机器人机械手的有限元分析及相关控制的研究(长沙理工2014优秀论文)
基于PLC机械手臂的设计毕业论文
河北工业大学基于PLC的机械手臂的设计院部:专业:班级:姓名: *****学号: ******指导老师:摘要机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器,本文介绍的是机械手模型基于PLC的控制系统设计。
首先,对可编程控制器进行相应的介绍,选择了PLC的型号。
然后,通过对机械手的各功能实现形式和控制方式研究,给出各部分的实现方案并确定了控制系统的器材。
最后,进行PLC控制系统的硬件结构和软件程序设计。
关键字:可编程控制器PLC 机械手步进电机ABSTRACTRobots are a kind of automatic positioning control and can be programmed to change to the multi-function machine are introduced in this paper, the model of the manipulator based on PLC control system design.First, the programmable controller to introduce, make corresponding choice model of the PLC. Then, based on the function of the manipulator realization and control methods are studied, and the scheme of realization of the control system and the equipment. Finally, the PLC control system, the hardware structure and software design.Key words: PLC programmable controller Manipulator Stepping motor目录摘要 (I)ABSTRACT (IV)第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 机械手的定义与分类 (1)1.3 机械手应用及组成结构 (2)1.4 机械手的发展趋势 (3)1.5 总体设计要求 (3)第2章PLC的介绍与选择 (5)2.1 PLC的特点 (5)2.2 PLC的选型 (5)2.3 三菱FX系列的结构功能 (7)第3章各功能实现形式与控制方式 (9)3.1 本机械手模型的机能和特性 (9)3.2 夹紧机构 (9)3.3 躯干 (9)3.4 旋转编码盘 (10)第4章控制系统设计 (11)4.1 控制系统硬件设计 (11)4.1.1 PLC梯形图中的编程元件 (11)4.1.2 PLC的I/O分配 (11)4.1.3 机械手控制系统的外部接线图 (12)4.2 控制系统软件设计 (13)4.2.1 公用程序 (13)4.2.2 自动操作程序 (15)4.2.3手动单步操作程序 (21)4.2.4 回原位程序 (24)4.3 PLC程序的上载和下载 (26)4.3.1 PLC程序的上载 (26)4.3.2 PLC程序的下载 (26)第5章设计小结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)第1章绪论1.1 课题背景随着现代工业技术的发展,工业自动化技术越来越高,生产工况也有趋于恶劣的态势,这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求,同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。
工业机器人机械手毕业设计论文
学院毕业设计(论文)工业机器人机械手设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日诚信承诺我谨在此承诺:本人所写的毕业论文《工业机器人机械手设计》均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。
承诺人(签名):年月日摘要本文对机械手进行了总体方案设计,确定了机械手的座标型式和自由度,确定了机械手的技术参数。
同时,分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构,计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构,设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。
关键词:工业机械手,机械手,气动毕业设计(论文)AbstractIn this paper, the mechanical hand the overall scheme design, the manipulator to determine the coordinates of the types and degrees of freedom, determine the technical parameters of the manipulator. At the same time, respectively, the design of the manipulator clamping type hand structure and adsorption type structure of hand; designed the structure of robot wrist, the wrist to calculate the rotation of the driving torque required and a rotary cylinder driving torque; the design of the manipulator arm structure, design of the telescopic arm, a lifting hydraulic buffer and the arm rotary hydraulic buffer.Key Words:industrial robot, manipulator, pump, air pressure drive目录摘要 (III)Abstract..................................................................................................................................... I V 目录 (V)第1章引言 (7)1.1 工业机械手概述 (7)1.2 工业机器人机械手的课题设计要求 (8)1.3 机械手的系统工作原理及组成 (13)第2章机械手的整体设计方案 (8)2.2 机械手的手部结构方案设计 (10)2.3 机械手的手腕结构方案设计 (11)2.4 机械手的手臂结构方案设计 (11)2.5 机械手的驱动方案设计 (11)2.6 机械手的控制方案设计 (11)2.7 机械手的主要技术参数 (11)第3章手部结构设计 (15)3.1 夹持式手部结构 (15)3.1.1手指的形状和分类 (15)3.1.2设计时考虑的几个问题 (15)3.1.3手部夹紧气缸的设计 (16)第4章手腕结构设计 (20)4.1 手腕的自由度 (20)4.2 手腕的驱动力矩的计算 (20)4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩 (20)4.2.2回转气缸的驱动力矩计算 (23)4.2.3 手腕回转缸的尺寸及其校核 (24)第5章手臂伸缩,升降,回转气缸的尺寸设计与校核 (27)5.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 (27)5.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计 (27)5.1.2 尺寸校核 (27)5.1.3 导向装置 (28)5.1.4 平衡装置 (28)5.2 手臂升降气缸的尺寸设计与校核 (28)5.2.1 尺寸设计 (28)5.2.2 尺寸校核 (28)5.3 手臂回转气缸的尺寸设计与校核 (29)5.3.1 尺寸设计 (29)5.3.2 尺寸校核 (29)总结 (31)参考文献 (32)致谢 (33)第1章引言1.1 工业机械人概述随着科技的发展人类的生活也向自动化靠拢,作为自动化中不可缺少的机器人渐渐地融入我们的生活,成为我们生活中不可缺少的一部分。
机械手完整毕业设计论文
机械手完整毕业设计论文毕业论文(设计)(范文)课题名称 ______________________ 学生姓名______________ 学号_______________ 系部 _________________ 专业年级 _________________________指导教师 ___________________________20XX年XX 月在当今大规模制造业中,企业为提高生产效率,保障产品质量,普遍重视生产过程的自动化程度,工业机器人作为自动化生产线上的重要成员,逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平,H前,工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的丄作,工作方式一般釆取示教再现的方式。
本文将设计一台四自由度的工业机器人,用于给冲压设备运送物料。
首先,本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构,然后选择合适的传动方式、驱动方式,搭建机器人的结构平台;在此基础上,本文将设计该机器人的控制系统,包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设讣以及控制软件的设计,重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性,最终实现的口标包括:关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
关键词:机器人,示教编程,伺服,制动ABSTRACTIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on 什w automation degree of the production process in order to enhance theproduction efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises・ The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used tocarry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software・Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running・ The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring 什】e movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point・KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake目录第1章绪论 (3)1.1机器人概述 (4)1.2机器人的历史、现状 (4)1.3机器人的发展趋势 (4)第2章机器人实验平台介绍及机械手的设计 (3)2.1自由度及关节 (4)2.2基座及连杆 (4)2.2. 1 基座 (7)2.2.2大臂 (7)2.2.3小臂 (7)2.3机械手的设计 (4)2.4驱动方式 (4)2.5传动方式 (4)2.6制动器 (4)第3章控制系统硬件 (4)3.1控制系统模式的选择 (4)3.2控制系统的搭建 (4)3.2. 1工控机 (4)3.2.2数据采集卡 (4)3.2.3伺服放大器 (4)3.2. 4 端子板 (4)3.2. 5电位器及其标定 (4)3.2. 6 电源 (4)第4章控制系统软件 (4)4.1预期的功能 (4)4.2实现方法 (4)4. 2. 1实时显示各个关节角及运动范围控制 (4)4. 2. 2直流电机的伺服控制 (4)4. 2.3电机的自锁 (4)4. 2. 4示教编程及在线修改程序 (4)4. 2. 5设置参考点及回参考点 (4)第5章总结 (4)5.1所完成的工作 (4)5.2设计经验 (4)5.3误差分析 (4)5.4可以继续探索的方向 (4)致谢 (4)参考文献 (4)1.1机器人概述在现代工业中,生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
