毕业设计（论文）基于液压伺服电机传动的砖窑卸垛机器人手爪的原理分析和动力学分析

1、IV西南科技大学城市学院本科生毕业论文基于液压伺服电机传动的砖窑卸垛机器人手爪的原理分析和动力学分析摘要：论文对卸垛机器人的基本情况进行了介绍，给出了近年来国内外出现的几种的典型的卸垛机器人，并通过分析其优缺点，提出了砖窑机器人手爪运动分析与结构优化的思路.基于液压伺服电机传动的砖窑卸垛机器人手爪的原理分析和动力学分析，首先对砖窑机器人的手爪结构进行了研究，主要包括砖窑卸垛机器人手爪夹取和旋转机构两部分；其次，砖窑机器人手爪夹取和选择电机的选择，能满足机器人手爪的夹取和旋转；再次是ADAMS软件中建立机器人手爪的模型，运用ADAMS软件对机器人进行动力学分析，研究机器人手爪在运动过程中位置、速度、加速度的变化；最后，通过对相应地仿真结果进行分析，证实了所建模型的正确性，为寻求合理的机器人手爪结构设计提供了方法。关键词：砖窑卸垛机器人； 手爪； 液压伺服电机； 动力学分析 Servo motors drive the robot gripper brick destacking analysis and dynamic analysis principlesAbstract: Thesi

2、s destacking robot introduced the basic situation, given the recent emergence of several domestic and unstacking typical robot, and by analyzing the advantages and disadvantages of proposed brick Robot Hand Movement Analysis and Optimization ideasServo motors drive the robot gripper brick destacking principle analysis and dynamic analysis, the robots gripper first brick structure was studied, including brick unstacking Robot Hand gripping and rotating bodies in two parts; followed , brick kilns

3、and select the robot gripper gripping the choice of motors to meet the robot grippers gripping and rotation; Once again ADAMS software model to build the robot gripper, the robot using ADAMS software for dynamic analysis of robot hand Claw in motion the process of position, velocity, acceleration changes; Finally, through the corresponding simulation results are analyzed, confirmed the correctness of the model, the robot gripper to seek a reasonable structure design methods.Key words: brick unst

4、acking robot, gripper, hydraulic servo motor, Dynamic Analysis目录基于液压伺服电机传动的砖窑卸垛机器人手爪的原理分析和动力学分析I第一章 绪论11.1 本课题研究的目的和意义11.2 手爪的结构设计类型和特点11.3 本课题的研究现状21.3.1 国外的研究现状21.3.2 国内的研究现状21.4 工业机器人的发展趋势31.5 研究砖窑卸垛机器人的目的和意义31.6 本课题的研究内容41.7 本课题的关键技术4第二章 砖窑卸垛机器人的手爪结构62.1 砖窑卸垛机器人的组成和分类62.1.1 执行机构62.1.3 控制系统62.2 抓取目标参数及手爪设计要求62.3 砖窑卸垛机器人手爪的结构设计72.3.1 手爪结构设计方案的确定72.3.2 手爪四杆机构分析82.3.3 手爪四杆机构长度参数的设计102.3 机械手爪零部件的选择122.3.1 减速机构的选择122.3.2 电机的选择132.3.3 传动机构的选择142.4 手爪材料的选取142.5 本章小结16第三章 砖窑卸垛机器人手爪的结构仿真173.1 ADMAS动力学

5、仿真软件介绍173.2 砖窑卸垛机器人手爪运动原理183.3 建立各部件的刚体模型193.3.1 各部件刚体模型193.3.2 砖窑卸垛机器人手爪部件的刚体参数193.4 建立砖窑卸垛机器人手爪模型203.4.1 创建手爪模型203.5 本章小结25第四章 砖窑卸垛机器人手爪的运动仿真与动力学分析264.1 砖窑卸跺机器人手爪运动学分析264.2 砖窑卸跺机器人手爪动力学分析284.3 ADAMS仿真步骤304.4 ADAMS /VIEW模块对模型进行参数分析314.5 ADAMS手爪的仿真及结果分析314.6本章小结38结论39致谢40参考文献41西南科技大学城市学院本科生毕业论文第一章 绪论1.1 本课题研究的目的和意义随着制砖技术的发展，人类在砖窑中的活动越来越多，由于砖窑对人类来说仍然是一个具有高辐射、超高温等特点的危险环境，那么利用砖窑卸跺机器人完成一些人类无法完成或者有危险的工作就显得十分必要。采用砖窑卸跺机器人协助或代替人类的工作在经济性和安全性方面都具有重要的意义1。手爪是工业机器人执行精巧和复杂任务的重要部分。因为机器人手爪直接作用与工作对象，机器人要完成的各种操作最

