(完整版)六自由度机器人结构设计
六自由度机械手重载搬运机器人本体结构设计(全套CAD图纸)
全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305XX学院毕业设计说明书(论文)作者: 学号:学院(系):专业:题目: 重载搬运机器人本体结构设计【六自由度机械手】2015 年5月全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305毕业设计说明书(论文)中文摘要机械手是一种典型的机电一体化产品,搬运机械手是机械手研究领域的热点。
研究搬运机械手需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识,同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。
本文对一种使用在搬运机械手的结构进行设计,并完成总装配图和零件图的绘制。
要求对机械手模型进行力学分析,估算各关节所需转矩和功率,完成电机和减速器的选型。
其次从电机和减速器的连接和固定出发,设计关节结构,并对机构中的重要连接件进行强度校核。
关键词:结构设计,机器臂,关节型机械手,结构分析毕业设计说明书(论文)外文摘要目录1 绪论 (1)1.1 引言 (2)1.2 搬运机械手研究概况 (3)1.2.1 国外研究现状 (3)1.2.2 国内研究现状 (4)1.4 搬运机械手的总体结构 (5)1.5 主要内容 (5)2 总体方案设计 (6)2.1 机械手工程概述 (6)2.2 工业机械手总体设计方案论述 (7)2.3 机械手机械传动原理 (8)2.4 机械手总体方案设计 (8)2.5 本章小结 (10)3 机械手大臂结构设计 (1)3.1 大臂部结构设计的基本要求 (1)3.2 大臂部结构设计 (2)3.3 大臂电机及减速器选型 (2)3.4 减速器参数的计算 (3)3.5承载能力的计算 (7)3.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算 (7)3.5.2 柔轮疲劳强度的计算 (7)3.6 轴的计算校核 (8)3.7 大臂的平衡设计 (11)3.7.1 弹簧的受力分析 (11)3.7.2 弹簧的设计计算 (14)4机械手小臂结构设计 (18)4.1 腕部设计 (18)4.2 小臂部结构设计 (31)4.3 小臂电机及减速器选型 (31)4.3.1.传动结构形式的选择 (32)4.3.2.几何参数的计算 (32)4.4 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算 (33)4.4.1柔轮齿面的接触强度的计算 (34)4.4.2柔轮疲劳强度的计算 (35)4.5 轴结构尺寸设计 (36)4.6 轴的受力分析及计算 (36)4.7 轴承的寿命校核 (37)5机械手机身结构设计.......................................................................... 错误!未定义书签。
六自由度机械手设计
机械设计课程设计说明书六自由度机械手上海交通大学机械与动力工程学院专业机械工程与自动化设计者:李晶(5030209252)李然(5030209316)潘楷(5030209345)彭敏勤(5030209347)童幸(5030209349)指导老师: 高雪官2006.6.16前言在工资水平较低的中国,制造业尽管仍属于劳动力密集型,机械手的使用已经越来越普及。
那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。
但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣,因为他们要面对工人流失率高,以及交货周期缩短带来的挑战。
机械手可以确保运转周期的一贯性,提高品质。
另外,让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定,而且也更加安全。
同时,不断发展的模具技术也为机械手提供了更多的市场机会。
可见随着科技的进步,市场的发展,机械手的广泛应用已渐趋可能,在未来的制造业中,越来越多的机械手将被应用,越来越好的机械手将被创造,毫不夸张地说,机械手是人类是走向先进制造的一个标志,是人类走向现代化、高科技进步的一个象征。
因此如何设计出一个功能强大,结构稳定的机械手变成了迫在眉睫的问题。
目录一.设计要求和功能分析 4二.基座旋转机构轴的设计及强度校核 5三.液压泵俯仰机构零件设计和强度校核8四.左右摇摆机构零件设计和强度校核11五.连腕部俯仰机构零件设计和强度校核14六.旋转和夹紧机构零件设计和强度校核19七.机构各自由度的连接过程25八.设计特色28九.心得体会28十.参考文献30 十一.任务分工31 十二.附录(零件及装配图)31设计要求该机械臂用于物流生产线上物品的抓取和易位。
整个机械臂安装在一个回转支座上,回转角度范围为360度;小臂相对于大臂可摆动,摆动范围为60-120度;小臂末端的手腕也可以摆动,摆动范围为-60度到+60度;手腕的末端安装一机械手,机械手具有开闭能力,用于直径30-45mm工件的抓取,工件长度350mm,重量8kg。
六自由度机器人结构设计
六自由度机器人结构设计六自由度机器人是一种具有六个独立自由度的机器人系统,允许其在六个不同的方向上进行平移和旋转运动。
这种机器人系统被广泛应用于工业自动化、医疗、航天航空等领域。
在设计六自由度机器人结构时,需要考虑机器人的运动灵活性、精度和稳定性等因素。
本文将探讨六自由度机器人的结构设计。
1.机械结构设计六自由度机器人的机械结构设计是其最基本的设计要素之一、一般而言,六自由度机器人由底座、连接杆、关节和末端执行器等部分组成。
在设计机械结构时,需要考虑机器人的工作空间要求、重量和刚度等因素。
一种常见的结构设计是将机器人分为两个连杆外部结构和四个内部关节连杆结构,以实现较高的精度和稳定性。
2.关节传动系统设计关节传动系统是六自由度机器人结构中的核心组成部分。
六自由度机器人通常使用直流电动机或步进电动机作为驱动器。
在选择驱动器时,需要考虑其扭矩、精度和响应速度等因素。
同时,传动系统也需要选择合适的减速器、链条或齿轮传动等机械传动装置来实现关节的运动。
3.传感器系统设计传感器系统是六自由度机器人结构中的关键部分,用于实现机器人对外部环境和自身状态的感知。
常用的传感器包括编码器、力/力矩传感器、视觉传感器等。
编码器可用于测量关节的位置和速度,力/力矩传感器用于感知机器人对外部环境的力或力矩作用,视觉传感器用于感知机器人周围的物体和环境。
传感器系统设计需要考虑传感器的精度、可靠性和与其他系统的配合等因素。
4.控制系统设计控制系统设计是六自由度机器人的关键环节,用于实现机器人的运动控制和路径规划。
控制系统通常采用计算机或嵌入式系统来实现。
在控制系统设计时,需要考虑机器人的动力学和运动学模型,以及相应的控制算法和控制器设计。
常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
5.安全系统设计安全系统设计是六自由度机器人结构设计的重要组成部分,用于保证机器人的运行安全。
安全系统设计包括安全门、急停按钮、碰撞检测装置等。
六自由度机器人结构设计
六自由度机器人结构设计
六自由度机器人是一种常见的机器人结构,它具有六个自由度,可以在三维空间中进行复杂的运动和操作。
这种机器人结构设计广泛应用于工业生产线、医疗机器人、危险环境处理等领域。
在本文中,将详细介绍六自由度机器人的结构设计及其相关内容。
首先,六自由度机器人的结构设计包括机身结构、关节结构和执行器结构三个方面。
