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标题: 参加为大学生举办的机械设计大赛设计的机械臂，请大家提提意见 [打印本页]

作者: liangquan6 时间: 2017-3-23 21:21
标题: 参加为大学生举办的机械设计大赛设计的机械臂，请大家提提意见
设计一个气缸驱动的机械臂，参加为大学生举办的机械设计大赛，把初步的设计模型图片发到这里，请行业高手指点指点，肯定有许多问题！
机械臂的总体结构如下图所示，两个气缸驱动，实现两个自由度的运动。

(, 下载次数: 185)
两个旋转关节处的放大图。上部黑色的是编码器，用来检测关节的角度。
(, 下载次数: 159)
关节进一步的放大图。
(, 下载次数: 197)
机械臂的设计肯定有很多问题，但当前最大的问题是旋转关节处的设计。我自己没有把握！其内部的剖视图如下图所示。
(, 下载次数: 168)

我不确定的地方如下：关节由上下两个铝块铣削而成，下部的铝块做支撑，上部的铝块做轴承座，里面镶嵌两个角接触球轴承，不知两个轴承布置的方向对不对？轴固定不动，当上臂旋转时，编码器的外壳转动，从而记录角度！

我的问题是，现在的设计对么？有没有更好的设计？

也欢迎大家就其他方面提出批评建议，谢谢！！！

补充内容 (2017-3-24 21:41):
原理图在45楼

作者: xue428032 时间: 2017-3-23 21:32
没精度啊，现在大学生竞赛都这么简单吗

作者: 心随你~~ 时间: 2017-3-23 21:41
1，没精度，
2，没刚性，
3，建议楼主换个方案参赛吧，这个做出来死定了！

作者: 灬人定胜天灬 时间: 2017-3-23 21:43
你好,可以问你个问题吗？

作者: oldpipe 时间: 2017-3-23 23:59
本帖最后由 oldpipe 于 2017-3-24 00:00 编辑

轴的周向没有固定，有转动。角接触球轴承成对使用时或背靠背，或面对面，绝对不可能同向使用的。还有你的关节处与臂的联接处，扭矩是怎么传递的？很不理解你的老师是怎么教的。这些问题都是机械专业最最最基本的概念！！！这些都没弄明白就去参加什么设计大赛，会赛出什么什么名堂？

作者: 面壁深功 时间: 2017-3-24 08:07
你把模型整完后，发到LWMXX@163.COM 我给你做个动态的演示那才好

作者: 桃源居士A 时间: 2017-3-24 08:17
把你们的要求发出来看看！

作者: 孟德尔斯鸠 时间: 2017-3-24 08:17
气缸就俩位置，完全深处和完全缩回，也就是你的机械臂只能到四个点？

作者: kumufchun 时间: 2017-3-24 08:26
机械就是这样，很多东西大学里都不会教你的，也不知道是老师不愿意呢还是本身就只是个“文化人”，没怎么真真搞过机械的！

作者: lose2836 时间: 2017-3-24 08:27

xue428032 发表于 2017-3-23 21:32
没精度啊，现在大学生竞赛都这么简单吗

一般模型出来市级，省级。光讲ppt校级。全国的淘宝买一个，回来改改程序。没有意义，就是个游戏。

作者: 爱的国度00 时间: 2017-3-24 08:32
总体感觉刚度不够，另外轴承方向不妥

作者: 996264949 时间: 2017-3-24 08:38
目测用的sw

作者: 机械设计逍遥 时间: 2017-3-24 08:41
楼主出来调皮了，07年注册的账号问这种问题

作者: 小熊叹 时间: 2017-3-24 08:44
本帖最后由小熊叹于 2017-3-24 08:45 编辑

方案确实不怎么样，我认为3楼和7楼说的对，气缸位置都定好了，编码器只反馈一个角度，意义不大啊，各位社友多提点就提点晒

作者: holder 时间: 2017-3-24 08:58

作者: xiaobing86203 时间: 2017-3-24 09:06
在学校里有这份心思弄设计已经是不错了，只是楼主对装配与制造工艺性知识还很欠缺，以后还要多学习些这方面的知识