基于平面几何的机械手臂动力学分析
基于平面几何的机械手臂动力学分析机械手臂是一种能够对物体进行精确操控的机械装置。
它结合了力学、电机、计算机控制等多种技术,具有广泛的应用前景。
本文将基于平面几何,对机械手臂的动力学进行分析,并探讨其工作原理及应用。
一、机械手臂的工作原理机械手臂的工作原理类似于人的手臂,由基座、关节、连杆和执行器等部分组成。
其中,关节是连接连杆的部件,允许其在空间中运动。
执行器则是用于接触物体、抓取或释放物体的组件。
机械手臂的运动轨迹可以通过控制关节的角度来实现。
在机械手臂的运动中,关节的角度变化会引起连杆的运动,从而改变机械臂的位置和姿态。
根据运动学原理,机械手臂的位置和姿态可以用坐标系来表示。
其中,位置用三维坐标系,姿态用欧拉角或四元数表示。
这种表示方式可以大大简化机械手臂的运动控制,提高其精准度和稳定性。
二、机械手臂的动力学分析机械手臂的动力学分析是指研究机械臂运动过程中的力学特性,包括运动学、动力学和控制等方面。
其中,运动学主要研究机械臂的运动轨迹和速度、加速度等动态特性。
动力学则是研究机械臂运动过程中的力、力矩和惯性等物理量,以及它们之间的相互作用。
控制方面则是通过电机和控制器等设备,对机械臂的运动进行精确控制。
在机械手臂的运动过程中,会涉及到许多力学问题。
例如,机械臂的重心变化会影响其稳定性;机械臂在变速运动中,惯性力会影响加速度和力矩的计算;机械手臂在接触物体时,需要考虑摩擦力和接触压力等问题。
这些问题都需要通过数学模型进行建模,从而实现对机械臂的控制和优化。
三、机械手臂的应用机械手臂广泛应用于制造业、军事、医疗等领域。
例如,制造业中的自动化生产线、工业机器人等,都需要机械手臂的操控和控制;军事领域则需要机械手臂进行侦查、拆弹、物资运输等任务;医疗领域则将机械手臂用于手术、治疗等方面。
其中,工业机器人是机械手臂应用最为广泛的领域之一。
工业机器人主要用于自动化生产线上的物料搬运、零件加工、装配等工艺。
机械手控制论文
毕业论文题目名称:机械手控制机械手控制摘要生产技术和生产力的高速发展,要求现代化企业必须有更高的生产效率,更高的自动化程度及其安全可靠性。
机械手可以实现多工步的自动换装,使用可靠安全,通过程序更换就可以实现功能升级。
机械手在扩大生产围,缩短新产品的试制周期,加速产品的更新换代,降低成本和减轻工人劳动强度起到重要作用。
由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高,对工作效率的提高迫在眉睫。
单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求,因此,必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动,满足工业自动化的需求。
其中机械手是其发展过程中的重要产物之一,它不仅提高了劳动生产的效率,还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作,减轻人类劳动强度,可以说是一举两得。
在机械行业中,机械手越来越广泛的得到应用,它可用于零部件的组装,加工工件的搬运、装卸,特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。
目前,机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。
把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元,可以节省庞大的工件输送装置,结构紧凑,而且适应性很强。
但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,应用规模和产业化水平低,机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高,从经济上、技术上考虑都是十分必要的。
因此,进行机械手的研究设计具有重要意义。
关键词:工业自动化; 机械化; FMS; FMC; 机械手研究开发目录摘要I一、机械手发展经历及主要构成1(一)发展历史1(二)构成部分1(三)机械手分类1(四)多关节机械手的优势2(五)机械手发展大事记2二、西门子公司及S7-200主要参数功能介绍2 (一)适用围3(二)模拟电位器3(三)脉冲输出3(四)电池模块3(五)各型号的优点3三、机械手设计要求及功能4(一)控制要求4(二)机械手运行方式51. 调整工作方式52. 连续工作方式53. 单周工作方式54. 步进工作方式5(三)程序设计要点5(四)程序结构框图6四、基于S7-200的机械手PLC控制程序6五、分析该设计优缺点6致7参考资料7机械手控制一、机械手发展经历及主要构成机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
机器人机械手的有限元分析及相关控制的研究(长沙理工2014优秀论文)
第 1 关节
电机自带
结合机器人机械手的工作状况,选择如表 3-3 所示电机和减速机构。
3.4 机器人结构设计
图 3.3 各关节结构图
4 机器人关键部件的有限元分析
4.1 机器人关键部件有限元模型的建立
-3-
4.1.1 基座、大臂、小臂实体模型的简化 通常对于实体模型的细节进行一定的几何简化,尽量忽略一些不必要的细节,去除一些与分析意图影响不大的零件 及特征,以利于有限元分析。
-3
图 3.2 关节的极限位置图 3.2.2 各关节功率估算 电机功率计算采用公式 又有 n=ω×60/2 π 得到如下计算结果(单位 W) : 表 3-2 各关节极限力矩和功率计算结果 关节号 极限力矩(N·m) 计算功率(W) 7 2.400 12.0 6 3.213 32.1 5 3.675 30.6 4 26.435 164.2 3 22.638 189.3 2 51.451 430.1 1 64.345 750.3
1.引言
机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物,它涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、生物学、人工智 能等众多学科领域,是当代最具代表性的机电一体化技术之一 。随着科技的日益先进,消费者的生活不断的得到提高。 然而,人们对生活的品质要求却越来越高。本课题就是在这样一个背景下展开工作的。 目前,市场上大型工业机器人已经日趋成熟。而对于贴近人们生活层面的小型机器人机械手却很稀少,而我国在这 一方面存在更大的空缺。将工业机器人小型化,引入人们的生活做一些必要的工作,将大大提高人们的生活品质。
(3-1)
极限位置的速度和加速度由表 2-2 所示。 (1) 第 7 关节力矩
图 3.1 第 7 关节传动示意图 -2-
第 6 关传动示意节图
刀削面机械手机构设计毕业论文答辩
把,切菜做饭轮流使用,用后再交回鞑靼保管。一天中午,一
位老婆婆将棒子、高粱面和成面团,让老汉取刀。结果刀被别
人取走,老汉只好返回,在出鞑靼的大门时,脚被一块薄铁皮
碰了一下,他顺手拣起来揣在怀里。回家后,锅开得直响,全
家人等刀切面条吃。可是刀没取回来,老汉急得团团转,忽然
想起怀里的铁皮,就取出来说:就用这个铁皮切面吧!老婆一
刀削面机械手机构设计毕业论文答辩
5.刀削面机械手的意义
1. 结合机械手设计这方面的知识,在设计过程 中学会怎样发现问题、研究问题、解决问题; 2. 改善了技师的劳动限制,避免由于刀削面技 师操作疲劳而引发的安全事故; 3. 提高刀削面的生产率,降低生产成本,加快 实现食品生产机械化和自动化的步伐; 4. 推广中国山西美食刀削面走向世界,为增强 中国软实力做微薄的贡献;
刀削面机械手机构设计毕业论文答辩
4.刀削面机械手的应用优势
1:生产中应用刀削面机械手,有利于提高面料的传送、 刀具的更换以及刀削面机器的装配等的自动化程度,从 而可以提高劳动刀削面的生产率,降低生产成本,加快 实现食品生产机械化和自动化的步伐。 2:在高温、高油烟、潮湿等恶劣的环境中,刀削面技师 用手工操作是十分繁琐、辛苦。而刀削面机械手即可部 分或全部代替刀削面技师高效地进行作业,大大地改善 了技师的劳动限制。同时,在一些简单的机械动作作业 的操作中,用刀削面机械手代替厨师操作,可以避免由 于刀削面技师操作疲劳而引发的安全事故。 3:应用刀削面机械手代替人手进行工作,这是直接减少 劳动力的一个方面,同时由于刀削面机械手可以连续地 工作,这是减少劳动强度的另一个方面。
3. 刀削面机械手的机构选择
刀削面机械手机构设计毕业论文答辩
1.实现机械手小臂的切削动作方案(图) 刀削面机械手图一优点:该方案的空间利用率高,尤其在空间 有限的仿真机械手比较实用。缺点:双曲柄滑块机构的成本比 较高,机构复杂度高,机械效率比较低。刀削面机械手图二: 优点:机械效率高,制造成本低,空间复杂度低,便于安装维 护。缺点:占用比较大的空间。该机械手的设计目的在于降低 其制造成本,由于图二在机械效率和制造成本上都高于方案一 ,故选方案一作为刀削面机械手小臂切削机构
自动控制机械手结构设计毕业论文设计
(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!) 毕业设计(论文)报告设计(论文)题目:自动控制机械手结构设计毕业设计(论文)任务书一、课题名称:自动控制机械手结构设计二、主要技术指标:(1)机械手的抓取物体450g夹取距离30mm(2)手臂行程400mm(3)转台角度100°(4)机械手手臂结构和尺寸满足机械手完成作业所需的工作空间(5)机座要承受机械手全部工作载荷,应保证足够的刚度、强度三、工作内容和要求:(1)合理选择机械手的结构(2)机械手的各零件图及装配图的绘制(3)完成机械手的三维成型设计四、主要参考文献:(1)苏沛群.液压与气动技术[M].电子科技大学出版社.2008(2)史新民、高飞 .常用机构与零件设计[M].清华大学出版.2009(3)张柱香.机电类专业毕业设计指南[M].北京机械工业出版社.2003(4)李正吾等.机电一体化技术及其应用[M].机械工业出版社.1990(5)刘海兰、李小平.机械识图与制图[M].清华大学出版社.2009学生(签名)年月日指导教师(签名)年月日教研室主任(签名)年月日系主任(签名)年月日毕业设计(论文)开题报告自动控制机械手结构设计目录摘要 (IV)Abstract (IV)第一章绪论 (1)1.1机械手的发展 (1)1.2机械手的分类 (1)1.3机械手的组成 (2)1.4机械手的技术参数 (4)第二章机械手的设计要求及尺寸计算 (5)2.1机械手的抓取手指设计要求及尺寸计算 (5)2.2机械手手臂的设计要求及尺寸计算 (6)2.3机械手机身的设计要求及尺寸计算 (7)2.4机械手转台设计要求及尺寸计算 (8)第三章机械手的零件图纸及装配图 (11)3.1机械手腕零件图 (11)3.2机械手臂零件图 (11)3.3机械手机身与连接部分零件图 (12)3.4机械手转台及底座图纸 (14)3.5机械手装配图 (16)第四章机械手的三维成型 (18)4.1机械手的手腕三维成型 (18)4.2机械手手臂三维成型 (18)4.3机械手的机身三维成型 (19)4.4机械手的连杆三维成型 (19)4.5机械手的连接块三维成型 (20)4.6机械手的转台三维成型 (21)4.7机械手的整体三维成型 (21)第五章结束语 (22)参考文献 (24)答谢辞 (25)摘要本设计中研究的是一个三自由度的机械手,文中首先介绍了机械手的分类组成,描述了机械手对现在工业的应用及影响。
工业机器人机械手毕业设计论文
学院毕业设计(论文)工业机器人机械手设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日诚信承诺我谨在此承诺:本人所写的毕业论文《工业机器人机械手设计》均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。
承诺人(签名):年月日摘要本文对机械手进行了总体方案设计,确定了机械手的座标型式和自由度,确定了机械手的技术参数。
同时,分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构,计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构,设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。