机身结构方面,需要考虑机器人的整体刚度和轻量化设计。
一般采用铝合金或碳纤维等轻质材料制作机身结构,以提高机器人的运动速度和机械臂的载荷能力。
同时,采用模块化设计,使得机身结构可以方便更换和维修。
关节结构方面,关节是机器人运动的关键部件。
六自由度机器人通常采用旋转关节和直线推动关节的组合形式。
旋转关节通过电机驱动实现机械臂的旋转运动,而直线推动关节通过气动或液压系统实现机械臂的伸缩运动。
关节结构的设计需要考虑机械臂的运动范围、精度和承载能力等因素,以满足机器人的工作需求。
除了以上三个方面的设计,还需考虑机器人的运动控制和感知系统等方面。
在六自由度机器人的运动控制方面,通常采用闭环反馈控制系统,通过编码器或传感器等装置实时监测机械臂的位置和姿态,并根据设定的轨迹和工作要求进行控制。
感知系统方面,采用视觉、力觉或力矩感知等技术,使机器人能够感知周围环境和物体特征,实现精确的位置和力量控制。
六个自由度机器人设计报告
基于PLC的六自由度机械手复杂运动控制学院:电气工程与自动化学院专业班级:自动化133班学号:07号学生姓名:***指导老师:刘飞飞老师日期:2016/5/20近二十年来,机器人技术发展非常迅速,各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。
我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距,因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。
典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在生产线或加工设备旁边作业的,本论文作者在参考大量文献资料的基础上,结合任务书的要求,设计了一种小型的实现移动的六自由度串联机器人。
首先,作者针对机器人的设计要求提出了多个方案,对其进行分析比较,选择其中最优的方案进行了结构设计;同时进行了运动学分析,用D- H 方法建立了坐标变换矩阵,推算了运动方程的正、逆解。
机器人广泛应用于工业、农业、医疗及家庭生活中,工业机器人主要应用领域有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。
总之,工业机器人的多领域广泛应用,其发展前景广阔。
关键词:机器人关节,运动学分析,工业机器人,自由度第一章绪论 (4)1.1引言 (4)1.2机器人的产生与发展史 (4)1.3国内外机器人的发展状况及发展战略 (6)1.4六自由度机械手复杂运动控制的现实意义 (9)1.5 PLC在设计中的应用 (10)第二章机械手的总体方案设计 (11)2.1 机械手基本形式的选择 (11)2.2 机械手的主要部件及运动 (12)2.3驱动机构的选择 (12)2.4传动机构的选择 (12)第三章六自由度机械手的坐标建立及运动学分析 (13)3.1 系统描述及机械手运动轨迹设计方式 (13)3.1.1 机器人技术参数一览表 (13)3.1.2 机械手运动轨迹设计方式 (14)3.2 平面复杂轨迹设计目的 (18)3.2.1“西”字的轨迹设计和分析 (18)3.2.2“南”字的轨迹设计和分析 (19)3.2.3机械手的起始位姿和末态位姿 (20)3.3机械手轨迹设计中坐标系的建立 (20)3.4 平面轨迹设计的正运动学分析 (29)3.4.1. 平面轨迹设计的正运动学分析原理 (29)3.4.2 正运动学分析步骤及计算 (29)3.5 六自由度机械手轨迹设计中的逆运动学分析 (30)3.5.1.机械手逆运动学分析原理 (30)3.5.2.逆运动学分析步骤及计算 (31)第四章PLC控制机械手运动轨迹设计与分析 (35)4. 1可编程序控制器的选择及工作过程 (35)4.1.1 可编程序控制器的选择 (35)4.1.2 可编程序控制器的工作过程 (35)4.2 控制系统设计 (36)(一)控制系统硬件设计 (36)1. PLC梯形图中的编程元件 (37)2. PLC的I/O分配 (37)3 机械手控制系统的外部接线图 (38)(二)控制系统软件设计 (38)第五章总结 (40)参考文献 (41)第一章绪论1.1引言机器人是当代科学技术的产物,是高新技术的代表。
六自由度机械臂结构设计
六自由度机械臂结构设计1. 引言机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机器装置,广泛应用于工业生产、医疗护理、科学研究等领域。
六自由度机械臂是指机械臂具有六个独立的自由度,即可以在空间中进行六个方向的运动。
本文将介绍六自由度机械臂的结构设计方法和原理。
2. 六自由度机械臂的基本结构六自由度机械臂由底座、臂1、臂2、臂3、臂4和臂5组成。
底座固定在工作台上,臂1与底座相连,臂2与臂1相连,以此类推,形成一个连杆机构。
在每个连接处都安装了关节,使机械臂能够在各个连接点上进行转动。
3. 关节类型的选择在设计六自由度机械臂时,需要选择适合的关节类型。
常见的关节类型有旋转关节和直线关节。
旋转关节允许机械臂在一个平面内进行旋转运动,直线关节允许机械臂在直线方向上进行运动。
根据机械臂的运动需求,可以选择合适的关节类型。
4. 关节驱动系统设计关节驱动系统是机械臂的核心部分,决定了机械臂的运动性能。
常见的关节驱动系统有电机驱动和液压驱动。
电机驱动适用于小型机械臂,具有结构简单、易于控制的优点。
液压驱动适用于大型机械臂,具有承载能力强、运动平稳的优点。
根据机械臂的负载和运动要求,选择适合的关节驱动系统。
5. 机械臂末端工具设计机械臂的末端工具是机械臂的功能扩展部分,用于在工作过程中完成特定的任务。
末端工具的设计需要根据具体的应用需求来确定。
常见的末端工具包括夹具、吸盘、焊枪等。
根据机械臂需要完成的任务,选择适合的末端工具。
6. 控制系统设计机械臂的控制系统是保证机械臂正常工作和实现精确控制的关键部分。
常见的控制系统包括伺服控制系统和PLC控制系统。
伺服控制系统适用于对机械臂运动轨迹要求较高的场景,PLC控制系统适用于对机械臂进行逻辑控制的场景。
根据机械臂的应用需求,选择适合的控制系统。
7. 结论本文介绍了六自由度机械臂的结构设计方法和原理。
通过选择适合的关节类型和关节驱动系统,设计合理的末端工具和控制系统,可以使机械臂实现各个方向的运动,并完成特定任务。
六自由度微动平台机构设计
摘要摘要本文对一种新型的6-(P-2P-S)并联机器人的精度进行了分析,这种机器人是由Stewart平台经过变异得到的。
介绍了该并联机器人的特点,利用空间机构学理论分析了机构的位置正反解,并分析了该机构在正交位姿的运动解耦性能。
基于该并联机器人的结构约束,研究了该机构的工作空间,并定量分析了该机构参数对工作空间体积大小的影响。
定义了线速度各向同性性能评价指标,并给出各向同性性能指标在工作空间内的分布情况。
采用对并联机构运动学方程取微分的方法求得各主要误差源和末端误差的映射关系,使用叠加原理获得了在综合多种误差影响因素作用下并联机构的几何误差模型,利用蒙特卡洛技术对终端平台误差进行了分析。
采用绝对误差敏感度和误差方向敏感度这两个误差评价指标,将主要误差影响因素对机构终端误差的影响进行了分析。
以该并联机构的全域各向同性性能指标和全域综合误差指标为依据对该机构进行了参数设计。