作者: 所罗门_x 时间: 2017-3-24 09:28
关节都是铝块做的？加工的精度达到了强度达不到啊！还气缸驱动的，那还要角度检查干嘛？难到你的气缸还有定向角度功能？这也太先进了吧。编码器就是多余的阑尾，你还不如做辅助角度限位块装上呢。

作者: 淡然 时间: 2017-3-24 09:40
我感觉最大的问题是轴承。
1，这种轴承安装一定要背对背或者面对面，便于轴向力抵消，你这里，建议背对背增加刚性；
2，角接触轴承需要预紧和传递轴向力。你的结构在这个问题上几乎没有去考虑；
3，装配的问题，考虑轴承如何能够装上去，以及润滑密封。

作者: liu20668 时间: 2017-3-24 09:44
1.气缸固定折弯件待改善
2.角接触球轴承成对使用时背靠背，或面对面
3.编码器使用过程中要使用联轴器
4.安装螺钉，固定零件是否方便。拆卸维护是否简单易行。
5.旋转部位选择不通材料，防止咬死。可以考虑自润滑铜套
6.测量角度，编码器应当选择绝对式编码器，不要选择增量式的。

作者: 热火LBJ 时间: 2017-3-24 09:46
大学里面随便找个教机械的老师讲一讲吧。。
话说这个作品去参赛，过首轮比较悬，太小儿科了，专家也不傻，奖也不是那么好骗的。

作者: fangyunsheng 时间: 2017-3-24 09:59

liu20668 发表于 2017-3-24 09:44
1.气缸固定折弯件待改善
2.角接触球轴承成对使用时背靠背，或面对面
3.编码器使用过程中要使用联轴器

编码器使用的意义何在？

作者: 894628281 时间: 2017-3-24 13:16
编码器意义何在？
建议楼主先既定一个使用场景然后开始设计。

作者: 武当问道 时间: 2017-3-24 17:00
一塌糊涂

作者: 帽子suma 时间: 2017-3-24 17:19
大学生的机械设计大赛意义真心不大。。。全是靠大学生的机械设计大赛意义真心不大。。。全是靠评委老师的一己之言决定比赛的结果，说实话我也参加过，拿了名次，但是现在看起来那玩意。。。简直了。。。如果楼主喜欢机械设计一类的，还想在大学参加一些比赛的话，推荐robocon，robotmaster。
话说出这次比赛题的教授，我还认识。。。还挺熟。。。

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:20

oldpipe 发表于 2017-3-23 23:59
轴的周向没有固定，有转动。角接触球轴承成对使用时或背靠背，或面对面，绝对不可能同向使用的。还有你的关 ...

关节的最下端，轴的最下端，用一个大螺母，拧紧了轴！轴固定不动！
角接触球轴承我再改一改！
上臂不需要传递扭矩，下臂有螺母，所以我认为不需要传递扭矩！轴是心轴，只做回转支撑！上臂在汽缸的驱动下绕轴旋转！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:22

武当问道发表于 2017-3-24 17:00
一塌糊涂

希望您能说详细些，也好让我学习学习！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:28

灬人定胜天灬发表于 2017-3-23 21:43
你好,可以问你个问题吗？

您问，什么问题？

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:29

面壁深功发表于 2017-3-24 08:07
你把模型整完后，发到我给你做个动态的演示那才好

这个我自己也能做动画！
我现在是想找出我设计的问题，免得做出来实物有问题！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:30

桃源居士A 发表于 2017-3-24 08:17
把你们的要求发出来看看！

什么要求？设想就是设计一个两自由度的机械手，汽缸驱动，高速开关阀控制，闭环！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:33

孟德尔斯鸠发表于 2017-3-24 08:17
气缸就俩位置，完全深处和完全缩回，也就是你的机械臂只能到四个点？

抱歉，帖子不详细，稍后补充！还有气动回路原理图！双作用汽缸，两个进气口各由一个高速开关阀（两位三通）控制，用编码器（绝对）检测角度，形成闭环控制。计算机采用Arduino单片机！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:34

kumufchun 发表于 2017-3-24 08:26
机械就是这样，很多东西大学里都不会教你的，也不知道是老师不愿意呢还是本身就只是个“文化人”，没怎么真 ...

