工業(yè)機(jī)器人研究畢業(yè)論文

1、工業(yè)機(jī)器人研究畢業(yè)論文摘要1緒論11.1 工業(yè)機(jī)器人研究的目的和意義11.2 工業(yè)機(jī)器人在國外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1.3 工業(yè)機(jī)器人的分類1.4 本課題研究的主要容2總體方案的確定2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計概述2.2 基本設(shè)計參數(shù)2.3 工作空間的分析2.4 驅(qū)動方式2.5 傳動方式確定3搬運機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 驅(qū)動和傳動系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2 手爪驅(qū)動氣缸設(shè)計計算3.3 進(jìn)給絲杠的設(shè)計計算3.4 驅(qū)動電機(jī)的選型計算.專業(yè).專注.3.5 手臂強(qiáng)度校核4搬運機(jī)器人的控制系統(tǒng)4.1 機(jī)器人控制系統(tǒng)分類4.2 控制系統(tǒng)方案分析4.3 機(jī)器人的控制系統(tǒng)方案確定4.4 PLC及運動控制單元選型5結(jié)論與展望致謝.

2、專業(yè).專注.1緒論1.1工業(yè)機(jī)器人研究的目的和意義工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS、自動化工廠（FA）、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人、不僅提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量而且也保障人身安全、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強(qiáng)度、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。與計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。20世紀(jì)80年代以來，工業(yè)機(jī)器人技

3、術(shù)逐漸成熟、并很快得到推廣，目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。在工業(yè)機(jī)器人逐漸得到推廣和普及工程中，下面三個方面的技術(shù)進(jìn)步起著非常重要的作用。1驅(qū)動方式的改變20世紀(jì)70年代后期，日本安川電動機(jī)公司研制出了第一臺全自動的工業(yè)機(jī)器人而此前的工業(yè)機(jī)器人基本上采用液壓驅(qū)動方式。但與采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人相比，采用伺服電動機(jī)驅(qū)動機(jī)器人在響應(yīng)速度、精度、靈活性等方面都有很大的提高。因此它逐步代替了采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人成為工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動方式的主流。在此過程中，諧波減速器、RV減速器等高性能減速機(jī)構(gòu)的發(fā)展也功不可沒。近年來，交流伺服驅(qū)動已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動方式，直線電動機(jī)等新型驅(qū)動方式在許多應(yīng)用

4、領(lǐng)域也有了長足發(fā)展。2信息處理速度的提高機(jī)器人的動作通常是通過機(jī)器人的各個環(huán)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)的運動而實現(xiàn)的。為了是機(jī)器人完成各種復(fù)雜動作，機(jī)器人控制器需要進(jìn)行大量計算并在此基礎(chǔ)上向機(jī)器人的各個環(huán)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)發(fā)出必要的控制指令。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，CPU勺計算能力有了很大的提高，機(jī)器人控制器的性能也有了很大提高，高性能機(jī)器人控制器甚至可以同時控制20多個關(guān)節(jié)。機(jī)器人控制性能的提高，也進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人本身性能的提高并擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用圍。近年來，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了多臺機(jī)器人通過網(wǎng)絡(luò)共享信息并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的技術(shù)趨勢。1.2 工業(yè)機(jī)器人在國外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

5、目前，工業(yè)機(jī)器人有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運中，極大的促進(jìn)物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，搬運機(jī)器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。氣動機(jī)械手大量應(yīng)用到物流搬運機(jī)器人領(lǐng)域。在手爪的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面根據(jù).專業(yè).專注.所應(yīng)用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求，采取了多種形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。在針對同樣的目標(biāo)任務(wù)，采取多種運動方式相結(jié)合的方式來達(dá)到預(yù)定的目的。驅(qū)動方面采用了一臺工業(yè)機(jī)器人多種驅(qū)動方式情況，由液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、伺服電機(jī)的驅(qū)動等等。越來越多的搬運機(jī)器人是采用混合驅(qū)動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點，避免缺點并在它的控制精

6、度方面和搬運效率方面有了很大的提高。在搬運機(jī)械手的控制方面出現(xiàn)了多種控制方式。如、有原始的電控機(jī)械手，較先進(jìn)的基于工控機(jī)控制的，基于PC控制的，進(jìn)一步的嵌入式PC控制技術(shù)，還采用PLC可編程控制的。在物料搬運方面，近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化。無論是我國還是國外，物料搬運的發(fā)展都是由單一設(shè)備走向成套設(shè)備；由單機(jī)走向系統(tǒng)。在制造業(yè)方面，隨著JIT、FMSCIMS等現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，對物料的搬運系統(tǒng)也提出了新的要求，其特點是力求減少庫存、壓縮等待和輔助時間，使多品種、少批量的物料準(zhǔn)時到達(dá)要求的地點。這一趨勢在機(jī)械工業(yè)方面得到了很大的應(yīng)用，其中采用了機(jī)器人等先進(jìn)的物料搬運技術(shù)，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的技術(shù)

7、進(jìn)步和生產(chǎn)水平提高。當(dāng)代工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展一方面表現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和機(jī)器人的種類增多；另一方面表現(xiàn)在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化。前者指的是應(yīng)用領(lǐng)域的橫向拓寬，后者是在性能及水平上的縱向提高，又使擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和性能水平的提高，又使擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域成為可1工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)性能的提高進(jìn)一步提高工業(yè)機(jī)器人的運動精度。機(jī)器人是一種多關(guān)節(jié)開鏈結(jié)構(gòu)，因此機(jī)器人手臂的剛度一般都不高，另外由于構(gòu)件的尺寸誤差和傳動間隙的存在，以及機(jī)器人手臂末端誤差的放大作用，是當(dāng)前機(jī)器人的定位與運動還不能達(dá)到很高的精度。度大、精度高的數(shù)控機(jī)床相比，機(jī)器人在工作精度上大為遜色。因此，至

