中期报告

(威海)毕业设计（论文）中期报告题目:圆柱坐标通用机械手的设计院（系）船舶工程学院专业机械设计制造及其自动化学生吴永刚学号080350122班号0813105指导教师杨炳久中期报告日期2012年5月10日哈尔滨工业大学(威海)2012年5月哈尔滨工业大学（威海）中期报告-1-说明一、中期报告应包括下列主要内容：1．论文工作是否按开题报告预定的内容及进度安排进行；2．目前已完成的研究工作及结果；3．后期拟完成的研究工作及进度安排；4．存在的困难与问题；5．如期完成全部论文工作的可能性。二、中期报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在院（系）保存，以备检查。指导教师评语：指导教师签字：检查日期：哈尔滨工业大学（威海）中期报告-2-一、论文工作是否按开题报告预定的内容及进度安排进行1.论文工作基本上是按照开题报告预定的内容进行的，前期任务主要是搜集资料，熟悉题目，撰写开题报告，进行圆柱坐标通用机械手的机构方案分析与定型机械手机构的总体详细设计及完成有关的理论分析计算机械手作业空间分析，完善总体设计，目前工作已基本完成。2.中期答辩后的任务主要集中完善圆柱坐标模型和控制系统原理的设计上。在12周完善三维装配图，13周完成二维装配图，14周完成控制原理图和和单片机接线图。掌握单片机控制多个液压缸、气动缸的方法，完成控制程序及地址的分配。15-16周完成外文翻译和论文的撰写，顺利完成毕业设计。二、目前已完成的研究工作及结果目前已完成的研究工作有：圆柱坐标通用机械手的总体方案分析；圆柱坐标通用机械手机构的机构方案的确定；圆柱坐标通用机械手机构方案的总体详细设计；圆柱坐标通用机械手四大模块有关的理论分析计算；圆柱坐标通用机械手四大模块的二维装配图的完成；1.圆柱坐标通用机械手的总体方案分析：圆柱坐标通用机械手由机械系统(执行系统、驱动系统)、控制系统及辅助系统组成。A、执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。（1）末端执行机构：又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件。（2）水平运动模块：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。（3）竖直运动模块：是支承腕部的部件，作用是承受工件的负荷，并把它传递哈尔滨工业大学（威海）中期报告-3-到预定的位置。（4）旋转运动模块：是支承手臂的部件，其作用是带动臂部自转运动。B、控制系统：通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。C、辅助系统：包括润滑及密封，油管，支撑，连接等系统。圆柱坐标通用机械手组成图：图2-1圆柱坐标通用机械手各部分关系图：图2-2圆柱坐标通用机械手机械系统辅助系统执行机构驱动机构末端执行机构水平运动机构竖直运动机构旋转运动机构控制系统系统电液伺服系统控制系统机械系统驱动-传动机构执行机构工作对象形位检测哈尔滨工业大学（威海）中期报告-4-2.圆柱坐标通用机械手机构总体方案的确定：总体方案拟定:在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标运动机械手，利用液压驱动来实现机械手的旋转运动；利用另一台液压机与气动机来实现旋转，从而使旋转手臂中的花键轴与液压缸中的套筒固连在一起的手臂实现上下运动；考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故同样采用液压驱动实现手臂的伸缩运动；末端夹持器则采用齿轮齿条式夹持器。初步总体方案图3.圆柱坐标通用机械手各模块的理论分析计算：Ⅰ.