是的，就想避免这种情况，想在学校里真真搞搞机械！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:35

lose2836 发表于 2017-3-24 08:27
一般模型出来市级，省级。光讲ppt校级。全国的淘宝买一个，回来改改程序。没有意义，就是个游戏。

我们不想只做模型，还想做出实物！
足球也是游戏，但也得认真踢！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:37

爱的国度00 发表于 2017-3-24 08:32
总体感觉刚度不够，另外轴承方向不妥

谢谢您的建议！
那我的解决方案是把机械臂改短一点！
我甚至设想是用前端的机械手加持一个笔，绘制曲线，所以我感觉负载不大！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:38

996264949 发表于 2017-3-24 08:38
目测用的sw

是Solidworks

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:40

机械设计逍遥发表于 2017-3-24 08:41
楼主出来调皮了，07年注册的账号问这种问题

不好意思说，我其实可能名头很响，但实质可能另人大跌眼镜，但这就是事实，来这里是学习的……

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:41

小熊叹发表于 2017-3-24 08:44
方案确实不怎么样，我认为3楼和7楼说的对，气缸位置都定好了，编码器只反馈一个角度，意义不大啊，各位社友 ...

稍后补充气动回路图，高速开关阀控制汽缸，编码器检测角度，闭环控制

作者: 哎呦喂蛋蛋 时间: 2017-3-24 19:41
你的意思是用黑色的东西控制汽缸的信号把！估计达不到你索要的精度啊

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:42

xiaobing86203 发表于 2017-3-24 09:06
在学校里有这份心思弄设计已经是不错了，只是楼主对装配与制造工艺性知识还很欠缺，以后还要多学习些这方面 ...

谢谢您的建议！
要是能再详细点就更好了！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:43

所罗门_x 发表于 2017-3-24 09:28
关节都是铝块做的？加工的精度达到了强度达不到啊！还气缸驱动的，那还要角度检查干嘛？难到你的气缸还有定 ...

稍后补充气动回路原理图，高速开关阀控制，编码器检测角度，闭环控制

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:44

淡然发表于 2017-3-24 09:40
我感觉最大的问题是轴承。
1，这种轴承安装一定要背对背或者面对面，便于轴向力抵消，你这里，建议背对背 ...

谢谢您的建议！中肯！
我再看书学习改进！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:48

liu20668 发表于 2017-3-24 09:44
1.气缸固定折弯件待改善
2.角接触球轴承成对使用时背靠背，或面对面
3.编码器使用过程中要使用联轴器

加工能力有限，汽缸固定件用角铝加工，直接锯断
编码器我争取加联轴器，是为了提好零度么？
编码器就是绝对的，谢谢您的建议

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:49

热火LBJ 发表于 2017-3-24 09:46
大学里面随便找个教机械的老师讲一讲吧。。
话说这个作品去参赛，过首轮比较悬，太小儿科了，专家也不傻， ...

没想骗谁！战胜自己就行！

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 19:54

fangyunsheng 发表于 2017-3-24 09:59
编码器使用的意义何在？

编码器用来检测角度，闭环控制！

作者: fangyunsheng 时间: 2017-3-24 21:16

liangquan6 发表于 2017-3-24 19:54
编码器用来检测角度，闭环控制！

驱动部件是气缸，闭环有意义吗？

作者: liangquan6 时间: 2017-3-24 21:39
气动回路原理图，与气缸相连的是高速开关阀 (, 下载次数: 87)

作者: oldpipe 时间: 2017-3-24 23:01

liangquan6 发表于 2017-3-24 19:20
关节的最下端，轴的最下端，用一个大螺母，拧紧了轴！轴固定不动！
角接触球轴承我再改一改！
上臂不需 ...

