工程学院专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名宋宗南学生学号指导教师李志红李锦泽年月日河北科技师范学院教务处制主要研究内容结合螺钉的形状装配位置和精度的各方面的要求以及机器人拧紧过程中出现的问题，参考近几年机器人技术研究和发展的状况，在充分发挥机电软硬件各自特点和优势互补的基础上，对装配用拧紧螺钉机器人的整体机械结构传动系统和驱动装置进行了分析和设计，提出了套整体结构设计方案和传动方案。二基本要求机器人是典型的机电体化装置，必须采用系统的观点，立足全局，对机器人各功能模块进行合理划分。首先根据设计要求从理论上分析工作状况，然后提出设计思路，包括传动方式控制方式等，在综合分析的基础上，整体规划机械手的整体结构形式驱动装置传动系统控制系统，从而选定最优方案三工作进度调查研究，收集资料，撰写毕业设计计划书熟悉课题,查阅资料，撰写文献综述与外文翻译.总体设计，方案论证.部件零件设计计算阶段编写设计计算说明书指导教师审核资料，修改资料申请毕业设计答辩，提交毕业设计资料准备毕业设计答辩答辩复查材料，修改资料，装档四参考文献孟威,张伯鹏,赵大泉,徐家球，郑力.螺钉自动抓拿认扣装置的设计.清华大学学报.张效祖.工业机器人的现状与发展趋势冯光涛,张伟军，赵锡芳，秦志强.机器人装配操作的规划与控制.机器人.蒋新松.机器人与工业自动化.河北教育出版社指导教师签名教研室主任审查签名河北科技师范学院本科毕业设计开题报告自动机器人组装机构设计院系部名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名宋宗南学生学号指导教师李志红李锦泽年月日河北科技师范学院教务处制课题来源自选二主要依据本文设计的自动组装作业用机器人是参考了近几年机器人领域取得重大成果的基础上，结合普通“拧紧装置”和“传动装置”，和生产实习过程中所接触的数控激光切割机结构进行综合分析和优化后设计的。机器人装配操作是机器人研究与应用的个重要领域.与机器人焊接喷涂等作业不同,机器人的装配操作是种约束运动类操作,因此在规划和控制时必须考虑接触约束和各种不确定性因素的影响。通过查阅，冯光涛,张伟军，赵锡芳，秦志强.所著的机器人装配操作的规划与控制文使我对机器人装配操作的规划和控制策略有了比较深刻的理解,作者对些典型的装配操作任务进行了分析.文末提出了需要进步深入研究的些问题，这对我的设计有很大的帮助。本文设计的自动组装作业用机器人最大的难点就是螺钉自动抓拿机构和螺钉自动送给机构，通过查阅，孟威,张伯鹏,赵大泉,徐家球，郑力.所著螺钉自动抓拿认扣装置的设计文，该文通过实验的方式，展开分析就克服螺钉自动装配作业中存在的认扣成功率低机构复杂专用设备成本较高等缺点,在分析典型轴孔间隙配合插入问题的基础上,采用自然参数向量对螺钉在螺孔中装配时的允许倾斜角度进行了计算,阐述了螺钉认扣过程中的几种状态,设计出利用立式加工中心对内角螺钉自动抓拿认扣的装置。该文为我的螺钉的抓拿机构的设计提供了很大的帮助。通过大量材料的阅读，使我对机器人的关键部分的认识更加深刻，不仅仅是上述的几篇文章，还有蒋新松主编的机器人与工业自动化蔡自新主编的机器人原理及其应用费仁元，张彗慧.主编的机器人机械设计和分析,所著的等大批中英文资料。机器人作为新代的生产工具，能够代替人完成人力所不及或人所不适宜的工作。随着机器人在各个领域的应用，对机器人的综合性能提出了更高的要求，专业化更强，实用性更高，经济性要求也已经摆到了人们的面前，因此，结构简单操作方便能满足功能要求又具有定的可靠性的微型机器人或者说功能专的机器人需求量越来越大。三研究内容.重点解决的问题自动组装作业用机器人的各部分结构设计自动组装作业用机器人控制方案设计.拟开展研究的几个主要方面针对螺栓螺钉装配要求完成机器人的总体方案设计及工作原理主要运动部件的结构设计系统控制及设计计算四研究计划及预期成果研究计划通过生产实习的具体产品，查阅相关资料结合学过的机器人方面的知识，联系已有的产品发挥自我的创新意识进行设计。预期成果通过学习及查阅有关资料和设计计算，完成自动组装作业用机器人的总体方案设计及其各部分结构设计完成驱动装置的选择和设计，并且完成其控制系统方案的设计和自动送料装置的设计。寿命计算平均轴向载荷加速时行走的距离减速时行走的距离等速时行走的距离平均轴向负载故额定寿命基本额定动负载。查得.承载系数，查表取.寿命时间刚性检验选为选定条件的刚性的规格，无需检验定位精度的确定定位精度误差的主要因素定位精度发生误差的主要因素有导程精度轴向间隙进给丝杠系的轴向刚性等。其它的重要因素还有发热引起的热变位导向系引起的运动过程中的姿势变化等。导向精度的确定在前边已经选择为精度等级，累积导向误差为。轴向间隙的确定轴向间隙虽然不是影响往方向进给时定位精度的主要因素，但在进给方向逆转或轴向负载逆转情况下产生齿隙。从个方向运动到另个方向的位置精度已经选定，因此不需要校核。型轴向间隙为.。四热变形对位置精度的影响丝杠轴的温度在运转过程中上升，导致丝杠轴因热而伸长，从而是其的定位精度降低，假设使用时温度上升，.回转扭矩的确定外部载荷与回转扭矩加速时所必须的转动惯量转动惯量角加速度因此加速时必要的扭距加速时.等速时.减速时导轨的受力分析工业机器人己得到广泛应用。由工业机器人与其他设备组成的生产线已经成百倍地提高了企业的劳动生产率，提高了产品质量，大大缩短了产品史新换代的周期。