关键词:工业机械手,机械手,气动毕业设计(论文)AbstractIn this paper, the mechanical hand the overall scheme design, the manipulator to determine the coordinates of the types and degrees of freedom, determine the technical parameters of the manipulator. At the same time, respectively, the design of the manipulator clamping type hand structure and adsorption type structure of hand; designed the structure of robot wrist, the wrist to calculate the rotation of the driving torque required and a rotary cylinder driving torque; the design of the manipulator arm structure, design of the telescopic arm, a lifting hydraulic buffer and the arm rotary hydraulic buffer.Key Words:industrial robot, manipulator, pump, air pressure drive目录摘要 (III)Abstract..................................................................................................................................... I V 目录 (V)第1章引言 (7)1.1 工业机械手概述 (7)1.2 工业机器人机械手的课题设计要求 (8)1.3 机械手的系统工作原理及组成 (13)第2章机械手的整体设计方案 (8)2.2 机械手的手部结构方案设计 (10)2.3 机械手的手腕结构方案设计 (11)2.4 机械手的手臂结构方案设计 (11)2.5 机械手的驱动方案设计 (11)2.6 机械手的控制方案设计 (11)2.7 机械手的主要技术参数 (11)第3章手部结构设计 (15)3.1 夹持式手部结构 (15)3.1.1手指的形状和分类 (15)3.1.2设计时考虑的几个问题 (15)3.1.3手部夹紧气缸的设计 (16)第4章手腕结构设计 (20)4.1 手腕的自由度 (20)4.2 手腕的驱动力矩的计算 (20)4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩 (20)4.2.2回转气缸的驱动力矩计算 (23)4.2.3 手腕回转缸的尺寸及其校核 (24)第5章手臂伸缩,升降,回转气缸的尺寸设计与校核 (27)5.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 (27)5.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计 (27)5.1.2 尺寸校核 (27)5.1.3 导向装置 (28)5.1.4 平衡装置 (28)5.2 手臂升降气缸的尺寸设计与校核 (28)5.2.1 尺寸设计 (28)5.2.2 尺寸校核 (28)5.3 手臂回转气缸的尺寸设计与校核 (29)5.3.1 尺寸设计 (29)5.3.2 尺寸校核 (29)总结 (31)参考文献 (32)致谢 (33)第1章引言1.1 工业机械人概述随着科技的发展人类的生活也向自动化靠拢,作为自动化中不可缺少的机器人渐渐地融入我们的生活,成为我们生活中不可缺少的一部分。
基于Solidworks的机械手爪运动仿真及有限元分析
基于Solidworks的机械手爪运动仿真及有限元分析作者:陆鹏石钢周志浩程道来李南坤来源:《中国科技纵横》2014年第11期【摘要】以巴玛克公司自动化钎焊机械手爪为对象,利用SolidWorks开展机械手爪结构设计,三维建模,然后运用插件中motion、simulation对它进行运动仿真分析和有限元分析。
最后得到机械手的运动轨迹,作业空间情况,为公司机械手爪后续的优化设计研究提供依据。
【关键词】 SolidWorks 机械手爪三维建模运动仿真【Abstract】 It will useSolidWorks to design structureof Manipulator and to establish theThree-dimensional Modeling based on automated welding robot of Shanghai Bamac Electric Technology Co., Ltd.,then by using the plug of simulation and motion of SolidWorks,it will focus on the Motion Simulation and Finite ElementAnalysis of the Manipulator.Finally the trajectory and the work space of the Manipulate can be received,and provide a basis of manipulator analysis in order to optimize the manipulator for the company.【Key words】 SolidWorks Manipulator Three-dimensional Modeling Motion Simulation机器人手爪是机器人可以实现类似人手的功能部件,用来夹持工件或工具,是一个很重要的执行机构。
基于有限元分析的仿生机器人结构设计研究
基于有限元分析的仿生机器人结构设计研究随着科技的发展和人工智能技术的不断提升,机器人逐渐成为了目前社会中不可或缺的一部分。
而仿生机器人,则是人工智能领域内发展最为活跃的分支之一,其结构设计和功能特点均以自然界中的动植物为模仿对象,充分发挥了自然界的智慧和优势。
在仿生机器人的研究中,有限元分析技术应用广泛,可以结合仿生机器人材料与结构的特性,准确分析不同结构所带来的机械、力学以及动力学性能,从而为机器人的设计和优化提供有效的依据。
一、仿生机器人的发展现状目前,仿生机器人已经应用于工业、医疗、军事、安全等多个领域,成为了一个非常热门和活跃的领域。
其中最典型的往往是仿生机器人结构设计领域,通过对生物体的学习和仿真,设计出具有智能、自适应、灵活等诸多特点的机器人。
二、有限元分析技术的应用有限元分析技术是在计算机上对某个模型进行分析和计算的方法。
在仿生机器人领域,有限元分析是一个非常重要的技术,可以根据机器人结构的性能指标,分析出机器人在不同工况下的力学、动力学、热力学等特性。
1、仿生机器人材料与有限元分析仿生机器人中,材料的选择能够影响到机器人的性能和特征。
针对每一种仿生机器人的专用材料,需要通过有限元分析技术进行模拟,从而真实地反映出其力学特性。
通过分析力学方式确定何种材料合适。
2、仿生机器人结构设计与有限元分析仿生机器人的发展离不开机器人结构的设计,而对于机器人结构设计的分析,有限元分析技术也是不可或缺的。
有限元分析技术可以帮助工程师们模拟出机器人在面对复杂多变的环境中不同的力学响应情况,从而提供适当的解决方案。
三、仿生机器人结构设计的优化在仿生机器人的设计过程中,不仅要考虑到机器人的外部形态,更要关注其内部结构的设计,因为机器人的好坏不仅仅在于外表,还要考虑其内部的机械特性、功率特性等。
因此在仿生机器人的设计中,一个重要的过程就是机器人结构设计的优化。
对于仿生机器人的结构,通过有限元分析技术,可以为结构优化提供科学依据,以确保机器人稳定,可靠,并提供最佳性能。
毕业设计(论文)-基于PLC的步进电机的控制和机械手
目录摘要 (1)一、课程设计概述 (3)1.1 可编程程序控制器(PLC)概述 (3)1.2 SIEMENS S7-200简介 (3)1.3 STEP7-MICRO/WIN 编程软件简介 (3)二、基于PLC 的机械手控制 (4)2.1 设计要求 (4)2.2 机械手控制流程图 (5)2.3机械手各按键作用 (5)2.4基于PLC 的机械手控制程序梯形图 (6)2.5 问题及解决办法 (8)三、基于PLC的刀库捷径方向选择控制 (9)3.1 设计要求 (9)3.2 刀库捷径方向选择控制按钮作用 (9)3.3 刀库捷径方向选择流程图 (10)3.4 刀库捷径方向选择控制梯形图 (11)3.5 问题及解决办法 (14)四、基于EM235 的步进电机调速系统 (14)4.1 设计要求 (14)4.2 基于EM235 的步进电机调速系统按钮作用 (14)4.3 基于EM235步进电机的调速流程图 (15)4.4 基于EM235步进电机的调速程序梯形图 (16)4.5 问题及解决办法 (19)五、课程设计总结 (20)六、参考文献 (21)摘要PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活,易学易用、体积小,重量轻,价格便宜的特点。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
而有关的外围设备,都应按易与工业系统连成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
PLC的应用领域,目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
关键词可编程控制器PLC 控制应用AbstractPLC is a specialized in industrial environment and design of the application of the electronic device digital computing operations. It has high reliability and anti-interference ability strong, powerful, flexible, learn, and use, small volume, light weight, price cheap characteristics. build programs used in its internal memory, storage to perform the logic operation, order processing, timing, counting and arithmetic operation instructions, and digital or analog through the input and output, the control various types of machinery or the production process. And the peripheral devices, should according to easy and industrial system into a whole, easy to extend its function of the design principles.PLC application field, at present, PLC has been widely used in the domestic and foreign steel, petroleum, chemical industry, electric power, building materials, machinery manufacturing, automotive, light textile, transportation, environmental protection, and cultural entertainment industries.Keywords plc control application一、课程设计概述1.1 可编程程序控制器(PLC)概述PLC(可编程序控制器)是一种数字运算操作的电子装置,专为工业环境设计。
机械臂有限元总结与展望
机械臂有限元总结与展望机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机电一体化装置,具有广泛的应用领域。
