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液压驱动机械臂设计及其仿真研究

作　者: 王佞
导　师: 祝晓燕；孔欣欣
学　校: 华北电力大学
专　业: 机械工程
关键词: 机械臂仿真液压 SolidWorks 应力分析
分类号: TP241
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

机械臂作为机器人最主要的执行机构,对于它的研究有着重要的意义。在工业生产中,机械臂得到广泛的应用。它是能够模仿人的上肢的部分运动与功能,按照预定要求进行操作的的自动化设备。它可以代替人手的繁重劳动,减轻工人劳动强度,提高生产效率和自动化水平。当前,机械臂的研究可以与计算机仿真有机结合起来,以计算机为工具,以相似原理、仿真技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础,利用系统模型对设计结果进行试验研究。本文在广泛调研了相关资料与信息,了解了当前流行的技术后,确定了自动化生产线上,送料机械臂的工作范围,性能参数以及设计要求和目标。针对设计要求提出了设计方案,对方案进行了分析比较后,最终确定采用液压驱动形式,设计四自由度的自动送料机械臂。设计内容包括机构设计、传动系统设计、控制系统设计、平衡系统设计以及设计参数和校核计算。根据理论设计结果,本课题利用SolidWorks软件对机械臂主要零部件进行三维实体造型,并在此基础上进行各个部件的虚拟装配。然后应用SolidWorks的COSMOSXpress模块对主要零部件进行有限元分析,得到最大应力值,最大变形量以及最大应力所产生的位置等数据结果,从而可以利用应力分析结果判断目前的设计是否满足现实情况下的工作要求,继而给出对应的改善机构设计的措施。操作起来简单、快捷、实用。最后运用SolidWorks软件中的运动仿真插件COSMOSMofion实现了对整个机构的运动仿真。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 研究的背景和意义  11-12
  1.2 国内外机械臂研究现状  12-17
    1.2.1 国外机械臂研究现状  14-15
    1.2.2 国内机械臂研究现状  15-17
  1.3 机械臂仿真技术研究现状  17-18
  1.4 课题主要研究内容  18-20
第2章机械臂设计理论  20-29
  2.1 机械臂的组成和分类  20-23
    2.1.1 机械臂的组成  20-22
    2.1.2 机械臂的分类  22-23
  2.2 机械臂自由度和坐标形式  23-26
    2.2.1 机械臂的自由度  23-24
    2.2.2 机械臂的坐标形式  24-26
  2.3 机械臂传动系统简介  26-27
  2.4 机械臂的控制  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章送料机械臂机构设计  29-53
  3.1 送料机械臂的设计参数  29-30
    3.1.1 送料机械臂性能参数  29
    3.1.2 送料带的形式及动作要求  29-30
  3.2 抓取机构部分的设计  30-40
    3.2.1 手部的设计  30-34
    3.2.2 腕部的设计计算  34-36
    3.2.3 臂伸缩机构的设计  36-40
  3.3 液压系统原理设计  40-43
    3.3.1 手部抓取缸的设计  40
    3.3.2 腕部抓取缸的设计  40-41
    3.3.3 小臂伸缩缸的设计  41-42
    3.3.4 液压控制系统总回路  42-43
  3.4 机械臂机身的设计  43-48
    3.4.1 机身的结构设计  43-44
    3.4.2 电动机的选择  44-45
    3.4.3 减速器的选择  45-46
    3.4.4 螺柱的设计与校核  46-48
  3.5 机械臂的缓冲和定位  48-52
    3.5.1 运动平稳性和定位精度简介  48
    3.5.2 影响平稳性和定位精度的因素  48-49
    3.5.3 机械臂的定位方法  49-50
    3.5.4 机械臂的运动缓冲装置  50-51
    3.5.5 油缸的缓冲装置  51-52
  3.6 本章小结  52-53
第4章基于SolidWorks 的机械臂造型及仿真  53-62
  4.1 参数化设计与SolidWorks 软件  53-54
  4.2 机械臂零部件造型  54-58
    4.2.1 上手爪的造型  54-56
    4.2.2 其它零部件的的造型  56-58
  4.3 螺栓等标准件的选用  58-59
  4.4 机械臂的虚拟装配  59-61
  4.5 本章小结  61-62
第5章机械臂的有限元分析及运动仿真  62-73
  5.1 SolidWorks 有限元分析模块及理论基础  62-63
    5.1.1 有限元法理论基础  62
    5.1.2 SolidWorks 的COSMOSXpress 模块  62-63
  5.2 机械臂零部件的有限元分析  63-70
    5.2.1 有限元分析过程  63-64
    5.2.2 小齿轮的有限元分析结果  64-66
    5.2.3 大齿轮的有限元分析结果  66-67
    5.2.4 大齿轮轴的有限元分析结果  67-69
    5.2.5 手爪的有限元分析结果  69-70
  5.3 机械臂的运动仿真  70-72
  5.4 本章小结  72-73
第6章结论与展望  73-75
  6.1 本文的主要成果  73-74
  6.2 进一步研究展望  74-75
参考文献  75-78
攻读工程硕士学位期间发表的学术论文及其他成果  78-79
致谢  79-80
作者简介  80-81
详细摘要  81-88

液压驱动机械臂设计及其仿真研究

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