機(jī)械手手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【5張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述
課題: 機(jī)械手手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院:
專 業(yè):
班 級:
姓 名:
學(xué) 號:
指導(dǎo)教師:
2016 年 3 月 31 日
一、選題的背景及意義
機(jī)械手具有許多人類無法比擬的優(yōu)點(diǎn),滿足了社會化大生產(chǎn)的需要,其主要優(yōu)點(diǎn)如下:
(1)能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作。只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì),選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu),機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下,以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。
(2)能長時(shí)間工作,不怕疲勞,可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來,并能擴(kuò)大和延伸人的功能。
(3)動作準(zhǔn)確,因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量,同時(shí)又可避免人為的操作錯(cuò)誤。
(4)機(jī)械手特別是通用機(jī)械手的通用性、靈活性好,能較好地適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化,以滿足柔性生產(chǎn)的需要。
(5)機(jī)械手能明顯地提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。
由于機(jī)械手在工業(yè)自動化和信息化中發(fā)揮了以上巨大的作用,世界各國都很重視機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展,機(jī)械手的應(yīng)用在我過還屬于起步階段,就顯示出了許多的無法替代的優(yōu)點(diǎn),展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。近十幾年來,機(jī)械手的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化,而且涵蓋了許多領(lǐng)域,應(yīng)用的范疇十分廣闊。
二、研究現(xiàn)狀
到目前為止,世界各國對“機(jī)器人機(jī)械手”還沒有做出統(tǒng)一的明確定義。通常所說的“機(jī)器人機(jī)械手”是一種能模擬人的手、臂的部分動作,按照予定的程序、軌跡及其它要求,實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)或操縱工具的自動化裝置。而“機(jī)械手”一般具有固定的手部、固定的動作程序(或簡單可變程序)、一般用于固定工位的自動化裝置。因?yàn)閲鴥?nèi)外稱作“機(jī)器人機(jī)械手”、“機(jī)械手”、“操作機(jī)”的這三種自動化和半自動化裝置,在技術(shù)上有某些相通之處,所以有時(shí)不易明確區(qū)分,就它們的技術(shù)特征來看,其大致區(qū)別如下。
“機(jī)器人機(jī)械手”(Industrail Robot):多數(shù)是指程序可變(編)的獨(dú)立的自動抓取、搬運(yùn)工件、操縱工具的裝置(國內(nèi)稱作機(jī)器人機(jī)械手或通用機(jī)械手)。
“機(jī)械手”(Mechanical Hand):多數(shù)是指附屬于主機(jī)、程序固定的自動抓取、操作裝置(國內(nèi)一般稱作機(jī)械手或?qū)S脵C(jī)械手)。如自動線、自動線的上、下料,加工中心的自動換刀的自動化裝置。
“操作機(jī)”(Manipulator):一般是指由工人操縱的半自動搬運(yùn)、抓取、操作裝置。如鍛造操作機(jī)或處理放射性材料、火工品的裝配等所使用的半自動化裝置。
機(jī)器人機(jī)械手(Industral Robot ,簡稱IR)是1960年由《美國金屬市場》報(bào)首先使用的,但這個(gè)概念是由美國George·C·Pevol在1954年申請的專利“程序控制物料傳送裝置“時(shí)提出來的。在這專利中所記述的機(jī)器人機(jī)械手,以現(xiàn)在的眼光來看,就是示教再現(xiàn)機(jī)器人。根據(jù)這一專利,Devol與美國Consolide Control Corp合作,于1959年研制成功采用數(shù)字控制程序自動化裝置的原型機(jī)。
隨后,美國的Unimation公司和美國的機(jī)械鑄造(AMF)公司于1962年分別制造了實(shí)用的一號機(jī),并分別取名為Unimate和Ver·satran。Unimate機(jī)器人外形類似坦克炮塔,采用極坐標(biāo)結(jié)構(gòu),而Versatran機(jī)器人采用圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)。
上述兩種機(jī)器人成為機(jī)器人結(jié)構(gòu)的主流,美國通用汽車公司和福特汽車公司在其金屬冷熱加工中,采用這類機(jī)器人進(jìn)行壓、鑄、沖壓等上、下料,收到了良好的效果。
美國的機(jī)器人機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展,大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段:
1963~1967年為實(shí)驗(yàn)定型階段。1963~1967年,萬能自動公司制造的機(jī)器人機(jī)械手供用戶做工藝實(shí)驗(yàn)。1967年,該公司生產(chǎn)的機(jī)器人機(jī)械手定型為1900臺。