有限元分析作为一种常用的工程分析方法,在机械臂的设计和优化中扮演着重要的角色。
以下是对机械臂有限元分析的总结与展望。
总结:1. 结构强度分析:有限元分析可以评估机械臂结构的强度,包括对各个连接结点、臂体以及关节等部件进行应力分析和刚度计算,以确保机械臂在工作负载下不会出现过大的变形和破坏。
2. 运动学和动力学分析:有限元分析可以帮助确定机械臂的运动学和动力学性能,包括关节的扭矩、速度和加速度等参数。
这对于机械臂的精确控制和路径规划非常重要。
3. 模态分析:通过有限元分析,可以获得机械臂的固有频率、振型和模态质量等信息,以评估机械臂结构的稳定性和振动特性,并采取相应的改进措施。
4. 材料选择和优化:有限元分析可以通过对不同材料的力学性能进行模拟和对比,辅助设计人员合理选择材料,以满足机械臂的强度和重量等要求。
此外,有限元分析还可以进行结构的优化设计,以提高机械臂的性能和效率。
展望:1. 多物理场耦合分析:目前的有限元分析主要关注机械力学问题,但随着科技的发展,机械臂的分析问题涉及到多个物理场,如热力学、流体力学等。
未来的研究将更多地关注机械臂的多物理场耦合行为。
2. 精确建模与仿真:精确建模是有限元分析的基础,而对机械臂等复杂结构进行精确建模仍然具有挑战性。
未来的研究将致力于建立更准确、高效的机械臂有限元模型,并进行精确的仿真分析。
3. 智能化和优化设计:随着人工智能和优化算法的不断发展,将其应用于机械臂的有限元分析中,可以实现机械臂的智能化设计和优化。
未来的研究将更多地关注机械臂设计和分析的智能化与自动化。
4. 大数据和云计算行业:随着大数据和云计算技术的快速发展,将其应用于机械臂有限元分析中,可以加速计算速度、提高数据处理能力和模型的准确性。
未来的研究将更多地关注大数据和云计算技术在机械臂分析中的应用。
机械结构课题研究论文(五篇):工业机器人应用中机械结构设计方法分析、机械结构设计中抗磨损的改造措施…
机械结构课题研究论文(五篇)内容提要:1、工业机器人应用中机械结构设计方法分析2、机械结构设计中抗磨损的改造措施3、车床机械结构数控化改造探索4、农业机械结构设计中的软件应用5、多功能地坪漆刮涂设备的机械结构设计全文总字数:13686 字篇一:工业机器人应用中机械结构设计方法分析工业机器人应用中机械结构设计方法分析摘要:工业机器人是智能化的制造设备,对工业生产效率的提高具有很大影响。
对机器人的机械机构设计进行改进和改良,能够提高机器人的使用能力,是当代工业机器人的发展方向。
关键词:工业机器人;机械结构;设计方法1工业机器人设计原则1.1遵循和注意最小惯量的原则机器人的各个零部件在进行活动的过程中,因惯性冲击对本身影响很大,设计过程中要注意最小惯量原则,以此使机器人的运动更加平稳,减少运动末端的误差[1]。
具体设计方法是减轻运动部件的自身重量,使运动连杆的重心最大程度的接近转轴。
1.2设计尺度最优为原则可以实现设计功能的条件下,对机器人的零部件选择做到最优的结构和最优的大小,以保证所使用的零部件自身的重量更轻,应用的尺度更小,实现机器人的更加精密性。
1.3选用比强度高的材料原则进行机器人设计制造材料的选择时,选择高比强度的材料,并且以最小惯量和最优尺度为原则。
机器人需要进行克服峰值力矩,要进行材料的选择要求比强度对机器人的制造而言很重要。
因此,在经费允许的情况下,必须进行选择比强度更高的材料。
1.4进行高刚度的设计原则材料的刚度决定了机器的精度,材料的刚度太低容易出现堆挤,设计过程中最好选择刚度更高的应用材料,以此来降低材料的弹性。
同时进行截面形状的建设对材料的沟渎产生影响,进行合理的力矩分配对材料的变形情况能够减轻。
1.5设计过程中的可靠性原则进行设计过程中,必须进行机器人的可靠性的测试和预估,具体的测试方法有机器人的使用寿命的计算、列笔法、查表法和概率计算等方法。
机器的应用软件的可靠性也必须进行测试,在机器人经过调试出厂以前,还要进行定时烤机试验,发现和收集有可能产生的故障和失误。
工业机器人动力学仿真及有限元分析
工业机器人动力学仿真及有限元分析工业机器人动力学仿真及有限元分析是在机器人工程领域中非常重要的研究方向。
机器人动力学仿真和有限元分析可以帮助工程师们更好地设计和优化机器人系统,提高其性能和可靠性。
本文将对工业机器人动力学仿真及有限元分析进行详细介绍。
一、工业机器人动力学仿真1.动力学模型动力学模型是机器人动力学仿真的基础。
它通常是基于拉格朗日动力学原理或牛顿—欧拉动力学原理建立的。
动力学模型描述了机器人的运动学和动力学特性,包括关节位置、速度、加速度、关节力和力矩等。
通过求解动力学模型,可以得到机器人在不同工况下的运动特性。
2.数值仿真数值仿真是工业机器人动力学仿真的核心内容。
通过数值计算和数值积分方法,可以求解动力学模型,得到机器人在不同时刻的关节状态和力矩分布。
数值仿真可以帮助工程师们评估机器人的性能、验证控制算法的有效性,并进行系统优化。
它可以大大缩短机器人开发的时间和成本。
1.结构建模结构建模是工业机器人有限元分析的第一步。
通过对机器人的结构进行几何建模,将其划分为有限个单元,建立有限元模型。
有限元模型的精度和准确性对结果的可靠性具有重要影响。
2.材料特性和边界条件在有限元分析中,需要为材料赋予相应的力学特性。
材料的弹性模量、泊松比和密度等参数需要提前经过实验或文献参考确定。
边界条件是指机器人在分析中所受的外部加载、约束和支持情况,如重力加载、关节加载和固定约束等。
3.求解与分析通过数值计算方法和有限元求解器,可以对机器人的结构进行力学分析和变形分析。
有限元分析可以得到机器人在不同工况下的应力、应变和变形分布,进而评估机器人的结构强度和刚度,分析机器人的振动特性。
有限元分析可以帮助工程师们优化机器人的结构设计,改善其性能。
总结工业机器人动力学仿真和有限元分析是机器人工程领域重要的研究方法之一、它们可以帮助工程师们更好地设计和优化机器人系统,提高其性能和可靠性。
机器人动力学仿真和有限元分析在机器人开发、控制和性能评估中具有重要的应用价值。
机器人机构优化设计有限元分析毕业论文中英文资料对照外文翻译文献综述
机器人机构优化设计有限元分析中英文资料对照外文翻译文献综述FEM Optimization for Robot StructureAbstractIn optimal design for robot structures, design models need to he modified and computed repeatedly. Because modifying usually can not automatically be run, it consumes a lot of time. This paper gives a method that uses APDL language of ANSYS 5.5 software to generate an optimal control program, which mike optimal procedure run automatically and optimal efficiency be improved.1)IntroductionIndustrial robot is a kind of machine, which is controlled by computers. Because efficiency and maneuverability are higher than traditional machines, industrial robot is used extensively in industry. For the sake of efficiency and maneuverability, reducing mass and increasing stiffness is more important than traditional machines, in structure design of industrial robot.A lot of methods are used in optimization design of structure. Finite element method is a much effective method. In general, modeling and modifying are manual, which is feasible when model is simple. When model is complicated, optimization time is longer. In the longer optimization time, calculation time is usually very little, a majority of time is used for modeling and modifying. It is key of improving efficiency of structure optimization how to reduce modeling and modifying time.APDL language is an interactive development tool, which is based on ANSYS and is offered to program users. APDL language has typical function of some large computer languages. For example, parameter definition similar to constant and variable definition, branch and loop control, and macro call similar to function and subroutine call, etc. Besides these, it possesses powerful capability of mathematical calculation. The capability of mathematical calculation includes arithmetic calculation, comparison, rounding, and trigonometric function, exponential function and hyperbola function of standard FORTRAN language, etc. By means of APDL language, the data can be read and then calculated, which is in database of ANSYS program, and running process of ANSYS program can be controlled.Fig. 1 shows the main framework of a parallel robot with three bars. When the length of three bars are changed, conjunct end of three bars can follow a given track, where robot hand is installed. Core of top beam is triangle, owing to three bars used in the design, which is showed in Fig.2. Use of three bars makes top beam nonsymmetrical along the plane that is defined by two columns. According to a qualitative analysis from Fig.1, Stiffness values along z-axis are different at three joint locations on the top beam and stiffness at the location between bar 1 and top beam is lowest, which is confirmed by computing results of finite element, too. According to design goal, stiffness difference at three joint locations must he within a given tolerance. In consistent of stiffness