首先根据任务书的要求拟定三维机械手主要技术性能参数：A、抓取重量：300N抓取重量是用来表明机器人负荷能力的技术参数，这是一项主要参数。这项参数与机器人的运动速度有关，一般是指在正常速度下所抓取的重量。哈尔滨工业大学（威海）中期报告-5-B、抓取工件的极限尺寸：直径50-70长450-1200抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的技术参数，它是设计手部的基础。C、坐标形式和自由度：圆柱坐标4个自由度说明机器人机身、手部、腕部等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征。D、运动行程范围：运动名称符号行程范围速度回转ψ0°~210°小于90°/s升降Z300mm°小于70mm/s伸缩X400mm小于250mm/s手腕回转ω：0°~180°小于90°/s指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自由度的运动行程范围和坐标形式就可确定机器人的工作范围。E、运动速度：是反映机器人性能的重要参数。通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。它与抓取重量、定位精度等参数密切有关，互相影响。目前，国内外机器人的最大直线移动速度为1000mm/s左右，一般为200～400mm/s；回转速度最大为180°/s，一般为50°/s。哈尔滨工业大学（威海）中期报告-6-F、定位精度和重复定位精度：±3定位精度和重复定位精度是衡量机器人工作质量的一项重要指标。G、编程方式和存储容量。抓取重量300N自由度4个（2个回转2个移动）机座尺寸400*300mm，回转运动，回转角210°，液压机驱动单片机控制竖直机构长约320mm，伸缩运动，升降范围300mm，液压机驱动单片机控制水平机构长约420mm，伸缩运动，伸缩范围400mm，液压缸驱动电位器设定，点位控制末端执行器回转运动，回转角180°，液压缸驱动单片机控制3.3.2联轴器的选择该机构利用锥环对之间的磨擦实现与毂之间的无间隙连接传递转矩，且可任意调节两面联接件之间的角度位置。通过选择所用锥环的对数，可传递不同大小的转矩。图2-12所示为采用锥环（锥环夹紧环）无键消隙联轴器，可使动力传递没有反向间隙。螺钉5通过压哈尔滨工业大学（威海）中期报告-7-圈3施加轴向力时，由于锥环之间的楔紧作用，内外环2分别产生径向弹性变形，消除轴4与套筒1之间的配合间隙，并产生接触压力，通过磨擦传递转矩，而且套筒1与轴4之间的角度位置可以任意调节。这种联轴器定心性好，承载能力高，传递功率大、转速高、使用寿命长，具有过载保护能力，能在受振动和冲击载荷等恶劣环境下连续工作，安装、使用和维护方便，作用于系统中的载荷小、噪声低。1——套筒，2——内外环，3——压圈，4——轴，5——螺栓图2-54.圆柱坐标通用机械手各模块的二维装配图：1夹持结构模块装配图：驱动杆2末端双面齿条与扇齿轮4相啮合，而扇齿轮4与手指5固连在一起，可绕支点回转。驱动力推动齿条作直线往复运用，即可带动扇齿轮回转，从而使手指松开或闭合。2手腕旋转运动模块装配图：采用油缸或气动驱动的只有回转运动的腕部，它具有结构紧凑、体积小、动作灵敏等特点，因此被广泛采用。但密封性较困难，切回转角度小于360°。如图为具有回转缸的最简单的腕部结构之一。哈尔滨工业大学（威海）中期报告-8-当压力又从主视图游侠不管道通入时，使动片4（从A-A剖面图看）带有回转轴3回转，从而使与其相连的手部回转，动片转至与定片2接触时定位。当压力油从另一侧进入回转缸1时，动片带动手部作相反方向回转直到与定片的另一侧接触而定位，回转角度游动片和定片的接触未知情况决定。设计这种机构时，要注意手部加夹持作的驱动，气、液宜通过万部的中心，以便控制。