机械臂毕业论文5000字

圆柱坐标型工业机械手设计2006-12-04 21:11圆柱坐标型工业机械手设计（完整一套设计，有说明书:论文，图纸）001_装配图-A0_横向.dwg002_装配等轴测图-A0_纵向.dwg003_机械手传动原理图_A4_纵向.dwg004_机构简图-A4_纵向.dwg005_工作空间投影图_A3_纵向.dwg006_手爪驱动气缸_A4_横向.dwg007_活塞杆3连接块_A4_横向.dwg008_底座_A3_纵向.dwgThe Principles HARMONIC DRIVE 谐 波 传 动 原 理.doc001_任务书.doc002_成绩评定表.doc003_1_毕业设计（论文）书_封面.doc003_2_毕业设计（论文）书_目录.doc003_3+4_毕业设计（论文）书.doc目 录<一>、摘要………………………………………………………….1<二>、工业机械手总体设计……………………………………….2 一、运动设计及确定主要参数……………………………………………….2 二、驱动系统和位置检测装置的选择……………………………………….3 三、结构布置上的要求……………………………………………………….3 四、设计方法………………………………………………………………….3<三>、工件的计算………………………………………………….4<四>、工业机器人机构简图……………………………………….4<五>、末端执行器的结构与设计………………………………….5一、设计要求………………………………………………………………….5二、弹性机械手的结构……………………………………………………….5三、手指夹紧力的计算……………………………………………………….6四、手指式手部结构和驱动力计算………………………………………….6五、气缸的设计与计算……………………………………………………….7<六>、小臂的结构与设计………………………………………….9一、设计要求………………………………………………………………….9二、小臂的结构……………………………………………………………….9三、驱动力计算……………………………………………………………….9四、气缸的设计与计算……………………………………………………….10五、小臂抗弯刚度校核……………………………………………………….11<七>、大臂的结构与设计………………………………………….11一、设计要求………………………………………………………………….11二、大臂的结构……………………………………………………………….11三、驱动力计算……………………………………………………………….11四、校核活塞杆的稳定性…………………………………………………….12<八>、腰座的结构设计及计算…………………………………….13一、设计时注意的问题……………………………………………………….13二、腰座的结构结构………………………………………………………….13三、轴承的选择及较核……………………………………………………….14四、电机的计算及选择……………………………………………………….16五、谐波减速器及其选用…………………………………………………….17参考文献…………………………………………………………….19[摘要]: 使用SolidWorks 2000设计出机械手的总体结构。在设计过程中使用SolidWorks中的质量特征工具，对零件的质量、密度、体积、重心、惯性主轴和惯性力矩进行辅助设计计算，可以大大减轻在设计过程中繁琐计算及校核步骤。[关键词]:机械手、SolidWorks、简图、汽缸、步进电机、轴承[Abstract]: Make use of the SolidWorks 2000 to design the collectivity machinery of manipulator. And use the quality-character-tools of the Solidworks to assistant design and calculate the part of the quality、density、volume、barycenter、inertia of principal axis and inertia moment. It can greatly ease the heavy calculate and the process of verify in the course of design.