自动装配机器人可以完成典型的装配任务，它的精度要求很高，本次的自动装配机器人设计利用滚珠丝杠和导轨作为传动元件，要保证机器人的装配精度，必须很好的设计导轨。导轨的受力分析如图.。图导轨受力分析图.使用条件使用型号基本额定动载荷.基本额定静载荷.荷重速度时间.行程距离重力加速度.滑块作用载荷.等速时径向作用载荷左加速时径向作用载荷轴向作用载荷.左减速时径向作用载荷轴向作用载荷.右加速时径向作用载荷轴向作用载荷.右减速时径向作用载荷轴向作用载荷.合成载荷等速时.左行加速时左行减速时右行加速时右行减速时.平均载荷.额定寿命寿命为.静安全系数根据上面的计算，滑块的最大载荷为.右行加速时的载荷.导轨的刚性设计.预压的选定滚动体和导轨面之间预加定载荷，可增加滚动体和导轨面接触，以减小导轨面平面度，滚子直线度及滚动体直径不致性误差的影响，使大多数滚动体均能参加工作。由于有预加接触变形，因而提高了导轨的刚度和精度。阻尼性能也有所增加。提高了导轨的抗振性。垂直配置的滚动导轨预加载荷后可预止滚动体在导轨之间下滑成歪斜。预压约为动载荷的，为。.考虑预压载荷的寿命预压载荷系数含有预压的作用载荷含有预压的作用载荷预压载荷载荷系数“”与“”的比值计算使用条件同前，预压各滑块作用合成载荷表.各滑块作用合成载荷动作等速时左行加速时左行减速时右行加速时右行减速时考虑预压时的作用载荷等速时左加速时左减速时右加速时右减速时平均荷重寿命计算寿命为.安全系数滑块的最大载荷为根据以上验算，导轨满足使用要求。结论本文在参考近几年机器人领域取得重大成果的基础上，结合“螺钉自动上料”和“螺钉拧紧机器人”这个课题，对自动装配螺钉机器人进行了机电体化结构设计同时，对传动方式和控制系统进行了研究和分析，本论文的研究主要取得了单片机可直接利用的现成软件资源较少，而系列计算机目前具有丰富的支持软件，使程序设计更加方便灵活而且软件的移植灵活性好，因此基于系列计算机进行程序开发可以避免重复性工作，并且具有完备的编程语言和开发环境。采用单片机进行个完整的控制系统开发，虽然目标系统成本较低，但试制阶段的费用并不低廉，更为重要的是在开发硬件系统时工作量大开发周期长，而且硬件的可靠性和抗干扰性能难以达到较高要求。随着计算机技术的不断进步，系列工控机具有较高的可靠性和可维护性能，同时价格在大幅度降低，采用工控机进行机器人控制系统的研制和开发，可以有效地缩短开发周期并能降低成本，对经济型机器人控制系统是个优选的硬件解决方案。在机器人控制方式上，目前主要有集中式控制主从式控制和分级控制三种方式。对于多关节机器人，每个关节对应个处理器，将机器人控制中计算量最大的动力学方程按关节进行分解，作为各个子算法分布在各关节处理器上同时进行计算，然后输出到主控制器中，这种采用模块化结构主从方式组成分布式多处理系统，是多关节机器人控制系统发展的方向，目前应用最为广泛的是两级或两级以上计算机构成的分布式控制方式。集中式系统是最典型结构最简单的控制系统，它将所有的信息输入处理控制均集中在台计算机上，因而对该计算机的性能要求较高，而分布式系统则降低了对计算机性能的要求，且系统可扩充性能好，易于维护，但故障率比集中式控制方式高得多。随着计算机技术的迅速发展和存储技术的日新月异，许多微型机在速度和性能上己经接近甚至超过小型机，并且在价格上大幅度降低，可靠性增强，使用和维护更加方便。同时，随着各种技术支持软件的丰富，使编程方便易行软件的可移植性高，因而采用高性能价格比的微型计算机进行经济型机器人的集中式控制己成为可能。在微型机领域，机在结构性能价格特别是软件技术支持方面都有很多优点，使它在工业控制系统中得到广泛的应用。因此，该机械手控制系统采用集中控制方式，利用工作为控制计算机，另外加块接口卡作为步进电机驱动器运动控制用接口卡，这样既增加了硬件的可靠性，又缩短了开发周期。软件系统硬件系统是控制功能赖以实现的物质基础，软件则是计算机系统协调各部件完成控制功能的神经中枢。软件功能的划分与结构上的实现在计算机控制系统中具有极其重要的作用。软件设计的目标是依据需要完成整体功能以最优的方式把软件各部分内容有机组织起来，使整个系统具有较高的运行效率可靠性灵活性和操作实用性。该机械手软件系统主要承担的功能包括运动学运算路径规划参数输入人机接口控制以及故障报警和处理系统，在功能的实现上应使系统具有较好的人机界面和灵活的操作控制功能。.传动系统设计.滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠与滑动丝杠副相比驱动扭矩为。由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有滚珠杂做滚动运动，所以能得到较高的运动效率，与过去的滑动丝杠副相比，驱动扭矩达到以下。因此，不仅能把回转运动转变为直线运动，也能容易地将直线运动转变为回转运动。图.滚珠丝杠示意图二高精度的保证。滚珠丝杠副是在严格进行温度管理的工厂内，用最高水平的机械设备进行研削，直到装配检查，均在完善的品质管理体制下进行，因而确保了精度。三微进给可能滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以起动扭矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。