8、今工業(yè)機(jī)器人在精密裝配及其他精密作業(yè)中的應(yīng)用中仍受到了很大的限制，除了精密作業(yè)要求高精度機(jī)器人以外，采用離線編程的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)也要求該機(jī)器人要具有足夠高的定位精度和運動精度。進(jìn)一步提高機(jī)器人工作精度的主要辦法：提高機(jī)器人的加工精度與裝配精度，采用無障傳動的減速機(jī)構(gòu)，采用直接驅(qū)動電機(jī)，通過標(biāo)定機(jī)器人的。2誤差補(bǔ)償通過實驗檢測對機(jī)器人運動誤差進(jìn)行實時修正，提高機(jī)器人手的靈活度和避障能力：當(dāng)前常用機(jī)器人手的靈活度的都不夠高，即手臂末端達(dá)到某一工作點時，手臂可能采取的姿態(tài)是有限的，有時要有很大的靈活度和很強(qiáng)的避障能力。例如:當(dāng)時噴涂機(jī)器人噴涂車身表面時，要求機(jī)器人能將車身表面的各個角落都噴上漆，必須

9、要有高靈活度機(jī)器人手才行。另外，在有限空間及有障礙的復(fù)雜環(huán)境中作業(yè)的機(jī)器人。例如：在核電站工作的機(jī)器人也要求其具有高靈活度的機(jī)器人手臂。為了提高工業(yè)機(jī)器人手臂的靈活度，主要采用具有冗雜自由度的機(jī)器人手臂和在機(jī)器人手臂機(jī)構(gòu)上采用膨脹膠關(guān)節(jié)及雙向彎曲手臂。3提高機(jī)器人的運動速度和響應(yīng)頻率：為了提高機(jī)器人作業(yè)頻率以及提高具有感知功能機(jī)器人的反應(yīng)速度就必須提.專業(yè).專注.高機(jī)器人運動速度和響應(yīng)頻率。這一點對裝配機(jī)器人來說尤為重要。為此一方面可以通過采用高強(qiáng)度材料和輕質(zhì)材料（如碳纖維復(fù)合材料）制造機(jī)器人手臂以達(dá)到減輕手臂重量和提高手臂動態(tài)特性的目的；另一方面也可以通過采用直接驅(qū)動電機(jī)或其他高性能驅(qū)動電機(jī)

10、，從控制和驅(qū)動方面提高機(jī)器人系統(tǒng)的運動速度與響應(yīng)頻率。4提高機(jī)器人手爪或手腕的操作能力、靈活性與快速反應(yīng)能力：為了使機(jī)器人能像人一樣進(jìn)行各種復(fù)雜作業(yè)如裝配作業(yè)、維修作業(yè)及設(shè)備操作。機(jī)器人就必須有一個運動靈活和動作靈敏的手腕和手爪。這一點對裝配作業(yè)機(jī)器人、核工業(yè)機(jī)器人和在空間上作業(yè)的空間機(jī)器人來說是特別重要的。5采用模塊化組合式機(jī)器人結(jié)構(gòu)：提高機(jī)器人快速維修性能，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計，制造出多種不同尺寸和規(guī)格的手臂和連接器模塊，用少量的可組合成多種機(jī)器人配置。這種機(jī)器人能進(jìn)行快速維修，可以實現(xiàn)自動恢復(fù)。所以這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)最適用于空間機(jī)器人、核工業(yè)機(jī)器人等。如這種基本結(jié)構(gòu)能推廣于一般工業(yè)機(jī)器人將使工業(yè)機(jī)器

11、人的成本下降，生產(chǎn)周期及維修周期縮短。1.3 工業(yè)搬運機(jī)器人的分類搬運機(jī)器人【transferrobot是可以進(jìn)行自動化搬運作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。最早的搬運機(jī)器人出現(xiàn)在1960年的美國，Versatran和Unimate兩種機(jī)器人首次用于搬運作業(yè)。搬運作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件，是指從一個加工位置移到另一個加工位置。搬運機(jī)器人可安裝同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動。目前世界上使用的搬運機(jī)器人愈10萬臺，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。部分發(fā)達(dá)國家已制定出人工搬運的最大限度，超過限度的必須由搬

12、運機(jī)器人來完成。機(jī)器人自動搬運系統(tǒng)主要由搬運機(jī)器人、工件自動識別系統(tǒng)、自動啟動裝置、自動傳輸裝置組成，適合于工件自動搬運的場合，尤其適合自動化程度較高的流水線等工業(yè)場合，提高生產(chǎn)效率和自動化程度。機(jī)器人自動搬運系統(tǒng)可根據(jù)用戶的要求配備不同的手爪（如機(jī)械手爪，真空吸盤，電磁吸盤等），可實現(xiàn)對各種工件的抓取搬運，具有定位準(zhǔn)確，工作節(jié)拍可調(diào)，工作空間大，性能優(yōu)良，運行平穩(wěn)可靠，維修方便等特點。物料搬運機(jī)器人的設(shè)計：1.3.1 按作業(yè)用途分類如前所述，各類工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用圍非常廣泛，而且還有一種機(jī)器人多種用途的情況。通常我們依據(jù)其具體的作業(yè)用途來稱呼它，如一條自動生產(chǎn)線上使用了相同結(jié)構(gòu)的數(shù)臺機(jī)器人，有