关键词并联机器人;正交结构;性能指标;几何误差;蒙特卡洛方法燕山大学工学硕士学位论文AbstractThe thesis focuses on the accuracy research on a novel 6-(P-2P-S) orthogonal parallel robot, the robot is developed based on the Stewart platform mechanism.Its layout feature is presented according to the previous research results. The forward and reverse position are established by using spatial mechanisms. The paper also shows that the novel parallel robot is characterized by decoupling at its orthogonal position.Base on the architecture constraints, its workspace is investigated. The effects of the design parameters to the workspace volume are studied quantitatively.Kinematics transmission isotropy evaluation criteria is defined. The distribution of the defined evaluation criteria are presented on the workspace.To get the mapping relationship between the influencing factors and the end error of the 6-(P-2P-S) parallel robot, the kinematics equation are differentiated. The analytic expression of the geometric error of the 6-(P-2P-S) parallel robot is obtained by using the superposition theorem and comprehensively considering the influencing factor. The distribution on terminal platform errors is discussed using Monte-Carlo method. By comprehensively considering the two evaluation indicators: absolute error sensitivity and error isotropy sensitivity, the influence of the influencing factor effecting on the end effector is analyzed.Based on the workspace of a novel 6-(P-2P-S) parallel robot, geometry parameter of the parallel mechanism is optimized which depend on the glob kinematics and the glob equal errors.Keywords Parallel robot; Orthogonal structure; Performance evaluation criteria;Geometric error; Monte-Carlo method目录目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第 1 章绪论 (1)1.1并联机器人概述 (1)1.2并联机器人发展状况 (2)1.3本论文的选题意义及主要研究内容 (8)第2章新型6-(P-2P-S)并联机器人的位置分析 (10)2.1概述 (10)2.2 6-(P-2P-S)并联机器人的机构描述 (10)2.2.1结构布局 (10)2.2.2机构特点 (11)2.3 6-(P-2P-S)并联机器人的位置分析 (12)2.3.1动平台姿态描述 (13)2.3.2位置分析 (14)2.3.3正交位姿解耦分析 (17)2.4本章小结 (18)第3章新型6-(P-2P-S)并联机器人工作空间分析 (20)3.1概述 (20)3.2工作空间定义 (20)3.3工作空间分析 (22)3.3.1 约束分析 (22)3.3.2 工作空间的搜索方法 (23)3.3.3 工作空间形状分析 (26)3.4 结构尺寸对工作空间的影响 (28)燕山大学工学硕士学位论文3.5 本章小结 (30)第4章新型6-(P-2P-S)并联机器人的运动学传递性能分析 (31)4.1概述 (31)4.2运动学传递性能分析 (31)4.2.1 雅可比矩阵的求解 (31)4.2.2 运动学传递各向同性性能评价指标 (33)4.2.3正交位姿时运动学传递各向同性性能分析 (39)4.3本章小结 (40)第5章新型6-(P-2P-S)并联机器人的精度分析 (41)5.1 概述 (41)5.2 误差模型的建立 (41)5.2.1建模方法综述 (41)5.2.2模型建立 (42)5.2.3考虑间隙误差和垂直度误差的误差模型 (45)5.3 基于蒙特卡洛方法的误差分析 (46)5.3.1 制造误差随机量抽样 (46)5.3.2 球铰间隙误差随机量抽样 (46)5.3.3 误差的蒙特卡洛模拟 (47)5.4 误差的评价指标 (52)5.5 本章小结 (55)第6章6-(P-2P-S)并联机器人的结构参数设计 (56)6.1概述 (56)6.2并联机器人的结构参数设计 (56)6.2.1结构参数对工作空间大小的影响 (57)6.2.2结构参数对运动学性能的影响 (58)6.2.3结构参数对全域综合误差的影响 (59)6.3本章小结 (62)结论 (63)参考文献 (64)目录攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 (69)致谢 (70)作者简介 (71)燕山大学工学硕士学位论文第1章绪论第 1 章绪论1.1 并联机器人概述机器人的出现充分体现人类的创造力,是人类智慧的结晶。
(完整版)六自由度工业机器人毕业设计
摘要在当今轮毂制造业中,企业为提高生产效率,保障产品质量,普遍重视生产过程的自动化程度,工业机器人作为自动化生产线上的重要成员,逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平,目前,工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作,工作方式一般采取示教再现的方式。
本文设计和研究了一个六自由度的工业机器人,用于生产线的进送料和装配。
首先,本文对生产线布局进行改造设计,提高生产的工作效率,然后,根据设计要求设计了机器人的整体方案和具体的机械结构,选择了合适的传动方式、驱动方式,设计了机器人的底座、大臂、小臂和手部的结构;并且对机器人的传动结构进行设计,机器人为六自由度关节型机器人,全部采用转动关节,关节处采用电机,减速机,齿轮传动机构,蜗轮蜗杆传动机构来实现各个自由度,从而实现所需的运动。
在此基础上,本文将设计该机器人的控制系统,采用PC+DSP运动控制卡的控制方式,确定了控制系统的总体方案,设计了PCI 总线接口电路和DSP。
关键词: 六自由度工业机器人;生产线;结构设计;控制系统;各位如果需要此设计的全套内容(包括二维图纸、中英文翻译、完整版论文、程序、答辩PPT)可加解。
AbstractIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take playback way.In this paper ,I will design an industrial robot with six DOFs.First, I will transform line layout and design the structure of the baseto improve the work efficiency of production ,and then, according to the design requirements ,I design the robot mechanical structure of the overall plan and specific ,and chose the right means of transmission and drive mode,Then ,I design the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot,and I design the transmission structure, This robot is a 6-DOF joint robot,These joints are all rotary joints, joints used motor, reducer, gear transmission, worm gear and worm drive mechanism to realize various degrees of freedom, so as to achieve the required movement.On this basis, this paper will design the control system of the robot, which controlled by PC and DSP motion control card, and determine the overall scheme of the control system, design DSP and PCI bus interface circuit .Keywords: 6-DOF industrial robot, line layout , structure design, the control system目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................. I I 第1章绪论 . (5)1.1 课题背景及研究的目的和意义 (5)1.2国内外在该方向的研究现状及分析 (6)1.3 本文的主要研究内容 (9)第2章生产线布局及总体方案的确定 (9)2.1 生产线布局方案 (9)2.1.1机械手 (10)2.1.2 工作流程 (10)2.1.3方案预期达到的目标 (11)2.2总体方案的设计 (11)2.2.1机构的选型 (11)2.2.2驱动方式的选择 (12)2.2.3 传动方案的选择 (13)2.2.4 总体结构方案设计 (14)2.2.5控制方案的设计 (17)2.2.6技术参数列表 (17)2.3 本章小结 (18)第3章结构的设计 (19)3.1 引言 (19)3.2 电机力矩的计算以及驱动电机的选择 (19)3.3减速器的设计 (21)3.4 腰部的设计 (21)3.5 手臂的设计 (22)3.5.1手臂的设计基本要求 (22)3.5.2大臂和小臂 (22)3.5.3连杆 (24)3.6手腕部的设计 (24)3.7末端执行器的设计 (24)3.8本章小结 (26)第4章传动系统的设计及校核 (26)4.1腰部蜗轮蜗杆设计及校核 (26)4.2 腕部传动系统设计及校核 (27)4.2.1传动方案 (27)4.2.2齿轮的设计及校核 (27)4.2.2.1齿轮组设计 (27)4.2.2.2 直齿圆锥齿轮的设计 (27)4.2.3 轴的设计 (27)4.3 本章小结 (29)第5章控制系统设计 (29)5.1 引言 (29)5.2 控制系统的设计 (29)5.2.1 控制系统的类型选择 (29)5.2.2 控制系统的硬件电路 (30)5.3 PCI的接口设计 (30)5.4 DSP的设计 (31)5.4.1 DSP概述 (31)5.4.2 DSP硬件电路 (31)5.4.3 DSP软件 (32)5.5本章小结 (32)结论 (32)参考文献 (34)致谢 (35)第1章绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义轮毂制造业属于劳动密集型的行业,除了繁重的体力工作外,几乎每个工序都存在着对人体有害的污染源和潜在的工伤事故:热加工工序烫灼伤的危险,大量易燃易爆燃料及消耗材料时时刻刻威胁着操作手的安全;铝液除气除渣产生的有毒烟尘,机加工冷却液的有害蒸汽,以及涂装工序液体漆、粉漆、前处理药液等等都会严重影响工人的健康;无处不在的轰鸣及刺耳的噪音会使你情绪坏到极点。
(完整版)六自由度机械手
目录摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1. 工业机器人概述 (3)1.2机械手的组成和分类 (4)1.2.1. 机械手的组成 (4)1.2.2. 机械手的分类 (5)第二章机械手的设计方案 (7)2.1 机械手的“坐标形式”与“自由度” (7)2.2 机械手的主要参数 (8)第三章手部结构的设计 (9)3.1 末端执行器的设计 (9)3.1.1蜗杆蜗轮型号选择 (10)3.1.2 驱动电机型号选择 (10)3.1.3联轴器的选择 (11)3.2 手腕回转装置设计 (11)3.2.1 驱动电机的选择 (12)3.2.2 锥齿轮的设计 (13)第四章腕部结构设计 (16)4.1 腕部俯仰结构设计 (16)4.1.1 驱动电机的选择 (16)4.1.2 内啮合齿轮的设计 (17)4.2 手腕左右摆动结构设计 (18)第五章肘部与肩部的设计 (19)5.1 肘部结构设计 (19)5.1.1 驱动电机的选择 (20)5.1.2内啮合齿轮的设计 (21)5.2 肩部结构设计 (22)5.2.1驱动电机的选择 (22)5.2.2 锥齿轮的设计 (23)第六章底座的设计 (23)6.1 驱动电机的选择 (24)6.2 蜗轮蜗杆的选择 (24)第七章:ADAMS 模型的建立与仿真 (25)7.1 手部模型的建立 (25)致谢 (29)参考文献 (29)摘要本次所设计的作品是“六自由度机械手”。
六自由度即:腰部回转、肩部摆动、肘部摆动、腕部左右摆、腕部俯仰摆和腕部回转,最终实现“末端执行器”的夹持动作。
方案一:所有传动均选用“齿轮传动”或者“蜗轮蜗杆传动”。
总共需要7个伺服电机来驱动。
首先,腰部电机主轴通过联轴器与蜗杆连接,蜗杆旋转带动蜗轮回转,从而蜗轮再带动底座实现360度回转。
其次,肩部电机主轴通过联轴器与一个锥形齿轮连接,带动另外一个锥形齿轮进行双向旋转,从而实现肩部带动上臂的摆动动作。
再者,肘部电机通过联轴器与一“内啮合”小齿轮连接,而大齿轮与前臂的端部通过平键来周向连接定位。
六自由度工业机器人设计
六自由度工业机器人对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人?机器人能实现哪些功能?活动空间(有效工作范围)有多大?了解基本的要求后,接下来的工作就好作了。
首先是根据基本要求确定机器人的种类,是行走的提升(举升)机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。
选定了机器人的种类也就确定了控制方式,也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。
接下来的要做的就是设计任务的确定。