will have influence on the motion accuracy of the manipulator under high load, so it is necessary to find the accurate location of top beam along x-axis.To the questions presented above, the general solution is to change the location of the top beam many times, compare the results and eventually find a proper position, The model will be modified according to the last calculating result each time. It is difficult to avoid mistakes if the iterative process is controlled manually and the iterative time is too long. The outer wall and inner rib shapes of the top beam will be changed after the model is modified. To find the appropriate location of top beam, the model needs to be modified repetitiously.Fig. 1 Solution of Original DesignThis paper gives an optimization solution to the position optimization question of the top beam by APDL language of ANSYS program. After the analysis model first founded, the optimization control program can be formed by means of modeling instruction in the log file. The later iterative optimization process can be finished by the optimization control program and do not need manual control. The time spent in modifying the model can be decreased to the ignorable extent. The efficiency of the optimization process is greatly improved.2)Construction of model for analysisThe structure shown in Fig. 1 consists of three parts: two columns, one beam and three driving bars. The columns and beam are joined by the bolts on the first horizontal rib located on top of the columns as shown in Fig.1. Because the driving bars are substituted by equivalentforces on the joint positions, their structure is ignored in the model.The core of the top beam is three joints and a hole with special purpose, which can not be changed. The other parts of the beam may be changed if needed. For the convenience of modeling, the core of the beam is formed into one component. In the process of optimization, only the core position of beam along x axis is changed, that is to say, shape of beam core is not changed. It should be noticed that, in the rest of beam, only shape is changed but the topology is not changed and which can automatically be performed by the control program.Fig.1, six bolts join the beam and two columns. The joint surface can not bear the pull stress in the non-bolt joint positions, in which it is better to set contact elements. When the model includes contact elements, nonlinear iterative calculation will be needed in the process of solution and the computing time will quickly increase. The trial computing result not including contact element shows that the outside of beam bears pulling stress and the inner of beam bears the press stress. Considering the primary analysis object is the joint position stiffness between the top beam and the three driving bars, contact elements may not used, hut constructs the geometry model of joint surface as Fig.2 showing. The upper surface and the undersurface share one key point in bolt-joint positions and the upper surface and the under surface separately possess own key points in no bolt positions. When meshed, one node will be created at shared key point, where columns and beam are joined, and two nodes will be created at non shared key point, where column and beam are separated. On right surface of left column and left surface of right column, according to trial computing result, the structure bears press stress. Therefore, the columns and beam will share all key points, not but at bolts. This can not only omit contact element but also show the characteristic of bolt joining. The joining between the bottoms of the columns and the base are treated as full constraint. Because the main aim of analysis is the stiffness of the top beam, it can be assumed that the joint positions hear the same as load between beam and the three driving bars. The structure is the thin wall cast and simulated by shell element . The thickness of the outside wall of the structure and the rib are not equal, so two groups of real constant should he set. For the convenience of modeling, the two columns are alsoset into another component. The components can create an assembly. In this way, the joint positions between the beam core and columns could he easily selected, in the modifying the model and modifying process can automatically be performed. Analysis model is showed Fig.1. Because model and load are symmetric, computing model is only half. So the total of elements is decreased to 8927 and the total of nodes is decreased to 4341. All elements are triangle.3.)Optimization solutionThe optimization process is essentially a computing and modifying process. The original design is used as initial condition of the iterative process. The ending condition of the process is that stiffness differences of the joint locations between three driving bars and top beam are less than given tolerance or iterative times exceed expected value. Considering the speciality of the question, it is foreseen that the location is existent where stiffness values are equal. If iterative is not convergent, the cause cannot be otherwise than inappropriate displacement increment or deficient iterative times. In order to make the iterative process convergent quickly and efficiently, this paper uses the bisection searching method changing step length to modify the top beam displacement. This method is a little complex but the requirement on the initial condition is relatively mild.The flow chart of optimization as