13、的用于點焊就稱為點焊機(jī)器人，有的用于搬運工件就稱為搬運機(jī)器人，以此類推，便有噴漆機(jī)器人、涂膠機(jī)器人、裝配機(jī)器人和測量機(jī)器人等有的作業(yè)具有一定圍，如潛入水下作勘查、采礦和鋪4管道的機(jī)器人，就統(tǒng)稱為水下機(jī)器人，類似還有宇航機(jī)器人等。1.3.2 按操作機(jī)的運動形態(tài)分類按工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)運動部件的運動坐標(biāo)把機(jī)器人區(qū)分為：直角坐標(biāo)式機(jī)器人、極坐標(biāo)式機(jī)器人，圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人和關(guān)節(jié)式機(jī)器人，另外還有少數(shù)復(fù)雜的機(jī)器。人是采用以上方式組合的組合式機(jī)器人。1.3.3 按機(jī)器人的負(fù)荷和工作圍分類按照這種分類方法，工業(yè)機(jī)器人分為：超大型機(jī)器人一一負(fù)荷為1OKN以上。大型機(jī)器人負(fù)荷110KN,工作空間為110立方米。中

14、型機(jī)器人負(fù)荷為1001000N。工作空間為0.11立方米。小型機(jī)器人一一負(fù)荷為1100N,工作空間為0.1立方米。超小型機(jī)器人一一負(fù)荷小于1N,工作空間為0.1立方米。以上所謂機(jī)器人的負(fù)荷是指在機(jī)器人的規(guī)定性能條件下，機(jī)器人所能搬移的重量中包括了機(jī)器人末端執(zhí)行器的重量。1.3.4 按機(jī)器人具有的運動自由度數(shù)分類機(jī)器人的自由度數(shù)的定義是：操作機(jī)各運動部件獨立運動數(shù)目之和。這種運動只有兩種形態(tài)：直線運動和旋轉(zhuǎn)運動，其腕端的任何復(fù)雜的運動都可由這兩種運動來合成。工業(yè)機(jī)器人的自由度數(shù)。一般為27個，簡易型的24個自由度，復(fù)雜型的5一一7個自由度。自由度數(shù)越多，機(jī)器人的柔性越大，結(jié)構(gòu)和控制也就越復(fù)雜，所

15、以并非越多越好。1.4 本課題研究的主要容(1)確定機(jī)器人運動參數(shù)及工作行程。(2)根據(jù)工件的負(fù)載情況，工作空間以及各個運動的實現(xiàn)形式對搬運機(jī)器人進(jìn)行整體方案的設(shè)計：(1)對搬運機(jī)器人的手爪、小臂、大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制各部分的結(jié)構(gòu)草圖。(2)由第二步所給定的條件和第三步的結(jié)構(gòu)特點，選取驅(qū)動系統(tǒng)并確定驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動方式和傳統(tǒng)方式。.專業(yè).專注.(4)對個結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行粗估完成對手爪的夾緊氣缸、小臂、大臂、絲杠的驅(qū)動電機(jī)以及腰部、腕部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的計算選型。(5)根據(jù)電機(jī)的外形尺寸及輸出軸軸徑以及電機(jī)的重量完善結(jié)構(gòu)草圖。(6)通過以確定的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的分析，驗算重要零件的受力情況，繪制裝配圖2總體

16、設(shè)計方案的確定2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計概述一個機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有下列互相作用的部分組成：機(jī)械手、環(huán)境、任務(wù)機(jī)械手是由具有傳動執(zhí)行裝置的機(jī)械。它有臂、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行裝置構(gòu)成，組合為一個互相連接，互相依賴的運動結(jié)構(gòu)。機(jī)械手用于執(zhí)行指定的作業(yè)業(yè)務(wù)。工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器是安裝在腕端的附加裝置機(jī)器人的手部可分為夾持式和吸附式兩大類。夾持式是執(zhí)行手：夾持方式由外夾式和撐式之分；吸附式得分為空氣負(fù)壓式和電磁式兩種。任務(wù)是指機(jī)器人要完成的工作，機(jī)器人的類型是隨著工作任務(wù)的特點而決定的。例如SCARHL器人就非常適合平面上的工件的抓取。環(huán)境是指機(jī)器人所處的周圍環(huán)境。環(huán)境不僅由幾何條件(可達(dá)空間)所決定的而且由環(huán)境和它們所

17、包含的每一個事物的全部自然特性所決定的。2.2基本設(shè)計參數(shù)根據(jù)次機(jī)械手的應(yīng)用場合和實地的應(yīng)用要求，其主要的設(shè)計參數(shù)要求如下:(1)抓取的重物：2Kg(2)機(jī)械手的自由度數(shù)：4個(3)運動參數(shù)：大臂升降：線速度：0.02m/s小臂伸縮：線速度：0.02m/s手腕俯仰：角速度：3.14rad/s腰部旋轉(zhuǎn)：角速度：3.14rad/s(4)運動行程大臂升降：300mm小臂伸縮：300mm腰部旋轉(zhuǎn)：正負(fù)90度手腕俯仰：正負(fù)90度2.3工作空間分析2.3.1 基座及連桿1基座基座是整個機(jī)器人本體的支撐，為保證機(jī)器人運行的穩(wěn)定性，采用兩塊“Z”字形實心鑄鐵作為支撐。基座上面是接線盒子，所有電機(jī)的驅(qū)動信號和反

18、饋信號都從中出入。接線盒.專業(yè).專注.子外面有一個引入線出口和一個引出線出口2大臂大臂長度230mm具體尺寸如圖所示：小臂長度180mmM體尺寸如圖所示:.專業(yè).專注.2.3.2 機(jī)械手的設(shè)計工業(yè)機(jī)器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機(jī)器人直接用于抓取和握緊(吸附)專用工具(如噴槍、扳手、焊具、噴頭等)進(jìn)行操作的部件。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，大致可分為以下幾類：(1)夾鉗式取料手(2)吸附式取料手(3)專用操作器及轉(zhuǎn)換器(4)仿生多指靈巧手本文設(shè)計對象為物料搬運機(jī)器人，并不需要復(fù)雜