那就让事实来教育你吧。

作者: fangyunsheng 时间: 2017-3-24 23:50
看样子是想来实现气缸的多位置控制，这个机械臂这么用，恐怕现实远比理想要残酷。
如果气缸的动作放到足够慢，或许能实现。
气缸想要随意停，那么停止的一刻要保证气缸活塞两侧受到的力相等，这还要考虑运动部件的惯性，气缸活塞两侧的受压面积是不同的，保证两侧力相同，就要实现两侧的气压不同。或者直接用双输出轴的气缸倒是可以避免这个问题。
这些问题可不容易解决。

作者: ltzian 时间: 2017-3-25 08:20

liangquan6 发表于 2017-3-24 19:54
编码器用来检测角度，闭环控制！

这样的结构，编码器就是浪费钱。完全起不到作用。难道楼主气缸还有三点以上的停止。真是醉了。

作者: 小熊叹 时间: 2017-3-25 08:36

liangquan6 发表于 2017-3-24 19:41
稍后补充气动回路图，高速开关阀控制汽缸，编码器检测角度，闭环控制

加油，能实现简单动作就行了，如果放到公司实际来说的啊，这种方案就要挨打屁股了

作者: 小恰 时间: 2017-3-25 11:15
气缸？编码器控制精度？楼主确定气动的精度可以控制的很好？

作者: 想飞的鸟~~ 时间: 2017-3-25 13:08
这个闭环几乎无法实现！不是说理论不对，而是响应时间楼主考虑过吗？你可以调试到顺畅平滑的画出一条曲线，这个不怀疑！但是再画一条能重合在一起吗？楼主可以了解下液压伺服系统，原理应该和你要达到的效果类似，液体的控制已经很难了，何况压缩空气！个人简介仅供产考！

作者: fachengwang 时间: 2017-3-25 16:58

oldpipe 发表于 2017-3-23 23:59
轴的周向没有固定，有转动。角接触球轴承成对使用时或背靠背，或面对面，绝对不可能同向使用的。还有你的关 ...

个人也感觉精度不好，气缸的可压缩性很大的。
另外，轴的周向固定用螺母锁紧也有问题。
轴承的话，轴向力不大吧，用深沟球可否？

作者: 对方正在输入 时间: 2017-3-25 18:06
这就是大学的水平？唉～～～任重而道远啊！机械手一般公司做的都是用模组或者丝杆做的。至于真正意义上的机械臂，你上网搜索下ABB吧，那才是真正的机械臂。

作者: 幻想机械 时间: 2017-3-25 18:57
师兄你参加哪个比赛啊？好巧啊我也在准备比赛，设计个新型的抓斗呢。（ò ó）

作者: lose2836 时间: 2017-3-25 19:15

liangquan6 发表于 2017-3-24 19:35
我们不想只做模型，还想做出实物！
足球也是游戏，但也得认真踢！

你有这个信念就好，记得本科时候我们学校的，参加全国赛的，都是学校老师帮忙绘制的图纸，学生自己太吃力了。给你提建议，用的气动元件最好用品牌货，贵点没关系，省的到时候出问题，麻烦。国产的快速接头，遇到质量不好的，插拔几次就完蛋。选的型材，你看市场有没有，机械设计手册的很多标准材料，市场可能找不到。去怡合达，misimi等看看现成的方案，找些灵感。关节处，需要先打样，看看你设计的是不是精度，采样率满足要求，先确定编码器。控制程序这边，可以先动了，未确定参数后期调试时确定。

