三自由度圆柱坐标型工业机器人设计

格式：RAR 上传：2022-06-24 19:07:42

《三自由度圆柱坐标型工业机器人设计》修改意见稿

1、“.....也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究制造和应用水平，是个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义工业机器人是种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义工业机器人是种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善......”。

2、“.....它主要由手部臂部驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉触觉视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第代工业机器人要复杂得多，这种机器人从年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用。第章工业机器人的总体设计.工业机器人的组成及各部分关系概述图工业机器人的组成图它主要由机械系统执行系统驱动系统控制检测系统及智能系统组成。执行系统执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部腕部机身等......”。

3、“.....它直接抓取工件或夹具。腕部又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。臂部是支承腕部的部件，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。机身是支承手臂的部件，其作用是带动臂部自转升降或俯仰运动。驱动系统为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的机械传动液压传动气压传动和电传动。控制系统通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。检测系统作用是通过各种检测装置传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。图各部分关系图.工业机器人的设计分析设计要求综合运用所学知识,搜集有关资料独立完成三自由度圆柱坐标型工业机器人操作机和驱动单元的设计工作。原始数据自动线上有，两条输送带之间距离为.，需设计工业机器人将零件从带送到带。零件尺寸内孔，壁厚，高。零件材料钢。总体方案拟定在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能......”。

4、“.....本次设计就是在这思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用步进电机驱动和谐波齿轮传动来实现机器人的旋转运动利用另台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与滚珠丝杠螺母副固连在起的手臂实现上下运动考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故利用液压缸驱动实现手臂的伸缩运动末端夹持器则采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧。图机器人外形图工业机器人主要技术性能参数工业机器人的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。主要技术参数有如下抓取重量抓取重量是用来表明机器人负荷能力的技术参数，这是项主要参数。这项参数与机器人的运动速度有关，般是指在正常速度下所抓取的重量。抓取工件的极限尺寸抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的技术参数，它是设计手部的基础。坐标形式和自由度说明机器人机身手部腕部等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征。运动行程范围指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自由度的运动量......”。

5、“.....运动速度是反映机器人性能的重要参数。通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。它与抓取重量定位精度等参数密切有关，互相影响。目前，国内外机器人的最大直线移动速度为左右，般为回转速度最大为，般为。定位精度和重复定位精度定位精度和重复定位精度是衡量机器人工作质量的项重要指标。编程方式和存储容量。本设计中的三自由度圆柱坐标型工业机器人的有关技术参数见表。表机械手类型三自由度圆柱坐标型抓取重量.自由度个个回转个移动机座长，回转运动，回转角，步进电机驱动单片机控制腰部机构长，伸缩运动，升降范围，步进电机驱动单片机控制手臂机构长，伸缩运动，伸缩范围，液压缸驱动行程开关控制末端执行器液压缸驱动行程开关控制第章工业机器人的机械系统设计.工业机器人的运动系统分析机器人的运动概述工业机器人的运动，可从工业机器人的自由度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨论。如图所示，为工业机器人机构的简图......”。

6、“.....它是表示机器人动作灵活程度的参数。本设计的工业机器人具有四转动副和移动副两种运动副，具有手臂伸降，旋转，前后往复三自由度。．机器人的工作空间和机械结构类型工作空间工作空间是指机器人正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的主要技术参数，工作空间图如图。图工作空间图机械结构类型圆柱坐标型为本设计所采用方案，这种运动形式是通过个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统代号，工作空间图形为圆柱形。它与直角坐标型比较，在相同的工作条件下，机体占体积小，而运动范围大。机器人的运动过程分析工业机器人的运动过程中各动作如图和表。图表机器人开机，处于位工步手臂上升工步二，工步七，工步十三旋转至位工步三手臂伸出工步四,工步十手臂下降工步五，工步十夹紧工件工步六手臂收缩工步八，工步十四旋转至位工步九放松工件工步十二实现运动过程中的各工步是由工业机器人的控制系统和各种检测原件来实现的......”。

7、“.....这是本次设计成败之关键所在。.工业机器人的执行机构设计末端执行机构设计工业机器人的末端执行机构设计是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速准确和牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之。.设计时要注意的问题.末端执行机构应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。.末端执行机构应有定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。.应能保证工件在末端执行机构内准确定位。.结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。.根据应用条件考虑通用性。.总体结构设计采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如图。内撑连杆杠杆式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，即当液压缸工作时，推动推杆向下运动，使两钳爪向外撑开，从而带动弹性爪夹紧工件。该种夹持器多用于内孔薄壁零件的夹持。图末端执行器......”。

8、“.....最大工作载荷很小，故初选液压缸型号为，它的主要技术参数如表。表冶金设备标准液压油技术规格缸径活塞杆直径油口直径速度比通径联接螺纹．夹紧力校验零件的计算其中取取紧力的计算要夹持住零件必须满足条件为手指与工件的静摩擦系数，工件材料为号钢，手指为钢材，查机械零件手册表.，为作用在零件内壁上压紧力，为零件重力。所以取由机械制造装备式可知驱动力的计算公式为为斜面倾角为传动机构的效率，这里为平摩擦传动，查机械零件手册表这里取.,.,。取.按液压传动与气压传动公式为汽缸的内径，为工作压力,由液压传动与气压传动表负载工作压力.取.。由液压系统设计可查得,所以由以上计算可知液压缸能产生的推力大于夹紧工件所需的推力。所以该液压缸能够满足要求。.弹性爪的强度校验弹性爪的结构形式如图图弹性爪结构图这种结构是在手爪外侧用螺钉固定弹簧板两端固定。当弹性手工作时，由于夹紧过程具有弹性，就可以避免易损零件被抓伤，变形和破损......”。

9、“.....则弹簧爪截面上的剪应力为，故弹性爪满足强度要求。手臂机构的设计.手臂的设计要求手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求根据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面形状和高强度轻质材料。尽量减小手臂重量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装置的负荷减少运动的动载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度。采用缓冲和限位装置提高定位精度。本设计中手臂由滚珠丝杠驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座起转动。它的结构如下图。图手臂结构图选用轴向脚架型液压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆起转动。.伸缩液压油缸的选择选液压缸型号为，它的主要技术参数如表。表冶金设备标准液压油技术规格缸径活塞杆直径油口直径速度比通径联接螺纹.活塞杆的强度校核末端执行器的重量为.。工件重量为.......”。