follows:1. Read the beam model data in initial position from backup file;2. Modify the position of beam;3. Solve;4. Read the deform of nodes where beam and three bars are joined;5. Check whether the convergent conditions are satisfied, if not, then continue to modify the beam displacement and return to 3, otherwise, exit the iteration procedure.6. Save the results and then exit.The program's primary control codes and their function commentaries are given in it, of which the detailed modeling instructions are omitted. For the convenience of comparing with the control flow, the necessary notes are added.the flag of the batch file in ANSYSBATCH RESUME, robbak.db, 0read original data from the backupfile robbak,.db/PREP7 enter preprocessordelete the joint part between beam core and columnsmove the core of the beam by one :step lengthapply load and constraint on the geometry meshing thejoint position between beam core and columns FINISH exit the preprocessorISOLU enter solverSOLVE solveFINISH exit the solverPOST1 enter the postprocessor*GET ,front,NODE,2013,U,Z read the deformation of first joint node on beam*GET,back,NODE, 1441 ,U,Z read the deformation of second joint node on beam intoparameter hacklastdif-1 the absolute of initial difference between front and hacklast timeflag=- 1 the feasibility flag of the optimizationstep=0.05 the initial displacement from initial position to the currentposition*D0,1,1,10,1 the iteration procedure begin, the cycle variable is I andits value range is 1-10 and step length is 1dif=abs(front-back) the absolute of the difference between front and hack inthe current result*IF,dif,LE,l .OE-6,THEN check whether the absolute difference dif satisfies therequest or noflag=l yes, set flag equal to 1*EXIT exit the iterative calculation*ELSEIF,dif,GE,lastdif,THEN check whether the dif value becomes great or not flag=2yes, set flag 2 modify step length by bisection methodperform the next iterative calculation, use the lastposition as the current position and modified last steplength as the current step lengthELSE if the absolute of difference value is not less thanexpected value and become small gradually, continue tomove top beam read the initial condition from back upfile enter the preprocessorMEN, ,P51X, , , step,, , ,1 move the core of the beam by one step length modify thejoint positions between beam core and column applyload and constraint meshingFINISH exit preprocessorISOLU enter solverSOLVE solveFINISH exit the solver/POST1 exit the postprocessor*GET,front,NODE,201 3,U,Z read the deformation of first joint node to parameter front *GET,back,NODE, 144 1,U,Z read the deformation of second joint node to parameter back lastdif-dif update the value of last dif*ENDIF the end of the if-else*ENDDO the end of the DO cycleMost of the control program above is copied from log file, which is long. The total of lines is up to about 1000 lines. Many codes such as modeling and post-process codes are used repeatedly. To make the program construct clear, these instructions can he made into macros, which are called by main program. This can efficiently reduce the length of the main program. In addition, modeling instructions from log file includes lots of special instructions that are only used under graphic mode but useless under hatch mode. Deleting and modifying these instructions when under batch mode in ANSYS can reduce the length of the file, too.In the program above, the deformation at given position is read from node deformation. In meshing, in order to avoid generating had elements, triangle mesh is used. In optimization, the shape of joint position between columns and beam continually is changed. This makes total of elements different after meshing each time and then element numbering different, too. Data read from database according to node numbering might not he data to want. Therefore, beam core first needs to he meshed, then saved. When read next time, its numbering is the same as last time.Evaluating whether the final result is a feasible result or not needs to check the flag value. If only the flag value is I, the result is feasible, otherwise the most proper position is not found. The total displacement of top beam is saved in parameter step. If the result is feasible, the step value is the distance from initial position to the most proper position. The sum of iterative is saved in parameter 1. According to the final value of I, feasibility of analysis result and correctness of initial condition can he evaluated.4)Optimization resultsThe sum of iterative in optimization is seven, and it takes about 2 hour and 37 minutes to find optimal position. Fig.3 shows the deformation contour of the half-construct. In Fig.3, the deformations in three joints between beam and the three driving bars is the same as level, and the corresponding deformation range is between -0.133E-04 and -0.1 15E-O4m, the requirement of the same stiffness is reached. At this time, the position of beam core along x-axis as shown in Fig. 1 has moved -0.71E-01m compared with the original designed positionBecause the speed of computer reading instruction is much faster than modifying model manually, the time modifying model can be ignored. The time necessary foroptimization mostly depends on the time of solution. Compared with the optimization procedure manually modifying model, the efficiency is improved and mistake operating in modeling is avoided.5)ConclusionThe analyzing result reveals that the optimization method given in this paper is effective and reaches the expected goal. The first advantage of this method is that manual mistakes do not easily occur in optimization procedure. Secondly, it is pretty universal and the control codes given in this paper may he transplanted to use in similar structure optimization design without large modification. The disadvantage is that the topology structure of the optimization object can not be changed. The more the workload of modifying the model, the more the advantages of this method are shown. In addition, the topology optimization function provided in ANSYS is usedto solve the optimization problem that needs to change the topology structure.The better optimization results can he achieved if the method in this paper combined with it.中文译文:机器人机构优化设计有限元分析摘要机器人结构最优化设计,设计模型需要反复的修正和计算。