这是一个相对复杂的过程,在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图,分析简图,制定动作流程表(图),初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容,设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制,材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容,确认生产。
下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程:在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。
机器人的应用领域可以说是非常广泛的,在自动化生产线上的就有很多例子,如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子,如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速,机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。
机器人的设计人才需求也越来越大。
六轴机器人的应用范筹不同,设计形式也各不相同。
现在世界上生产机器人的公司也很多,结构各有特色。
在中国应用最多的如:ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。
既然机器人的应用那么广泛,在我国却没有知名的生产公司。
对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题!有关机器人技术方面探讨太少了?从业人员还不能成群体?虽然在很多地方可以看到机器的论术,可是却没有真正形成普及的东西。
即然是要说设计,那我就从头一点一点的说起。
力求讲的通俗简明一些,讲得不对的地方还请各位指正!六轴机器人是多关节、多自由度的机器人,动作多,变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人,应用面也最广泛。
(完整版)六自由度搬运机械手结构设计
(完整版)六⾃由度搬运机械⼿结构设计2. 六⾃由度搬运机械⼿的结构设计根据机械⼿的基本要求能快速、准确地拾起-放下搬运物件,这就要求它们具有⾼精度、快速反应、⼀定的承载能⼒、⾜够的⼯作空间和灵活的⾃由度及在任⼀位置都能⾃动定位等特征。
设计原则是:充分分析作业对象(⼯件)的作业技术要求,拟定最合理的作业⼯序和⼯艺、并满⾜系统功能要求和环境条件;明确⼯件的形状和材料特性,定位精度要求,抓取、搬运时的受⼒特性、尺⼨和质量参数等,从⽽进⼀步确定对该机械⼿结构和运⾏控制的要求;尽量选⽤定型的标准组件,简化设计制造过程,兼顾通⽤性和专⽤性,并能实现柔性转接和编程控制。
本课题设计的是⼀种⼩型的多关节式六⾃由度机械⼿,能够满⾜相应的动作要求,并对⼀些⼩质量⼯件实现抓取、搬运等⼀些列动作。
2.1 六⾃由度搬运机械⼿的功能分析该机械⼿系统共有6个⾃由度,分别为肩的回转与曲摆,⼤臂的曲摆,⼩臂的曲摆,⼿腕的曲摆与回转,以及⼿抓的回转。
该系统中基座固定,与基座相连的肩可以进⾏360度的回转;与肩相连接的⼤臂可以进⾏-90~+90度曲摆,与⼤臂相连接的⼩臂可以进⾏-90~+90度曲摆,⼤臂和⼩臂动作幅度较⼤,可以满⾜俯仰要求。
⼿腕可以进⾏360度的旋转,⼿腕也可以完成-90~+90度的曲摆,末端的⼿⽖部分可以-90~+90度夹持,⼿⽖部分通过⼀对齿轮的啮合转动,及其四杆机构完成⼿⽖的开合,可以满⾜夹持⼯件的要求。
通过预先编好的程序,下载到单⽚机内,从⽽使该六⾃由度搬运机械⼿能独⽴的完成⼀套指定的搬运动作,并⼀直重复进⾏下去!2.2 六⾃由度搬运机械⼿的坐标形式和⾃由度2.2.1 六⾃由度搬运机械⼿的坐标形式按机械⼿⼿臂的不同运动形式及组合情况,其坐标形式可以分为直⾓坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。
(1)直⾓坐标式机械⼿直⾓坐标式机械⼿是适合于⼯作位置成⾏排列或传送带配合使⽤的⼀种机械⼿。
它的⼿臂可以伸缩,左右和上下移动,按照直⾓坐标形式x、y、z三个⽅向的直线运动,其⼯作范围可以是1个直线运动、2个直线运动或3个直线运动。
毕业论文-六自由度移动机械手臂结构设计
毕业论文-六自由度移动机械手臂结构设计引言在现代工业生产中,机械手臂作为一种重要的自动化设备,被广泛应用于物料搬运、装配和焊接等工作场景。
随着技术的不断发展,传统的四自由度机械手臂已经无法满足复杂工作任务的需求。
因此,六自由度移动机械手臂的研究和设计变得越来越重要。
本文将重点研究六自由度移动机械手臂的结构设计。
1. 六自由度移动机械手臂简介六自由度移动机械手臂是指具有六个自由度的机械手臂系统。
它可以实现对物体在三维空间内的任意位置和姿态的控制。
六自由度移动机械手臂由底座、臂1、臂2、臂3、臂4和工具组成。
臂1、臂2、臂3、臂4连接处都有一个关节,通过电机和传动装置控制关节的运动。
工具则用于实现对目标物体的操纵。
1.1 底座底座是机械手臂的基础部分,用于支撑机械手臂的其他部件。
底座通常由铁铸造而成,具有足够的强度和稳定性。
底座上安装有各个关节的电机和传动装置,通过这些装置控制关节的运动。
1.2 臂1、臂2、臂3、臂4臂1、臂2、臂3、臂4是六自由度移动机械手臂中的主要臂段。
它们通过关节连接在一起,可以相互运动。
每个臂段都由一对平行连接杆和关节组成。
这种结构设计保证了机械手臂具有良好的刚性和可控性。
1.3 工具工具是机械手臂的末端执行器,用于实现对目标物体的操纵。
工具通常包括夹爪、吸盘或焊接枪等装置。
工具的设计需要考虑到实际工作场景的需求,并与臂4结合起来实现对目标物体的精确控制。
2. 结构设计方法2.1 正逆运动学分析结构设计的第一步是对机械手臂的正逆运动学进行分析。
通过正运动学分析,可以得到机械手臂各关节的位置和姿态信息,为控制算法提供基础。
通过逆运动学分析,可以根据末端执行器的位置和姿态要求,计算出各个关节的运动参数,从而实现对目标物体的物理操作。
2.2 结构参数设计结构参数设计是结构设计的关键步骤。
在设计过程中,需要考虑机械手臂的运动范围、稳定性、负载能力等因素。
具体而言,可以通过数学模型和仿真分析等方法,确定机械手臂各关节的型号、长度和材料等参数。
六自由度工业机器人设计
六自由度工业机器人设计六自由度工业机器人是一种具有六个关节的机器人系统。
它具有在六个自由度上运动的能力,这使得它能够进行繁重和复杂的任务,比如装配、焊接、搬运和包装等。
在这篇文章中,我将介绍六自由度工业机器人的设计、特点和应用。
首先,六自由度工业机器人的设计涉及到机械结构、运动学和控制系统。
机械结构决定了机器人的形态和运动范围,可以采用串联、并联或混合结构。
运动学研究机器人的末端执行器在任务空间内的位置和姿态,这涉及到逆运动学和正运动学问题。
控制系统是整个机器人系统的大脑,负责计算和控制机器人的运动。
六自由度工业机器人的特点包括高灵活性、高精度和高负载能力。
它们可以在六个自由度上独立运动,可以实现各种复杂的姿态和路径。
同时,它们的运动精度很高,可以达到亚毫米级别,适用于精细加工和装配任务。
此外,它们通常具有高负载能力,可以携带和操作重物。
六自由度工业机器人在各行各业有广泛的应用。
例如,在汽车制造业中,机器人可以完成汽车零部件的装配和焊接;在食品加工业中,机器人可以进行瓶装和包装;在医疗领域,机器人可以辅助手术和病人护理;在仓储物流业,机器人可以搬运和分拣商品。
这些机器人系统可以提高生产效率、减少人力成本和改善工作环境。
然而,六自由度工业机器人也面临一些挑战。