6、终必须通过手爪得以实现同时手爪的结构、尺寸的设计对于机器人整体的运动学、动力学性能以及工作效率都有着直接显著的影响，机器人整体水平的高低好坏及最终能否正常按照人们的意图去工作还要看其末端执行机构。因此手爪是机器人设计中一个非常重要的环节。1.2 手爪的结构设计类型和特点手爪是用来直接握持物件的部件。由于被握持的物件的形状、尺寸大小、轻重和材料性能、表面状况等的不同，所以机械手爪的结构是多种多样的。各种手爪的结构，不仅结构形式不完全相同。而且它们的工作原理也并不一样。归纳起来，常用的手爪，按其握持物件的原理，大致可分为下面几种（1） 机械夹钳式手爪机械夹钳式手爪一般由驱动装置、传动机构和手指组成。按其手指的开闭动作和结构的不同，又可分为回转型手爪和平移型手爪。回转型手爪的手指在传动机构的带动下，绕支点回转来实现手指的开闭动作。平移型手爪的两个手指在传动机构的带动下，作相对的平行移动以实现开闭动作。该类手爪一般结构简单、动作灵活、适应性较强，并且大多数属于自动定心机构，在生活中被广泛应用。（2） 气吸式手爪气吸式手爪由吸盘、吸盘架及进排气系统等组成。根据吸盘与物件接触后形成真空或负压内腔的

7、方法不同，气吸式手爪有：挤气式靠外力作用使吸盘变形而将内腔空气排挤出去的方法形成负压腔；喷吸式利用负压喷嘴将内腔空气抽出而形成负压腔；真空式用专门的真空泵系统抽气，使吸盘内腔形成真空。该类手爪具有结构简单、重量轻、使用方便可靠等特点，广泛应用于板材、薄壁零件、陶瓷、塑料、玻璃器皿和纸张等的吸附工作，具有良好的使用效果。（3） 磁吸式手爪磁吸式手爪是利用永久磁铁或电磁铁通电后产生磁力，来吸取磁性材料物件的，吸附时不会破坏物件的表面质量，可获得较大的吸附力，同时对物件表面光整要求不高，对于不能有剩磁的物件要经过退磁工序。对于钢、铁等磁性材料制造的物件，温度超过7230C以后就会失去磁性，故在高温时无法使用磁吸式手爪。磁吸式手爪可分为永久磁铁手爪和电磁铁手爪。1.3 本课题的研究现状随着工业生产自动化的发展而产生的，机械手已成为机械化、自动化生产中不可缺少的一种自动装置。国内外对机械手爪的研究已取得相当成熟的结果，机械手爪也广泛的应用到食品、化工、冶炼、制造等行业中。近年来随着砖窑技术的飞速发展，机械手爪也广泛应用于砖窑以实现对砖堆的装卸和搬运等。本课题所研究的手爪用在砖窑卸垛机器人特定环境

8、下，属于机械手在砖窑技术领域的应用，在此主要介绍机械手在砖窑领域的研究现状。1.3.1 国外的研究现状近年来，出现了一种模块式高位码垛机，该码垛机系美国Goldco Industries公式制造的5000系列的高位码垛机，该机能能够同时处理两种完全不同的物料，具有60件/min的联合处理速度，通过增加编层和编垛模块，可以实现对更多种产品的同时处理。1988年，ABB Flexible Automation Inc.推出了名叫Speed的双轴机器人码垛机，这种码垛机能够实现对包、盘、箱的码垛，具有高达70周期/min的吞吐量。同年,FANUC Robotics Limited推出了型号为M410i-HW机器人码垛机，这种码垛机具有重达205kg的爪取载荷，能够一次爪取4-6件的物料。1.3.2 国内的研究现状国内哈工大机器人研究所多年前就研制了机器人码垛机，成功地应用在全自动包装码垛生产线上，取得了良好的经济效益和社会效益2。他们采用双自由度的笛卡尔坐标式机器人码垛机并结合编组机，通过一次爪取两袋或三袋，实现了800袋/h的工作能力。湖北宜昌机械厂生产的ZM 1000托盘式全自动码垛机的

9、处理能力达到了1000袋/h。上海交通大学机器人研究所正在从事高速码垛机技术的开发研究取得了重要进展。1.4 工业机器人的发展趋势工业机器人在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用，引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。在新的世纪，机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。 从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。 据UNECE/IFR预测，至2007年，全球新安装装机器人的数量将从2003年的81800套增至2007年的106000套，年平均增长7%。其中，日本2003-2007年工业机器人的销售将从2003年的31600增长至2007年的41000套；欧洲2003-2007年工业机器人将从2003年的27100套增长至2007年的34000套；北美2003-2007年工业机器人市场每年平均增长5.8%，至2007年将增长到16000套。我国从上世纪80年代开始在高校和科研单位全面开展工业机器人的研究，近20年来取得不少的科研成果。但是由于没有和企业有机地进行联合，至今仍未形成具有影响力的产品和有规模的产业。目前国内除了一家以组装为主的中日合资的机器人公司外，具有自主知识产权的工业机器人尚停留在高校或科研单位组织的零星生产，未能形成气候。近10年来，进口机器

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