-碼跺機器人原理結(jié)構(gòu)說明(生產(chǎn)設(shè)計已成型)

1、碼跺機器人原理結(jié)構(gòu)說明四自由度圓柱坐標型機器人傳動結(jié)構(gòu)原理如圖3-2所示，四個自由度獨立控制，臂部和腕部繞腰部做旋轉(zhuǎn)運動，上下移動臂和伸縮臂的運動都能改變末端執(zhí)行器的位置。腰部的旋轉(zhuǎn)由電機經(jīng)減速器驅(qū)動，減速比的設(shè)計需要根據(jù)負載轉(zhuǎn)動和電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量的比來確定，由于負載轉(zhuǎn)動慣量相對于電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量來說是巨大的，所以腰部電機與負載之間將需要一個很大的減速比。臂部的上下、伸縮運動由電機經(jīng)減速器和絲杠實現(xiàn)，減速器的設(shè)計是為了使負載轉(zhuǎn)動慣量和電機轉(zhuǎn)子慣量的匹配，另一方面，使用同步齒形帶減速可以隔離電機振動，絲杠的作用是把電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為臂的移動。腕部的旋轉(zhuǎn)運動方案與腰部類似，主要考慮因素是負載轉(zhuǎn)動

2、慣量。為了減少設(shè)計和開發(fā)的時間，本方案的垂直和水平臂直接引用MISUMI廠家兩軸機器人標準模塊。12111098756321411 1、 基座 2、腰部電機 3、腰部擺線針輪減速機 4、立柱 5、水平臂電機6、水平臂 7、垂直臂電機8、垂直絲桿 9、水平絲桿 10、腕部電機 11、腕部減速機 12、機械抓手圖3-2圓柱坐標型機器人傳動結(jié)構(gòu)原理圖3.3碼垛機器人運動控制系統(tǒng)方案設(shè)計1、控制系統(tǒng)簡介碼垛機器人屬于點位式，只考慮末端執(zhí)行器運動目標點，不必關(guān)心其運動軌跡。碼垛機器人系統(tǒng)由多個運動組成，各運動是在運動控制器的協(xié)調(diào)下運動，這是一個典型的機電一體化系統(tǒng)。本系統(tǒng)的設(shè)計主要由機械、氣動、控制、傳

3、感器四大部份組成。其中機械部分主要是機器人的機械傳動設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳送裝置的設(shè)計；氣動部分主要是整形裝置、機器人的末端執(zhí)行器的動作設(shè)計，由電磁控制閥和氣缸組成；控制部分主要是由運動控制器、電機驅(qū)動器、人機界面、計算機等組成；傳感器主要分部在三個部位：一是安裝在定位傳送帶上，檢測需碼跺產(chǎn)品是否到位，可采用光電傳感器：二是在各運動軸的極限位置，用以控制機器人的最大運動范圍：三是采用閉環(huán)或半閉環(huán)的運動系統(tǒng)，則需要安裝位置檢測傳感器(如測速發(fā)電機、光電編碼器來檢測運動軸的位置并把位置信息反饋給運動控制器。其中關(guān)健控制系統(tǒng)可由控制伺服電機，步進電機、變頻器、氣動液壓伺服缸或者是這幾種執(zhí)行機構(gòu)的任意

4、組合而成，并具備PLC功能，每個控制器上都帶有一定數(shù)量的可進行編要進行擴展，能完成邏輯控制功能?？傮w系統(tǒng)組成如圖3-3所示。圖3-3 運動控制系統(tǒng)硬件組成2、 控制流程簡介碼垛機器人控制系統(tǒng)的主要目的是進行機器人四個運動軸的位置控制和系 統(tǒng)運行中的故障處理，其主要工作流程如圖3-4所示。圖3-4碼垛機器人控制系統(tǒng)主要工作流程圖3.4碼垛機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及原理在機器人系統(tǒng)中，伺服電動機的伺服變速功能在很大程度上代替了傳統(tǒng)機械傳動中的變速機構(gòu)，只有當伺服電機的轉(zhuǎn)速范圍滿足不了系統(tǒng)要求時，才通過傳動裝置變速。由于機器人系統(tǒng)控制性能要求較高，因此機器人的機械傳動裝置不僅是用來解決伺服電機與負載間的力矩匹

5、配問題，還要提高系統(tǒng)的伺服控制性能。為提高機器人機械系統(tǒng)的伺服控制性能，要求機械傳動部件的轉(zhuǎn)動慣量小、摩擦小、阻尼比合理、剛度大、抗振性好、間隙小，并滿足小型、重量輕、高速、低噪聲和高可靠性等要求。所以合理地設(shè)計驅(qū)動方式和機械傳動是保證整個機器人伺服控制性能的基本要求。評價機器人設(shè)計性能的優(yōu)劣，可用功率密度指標來衡量，其計算公式如下：功率密度PRD值越大，機器人的性能越好，即表示工作空間大、持重大、自重輕、速度快、響應(yīng)時間短、成本相對較低。機器人有兩種運動形式：移動和旋轉(zhuǎn)。本文設(shè)計的四坐標圓柱形機器人具有4個自由度，兩個旋轉(zhuǎn)自由度和兩個移動自由度。根據(jù)各自由度的功能采取各異的機械傳動設(shè)計，以及