首先,它们的复杂性导致了设计和制造的困难,需要专业的工程师和技术人员。
其次,它们的成本相对较高,需要考虑到投资回报和经济效益。
此外,人机交互和安全问题也需要重视,以确保机器人与人类工作人员的安全合作。
综上所述,六自由度工业机器人是一种具有六个关节和自由度的机器人系统。
它们的设计、特点和应用都具有复杂性和广泛性。
通过合理的设计和控制,六自由度工业机器人可以实现高灵活性、高精度和高负载能力,从而广泛应用于各行各业。
然而,要克服各种挑战,需要进一步的研究和开发。
六自由度外骨骼式上肢康复机器人设计
六自由度外骨骼式上肢康复机器人设计一、概述随着现代医疗技术的不断进步,康复机器人已成为辅助患者恢复肢体功能的重要工具。
六自由度外骨骼式上肢康复机器人作为一种先进的康复设备,旨在通过模拟人体上肢运动,帮助患者实现精准、高效的康复训练。
本文将对六自由度外骨骼式上肢康复机器人的设计进行详细介绍,包括其结构组成、工作原理、控制策略以及临床应用等方面的内容。
六自由度外骨骼式上肢康复机器人是一种可穿戴式的康复设备,能够紧密贴合患者上肢,通过精确控制各关节的运动,实现上肢的全方位康复训练。
该机器人具有六个自由度,可模拟人体上肢的各种复杂运动,为患者提供个性化的康复训练方案。
机器人还配备了智能传感系统,能够实时监测患者的运动状态,为医生提供精准的康复数据,从而优化康复治疗方案。
在结构组成方面,六自由度外骨骼式上肢康复机器人主要包括机械臂、驱动系统、传感系统以及控制系统等部分。
机械臂采用轻质材料制成,具有良好的穿戴舒适性和运动灵活性;驱动系统采用高精度电机,可实现精确、快速的运动控制;传感系统包括多个角度传感器和力传感器,能够实时监测机械臂和患者上肢的运动状态和交互力;控制系统则负责整合传感数据,实现机器人的运动规划和控制。
六自由度外骨骼式上肢康复机器人作为一种先进的康复设备,具有广泛的应用前景和市场需求。
本文旨在通过对该机器人设计的详细介绍,为相关领域的研究人员和技术人员提供参考和借鉴,推动康复机器人技术的不断发展和创新。
1. 上肢康复机器人的研究背景与意义随着人口老龄化的加剧以及各类事故、疾病对人们身体健康的威胁日益显著,上肢功能障碍患者数量呈现出逐年上升的趋势。
这些障碍往往由中风、外伤、神经系统疾病等多种原因引起,严重影响了患者的日常生活和工作能力,给个人、家庭和社会带来了沉重的负担。
寻求一种高效、安全的上肢康复治疗方法显得尤为重要。
在此背景下,上肢康复机器人的研究与应用应运而生,成为了医疗康复领域的重要发展方向。
六自由度喷涂机器人结构设计及控制共3篇
六自由度喷涂机器人结构设计及控制共3篇六自由度喷涂机器人结构设计及控制1六自由度喷涂机器人结构设计及控制随着制造业的发展,机器人已经被广泛应用于生产线的自动化生产中。
其中,喷涂机器人是其中的一种典型应用。
而当涉及到六自由度喷涂机器人的结构设计及控制时,更需要考虑其复杂性和高精度的要求。
一、六自由度喷涂机器人结构设计1、机械结构六自由度喷涂机器人的机械结构主要包括:(1)底座、支架:底座承载整个机器人,用来支持其机械运动系统的移动;而支架则承载喷涂枪,完成喷涂操作。
(2)关节连接处:分别为底座转轴、肩部转轴、肘部转轴、腕部转轴、手部旋转轴和手部前后移动轴,用来实现机器人的六个自由度。
(3)运动机构:用来实现机械手运动的机构,其中包括减速机、电动机、蜗轮蜗杆等。
2、喷涂系统喷涂系统主要由喷涂枪、贮液桶、涂料管路和涂布机构等组成。
其核心部分是喷涂枪,通常使用喷雾型或高压喷涂型枪头,可以通过电磁阀控制气液流量来完成涂布操作。
3、控制系统机器人控制系统是机器人运作的核心,主要包括控制器、编码器、传感器、处理器等组件。
它可以实现自主控制、运动规划、轨迹控制及误差修正等功能。
二、六自由度喷涂机器人控制1、运动规划机器人的自由度有六个,因此机器人的控制需要先进行轨迹规划,确定机器人的运动轨迹。
轨迹规划通常采用树形规划、势场规划、自适应控制等算法。
2、轨迹控制机器人运动轨迹的控制是机器人完成喷涂任务的基础。
通过轨迹控制,可以根据预先设定的速度、加速度和运动方向等参数来控制机器人的运动。
轨迹控制常常采用PID控制算法、滑动模式控制算法等。
3、误差修正机器人运动过程中难免会出现机械臂的摆动、移动误差等问题。
因此,需要对机器人的运动轨迹进行精细调整,使用传感器对机器人运动误差进行实时监测,通过机器人控制器对机器人运动轨迹进行误差修正。
三、结论六自由度喷涂机器人的设计和控制都需要实现高精度和高效率。
因此,机器人控制系统的优化和控制算法的改进是机器人技术进一步发展的关键。
六自由度机器人腕部设计
机器人技术是综合了许多学科的知识,例如计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当今研究领域十分重视的课题,机器人在很多领域都得到广泛应用。
机器人的应用情况,是一个国家工业自动化水平的重要标志,因而受到各先进工业国家的重视,投入大量人力物力加以研究和应用。
本文的主要任务和要解决的问题,是设计一台六自由度的机器人,在已有的技术资料的基础上,通过分析,确定腕部的传动系统,然后假设腕部末端的结构,确定腕部的输出功率,然后计算出腕部所需的电机。
在确定电机和传动机构的基础上,对锥齿轮和传动中所需的带轮以及同步齿形带进行设计,并且对它们进行校核,确定所设计的腕部结构能够配合机器人的其他结构进行喷漆动作。
并用CAD软件完成从建模到运动学分析、应力分析的全过程。
需要全面理解机械原理、机械设计、机械系统设计以及CAD制图标准等相关的知识,并考虑其可靠性、实用性、经济性等性能。
本课设在已有理论基础上,针对以往研究的不足,根据实际使用要求,确定采用六自由度的关节型机器人结构方案;由于机器人结构复杂,构件繁多,需要用高端软件配合进行建模,装配的工作,而我们现有的材料相当有限,所以本课设只是设计了机器人的腕部结构;并采用CAD绘制了其装备和零件图,并对其中某些零件的强度进行了校核,使腕部的整体结构能够满足工作的要求。
关键词:机器人腕部1绪论 (1)1.1机器人的组成 (2)1.1.1驱动装置 (2)1.1.2控制系统 (2)1.1.3执行机构 (2)1.2机器人分类 (4)1.2.1按用途分类 (4)1.2.2按控制形式分类 (4)1.2.3按驱动方式分类 (4)1.3腕部结构选形 (5)1.3.1单自由度手腕 (6)1.3.2两自由度手腕 (7)1.3.3三自由度手腕 (8)1.3.4装配机器人腕部结构选型 (9)1.4机器人设计 (11)2末端执行器 (12)2.1夹持器 (12)2. 2拟手指型执行器 (13)2. 3吸式执行器 (13)3腕部设计 (15)3.1手腕结构的选择 (15)3.2传动装置的运动和动力参数计算 (17)3.2.1选择电机 (17)3.2.2分配系统传动比和动力参数的设计 (19)4锥齿轮设计 (23)4.1确定锥齿轮的主要技术参数 (23)4.2轮齿的受力分析和强度计算 (24)5.选择带轮和齿形带.............. .. (26)5.1带轮的选择 (26)5.2齿形带的设计 (28)总结 (31)参考文献 (32)1绪论机器人是近代自动控制领域中出现的一项新技术,并已成为现代机械制造中的一个重要组成部分。
毕业设计(论文)六自由度工业机器人设计(全套图纸)
湖南科技大学毕业设计(论文)题目六自由度工业机器人结构设计作者学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师二〇一五年五月三十日湖南科技大学毕业设计(论文)任务书机电工程学院院机械设计制造及其自动化系(教研室)系(教研室)主任:(签名)年月日学生姓名: 学号: 专业: 机械设计制造及其自动化1 设计(论文)题目及专题:六自由度工业机器人结构设计2 学生设计(论文)时间:自 2015 年3 月 1 日开始至 2015 年 5 月 29 日止3 设计(论文)所用资源和参考资料:《工业机器人》、《机器人学》、《机器人运动学基础》、《Solidworks2013从入门到精通》4 设计(论文)应完成的主要内容:(1)介绍工业机器人的发展现状及前景;(2)工业机器人工作空间计算和简单的运动学分析;(3)工业机器人结构设计及关键零部件计算;(4)对关键零部件进行强度校核。