19、的多指人工指，只需要設(shè)計能從不同角度抓取工件的鉗形指。手指是直接與工件接觸的部件。手指松開和加緊工件是通過手指的開與閉合來實現(xiàn)的。該設(shè)計采用兩個手指，其外形如圖所示：圖2J機(jī)械手手指形狀傳動機(jī)構(gòu)是向手指傳遞運動和動力，以實現(xiàn)夾緊和松開動作的機(jī)構(gòu)。根據(jù)手指開合的動作特點分為回轉(zhuǎn)型和平移形。本文采用回轉(zhuǎn)型傳動機(jī)構(gòu)。圖2.4為初步設(shè)計的機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡圖(只畫出了一半，另一半關(guān)于中心線對稱)。圖2.4機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡圖在圖中，O為電機(jī)輸出軸，曲柄OA、連桿AB、滑塊B和支架結(jié)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：滑塊B、連桿BC、搖桿CE和支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。通過兩個機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使電機(jī)最終驅(qū)動DE的來回擺動，從而實現(xiàn)手指的開合運

20、動。.專業(yè).專注.圖中的黑線和藍(lán)線表示機(jī)構(gòu)運行的兩個極限位置。為便于手指的順利合攏，可以在兩個手指之間設(shè)置一個彈簧，這樣還可以提供適當(dāng)?shù)膴A緊力。另外，在選用電機(jī)的時候，要使電機(jī)的功率足以克服彈簧的收縮和開，并且提供足夠加緊物體的力。2.3.3 驅(qū)動方式該機(jī)器人一共具有四個獨立的傳動關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運動，一共需要五個動力源。機(jī)器人常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動三種類型。這三種方法各有所長，各種驅(qū)動方式的特點見表2.1:表2.1三種驅(qū)動方式的特點對照液壓驅(qū)動：(1)輸出功率很大，壓力圍為50-140Pa,利用液體不可縮性，控制精度較高。(2)控制性能輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)

21、靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制(3)響應(yīng)速度很高(4)結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行結(jié)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，以實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大.(5)安全性防爆性能好，用液壓做傳動介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險。(6)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用圍適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點焊機(jī)器人和托運機(jī)器人。(7)成本維修及使用液壓元件成本較高方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求。氣動驅(qū)動：(1)輸出功率大，壓力圍為48-60Pa,最大可達(dá)Pa氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速。(2)控制性能不易控制，難以實現(xiàn)高速、高精度連續(xù)軌跡控制。(3)響應(yīng)速度較高。(4)結(jié)構(gòu)性能及體

22、積結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，以實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小。(5)安全性防爆性能好，高于1000kPa(10個大氣壓)時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性。(6)對環(huán)境的影響排氣時有噪聲。.專業(yè).專注.(7)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用圍適用于中小負(fù)載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機(jī)器人，如沖壓器機(jī)器人本體的氣動平衡及裝配機(jī)器人氣動夾具。(8)成本維修及使用成本方便。電機(jī)驅(qū)動：(1)輸出功率較大控制精度，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏。(2)控制性能可實現(xiàn)高速、高精度連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜。(3)響應(yīng)速度很局0(4)結(jié)構(gòu)性能及體積伺服電機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)

23、性能好，噪聲低，電動機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動機(jī)外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題。(5)安全性設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險，直流有刷電動機(jī)換向時有火花，對環(huán)境防爆性能較差。(6)對環(huán)境的影響無。(7)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用圍適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)器人，如AC伺服噴涂機(jī)器人、點焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等。(8)成本維修及使用成本高較復(fù)雜。機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，通常對機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有：(1)驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高;(2)反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁的起、

24、制動，正反轉(zhuǎn)切換；(3)驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要小；(4)安全可靠；(5)操作和維護(hù)方便；(6)對環(huán)境無污染，噪聲要??；(7)經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積?；谏鲜鲵?qū)動系統(tǒng)的缺點和機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計要求，本文選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動的方式對機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動。2.4傳動方案的確定2.41傳動方案分析:方案一：.專業(yè).專注.1大It電機(jī)2流出器iF曾同我軸4曲,h減速卷桿首電機(jī)T寸舉Q同步應(yīng)招帶導(dǎo)向桿升降滑用11手用用2Z幃動方案第一、二、自由度均采用伺服電機(jī)加減速器的結(jié)構(gòu)形式。大臂的驅(qū)動電機(jī)和小臂的回轉(zhuǎn)軸共線。小臂的傳動方案與大臂的傳動方案相同，這樣雖然結(jié)構(gòu)上較為簡單，但對大臂產(chǎn)生

25、了一定的不利影響并且對轉(zhuǎn)矩的計算也會較為麻煩。第三個自由度即就是升降機(jī)結(jié)構(gòu)采用電機(jī)步進(jìn)電機(jī)加同步齒形帶的傳動方案。同步齒形帶具有精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比恒定等特點。但對安裝的精度要求較高，負(fù)載能力也很有限并且不能實現(xiàn)反向自鎖，需要另加斷電保護(hù)裝置。手抓結(jié)構(gòu)采用較為簡單的氣動控制直線運動的手爪。方案二：大笆可t.三浦適格工人討回希希斗十售F，曰速揩小卜臂起川T小皆習(xí)電機(jī)9底速器10聲睡漕孫壯項11氣缸1?手瓜.專業(yè).專注.第一二自由度均采用交流伺服電機(jī)加減速器的驅(qū)動模式，故此結(jié)構(gòu)較為簡單。電機(jī)和小臂的關(guān)節(jié)軸是同一方向的。這是在充分考慮到小臂的驅(qū)動電機(jī)對大臂所產(chǎn)生的附加彎矩的條件下，對大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)