6、相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足機器人控制性能高的特點。3.4.1碼垛機器人整體結(jié)構(gòu)基座垂直、水平臂（兩軸機器人模塊）機械抓手腕部升降導軌立柱腰部電控箱 圖3-5 碼跺機器人機械結(jié)構(gòu)總成圖圖3-5是本碼跺機器人的整體機械結(jié)構(gòu)圖，腰部功能是讓上部整體機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動。四個自由度獨立控制，臂部和腕部繞腰部做旋轉(zhuǎn)運動，上下移動臂和伸縮臂的運動都能改變末端執(zhí)行器的位置。腕部運動方式類同腰部，帶動機械抓手快速旋轉(zhuǎn)。上圖的機械抓手是以袋式抓手為例的，該機可以根據(jù)產(chǎn)品的不同更換對應(yīng)的機械抓手。3.4.2碼垛機器人腰部設(shè)計法蘭接盤密封蓋旋轉(zhuǎn)輸出軸擺線針輪減速機腰部電機基座回轉(zhuǎn)軸承軸承座 圖3-6 碼跺機器人腰部結(jié)構(gòu)機器人

7、腰部旋轉(zhuǎn)運動克服的負載轉(zhuǎn)動慣量很大，所以在負載和驅(qū)動電機之間需要有大傳動比的減速裝置?？紤]到機器人體積結(jié)構(gòu)、傳動精度和經(jīng)濟性，減速裝置采用擺線針輪減速器。擺線針輪減速具有傳動比大，單級傳動比可達119，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕；效率高，達0.9-0.95，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，過載能力大，工作可靠，使用壽命長等優(yōu)點，能滿足機器人傳動高精度。機器人的腰部結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。法蘭接盤與旋轉(zhuǎn)輸出軸固接，旋轉(zhuǎn)輸出軸在擺線針輪減速機帶動下及軸承的支承下轉(zhuǎn)動，帶動法蘭接盤連接的構(gòu)件旋轉(zhuǎn)。3.4.3碼垛機器人臂部設(shè)計Z向水平方向升降導軌滑塊組件立柱垂直、水平移動機構(gòu)（兩軸機器人模塊）過渡法蘭盤 圖3-7 碼跺機器人垂直

8、升降、水平移動臂結(jié)構(gòu)機器人的臂部是移動關(guān)節(jié)，有很高的定位精度要求，采用伺服電機絲桿機構(gòu)，由滾珠絲杠把旋轉(zhuǎn)運動變換為直線移動，使工作臺在滾動導軌上移動。機器人的垂直臂部結(jié)構(gòu)、水平伸縮臂部結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。使用滾珠絲杠和滾動導軌的目的使工作臺運動具有更好的動態(tài)響應(yīng)特性，定位精度。其可以引用現(xiàn)階段的兩軸機器人的標準模塊成熟產(chǎn)品。水平臂機構(gòu)可以在垂直臂絲桿動力和導軌組件支承下作上下即Z向運動。水平臂作水平方向運動。過渡法蘭盤與腰部法蘭接盤用螺栓固聯(lián)。3.4.4碼垛機器人腕部設(shè)計行星輪減速機減速機安裝板旋轉(zhuǎn)軸抓手接口軸承座腕部電機密封蓋軸承 圖3-8 碼跺機器人腕部結(jié)構(gòu)機器人的腕部是旋轉(zhuǎn)軸，主要功能是

9、為抓手改變姿態(tài)提供動力，功能是克服負載的轉(zhuǎn)動慣性，有位置精度要求。要求腕部體積較小，并在保證受力良好狀態(tài)下質(zhì)量最小，可采用電機經(jīng)行星輪減速器帶動負載的傳動方案，并提供連接抓手的物理接口，其結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。抓手接口與旋轉(zhuǎn)軸通過螺紋和螺栓固聯(lián)，旋轉(zhuǎn)軸由行星輪減速機減速帶動及軸承的支承下轉(zhuǎn)動，帶動抓手接口及其連接件旋轉(zhuǎn)。抓手接口方便更換各種機械抓手。3.4.4碼垛機器人機械抓手設(shè)計1、機械抓手一般原理很多需碼跺產(chǎn)品是軟包裝產(chǎn)品，在作業(yè)過程中容易撕裂、破損和變形，搬運時易產(chǎn)生抓取部位的變化，這種工件不宜采用真空吸盤，需專門設(shè)計末端執(zhí)行器。在碼垛機器人系統(tǒng)中，末端執(zhí)行器相對于人的手指功能，本文設(shè)計的末端執(zhí)行器為指式末端執(zhí)行器，其原理如同3-9所示。其工作原理為：當定位傳送帶上傳感器檢測到需碼跺產(chǎn)品時，反饋信號到運動控制器，運動控制器發(fā)出指令使控制氣缸閥門的電磁閥關(guān)閉，氣缸迅速動作，末端執(zhí)行器手指張開；手指張開后，末端執(zhí)行器位置下降，使手指伸進傳送帶兩輥子空隙，完全定位后，氣缸復位，手指合閉，抓取產(chǎn)品；為保證一定的抓取力，手指之間可以加一彈簧相連；另一方面，末端執(zhí)行器放置產(chǎn)品的過程與抓取產(chǎn)品過程類似。2、本碼跺機器人機械抓手結(jié)構(gòu)見圖3-10。導