1968~1970年為實(shí)驗(yàn)應(yīng)用階段。這一時(shí)期,機(jī)器人機(jī)械手在美國進(jìn)入應(yīng)用階段。例如美國通用汽車公司1968年訂購了68臺機(jī)器人機(jī)械手;1969年又自行研制出SAM型機(jī)器人機(jī)械手,并用21臺組成了點(diǎn)焊小汽車車身的焊接自動線。
1970年至今一直出于技術(shù)發(fā)展和推廣應(yīng)用階段。1970~1972年,機(jī)器人機(jī)械手處于技術(shù)發(fā)展階段。1970年4月美國在伊利斯工學(xué)院研究所召開了第一屆全國機(jī)器人機(jī)械手會議。據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì),美國已采用了大約200臺機(jī)器人機(jī)械手,工作時(shí)間共達(dá)60萬小時(shí)以上。與此同時(shí),出現(xiàn)了所謂高級機(jī)器人,例如森德斯蘭德公司(Sundstrand)發(fā)明了用小型計(jì)算機(jī)控制50臺機(jī)器人機(jī)械手的系統(tǒng)。
在歐洲第一臺機(jī)器人機(jī)械手是1963年瑞典Kavieldt公司發(fā)表的第一臺操作機(jī)。
日本在六十年代初期就開始研制固定程序控制的機(jī)器手,并從其他各國引進(jìn)了用于不同生產(chǎn)過程的機(jī)器人,并獲得迅速,很快研制出日本國產(chǎn)華的機(jī)器人機(jī)械手,技術(shù)水平很快趕上了美國并超過了其它國家,目前機(jī)器人機(jī)械手在日本已得到迅速發(fā)展并很快得到普及。
我國雖然開始研制機(jī)器人機(jī)械手僅比日本晚5~6年,但由于種種原因,機(jī)器人機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展比較慢。但目前已引起了有關(guān)方面的極大關(guān)注。除了引進(jìn)、消化、仿制外,已經(jīng)具備了一定的獨(dú)立設(shè)計(jì)和研制能力。在1958年維吾爾自治區(qū)成立30年大慶站展覽館展出了由機(jī)械局研制的跳舞機(jī)器人《阿依古麗》。在1986年地十六屆廣交會上,成都電訊工程學(xué)院研制的第三代仿人機(jī)器人《成蓉小姐》已經(jīng)用漢語或英語向來賓問好,并能簡要的介紹的展覽產(chǎn)品及回答簡單問話。西北電訊工程學(xué)院研制的微機(jī)控制示教再現(xiàn)式機(jī)器人《西電I號》,也于1985年9月在陜西省科技貿(mào)易大會上進(jìn)行了表演。此外,清華大學(xué)自動化系研制的具有視覺手眼系統(tǒng),北京鋼鐵學(xué)院研制的焊接機(jī)器人,均已達(dá)到了較高的水平。同時(shí),在機(jī)器人學(xué)科中的視覺、聽覺、語音合成、觸覺、計(jì)算控制以及人工智能諸領(lǐng)域研究,也取得了一定的進(jìn)展。
近幾年來的成就表明,我國機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)邁出了可喜的一步。相信在不久的將來,我們一定回趕上世界各國前進(jìn)的步伐。
三、伸縮機(jī)構(gòu)分類
常用的平移伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種:
(1)齒輪齒條傳動
齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一,形式很多,應(yīng)用廣泛,傳遞率可達(dá)到數(shù)十萬千瓦,圓周速度可達(dá)200m/s。有以下特點(diǎn):1).效率高2).結(jié)構(gòu)緊湊3).工作可靠4).傳動比穩(wěn)定。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高,價(jià)格較貴,且不宜用于傳動距離過大的場合。
(2)渦輪渦桿傳動
優(yōu)點(diǎn)是傳動比大,結(jié)構(gòu)尺寸緊湊,但軸向力大、易發(fā)熱、效率低。
(3)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
常用于將曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動;或者將滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。構(gòu)成低副兩元件的幾何形狀比較簡單,加工方便,易于得到較高的制造精度等優(yōu)點(diǎn),因而在包括煤礦機(jī)械在內(nèi)的各類機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用,如自動送料機(jī)構(gòu)、沖床、內(nèi)燃機(jī)空氣壓縮機(jī)等。
(4)絲桿螺母副
梯形螺桿、螺母的滑動螺旋傳動:梯形螺紋具有牙根強(qiáng)度高,工藝性好,螺紋對中性好但主要缺點(diǎn)是效率低。
滾珠絲杠螺母副是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動,或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想產(chǎn)品。它是傳統(tǒng)滑動性絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。滾珠絲杠螺母副因優(yōu)良的摩擦特性,并且可以消除方向間隙并施加預(yù)載,高精度和高靈敏度使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對滾珠絲杠副的要求也越來越高,為了使機(jī)械產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行,要求滾珠絲杠副的運(yùn)動平穩(wěn),無爬行現(xiàn)象,傳動精度高。
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指導(dǎo)教師:
年 月 日
專業(yè)教研室審查意見
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