机械手毕业论文.
机械手毕业论文.————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:1毕业设计论文题目:气动机械手的设计设计人:指导教师:所属院系:专业班级:2014年11月10日第1章前言1.1工业机械手概述工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,是一种仿人操作,自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。
特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域。
机器人应用情况,是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置,既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力,又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力,从某种意义上说它也是机器的进化过程产物,它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各,也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。
在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。
生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中,它代替人进行正常的工作,意义更为重大。
因此,在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单,专用性较强,仅为某台机床的上下料装置,是附属于该机床的专用机械手。
四自由度小型机器人有限元瞬态分析报告
四自由度小型机器人有限元瞬态分析报告四自由度小型机器人是一种常用于工业生产、医疗设备等领域的机器人,其结构复杂,需要进行有限元瞬态分析,以保证其机械性能和稳定性。
在本次研究中,我们进行了四自由度小型机器人的有限元瞬态分析,并得出以下报告:
我们对机器人的结构进行了建模和分析。
根据实际情况,我们将机器人分为多个部分,采用3D建模软件建立了整体结构模型,并对各个部位进行了网格划分和装配。
然后,我们使用ANSYS Workbench软件进行了质量、力学和模态分析,确定了机器人的物理特性和运动特性。
我们进行了机器人的有限元瞬态分析。
在动态分析中,我们考虑了机器人受到外部载荷和惯性力的作用,运用ANSYS Explicit Dynamics技术进行了瞬态分析,得到了机器人的动态响应和强度情况。
通过分析结果,我们发现机器人的结构具有较好的刚度和抗扭性能,在受到外部载荷时仍能保持平衡,稳定性良好。
我们对分析结果进行了验证和优化。
通过对比分析,我们发现瞬态分析结果与实际情况较为接近,证明了分析方法的有效性。
同时,我们也对机器人的结构参数进行了优化,进一步提高了其性能和稳定性。
四自由度小型机器人的有限元瞬态分析是保证机器人稳定性和性能的关键技术之一。
通过合理建模、科学分析和有效优化,可以为机器人的设计和制造提供有力支持。
机械手论文:海洋采矿机械手设计及有限元计算
机械手论文:海洋采矿机械手设计及有限元计算第一篇:机械手论文:海洋采矿机械手设计及有限元计算机械手论文:海洋采矿机械手设计及有限元计算【中文摘要】随着人口的增长,人类社会面临着资源日益锐减的局面,开发和寻求的新的资源成为了人类生存发展的趋势,陆地资源的减少使人们把资源的开发利用的目标转向了太空和海洋。
海洋面积占地球面积的71%,其开发利用的潜能不可估量。
可以说海洋简直就是一个聚宝盆,其中矿产资源的种类就令人惊叹。
在深海地区,蕴藏着多金属结核矿和硫化矿,这些矿产又是人类生存发展的重要资源。
近年来科学家们在大洋底发现了这样一种极具开采价值的矿产资源“热液硫化物”,它是一种块状或者软泥状的海底矿藏,数量相当巨大,是一种极有开发前途的大洋矿产资源。
对于这样一种矿藏的开采,急待研制性能良好的开采工具,本文研究的机械手就是这样一种试制的进行海洋矿产开采的工具。
本文是在中南矿冶研究院金星教授的海洋开发项目《深海热液硫化物可视抓网》研究基础上,主要对其开发试制的机械手进行虚拟样机的研究,主要内容包括:对连杆运动学数学理论空间向量的坐标转换进行了分析,对连杆动力学方程—拉格朗日动力学方程进行了推导;分析了机械手结构设计方法并对机械手的零部件在SolidWorks中进行了建模及其装配,而且对机械手的结构进行了分析;运用有限元软件Workbench建立了机械手的有限元模型,运用米塞斯强度屈服理论,针对机械手固定爪臂的极端工况下的强度校核;运用COSMOSMotion动力学分析软件对机械手进行了刚体静力学及动力学的仿真,对机械手的运动学物理量进行了分析,并研究了重力对机械手运动的影响。
【英文摘要】With the increasing of the population,the mankind face the situation of the resource decreased day by day,and the decreace of the inland resource make people divert the target where to exploit the resource to the space and ocean.The ocean covers an area of 71% on the earth,and theexploiting potential is inestimable.So it is simply a cornucopia in which the sorts of mineral resources are marvelous.It contains a lot of polymetallic nodules and sulphides,which is important to the development of the mankind.In recent years,the scientists discovered such a mineral resources called “Hydrothennal sulfide” which is much worth to be exploited at the bottom of the ocean.It is a promising benthal mineral resource whose shape is lump or soft mud,and the quantity is quite tremendous.But it is urgent to manufacture a mining tool with good performance for the exploitation of it,and the manipulator researched in this context is such a trail tool used to exploit the mineral.This paper will focus on research of the virtual prototype of the trail manipulator based on the research of the ocean exploitation project”visual capturing net for Hydrothennal sulfide in deep sea” which is directed by professor Jinxingof Central-South Research Institute of Mining and Metallugy.The main contents are as follows:firstly gave the analysis of coordinate transformation of space vector in linkage kinematics mathematical theory,and deduced the dynamics equation-Lagrange dynamics equation;Secondly analyzed the structure designing method for manipulator, and modeled and assembled the parts of the manipulator in the SolidWorks soft;moreover,gave a simple analysis of the structure;Thirdly builded the finite element model by the finite element soft Workbench,and check the strength of manipulator by the mises yield strength theory in the extreme work situation of fixing the hands;At last,simulated the rigid-body static and motion of the manipulator by the COSMOSMotion soft,and analysis the kinematic quantities,besides,researched the gravity influence on the motion.