26、計特別做了加強(qiáng)處理。第三個自由度為絲杠螺母的升降運動，采用的傳動方式是電機(jī)軸經(jīng)過一級齒輪減速，再驅(qū)動滑動絲杠，利用滑動絲杠的大減速比的特點，達(dá)到控制上升的速度不至于過快。同時選擇單頭的滑動絲杠具有很好的自鎖性能，從而在系統(tǒng)突然斷電的情況下，不致使此自由度方向上發(fā)生運動，從而保證了結(jié)構(gòu)的安全。第四自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也是采用電機(jī)加諧波減速器的結(jié)構(gòu)形式。手爪采用目前廣泛采用的而且技術(shù)成熟的連桿導(dǎo)桿式氣動機(jī)械手，這一機(jī)械手的造價低廉、結(jié)構(gòu)簡單、針對此處所抓取的工件的特點是不易變形的金屬工件，所以對夾緊力的要求不是太高，故采用氣動機(jī)械手爪完全可以達(dá)到設(shè)計要求。1大胃電機(jī)2減速器3大背回轉(zhuǎn)軸4電機(jī)5減速器6同

27、步齒形帶7大臂B小臂關(guān)節(jié)固定機(jī)構(gòu)9帶輪10小臂11電機(jī)12減速器13潦珠絲杠14氣缸15手爪圖27傳動方案三如圖2-4所示，第一自由度采用步進(jìn)電機(jī)加減速裝置的傳動模式。大臂與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之間采用諧波減速器傳遞動力。小臂的驅(qū)動電機(jī)考慮到它的重量會對大臂造成較大的附加彎矩則把小臂的驅(qū)動電機(jī)安裝在大臂的回轉(zhuǎn)軸的軸線方向，電機(jī)輸出軸與小臂的回轉(zhuǎn)軸之間通過同步齒形帶相連接，保證了小臂回轉(zhuǎn)的精度。但這樣就使的小臂的傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多段承受彎矩的軸，并且電機(jī)軸也承受了一定的彎矩。第三個自由度采用滾珠絲杠并配以電機(jī)加減速器驅(qū)動的傳動方案，這是利用了滾珠絲杠的傳動精度高，并且是把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，而不需要中間

28、環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化，結(jié)構(gòu)簡單。但滾珠絲杠必須附加自鎖裝置以確保能夠做到斷電保護(hù)。滾珠絲杠的造價高，重量也較重，因此在滾珠絲杠的材料選擇方面而要求加工材料要較輕，并且滾珠絲杠需要電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也較大，自身減速比較小。機(jī)器人的手爪部分仍然采用較為常用的氣缸配合連桿.專業(yè).專注.式氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，其作用與方案一所述的相同。2.4.2伺服驅(qū)動與步進(jìn)驅(qū)動的比較(1)低頻特性不同步進(jìn)電機(jī)在低速是容易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，振動頻率與負(fù)載情況以及與驅(qū)動器的性能有關(guān)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低頻的時候一般還采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。(2)矩頻特性不同步進(jìn)電機(jī)的輸出力

29、矩隨轉(zhuǎn)速的升高而降低，而且在較高的轉(zhuǎn)速時會急劇下降所以其最高的工作轉(zhuǎn)速在300600r/min。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出即使在額定轉(zhuǎn)速以都能輸出額定的轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。(3)過載能力不同不僅電機(jī)一般不具有過載能力，交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力而步進(jìn)電機(jī)因為沒有這種過載能力，為了克服啟動時較大的慣性力矩，往往要選取具有較大靜轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器人正常工作時又不需要這麼大的轉(zhuǎn)矩，所以便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。運行性能不同步進(jìn)電機(jī)的控制一般為開環(huán)控制，速度過快或負(fù)載過大都會出現(xiàn)失轉(zhuǎn)或堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)為驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可以直接對電動機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，在部構(gòu)成位置環(huán)

30、和速度環(huán)，能避免失步或過沖現(xiàn)象。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)，所以在一些對位置和速度要求較高的場合，采用交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)勢更為明顯。此次的搬運機(jī)器人對工件的抓取，對其驅(qū)動系統(tǒng)的要求就是要能夠較為準(zhǔn)確的完成對位置和速度的控制，這樣選取交流伺服電機(jī)就能夠很好的滿足這一點。通過對上面的方案的比較，綜合分析后我認(rèn)為方案二有更多的優(yōu)勢，而且結(jié)構(gòu)合理，能夠比較好的完成本次的輸送線出貨臺的物料搬運工作。故此次方案二作為本次設(shè)計的最終設(shè)計方案。3搬運機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1驅(qū)動和傳動系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)底座如圖所示：電機(jī)和諧波減速器通過連軸套筒相連，諧波減速器的輸出軸和大臂的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸

31、直接相連。外殼材料采用45鋼底座的軸承采用角接觸軸承，使利用了它既能承受軸向力也能承受一定的徑向力的特點。電機(jī)和減速器通過外殼部的凸臺進(jìn)行安裝，這樣使得結(jié)構(gòu)簡單，加工和安裝方便。里面部件的材料采用鋁合金位于底部的電機(jī)通過諧波減速器的減速對頂端軸進(jìn)行驅(qū)動，從而帶動了大臂回轉(zhuǎn)軸和大臂一起轉(zhuǎn)動，需要注意的是臂回轉(zhuǎn)軸是做成一體的。.專業(yè).專注.1電也2鏤3電機(jī)周更44#5M6大If國藤勤7焯8力噌3弟曲910電機(jī)11才噌12胱13Ml14楹815電機(jī)16燥黑17建聯(lián)臺13氣依19和20甫動當(dāng)M母21清觸布圖31機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案圖(2)傳動裝置傳動的主要方式是采用交流伺服電機(jī)加減速器的傳動模式，大臂