[Key words]: manipulator、SolidWorks、sketch、cylinder、axletree参考文献1. 周伯英·工业机器人设计·机械工业出版社·. 龚振帮编·机器人机械设计·电子工业出版社·. (日)藤森洋三·机构设计·机械工业出版社·. (日)加藤一郎·机械手图册·上海科技出版社·. 成大光编·机械设计图册（5）·化学工业出版社·. 何存兴编·液压传动与气压传动·华工科技大学出版社·. 沈鸿·机械工程手册(10)·机械工业出版社·. <机械设计师手册>>编写组编·机械设计师手册·机械工业出版社·. 日本液压气动协会编·液压气动手册·机械工业出版社·. 东北工学院<<机械零件设计手册>>编写组编·机械零件设计手册·冶金工业出版社·. 周开勤编·机械零件手册·高等教育出版社·. 沈利华·机械设计手册(软件版)·机械工业部设计研究院13. 吴振彪编·机电综合设计指导·湛江海洋大学·

题目：基于压电陶瓷的机器人抑振系统设计 一、本课题的研究意义、研究现状和发展趋势 1、课题的来源和意义 机器人抑震系统的产生是为了解决因机器人在运动时产生有害震动的问题，为了满足设计师把机械臂设计得更加灵巧，减小机械臂的重量的要求，导致机械臂的刚度减小，挠性增大，机械臂在高速运动时候产生有害而强烈的震动。压电分流阻尼技术可以很好解决这个问题。 基于压电陶瓷的机器人抑震系统设计的核心部分就是压电分流阻尼技术，这个技术的主要元器件包括压电陶瓷、电阻、电感，电阻和电感我们都很熟悉，这里我们着重了解一下压电陶瓷这一电子元器件。 1880年皮埃尔•居里和雅克•居里兄弟发现电气石具有压电效应。1946年美国麻省理工学院绝缘研究室发现，某些材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷的现象，称为压电效应。具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷。 设计一种成熟的机器人抑震系统对机器人高效、准确的实现功能具有很大帮助。不能很好地控制机器人的震动，将会给机器人带来很多危害，甚至无法实现功能。比如，空间站第一阶段的装配约需遥控机器人工作 47 小时，其中等待消除残余振动的时间约占总时间的 20%-30%，高速激光切割机器人在运行过程中末段操作器加速度可达 3-5g，而轨迹精度却要求在±范围内，航天器的柔性附件在展开过程中诱发的振动可使航天器的姿态失稳，一些系统的展开过程竟达 6-8 小时，需要如此长时间的原因是避免造成大的振动，因此，机器人抑震系统的研究对如何在提高速度，减小机械臂重量的同时保证精度、效率和可靠性十分必要。 2、 课题的研究现状 随着科技日新月异的发展，机器人在生活、生产以及航空航天领域的广泛使用，使得对机器人抑震系统的研究显得十分必要和有意义，机器人抑震系统的核心技术就是压电分流阻尼技术20世纪90年代以来，压电分流阻尼(shuntpiezoelectricdamping)技术在结构振动与噪声控制中的应用越来越引起专业研究者们关注。Hagood等首先提出了压电分流阻尼的概念。该方法的基本原理是通过压电式作动器把振动结构的机械能转换为电能，然后通过分流电路中的电阻把电能消耗掉。 基于压电陶瓷的机器人抑震系统设计之所以被广泛应用于机器人抑震系统中，是因为它有众多其它机器人抑震系统无法比拟的优势，其优点主要集中于以下几点： 1、原理简单明了，易于理解 基于压电陶瓷的机器人抑震系统的核心技术是压电分流阻尼原理，就是利用震动引起压电陶瓷的变形，从而产生电动势，在分流阻尼电路中形成电流而发热，实现了将机械能以热能的形式消耗掉，达到抑震的作用。 2、结构紧凑，占用空间小、无复杂电路 基于压电陶瓷的机器人抑震系统有压电陶瓷和分流阻尼电路两部分组成，压电陶瓷体积非常小，分流阻尼回路主要由导线、电阻和电感三部分组成，电感和电阻主要有串联和并联两种，所以说，整个压电陶瓷分流阻尼系统结构非常紧凑，占用空间也十分小，电路也很简单。 3、自动化程度高 基于压电陶瓷的机器人抑震系统只要设计无误，正确安装在需要抑震的机器上，即可实现抑制震动的功能，在实现抑震的过程中无需人工操作。 4、节能，不需要外接电源 基于压电陶瓷的机器人抑震系统不需要外接电路驱动整个系统，十分节能，其只是将机器震动的机械能转化成热能，以达到抑制震动的目的。 5、工作稳定，反应快 基于压电陶瓷的机器人抑震系统无复杂的电路，而且不需要复杂的软件处理传感器采集的信号，抑制震动是将机械能通过电能转化成热能从而达到抑制震动的目的，这个速度十分迅速。 