作者: 子子61961 时间: 2017-3-25 20:46
本帖最后由子子61961 于 2017-3-25 22:02 编辑

图画得很漂亮，楼主同学辛苦了。
有一些注意的地方，简单说一下。考虑得不太成熟，仅供参考。
向下插入的那根轴，估计是公差配合，插入的部分好长，
一个是装配时需要插入很长所以不好装配，另一方面是如果想要防止倾斜，要么是靠过盈配合，要么是靠应该是靠端面的压紧力，所以过长的配合意义不大。莫不如，直接用一根轴，端面是圆盘，圆盘用螺栓固定，效果一样。个人的一点考虑，欢迎轻拍。轴承的方向，现在你的方向貌似都是向下掉落的方向，轴向没有起到托住的作用，当然，前面有朋友说了，应该是相向的。
另外，气路图里，调速阀，就是里面带单向阀的那个，箭头方向貌似是画反了，向下会好理解一些。控制汽缸出口流速，可以使汽缸动作变慢，用编码器来检测进行闭环控制，有一定的试验价值。另外一个被考虑的就是，电磁阀截止后，有压一侧在排气时也是缓慢的，所以停止位置会有一些超程，这个超程是不好控制的。另外你的控制是停止时两侧都压力为零的，换一种思考方向，当编码器到达所需角度时，将排压一侧也用电磁阀将其关闭，这样也是一个试验方向，是停止时两侧带压的。如果可以的话，希望能把试验结果也发一下。虽然大家回帖语气有些那什么，但是大家都是机械人，都会支持你的。最后，祝你好运，学有所成。

作者: oldpipe 时间: 2017-3-25 21:20

fachengwang 发表于 2017-3-25 16:58
个人也感觉精度不好，气缸的可压缩性很大的。
另外，轴的周向固定用螺母锁紧也有问题。
轴承的话，轴向 ...

不知道他想干啥，所以……

作者: Twiney123 时间: 2017-3-25 22:28

liangquan6 发表于 2017-3-24 19:33
抱歉，帖子不详细，稍后补充！还有气动回路原理图！双作用汽缸，两个进气口各由一个高速开关阀（两位三通 ...

达不到想要的目的。电磁阀控制不了气缸活塞位置。

作者: swdaswd 时间: 2017-3-26 11:32
国内就这水平？

作者: 十月不在 时间: 2017-3-26 11:37
进来学习一下

作者: aidez1209 时间: 2017-3-26 14:28
楼主应该是没有用过气缸。
气缸运动一般都是有硬限位的，如果想用三位五通电磁阀，则到达位置时，电磁阀中位，但气缸在惯性或者气体残压的作用下继续运动，无法实现精度控制。

作者: 木剑客 时间: 2017-3-26 15:46
请问这是实现什么功能呢？能解决什么实际问题吗？
如果用的是普通气缸，那加气就直接动作到底了，那个夹爪最终的位置就定下来了吧？编码器有什么用呢？起不到什么控制作用吧？

作者: 05031405 时间: 2017-3-27 08:57

liangquan6 发表于 2017-3-24 19:33
抱歉，帖子不详细，稍后补充！还有气动回路原理图！双作用汽缸，两个进气口各由一个高速开关阀（两位三通 ...

楼上的意思你没有理解，气缸只有伸出和缩回两种状态，所以你用编码器的意义不大。也行程不了你说的闭环控制。闭环控制是要形成反馈并可以进一步控制执行机构，但是气缸你没办法控制中间行程，而且你还是两位三通的阀。所以想法不错，对做工程的人来说，不实用。

作者: liangquan6 时间: 2017-3-27 09:40

05031405 发表于 2017-3-27 08:57
楼上的意思你没有理解，气缸只有伸出和缩回两种状态，所以你用编码器的意义不大。也行程不了你说的闭环控 ...