【关键词】机械手运动学动力学有限元强度校核仿真【英文关键词】manipulator kinematics dynamics finite element strenght checking simulation 【目录】海洋采矿机械手设计及有限元计算4-5Abstract5第1章绪论9-18摘要1.1 引言91.2 深海热液硫化物的研究现状9-11.2.1 热液硫化物开采价值分析10-111.2.2 热液硫化物国内外研究现状1.3.1 机1.3 机械手的基本组成及分类11-1311-121.3.2 机械手的分类械手结构组成部分12-131.4 机械手研究进展13-151.5 计算机仿真技术简介15-16161.6 机械手运动学、动力学研究概况第2章机械手连杆2.2 连杆位姿矩阵及坐1.7 本文研究主要内容16-182.1 引言18运动学理论18-26标一般变换18-2218-192.2.1 位姿的直角坐标表示2.2.3 一般旋2.3.1 连2.2.2 位姿的欧拉角表示19-21转变换21-22杆运动学的参数描述23-25理论26-31程26-272930-3131分析322.3 连杆运动学 D-H 法22-2522-232.3.2 连杆坐标系转换本章小结25-263.1 引言26第3章机械手连杆动力学分析3.2 拉格朗日—欧拉动力学方3.4 连杆机构势能本章小结4.1 引言4.2.1 机械手功能4.3 机械手3.3 连杆机构动能27-293.5 连杆机构动力学方程的建立29-30第4章机械手结构设计31-494.2 机械手设计原理方案31-344.2.2 机械手设计方案组合32-34的设计过程与机械手结构34-3634-354.3.1 机械手设计过程4.4 4.3.2 机械手结构组成与原理机制35-36机械手零部件三维建模及装配36-394.4.1 机械手零部件建模36-374.4.2 机械手零部件装配37-384.4.3 机械手连杆结构分析38-3939-484.5 机械手材料和质量属性4.5.2 机械手零部第5章机械手强度4.5.1 机械手零部件材料39本章小结48-49件质量特性39-48校核49-5849-515.1 引言495.2 有限元分析基本理论5.2.2 有限元5.2.1 弹性力学基本理论49-505.3 机械手的强度校核分析基本思想50-5151-575.3.1 米塞斯强度理论51-525.3.2 有限元软件ANSYS Workbench 基本介绍52建立52-55结57-58言585.3.3 机械手有限元模型的本章小6.1 引6.2.15.3.4 有限元计算结果分析55-57第6章机械手动力学仿真分析58-726.2 SolidWorks 仿真软件简介58-60SolidWorks 简介58-595959-606.2.2 SolidWorks 软件特点6.2.3 运动分析插件COSMOSMotion 分析理论6.3 机械手的静力学接触仿真60-656.3.1 机械手的运动描述60-61析61-656.3.2 不同开度下机械抓手的计算分6.4.1 6.4 机械手的非接触动力学仿真65-7165-66机械手运动条件设置66-6971-7277-786.4.2 运动物理量仿真结果分析69-71本章小结致谢6.4.3 动力学仿真结果分析总结与展望72-74参考文献74-77攻读学位期间所取得的相关科研成果78第二篇:机械手设计的论文摘要:主要从工业机械手的发展现状、机械手的应用、机械部分的设计对工业机械手设计研究等方面进行阐述。
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黄煌 指导老师:何建军 摘要
首先,对七自由度机器人机械手进行了系统总体设计,接着进行了机器人机械手的本体设计。然后,利用三维建模 软件 Soldworks 进行了实体建模及装配,再无缝导入 ANSYS Workbench 软件中。通过对机器人机械手的实体模型进行简 化,建立其有限元模型,并利用有限元方法和振动理论对七自由度机器人进行静力学分析和模态分析。再者,对机器人 机械手的相关控制进行了研究。给出了电源、电机驱动和主控芯片等模块的电路原理图。最后,对机器人机械手三自由 度的手腕进行了样机实验。 关键词:机器人,有限元分析,ANSYS,静力学分析,模态分析,机器人控制
4.2.2 载荷及约束的施加 由于将各部件拆分进行有限元分析,则要模拟在装配好时的约束条件。各部件的约束情况如表 4-2 所示 4.2.3 求解、结果处理及分析 (1)基座总变形与等效应力
图 4.3 关键部件总变形与等效应力 基座的总变形主要集中在电机回转中心。最大变形约为 2.45×10 m,变形程度小。 大臂的等效应力主要集中在第 2 关节的连接板孔,且应力不大,满足强度要求。最大应力约为 1.15×10 Pa,满足 强度要求。 变形主要集中在第 7 关节,最大变形 9.98×10 m。形变不大,满足要求。 小臂等效应力主要集中在第 6 关节连接板,受力变形最大为 0.477mm,形变不大。
P M n
(3-4) (3-5)
3.3 减速器和传感器选型
表 3-3 电机和减速器选型结果 关节序号 第 7 关节 第 6 关节 第 5 关节 第 4 关节 第 3 关节 第 2 关节 电机型号 Power HD 1501MG 舵机 Faulhaber 2342S024CR FHA-8C-30 Maxon-RE30 FHA-11C-100 Maxon-RE35 FHA-17C-160 电机参数 DC 6V1.7 N·m DC 24V 输出功率:17W 连续扭矩:1.05Nm DC24V 3.9 N·m/A DC 24V 输出 2000r/min DC24V 13 N·m/A DC 24V 输出 2000r/min AC220V 减速器型号 同步带减速 电机减速箱 同步带减速 电机自带 CSD-20-100-2UH 电机自带 CSF-25-100 减速器参数 减速比 1.5:1 减速箱速比:66:1 (带)减速比 3:1 减速比:30:1 减速比:100:1 额定转矩 28 N·m 减速比:100:1 减速比:100:1 额定转矩 67 N·m 减速比:160:1 额定转矩 67 N·m
1.引言
机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物,它涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、生物学、人工智 能等众多学科领域,是当代最具代表性的机电一体化技术之一 。随着科技的日益先进,消费者的生活不断的得到提高。 然而,人们对生活的品质要求却越来越高。本课题就是在这样一个背景下展开工作的。 目前,市场上大型工业机器人已经日趋成熟。而对于贴近人们生活层面的小型机器人机械手却很稀少,而我国在这 一方面存在更大的空缺。将工业机器人小型化,引入人们的生活做一些必要的工作,将大大提高人们的生活品质。
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图 3.2 关节的极限位置图 3.2.2 各关节功率估算 电机功率计算采用公式 又有 n=ω×60/2 π 得到如下计算结果(单位 W) : 表 3-2 各关节极限力矩和功率计算结果 关节号 极限力矩(N·m) 计算功率(W) 7 2.400 12.0 6 3.213 32.1 5 3.675 30.6 4 26.435 164.2 3 22.638 189.3 2 51.451 430.1 1 64.345 750.3
第 1 关节
电机自带
结合机器人机械手的工作状况,选择如表 3-3 所示电机和减速机构。
3.4 机器人结构设计
图 3.3 各关节结构图
4 机器人关键部件的有限元分析
4.1 机器人关键部件有限元模型的建立
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4.1.1 基座、大臂、小臂实体模型的简化 通常对于实体模型的细节进行一定的几何简化,尽量忽略一些不必要的细节,去除一些与分析意图影响不大的零件 及特征,以利于有限元分析。
图 4.1 简化后的有限元模型 4.1.2 基座、大臂和小臂的网格划分 采用智能自由网格划分后的结果如下图:
图 4.2 各关键部件的网格划分 基座节点数(Nodes) :102647 单元数(Elements):63722 大臂节点数(Nodes) :264654 单元数(Elements):142673 小臂节点数(Nodes) :146274 单元数(Elements):77298
4.2 机器人关键部件的静力学分析
4.2.1 工况的确定及载荷的计算 基座的材料为 45 #钢,大臂的材料为 6061 硬质铝合金,小臂的材料为 6061 硬质铝合金。七自由度机器人机械手在 家用的工作条件下,拟定负载为 2Kg。将受力进行分解,转换成各个关键部位的受力情况如下表(数据已取整,大于预 算值): 表 4-1 关键部位载荷的确定 关键部位 小臂 大臂 基座 受力大小 20N -100N 100N 300N 方向 重力方向 作用于第 4 连接板 Y 方向 作用于第 4 连接板 Z 方向 垂直与基座表面 基座约束 大臂约束 小臂约束 基座固定约束 大臂与基座相连的第一连接板固定约束 小臂与大臂连接板两边固定约束 表 4-2 各关键部位约束情况
l m6
3 1
2-1 2
l m7
1 2
m1
2
m2
0.5
l m3
m4
2.5
l m5
m8
2
2.5
3
3.5
3
查手册,极限力矩可用如下公式计算获得:
l M j mi glij mi rij2 j mil glij mil rijl 2 j i j i j i j i j n n n n
3 七自由度机器人机械手本体设计
3.1 各关节电机参数计算
各关节电机参数的计算,是电机和减速器选型的依据。为机器人机械手结构设计的基础,更是机器人机械手控制的 关键。确定电动机参数时,必须考虑减速装置的传动比,经过技术、经济全面比较才能确定。 3.2.1 各关节力矩估算 机器人各个关节力矩的有效计算, 不仅在对机械结和控制构设计, 而且在力矩的实时控制, 都起着十分重要的作用。 基于机械手大部分工作处于低速的工况,采用静力学计算方法求其关节所受极限力矩。为估算各关节力矩,假定各 个关节及臂杆的质量集中在各几何中心。根据 Soldworks 软件建模时材料质量分析估算(便于计算,数据已经圆整), 预估算各关节及臂杆质量如表 3-1。 表 3-1 关节和臂杆质量估计 关节号 估值(kg) 质量符号 合计(kg) 负载 2 7 0.5 7-6 2.2 6 0.3 6-5 2.5 5 0.4 5-4 2.6 4 1 4-3 2.5
[1]
2 七自由度机器人机械手的系统总体设计
机器人整机基本由机器人本体和控制装置组成。机器人本体结构包括:基座、驱动器和驱动单元、大臂、小臂、 手 腕、末端执行器、移动机构、传感器等。控制装置一般包括:计算机控制系统、伺服控制系统、以及人机交互设备(如 触摸屏、显示器、示教盒、操纵杆)等。
2.2 机器人的结构型式
表 2-1 七自由度机器人机械手关节活动范围 关节号 关节转动范围(°) 工作空间示意简图: 1 -170~170 2 -90~90 3 -90~90 4 -60~90 5 -90~90 6 -60~60 7 -45~45
图 2.2 七自由度机器人工作空间 2.5 机器人机械手的负载能力和速度要求 考虑到实际工作要求,拟定各关节最大速度、最大加速度如表 2-2。 表 2-2 关节号 速度 i (Rad/s) 加速度 j (Rad/s^2) 1 0.524 3.5 机器人机械手速度、加速度参数表 2 0.26 2.62 3 0.875 3.5 4 0.65 3.5 5 0.875 3.5 6 0.875 3.5 7 1.22 3.5
常见的机器人机械手有串联结构、并联结构和串并联混合结构等。本文机器人机械手采用串联结构、关节坐标。 关 节型坐标机器人操作灵活性好、运动速度较高、操作范围大,但精度受手臂姿态 的影响,实现高精度运动较困难。 2.3 机器人机械手的自由度 一台通用机器人机械手能够达到空间的任意点, 并将工具送到相对于工件的 任意位置,最低限度需要 6 个自由度(运动轴) 。本文所设计的机器人在 6 自由度 的基础上再新增了一个自由度。整体自由度分配为:两个自由度的肩关节、两个 自由度的肘关节、三个自由度的腕关节。 2.4 机器人机械手的工作空间 工作空间是评价机器人工作能力的一个重要的指标, 工作空间的大小决定了 串联机构的活动空间。拟定七自由度工业机器人机械手关节活动范围如表 2-1 所 示。 图 2.1 七自由度机器人机械手机构模型
(3-1)
极限位置的速度和加速度由表 2-2 所示。 (1) 第 7 关节力矩
图 3.1 第 7 关节传动示意图 -2-
第 6 关传动示意节图
按照公式 F1 ·d1= F2 ·d2 M = F·d 计算得 M7=2.4 N·m
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(3-2) Байду номын сангаас3-3)
(2) 第 6 关节力矩,根据公式(3-3)可计算得: M6Ⅰ= F6·d3 =(2+0.5) ×10×98.5×10 =2.463 N·m M6= F6·(d3+ d4)= (2+0.5) ×10×128.5×10 =3.213 N·m (3) 第 5 关节力矩 M5 =3.675 N·m (4) 第 4 关节力矩 M4 =26.435 N·m (5) 第 3 关节力矩 M3 = 22.638N·m (6) 第 2 关节力矩 M2 =51.451 N·m (7) 第 1 关节力矩 M1 =64.345 N·m
THE FINITE ELEMENT ANALYSIS AND RELATED CONTROL RESEARCH FOR THE ROBOT MANIPULATOR ABSTRACT