3、发展趋势 柔性机械臂在震动的过程中不可避免产生弹性震动，对机器人柔性臂的振动抑制成为重要的研究课题，基于压电陶瓷的机器人抑震的方法也在不断地发展和优化，有关发展趋势主要有以下几种： 1、对压电陶瓷布置位置进行优化设计，让压电陶瓷位于柔性臂的不同位置，进行抑制震动实验，分析压电陶瓷在不同位置时候的抑震时间和效果，选取最合理的位置。 2、采用先进的控制器，工程领域广泛使用的PID控制器就是对误差信号进行比例、积分、微分等运算，并将其运算结果作用于受控对象，将压电分流回路与PID控制器相结合，组成抑震效果更好的抑震系统。 3、为了更好地抑制低频震动，采用主动控制方法，主动控制是将作动器和传感器黏结或嵌入柔性机械臂中，并与控制器相连组成智能结构机械臂，在一定的控制规律下，有作动器产生的作用力来抵消机械臂的震动能量。 4、震动控制更加智能，随着科学技术，一种所谓的智能梁被提出，它指内嵌或外贴有分布传感器和分布作动器的柔性机械臂，通过这些材料产生的做动应变来实施震动控制。 二、研究方案及工作计划 在机器人逐渐普及的今天，国内外对机器人的研究投入也在迅速增加，对机器人的要求也越来越高，新一代机器人具有高速、重载、高精度、高的灵活性以及结构简单轻便的特点，尤其在机械臂重量方面，为了减轻机械臂的质量和体积，如今在很多场合的机械臂都使用柔性机械臂，相对于刚性机械臂，柔性机械臂的刚度大大减小，这就给机器人在运动过程中带来了振动，为了解决机器人在工作中的的振动问题，国内外都有比较深入地研究，但是，机器人抑振系统的研究绝不是一朝一夕的事情，直到机器人发展到如今地步，关于机器人由于高速运动而带来的振动问题依然值得研究人员去深入研究。 本课题将采用压电分流阻尼技术，把振动的机械能转化成电能，然后通过压电分流阻尼回路以热能的形式消耗掉，已达到抑振的效果，为了更好地达到抑振的效果，我们将把机械臂的结构简化成悬臂梁的模型，采用ANSYS有限元分析软件，对模型的固有频率进行测试，根据测试结果，对分流阻尼回路的电路进行优化设计，使分流阻尼回路能够在不同模态下对机械臂都能有很好的抑制振动的效果。为了更好的设计分流阻尼回路，本文设计了测试系统，该系统测试了基于压电陶瓷的机器人抑振系统在不同频率和激励强度下抑振系统的输出参数。课题难点是对柔性机械臂建模并用ANSYS软件对其进行模态分析，分流阻尼回路的优化设计也是一个难点。对于这两个难点首先ANSYS分析将采用简化模型的方式解决;分流阻尼回路的优化设计将采用加一个负阻抗变换器的方法，使其达到频率自适应的功能。 三、工作计划 第一 二周 完成开题报告 第三周 查找资料。选择方案 第四周 完成方案的选择 第五周 完成前言部分 第六周 进行框架设计，大体计算结果 第七周 选择参考文献，共十五篇，其中英文五篇，并选择一篇翻译 第八周 完成说明书的前半部分(草稿) 第九周 完成说明书的正文部分，并准备中期检查报告 第十周 准备计算及软件分析 第十一周 完成计算 第十二周 熟悉软件 第十三周 完成软件 第十四周 对设计进行完善 第十五周 完成说明书 第十六周 完成后期检查，并进行修缮 第十七周 修改设计中的不足之处，准备答辩 第十八周 进行答辩 三、阅读的主要参考文献 [1] Vladímir Villaverde Huertasa*, Boris Roha-Ilkiv. Vibration Suppression of a Flexible Structure. Procedia Engineering. Slovak University of Technology in Bratisava. 48 ( 2012 ) 233 – 241 [2] Zhang Jianying*, Liu Tun, Zhao Zhiping. Study on Component Synthesis Active Vibration Suppression Method Using Zero-placement Technique. Chinese Journal of Aeronautics . Received 14 August 2007; accepted 12 December 2007 [3] Yuvaraja Ma, Senthilkumar Mb. Comparative study on Vibration Characteristics of a Flexible GFRP Composite beam using SMA and PZT Actuators. Procedia Engineering 64 ( 2013 ) 571 – 581 [4] M. Schwankla*, M. Rübnera, . Singera, C. Körnera. Integration of PZT-ceramic modules using hybrid structures in high pressure die casting. aChair of Metals Science and Technology, University of .Erlangen-Nuremberg, Martensstr. 