可以控制中间行程，请看45楼气动原理图！用两个高速开关阀，分别控制气缸的进气口和出气口，只要控制好压力，就可以停在任意位置，将编码器的角度通过算法，转换成气缸的伸缩长度，就可以形成闭环控制！

作者: fly4503 时间: 2017-3-28 08:31
楼主可以去看下挖掘机的结构！

作者: fly4503 时间: 2017-3-28 08:46
刚看了楼主说是参加创新创业比赛！你自己作为评委：觉的你的设计有什么创新的？有什么用？省力？省时？还是省钱？
你自己觉得你做的设计有没有可取点？如果只能在赛场昙花一现，你觉得你能学到什么？给社会展示什么？
如果只是为了比赛而做出来的东西，你个人觉得是不是有点浪费资源？

作者: qq820647955 时间: 2017-3-28 10:51

aidez1209 发表于 2017-3-26 14:28
楼主应该是没有用过气缸。
气缸运动一般都是有硬限位的，如果想用三位五通电磁阀，则到达位置时，电磁阀中 ...

可以直接问气缸的供应商，气缸没有这样用的

作者: 15995416516 时间: 2017-3-29 10:45
楼主别我们大学是强多了，我们大学时只知道玩游戏

作者: 李兵_G2x2Z 时间: 2017-3-30 08:56
千万别直接锯，强度刚度计算下

作者: zwr1234 时间: 2017-3-30 09:10
下端再加个轴承

作者: ndz 时间: 2017-3-30 13:48
围观学习一下

作者: Da花 时间: 2017-3-30 15:21
把动力换掉！改成丝杆电机

作者: Twiney123 时间: 2017-4-23 23:44

Twiney123 发表于 2017-3-25 22:28
达不到想要的目的。电磁阀控制不了气缸活塞位置。

因为气体压缩膨胀，所以电磁阀控制不了气缸行程。

作者: Lsw_dVz2Z 时间: 2017-9-24 10:07
刚毕业不久，LZ加油
感觉这帖子有点怪，很多人虽然提出的建议/疑问相当好，但带有满满的"垃圾"情绪.
以此为鉴

作者: 受不了了 时间: 2017-9-24 10:34
注册10年整了，哪怕是楼主进大学第一天就在这里注册了账号，或是高一就注册了，也不至于弄个这个出来

作者: 受不了了 时间: 2017-9-24 10:35
掰着手指头算了算，估计楼主小学就注册了

作者: 凸轮机械手 时间: 2017-9-25 09:25

liangquan6 发表于 2017-3-24 19:33
抱歉，帖子不详细，稍后补充！还有气动回路原理图！双作用汽缸，两个进气口各由一个高速开关阀（两位三通 ...

这样没精度1.你看下你的编码器精度，然后根据轴长就可以计算出机械臂的精度了

2.气动控制我觉得不会停的精准

作者: chaozhan1992 时间: 2017-9-25 11:09
很厉害了！我大学啥都不懂，就玩了几年dota

作者: 筱虫 时间: 2017-10-10 15:36

chaozhan1992 发表于 2017-9-25 11:09
很厉害了！我大学啥都不懂，就玩了几年dota

厉害了，我也是

作者: jjyy915927 时间: 2017-10-10 17:00
最大的错误，气缸一般只有两个位置点，你加编码器是想多点位。这完全冲突啊，而且铝型材承载可以，但是不能承受多个方向的力

作者: 一贯ljx 时间: 2019-1-30 13:14

liangquan6 发表于 2017-3-24 19:20
关节的最下端，轴的最下端，用一个大螺母，拧紧了轴！轴固定不动！
角接触球轴承我再改一改！
上臂不需 ...

这个方案的受力情况，深沟球就行，角接触需要预紧力不好装

作者: 陈魁峰 时间: 2019-1-30 14:43
伸缩用气缸是个问题，精度不够

作者: 去1111 时间: 2019-9-29 09:09
ok

作者: lkw010101 时间: 2019-9-29 09:55
这气缸就两个位置，要编码器有是没用

作者: 阿德_KakD8 时间: 2019-9-29 13:25
你那两个臂在同一个自由度里有没意义哦，你这玩意还用气动，如何去控制气缸多行程，装一堆传感器？还测角度，你这玩意还不如别人手动旋转的攻丝机臂好使。还节省气缸节约钱。做这个除非把最后一臂换个自由度，做成机械手结构，然后气缸换成电动推杆。程序弄好，估计能得优秀。

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