32、的軸承選擇的是角接觸軸承，用此來承受較大的負(fù)載產(chǎn)生的彎矩，避免了減速器的輸出軸，以及電機(jī)軸承受的附加載荷，從而保護(hù)了減速器和電機(jī)。大臂的長度盡可能做的短一些，這樣會在整體結(jié)構(gòu)簡單的情況下將小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的電機(jī)自身重量和減速器的重量盡可能多的通過殼體傳遞到地面，另外對大臂的設(shè)計也采用了增加強(qiáng)度的處理，從而盡可能電機(jī)和減速器所產(chǎn)生的附加彎矩對機(jī)構(gòu)的影響。小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用了電機(jī)減速器后直接驅(qū)動小臂關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動小臂的旋轉(zhuǎn)。這里大、小臂的運動具有獨立性的特點。(3)升降機(jī)構(gòu)此處機(jī)械手的升降機(jī)構(gòu)是采用電機(jī)加一級齒輪減速，傳遞動力給滑動絲杠，利用滑動絲杠的大的降速比來完成夾持工件的機(jī)械手上下移動，這樣

33、可把電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成絲杠螺母的上下移動，并且整體結(jié)構(gòu)較為簡單。同時考慮滑動絲杠的原因也是利用了滑動絲杠的反向自鎖的特性，從而實現(xiàn)了斷電保護(hù)。在滑動絲杠的外螺母上連接導(dǎo)向桿，這樣可以對螺母起到導(dǎo)向作用，同時可以減少負(fù)載產(chǎn)生的附加彎矩對滑動絲杠的影響，進(jìn)一步提高了機(jī)械手抓取時的抓取精度。(4)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖所示，此處的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要是利用步進(jìn)電機(jī)利用鍵連接來驅(qū)動機(jī)械手進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)抓取工件位姿的調(diào)整，這里是考慮到機(jī)械手在抓取工件時所需要的位姿來進(jìn)行設(shè)計的，使得機(jī)械手的手爪更方便有效的完成工件的抓取。.專業(yè).專注.機(jī)械手爪受力分析:如圖13)P：機(jī)械夾持器軸向施加的作用力工C：大持活塞中心嗯手指支點

34、的即:離；R：支點錯軸的半程：相中間連桿對手指的樂力用；九摩擦加二D構(gòu)件間的摩擦系數(shù):角度條件工髀三尺寸條科:a4iaX1O-其中:巴氣卻的理的除出力IW）D：氣趾的時神mm3P：T作壓力CKgflfcm?氣缸晌效率一般為85%.則由（39）公式可用到氣缸的M名為mU.K5乂工業(yè)SmIJSx109.8H)4二5苫冊ininxlO:根據(jù)氣tr的選型表可以選擇的氣去T內(nèi)彼為63mm,山氣新蘭的選型手冊可選LG系列氣缸主要的技術(shù)參數(shù)為工氣缸內(nèi)針63mm最大仃程800nim,T作人力范圍O0H98MPn.耐樂力147Mp上小需耍給仙,援沖行程20mm.選抨FB后法蘭盤結(jié)構(gòu)/根拓所選擇的氣缸，井計算出在

35、。.5F的室際輸出力F是杳滿足于指li-J膽動b的曼求.4915MPd的比h卜或際輸Hlh0.85x3.14m、八，0.5xl(fX1()M63,；1.4邱.4UI*故此結(jié)果滿足要求3.3 進(jìn)給絲杠的設(shè)計當(dāng)機(jī)械手爪抓起工件時，絲杠的負(fù)載就由以下幾個部分組成：工件、手爪、驅(qū)動氣缸、手爪與氣缸的連接套筒、俯仰電機(jī)、減速器、絲杠套杯與L型支架等組成。它們的重量可以做一下粗估：工件40N,手爪20N,驅(qū)動氣缸20N,手爪與氣缸的連接套筒20N,俯仰電機(jī)55N,減速器5N,絲杠套杯與L型支架40N等組成?？紤]到實際的影響因素，可以估計出絲杠的真實負(fù)載約為F=230N考慮到先前方案分析是提到絲杠要求反向自

36、鎖的特點，先根據(jù)其負(fù)載情況粗選滑動絲杠的類型為單頭梯形絲杠。大徑d1=39mm中徑d2=27mnvj、徑d3=23mm,螺距P=6mm,螺桿材料為45鋼，螺母材料為ZCuSn5Pb5Zn5,高度H=600mm.對所選的絲杠進(jìn)行驗算：.專業(yè).專注.絲杠螺桿的耐磨性驗算：國為工作壓強(qiáng)式子當(dāng)中，=0.5P=0.5x6=3mm,而n=H/F600/6=lOOmwi0帶入一上式得；P二-二0.0。6期/西工并且考慮到螺桿升降速度EO,Olm/Sp3.14x27x3x100并H不是連續(xù)工作P”10N，mL可見PP,滿足耐磨性要求(2)螂鼓強(qiáng)度校核：根據(jù)螺母材料告表,取p-35N/m2,次5-50N-mm2

37、mm-中由螺紋剪切強(qiáng)度公式廠一立一檢驗，式中工b=0.65IM).65X6=3.9加1。M加I)=d,+2dxdFO而I所以r=-二0.00327N/mm2a1314K40x3.9x100螺紋的彎曲應(yīng)力。5二3x160x3力/73.14x40x3.9xKX)=0.0075則滿足TPP4.Tf仃內(nèi)(仃的。螺紋的強(qiáng)度足夠,3)自鎖性險證,因為是單頭蝶紋,故導(dǎo)程十二6nni,所以幅紋升角2-arcLgarc嘰3.14x27-4.05.由表面的胡對青銅的摩擦系數(shù)0.080,10.此虻可以針對此阻國取到f=O.10jp-arctg-=arctg=5.75;cos(cr/2)cos7所以/1(Q,故可日鎖