5 提交设计(论文)形式(设计说明与图纸或论文等)及要求:(1)相关的计算、设计框图及仿真图;(2)论文不少于35页;(3)说明书中必须有与设计(论文)内容或专业相关的不少于1500字的外文资料翻译。
6 发题时间: 2015 年 3 月 1 日指导教师:学生:湖南科技大学毕业设计(论文)指导人评语[主要对学生毕业设计(论文)的工作态度,研究内容与方法,工作量,文献应用,创新性,实用性,科学性,文本(图纸)规范程度,存在的不足等进行综合评价]全套图纸,加153893706指导人:(签名)年月日指导人评定成绩:湖南科技大学毕业设计(论文)评阅人评语[主要对学生毕业设计(论文)的文本格式、图纸规范程度,工作量,研究内容与方法,实用性与科学性,结论和存在的不足等进行综合评价]评阅人:(签名)年月日评阅人评定成绩:湖南科技大学毕业设计(论文)答辩记录日期:学生:学号:班级:题目:提交毕业设计(论文)答辩委员会下列材料:1 设计(论文)说明书共页2 设计(论文)图纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计(论文)答辩委员会评语:[主要对学生毕业设计(论文)的研究思路,设计(论文)质量,文本图纸规范程度和对设计(论文)的介绍,回答问题情况等进行综合评价]答辩委员会主任:(签名)委员:(签名)(签名)(签名)(签名)答辩成绩:总评成绩:摘要六自由度工业机器人是一种高精度的自动化机械,具有高度的灵活性以及平稳性。
六自由度生活搬运机器人设计
生活中,经常会遇到需要搬运重物但力量不够的情 况,尤其是对于老弱病残群体,由于身体不便,在拿取物 品时异常吃力。在身体不便的情况下,如何快速便捷地 搬运物品,一直是困扰人们的主要问题。目前,市面上常 见的搬运设备在使用时存在费时费力及不易操作等问 题,不能较好地满足人们的生活需要[1-3]。为此,本文设 计了一种六自由度生活搬运机器人。该机器人集成了多 项创新性模块,可以有效解决物品的搬运问题。
3 搬运机器人部分结构设计
搬运机器人主体上设有驱动装置、移动装置、识别装
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夹持机构主要由辅助板、六自由度机械手臂以及设 在六自由度机械手臂端部的三爪机械手组成。六自由度 机械手臂安装在主体上,如图 3 所示。辅助板内置有压 力传感器,通过设在主体底部的液压缸二控制伸缩。在 机器人工作时,辅助板铲起物体,三爪机械手同时进行抓 取和固定动作。
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机械臂配置的基础上,融合了更具创新性和应用性的功能模块。所设计的六自由度机械臂集成了多项创新
性技术,将大大提高物品的搬运效率,改善人们的生活品质。
关键词:六自由度生活搬运机器人;驱动装置;移动装置;识别装置
中图分类号:TP242.2
文献标识码:A
文章编号:1003-5168(2020)19-0008-02
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图 1 整体结构示意图
注:1. 主体;2. 上盖;3. 隔板;4. 内腔;5. 驱动装置;7. 底座;10. 液压缸一; 11. 双目摄像头;12. 转动轴;13. 支架;14. 转动电机;15. 辅助板;16. 六自由度 机械手臂;17. 三爪机械手;18. 液压缸二;19. 液压缸三;20. 砝码;21. 支撑板; 22. 伸缩口;23. 导杆。
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六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真学科:机电一体化姓名:袁杰指导老师:鹿毅答辩日期: 2012.6摘要近二十年来,机器人技术发展非常迅速,各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。
我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距,因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。
典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在生产线或加工设备旁边作业的,本论文作者在参考大量文献资料的基础上,结合项目的要求,设计了一种小型的、固定在AGV 上以实现移动的六自由度串联机器人。
首先,作者针对机器人的设计要求提出了多个方案,对其进行分析比较,选择其中最优的方案进行了结构设计;同时进行了运动学分析,用D-H 方法建立了坐标变换矩阵,推算了运动方程的正、逆解;用矢量积法推导了速度雅可比矩阵,并计算了包括腕点在内的一些点的位移和速度;然后借助坐标变换矩阵进行工作空间分析,作出了实际工作空间的轴剖面。
这些工作为移动式机器人的结构设计、动力学分析和运动控制提供了依据。
最后用ADAMS 软件进行了机器人手臂的运动学仿真,并对其结果进行了分析,对在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试,积累了经验。
第1 章绪论1.1 我国机器人研究现状机器人是一种能够进行编程,并在自动控制下执行某种操作或移动作业任务的机械装置。
机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及人工智能等多种科学的最新研究成果,是机电一体化技术的典型代表,是当代科技发展最活跃的领域。
机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。
近十几年来,机器人技术发展非常迅速,各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。
我国是从 20 世纪80 年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。
1986年,我国开展了“七五”机器人攻关计划。
1987 年,我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。
目前,我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。
最初我国在机器人技术方面的主要目的是跟踪国际先进的机器人技术,随后,我国在机器人技术及其应用方面取得了很大成就。
主要研究成果有:哈尔滨工业大学研制的两足步行机器人,北京自动化研究所1993 年研制的喷涂机器人,1995 年完成的高压水切割机器人,国家开放实验和研究单位沈阳自动化研究所研制的有缆深潜300m 机器人,无缆深潜机器人,遥控移动作业机器人,2000 年国防科技大学研制的两足类人机器人,北京航空航天大学研制的三指灵巧手,华理工大学研制的点焊、弧焊机器人,以及各种机器人装配系统等。
我国目前拥有机器人 4000 台左右,主要在工业发达地区应用,而全世界应用机器人数量为83 万台,其中主要集中在美国、日本等工业发达国家。
在机器人研究方面,我国与发达国家还有一定差距。
1.2 工业机器人概述:在工业领域广泛应用着工业机器人。
