè)計方案,并確定三維圖、二維圖尺寸,學(xué)習(xí) PLC 編程,繪制零件圖。2015 年4 月 11 日4 月 30 日繪制三自由度機械手整體機構(gòu)的三維裝配圖和零件圖。明確各零件的技術(shù)要求,繪制零件的二維工程圖。設(shè)計PLC 控制系統(tǒng),根據(jù)三自由度機械手的控制功能,編制 PLC 控制程序。整理畢業(yè)論文及相關(guān)文檔,制作答辯 PPT 文檔,參加答辯。完成三維圖的裝配圖、零件圖。明確各部分的技術(shù)要求,并根據(jù)機械手的運動狀態(tài)進行 PLC 編程。完成 PPT 答辯2015 年5 月 1 日5 月 26 日進一步完善總體設(shè)計,完成二維工程圖的設(shè)計,完善各零件的具體技術(shù)要求,開始撰寫畢業(yè)論文。撰寫畢業(yè)論文。2015 年5 月 15 日5 月 31 日完善畢業(yè)論文,準(zhǔn)備畢業(yè)答辯資料。 進行答辯,并通過。14五、審核意見導(dǎo)師意見 導(dǎo)師簽字:年 月 日審核小組意見審核小組成員簽字: 年 月 日注:1、表格不夠可加附頁。2、審核小組應(yīng)至少由三位具有高級職稱的教師組成;必要時可召集開題報告會。

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