38、,3.5驅(qū)動電機(jī)的選型計算3.5.1手爪旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選型計算根據(jù)慣性匹配公式，折算到同服電機(jī):的全部負(fù)我轉(zhuǎn)動慣量為人口.專業(yè).專注.由公式可知；九=4（經(jīng)產(chǎn)十工叫2其中：小各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動慣量（二叫:各旋軋件的用速匣出:伺服電機(jī)的角速度（rad/s）：網(wǎng)各直線運動件的質(zhì)量（kg）；匕各直線運動件的速度S內(nèi)卜I）根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特點，可以把工件看成是一個繞電機(jī)軸的軸線旋轉(zhuǎn)的圓柱體模型,打動慣量：J二L打二苒4x0,05=0.OO5kgrn2a2，手爪美于電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量同理得4=；x2xO.|2=0.01kgJ。氣缸手爪連接套筒關(guān)于電機(jī)地的物動慣量/=；x2m02??。?kgwJ氣址關(guān)于電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣

39、量*4*0.05-=0.005kg.用，則總轉(zhuǎn)動慣量為：4=4+4+，”4=O.M5M.OIM.04+0.005=0.06kg53并考慮到正計和喊速器的轉(zhuǎn)動慣量，則可擴(kuò)大使（=0.07kg0，又由折算公式：（=4（些）叫（上）gf來計算根據(jù)tcoiU）初始的條件：4二31rad/v，口所具有的檢定轉(zhuǎn)速為310nid/5=從而可以俑定所用到的諧波減速器的減速比為，=KKL由機(jī)枸木身的特點同為I：網(wǎng)=0,”=0。帶入折算公式，則得（=0.07（1-=0.07乂10/kg掰、又，J310根據(jù)0.25乙1,由此可以從MINAS系列電機(jī)的型號表中選出電機(jī)的，紂轉(zhuǎn)動慣量4=0.20幻。7kg.ni山此得總

40、的折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量J產(chǎn)JfJu=0.20x）040.07x10=0,27x10kg-陽J專業(yè).專注.2）伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計算,電機(jī)所需全矩可以用快速號載1起動也矩i丁二工心十7O，式中，。國一空載起動時折算到電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩；一折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)知：八一由于絲杠預(yù)緊引起的附加轉(zhuǎn)矩;心乂一伺服電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的最大值：由此乂由公式丁皿W其中，燈一最大快速移動時伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速;，一系統(tǒng)的時間常數(shù)；可壽到。皿60f2cl4x5000x0.27,1(廣60k0X)2摩擦力也主要是由軸承的運動所產(chǎn)生的摩擦力所形成，記:0.2Nm、此處沒有涉及到絲杠預(yù)緊，所以F=0N出乂，3;；=1刈：（交流伺服

41、電機(jī)人=LX）,3為電機(jī)的過載系數(shù)，所以T=丁+TfATr印T3b十;U1+U=q5ine.fIS18至此我們可以選出的電機(jī)型號為MINAS系列的電機(jī)，其額定功率為02K機(jī)軸定轉(zhuǎn)矩為。.64%,最大靜轉(zhuǎn)矩為1.91Nwr,二。,51N.用.轉(zhuǎn)子量匹配原則：0.25二門可以粗選電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量為J*=2.84xl0-1,Mkg.用，帶制動器，則總的折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為：J,=（L17+2.84）又107=4.0乂10I*15至此所選擇的電機(jī)的額定功率為L5KW.額定轉(zhuǎn)矩為4.77Nw,最大轉(zhuǎn)矩為143Nm,電機(jī)慣昂為2.84x1（尸kgm2（帶制動器,額定轉(zhuǎn)速為3000%j口，最高轉(zhuǎn)速為50

42、00711n,重量為6.5kg,電機(jī)輸出軌直徑為I9rnma3.5.3小臂驅(qū)動電機(jī)的選型計算一對小臂的負(fù)載進(jìn)行估算:工件40N,手爪20N,一轉(zhuǎn)電機(jī)重15N,氣缸于爪連接套筒20N.擊波減速器5N,支架40N,絲杠25N,旅速4輪5N,絲杠軀動電機(jī)65N,箱體30N.小臂3。N。根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量的平行移軸定珅7二24”十明公），對各個部分的將動慣量分別進(jìn)行分析./.=x4x0.-r4x0.5:=1.02kgtir上J邯=；x2x0.152+2xOR=O.5O225kgm2.專業(yè).專注.=x2x0.03：+2xO.52=0.5kgm:J/打“小=-x2x(1092-O,(2)+2xO.52=0.5k

43、g*nr2=&4丑=-x0.5x0r06?+0,5x0,5=()r126kg-m:.2Dn=:xL5x”25T,5X0.5=0.422kg*m/占架=1x4k()J1+4x(X51=L02ksm2蛇也2,5x0.01152+2,5x0,18?=0.081kg-m1/露輪畸運賽=-xO.5xO.(X53+0.5x0.181=009kgn/一的轉(zhuǎn)動慣量為九二167x1。kg.倒(帶制動器)則總的折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為:J.=C16.7+6,78)X10-4=23.48xl0-4m3o2)小臂伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計算:電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩用快速空載起動轉(zhuǎn)矩計算，得了+3+1十,kg一可得折算到電機(jī)軸上的各個負(fù)

44、我的轉(zhuǎn)動慣量為J,二10.75x(-)=5.57x1。q*.疝口根據(jù)伺服電機(jī)208.3的慣量匹聞原則;0.25GOOTC7dOT=67N的（加速度時間為61k60x0.50.5s）摩擦力矩1：要是由釉承的運動所產(chǎn)乍的摩擦力所形成,記丁,=O.5Ns此處由于沒有涉及到預(yù)緊，所以=0N.乂幾武=4=1弼匚（交流伺服電機(jī)八L8）所以丁二兀.+乙現(xiàn)川明IlilHlJiiJI/PUi、ft即就妻72%=7+。3=21218IS至此所選擇的電機(jī)的額定功率為3KW.額定轉(zhuǎn)矩1435切.最大轉(zhuǎn)矩大臂的諧波減速器選型為XBW80134120,傳動比為134,輸入轉(zhuǎn)速03000%疝/輸出拈矩l20Nm,質(zhì)量為10