工业机器人一般指在工厂车间环境中,配合自动化生产的需要,代替人来完成材料或零件的搬运、加工、装配等操作的一种机器人。
工业机器人的定义为:“一种自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。
能搬运材料、零件或操持工具,用以完成各种作业。
”操作机定义为:“具有和人的手臂相似的动作功能,可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。
”一个典型的机器人系统由本体、关节伺服驱动系统、计算机控制系统、传感系统、通讯接口等几部分组成。
一般多自由度串联机器人具有4~6 个自由度,其中2~3 个自由度决定了末端执行器在空间的位置,其余2~3 个自由度决定了末端执行器在空间的姿态。
1.3 研究课题的提出本研究课题是根据省教育厅《物流机器人操作研究与开发》课题的需要而提出的。
工业机器人在FMS 中的一种典型应用如图1-1 所示。
图 1-1 工业机器人的一种典型应用工业机器人固定在机床或加工中心旁边,由它们完成对加工工件的上、下料和装夹作业,通过输送线运送工件,实现物流的运转。
当所要加工的产品放生变化、工件工艺流程改变时,就要调整柔性制造系统的布局。
现在设想,将工业机器人固定在自动引导车(AGV)上,改变自动引导车的轨迹,就可以适应工件和工件工艺流程的变化,大大提高加工系统的柔性。
设想的机器人工作方式如图1-2 所示图 1-2 可移动式机器人的应用此外,对于这类小型的机器人,在原理不变的情况下,改变其结构,增强人机功能,将它固定在小型的移动装置或直接与移动装置结合成一体,就可以应用到日常生活中,如生活中物体的搬运、人员的看护等。
因此,设计开发这样一种可移动式、多自由度的小型机器人是有实际意义的。
1.4 本论文研究的主要内容作者系统学习了机器人技术的知识,查阅了大量的文献资料,对国内外机器人、主要是工业机器人的现状有了比较详细的了解。
在此基础上,结合作者本人的设想,和设计工作中需要解决的任务,主要进行以下几项工作:(1)进行机器人本体结构的方案创成、分析和设计。
(2) 进行机器人静力学学分析,(3) 分析机器人操作臂的工作空间,根据分析结果对操作臂各个杆件的长度进行选择和确定。
第2 章机器人方案的创成和机械结构的设计2.1 机器人机械设计的特点串联机器人机械设计与一般的机械设计相比,有很多不同之处。
首先,从机构学的角度来看,机器人的结构是由一系列连杆通过旋转关节(或移动关节)连接起来的开式运动链。
开链结构使得机器人的运动分析和静力分析复杂,两相邻杆件坐标系之间的位姿关系、末端执行器的位姿与各关节变量之间的关系、末端执行器的受力和各关节驱动力矩(或力)之间的关系等,都不是一般机构分析方法能解决得了的,需要建立一套针对空间开链机构的运动学、静力学方法。
末端执行器的位置、速度、加速度和各个关节驱动力矩之间的关系是动力学分析的主要内容,在手臂开链结构中,每个关节的运动受到其它关节运动的影响,作用在每个关节上的重力负载和惯性负载随手臂位姿变化而变化,在高速情况下,还存在哥氏力和离心力的影响。
因此,机器人是一个多输入多输出的、非线性、强耦合、位置时变的动力学系统,动力学分析十分复杂,因此,即使通过一定的简化,也需要使用不同于一般机构分析的专门分析方法。
其次,由于开链机构相当于一系列悬臂杆件串联在一起,机械误差和弹性变形的累积使机器人的刚度和精度大受影响。
因此在进行机器人机械设计时特别要注意刚度和精度设计。
再次,机器人是典型的机电一体化产品,在进行结构设计时必须要考虑到驱动、控制等方面的问题,这和一般的机械产品设计是不同的。
另外,与一般机械产品相比,机器人的机械设计在结构的紧凑性、灵巧性方面有更高的要求。
2.2 与机器人有关的概念以下是本文中涉及到的一些与机器人技术有关的概念。
1 自由度:工业机器人一般都为多关节的空间机构,其运动副通常有移动副和转动副两种。
相应地,以转动副相连的关节称为转动关节。
以移动副相连的关节称为移动关节。
在这些关节中,单独驱动的关节称为主动关节。
主动关节的数目称为机器人的自由度。
2 机器人的分类机器人分类方法有多种。
(1) 按机器人的控制方法的不同,可分为点位控制型(PTP),连续轨迹控制型(CP):(a)点位控制型(Point to Point Control ):机器人受控运动方式为自一个点位目标向另一个点位目标移动,只在目标点上完成操作。
例如机器人在进行点焊时的轨迹控制。
(b)连续轨迹控制型(Continuous Path Control ):机器人各关节同时做受控运动,使机器人末端执行器按预期轨迹和速度运动,为此各关节控制系统需要获得驱动机的角位移和角速度信号,如机器人进行焊缝为曲线的弧焊作业时的轨迹控制。
(2) 按机器人的结构分类,可分为四类:(a)直角坐标型:该型机器人前三个关节为移动关节,运动方向垂直,其控制方案与数控机床类似,各关节之间没有耦合,不会产生奇异状态,刚性好、精度高。
缺点是占地面积大、工作空间小。
(b)圆柱坐标型:该型机器人前三个关节为两个移动关节和一个转动关节,以q, r, z为坐标,位置函数为P = f (q, r, z) ,其中,r 是手臂径向长度,z 是垂直方向的位移,q 是手臂绕垂直轴的角位移。
这种形式的机器人占用空间小,结构简单。
(c)球坐标型:具有两个转动关节和一个移动关节。
以q,f, y 为坐标,位置函数为P = f (q ,f, y),该型机器人的优点是灵活性好,占地面积小,但刚度、精度较差。
(d)关节坐标型:有垂直关节型和水平关节型(SCARA 型)机器人。
前三个关节都是回转关节,特点是动作灵活,工作空间大、占地面积小,缺点是刚度和精度较差。
(3) 按驱动方式分类:按驱动方式可分为:(a)气压驱动;(b)液压驱动;(c)电气驱动。
电气驱动是 20 世纪90 年代后机器人系统应用最多的驱动方式。
它有结构简单、易于控制、使用方便、运动精度高、驱动效率高、不污染环境等优点。
(4) 按用途分类:可分为搬运机器人、喷涂机器人、焊接机器人、装配机器人、切削加工机器人和特种用途机器人等。
2.3 方案设计2.3.1 方案要求如前所述,该机器人用于制造车间物流系统中工件的搬运、装夹和日常生活中的持物、看护等。
能够固定在移动装置(如AGV)上,以实现灵活移动。
要求动作灵活,工作范围大,被夹持物应具有多种姿态,自由度在5~6 个,结构紧凑,重量轻。
采用电动机驱动,设计负重为6公斤,手爪开合范围5 mm~100 mm。
2.3.2 方案功能设计与分析a 机器人自由度的分配和手臂手腕的构形手臂是执行机构中的主要运动部件,它用来支承腕关节和末端执行器,并使它们能在空间运动。
为了使手部能达到工作空间的任意位置,手臂一般至少有三个自由度,少数专用的工业机器人手臂自由度少于三个。
手臂的结构形式有多种,常用的构形如图2-1。
本课题要求机器人手臂能达到工作空间的任意位置和姿态,同时要结构简单,容易控制。
综合考虑后确定该机器人具有六个自由度,其中手臂三个自由度。
由于在同样的体积条件下,关节型机器人比非关节型机器人有大得多的相对空间(手腕可达到的最大空间体积与机器人本体外壳体积之比)和绝对工作空间,结构紧凑,同时关节型机器人的动作和轨迹更灵活,因此该型机器人采用关节型机器人的结构。
图 2-1 几种多自由度机器人手臂构形手腕的构形也有多种形式。
三自由度的手腕通常有以下四种形式:BBR 型、BRR 型、RBR 型和RRR 型。
如图2-2 所示。
四种三自由度手腕构形B 表示弯曲结构,指组成腕关节的相邻运动构件的轴线在工作过程中相互间角度有变化。
R 表示转动结构,指组成腕关节的相邻运动构件的轴线在工作过程中相互间角度不变。
BBR 结构由于采用了两个弯曲结构使结构尺寸增加了,BRR、RBR 前者相比结构紧凑。