如图所示结构是从右上部的管控中通过压力油液经回转轴3的中心孔道驱动手部活塞完成夹持动作的。3水平运动模块装配图：如图所示为带有液压缸驱动装置是实现工业机械手操作机手臂伸缩的。这种驱动装置的特点是活塞1在行程终点能自动双向制动。当向工作腔供给压力时，活塞1向左移动；在行程终点时固接在活塞杆3的套筒2进入端盖4的孔中，端盖里装有节流阀5.此时装在接管头6中的单向阀遮住溢流阀，液压油通过节流阀5流出，因而活塞杆3的运动速度减慢。当向活塞杆腔供给压力时，装在管接头6中的单向阀打开，活塞1以较大的速度向右移动。当套筒7进入端盖8的孔中，通过装在管接头9中的单向阀和在端盖8中的节流阀5进行类似的制动过程。活塞1用U型密封圈10密封，而活塞杆3则用U形密封圈11密封。端盖4和8用拉杆13拉紧靠到套筒12上。4竖直运动模块装配图：如图所示中给出的带气缸的驱动装置用于工业机器人操作机手臂提升机构中。滑套1通过法兰2连接到操作及手臂机构上（图2上未表示），并可在端盖3的内孔中移动，端盖3拧紧在缸套4上。在缸套中有两个活塞5和6，活塞5装在套筒4外表面的衬套上，并用弹簧7压向它的支撑环上。活塞6则装在活塞杆8上，它可以沿活塞套1内装导向套9移动。活塞杆8的轴向孔通过径向小孔将活塞5和6之间缸体内腔相连。在套筒4的后端盖10上固定这代压缩空气排吸槽的空气分配装置11，在法兰2上固定着向液压缸内腔排吸油的管接头。活塞5、6和缸套4之间的活动链接以及滑套1相对与活塞5和活塞杆8均用U形密封圈密封。当向套筒4内腔供给压力油时和切断空气时，活塞5和6分离并压在端盖哈尔滨工业大学（威海）中期报告-9-的挡块上，从而压缩弹簧7.当套筒由缸体伸出一定行程，从而实现操作及手臂的提升。当停止供油和切断输入空气时，活塞5和6相互靠近，油由缸体内强通过活塞杆上的小孔8流出，实现操作及手臂的快速下降。弹簧7推动活塞5，促使套筒1的运动速度增加。在活塞6行程终点时，导向套9遮住活塞杆8上的径向小孔，套筒1再碰到挡块之前产生制动。三、后期拟完成的研究工作及进度安排中期答辩后的任务主要集中圆柱坐标通用机械手各模块的三维装配图及总装图，圆柱坐标通用机械手的控制原理图和和单片机接线图。掌握单片机控制多个液压缸，气动缸的方法，完成控制程序及地址的分配。进度安排如下：第12周完善圆柱坐标通用机械手各模块的二维装配图，13周完成圆柱坐标通用机械手的三维装配图，14周完成三维机械手的控制原理图和和单片机接线图。掌握单片机控制多个电动机的方法，完成控制程序及地址的分配。15-16周完成外文翻译和论文的撰写，顺利完成毕业设计。第12周完善圆柱坐标通用机械手各模块的二维装配图及总装图；第13周完成圆柱坐标通用机械手的三维装配图及重要零件的零件图；第14周完成圆柱坐标通用机械手的控制原理图和和单片机接线图；第15-16周完成外文翻译和论文的撰写，准备最后的答辩。四、存在的困难与问题，以及解决的措施在设计中，因为要考虑工厂的工作环境以及夹持零件结构等因素，可能会因为这些因素的差异较大，而对圆柱坐标机械手机构形式设计造成一定的干扰。也可能自身运算时的错误，导致设计相差很大。哈尔滨工业大学（威海）中期报告-10-在设计时遇到的问题有很多，比如说各种力的计算，尺寸的选择，各种强度校核。如果没有系统的将以前的知识梳理一遍很难做出正确的答案。还有就是机构的设计，驱动器的选择，连接器等等的选择，如果没有参考书的话很难给出正确的判断。还有一些一时难以察觉的问题。所以要经常交流，请教老师。同时产品较难实现实物化，某些设计缺陷可能很难发现，其功能性验证也比较困难。可通过请教更多的老师和同学，运用仿真软件进行多次建模仿真，以获得较为准确的结果。当然自己也要每时每刻提醒自己，认真完成毕设，绝对不能偷懒。五、如期完成全部论文工作的可能性充分利用剩下的时间，按照进度，可以顺利完成毕业设计，完成毕业答辩。