45、電效率為7。80%口3.6手臂強(qiáng)度校核大小博主要承受來口首體nq及臂端部件重量載荷，明首體要承受均勻投荷和突加載荷.由材料力學(xué)知識知道彎矩最大處發(fā)生在左端截面處，7由重力產(chǎn)生彎矩M1=也2突加載荷產(chǎn)生的彎矩m2=pi.專業(yè).專注.故左端最大彎矩2為計算簡便將兩臂近似看作等我面長方體。則大小臂必須滿足彎曲正此力的強(qiáng)度條件：鋁公金材料拉IE強(qiáng)度|仃/介白31OMP1Qn5材料抗壓強(qiáng)度1-二&)MP口大小臂膠合過程如E(I)大樗強(qiáng)度校核加/曲電機(jī)二12,5a,叫1a罌=0,5口,切大也二10依,總跳=0.5tga人:曾受力情況守=333%，P440N0.3朋2=?？?，人力=0.09加則bh2007

46、/0,0甲-6=945x103甘“M二仁”二“p3：+440x0,3-147M.切22=147/9.45X10-5=L56MP%所以大館滿圮強(qiáng)度要求;(2)小臂強(qiáng)度校核1件4ON.手爪2ON.旋轉(zhuǎn)電機(jī)重15N,氣缸手爪連接套筒20N,諧波減速器5N,支架40N,絲杠25N,減速齒輪5N,絲杠驅(qū)動電機(jī)65N,箱體30N,小臂30N.小臂受力情況q-pN/,p-2X5A/=O.Sfnnj/j=(L05陽川,A-().O7m/n.專業(yè).專注._bh2_0,05x0,07*6608X10一分，一.yM=仁”=6。乂0+285x0.5=150N第22兀皿=Mm/W-/=15%.)8x1(F3=3.68M

47、及W【b鋁合金4搬運機(jī)器人的控制系統(tǒng)4.1機(jī)器人控制系統(tǒng)分類1、程序控制系統(tǒng)：給每一個自由度施加一定規(guī)律的控制作用，機(jī)器人就可實現(xiàn)要求的空間軌跡。2、自適應(yīng)控制系統(tǒng)：當(dāng)外界條件變化時，為保證所要求的品質(zhì)或為了隨著經(jīng)驗的積累而自行改善控制品質(zhì)，其過程是基于操作機(jī)的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再在調(diào)整非線性模型參數(shù)，一直到誤差消失為止。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時間和條件自動改變。3、人工智能系統(tǒng)：事先無法編制運動程序，而是要求在運動過程中根據(jù)所獲得周圍狀態(tài)信息，實時確定控制作用。4、機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為兩類：1）集中控制方式：用一臺計算機(jī)實現(xiàn)全部控制功能，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，

48、但實時性差，難以擴(kuò)展，其構(gòu)成框圖如圖所示：2）主從控制方式：采用主、從兩級處理器實現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能。LRI主計%ft系與門篇窟昧碑篁生M口/.A放工鍛控制例服靠元圖42主從捽利方式.專業(yè).專注.主CPI現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從CPU實現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動作控制。其構(gòu)成框圖如圖3所示。主從控制方式系統(tǒng)實時性較好，適用于高精度、高速度控制，但其系統(tǒng)擴(kuò)展性較差，維修困難。4. 2控制系統(tǒng)方案設(shè)計4.1.1 控制系統(tǒng)方案分析控制系統(tǒng)通常是指在復(fù)雜的條件下，將預(yù)定的控制目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕臋C(jī)械運動?？刂葡到y(tǒng)使被控機(jī)械實現(xiàn)精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制，以及這些被空機(jī)械

49、量的精確綜合控制。搬運機(jī)器人的手部、小臂、大臂的動作都是通過控制系統(tǒng)來控制的，所以控制系統(tǒng)是搬運機(jī)器人的重要組成部分，控制系統(tǒng)的設(shè)計對于機(jī)器人的總體設(shè)計而言至關(guān)重要。目前，搬運機(jī)器人的控制方式大多采用可編程序的點位控制（PTP）方式，而在各種控制方式中，可編程序控制器（PLC）因其通用性好、編程方便、成本較低、易于設(shè)計和維護(hù)等優(yōu)點而被廣為使用，它完全可以取代繼電器控制柜，而且可以實現(xiàn)比繼電器功能強(qiáng)得多的控制功能。4.1.2 控制系統(tǒng)特點1、編程方法簡單可編程控制器的梯形圖語言程序一般采用順序控制設(shè)計方法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計梯形圖語言程序和調(diào)試程序比設(shè)計和調(diào)試?yán)^電器控制系統(tǒng)所花的時間要少得多。2、控制系統(tǒng)簡單，通用性強(qiáng)盡管現(xiàn)在世界各個生產(chǎn)可編程控制器的廠家和公司，有著多種品牌和種類，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同。配以各種組件就可以靈活的組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)。3、抗干擾能力強(qiáng)可編程控制器采用了一系列硬件和軟件的抗干擾能力措施，如濾波、隔離、屏蔽、自診斷器、自恢復(fù)等使之具有很淺的抗干擾能力。一般無故障的時間數(shù)已經(jīng)達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以應(yīng)用于有強(qiáng)干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場?，F(xiàn)在可編程控制器已經(jīng)被公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。4、可靠性高繼電接觸器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸電，連線復(fù)雜，各