5, 91058 Erlangen, Germany. Procedia Materials Science 2 ( 2013 ) 166 – 172 [5] Qiu Lei, Yuan Shenfang*, Wang Qiang, Sun Yajie, Yang Weiwei. Design and Experiment of PZT Network-based Structural Health Monitoring Scanning System. Received 7 October 2008; accepted 23 April 2009 [6] Timothy N. Chang, Member, Roger Kwadzogah, and Reggie J. Caudill Vibration Control of Linear Robots Using a Piezoelectric Actuator. IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, VOL. 8, NO. 4, DECEMBER 2003 [7] Kah How Koha, Chengkuo Leea*, Takeshi Kobayashib. A 3-D MEMS VOA using translational attenuation mechanism based on piezoelectric PZT thin film actuators. Procedia Engineering 5 (2010) 613–616 [8] 董春兵. 基于压电驱动器的柔性臂扭振控制研究`[J].浙江大学工学硕士学位论文. [9] 孙立宁，王洪福,曲东升.柔性臂动力学建模及比较研究[J].压电与声光 [10] 褚 明， 空间柔性机械臂的动力学特性与主动控制研究「D].北京邮电大学博士论文 [11] 詹训慧.分布式压电智能结构的建模与振动控制[D]中国科技大学博士论文,2007. [12] 单业涛. 基于模糊控制的 2R 柔性臂压电陶瓷抑振跟踪实验研究[D].北京工业大学工学硕士学位论文 [13] 王洪福. 基于双重驱动的两连杆机器人柔性手臂控制方法研究[D].哈尔滨工业大学博士论文. [14] 曹青松. 周继惠. 黎林. 叶兰. 基于模糊自整定PID算法的压电柔性机械臂振动控制研究[J] 华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室,南昌 [17] 周四新,和青芳. 《Pro/E Wildfire 》[M].电子工业出版社 [18] 韩建海. 《工业机器人》[M].华中科技大学出版社. [19] 孔祥东.王益群. 《控制工程基础》[M]. 机械工业出版社

随着新兴技术的不断发展,机械臂的新型应用在各个领域得到推广,对于高性能,高精度的机械臂需求越来越迫切.当机械臂系统存在建模误差和外部干扰的时候,一般的控制器鲁棒性不强,难以实现高精度的控制.

如何解决这类机械臂的控制器设计问题成为一个热门的课题,吸引了广大学者的关注.论文围绕机械臂的强鲁棒性控制器设计与实现,开展了一系列的研究工作,包括机械臂系统平台的搭建,机械臂数学模型的建立,机械臂控制器的设计等.论文的主要内容概括如下:首先,自主设计了机械臂系统的软硬件平台.硬件部分,利用伺服电机手工搭建了一个二自由度的机械臂,并且基于STM32系列芯片完成了控制主板的设计,包含原理图绘制和PCB制作.软件部分,对机械臂控制系统进行了合理的架构,并且基于MFC设计了一套机械臂上位机控制软件,用于系统调试和绘制实时的系统跟踪控制曲线.然后,针对二自由度机械臂系统平台,建立了运动学和动力学模型.

采用几何分析的方法,简要描述了机械臂的运动学关系.参考了机器人建模相关的文献,基于拉格朗日建模方法,给出了一般的机械臂动力学数学模型.考虑到机械臂建模误差和外部干扰的问题,对机械臂动力学模型进行了改进,引入系统的建模误差项和外部干扰力矩项.其次,基于神经网络干扰观测器完成了机械臂跟踪控制器的设计.利用神经网络干扰观测器估计系统的复合扰动