四自由度抓取平移機器人_畢業(yè)設(shè)計論文-文庫吧
2025-07-25 20:40 本頁面
【正文】 比其消滅的職 4 業(yè)更多，新的職業(yè)需要新的技能，就再需要教育和培訓，再次證明，機器人對社會的沖擊就是再培訓的課題。 大量采用機器人不回帶來失業(yè)，在機器人的研究、制造和應(yīng)用上有七種職業(yè)，即研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、應(yīng)用、市場、服務(wù)、維修和教育，而潛在的部門是機器人制造部門，教育機構(gòu)和機器人相關(guān)部門。現(xiàn)在國外機器人制造廠家不僅自己開設(shè)機器人課程也向?qū)W校提供資助 ，為學校提供機器人教學系統(tǒng)，據(jù)資料顯示，美國有很多大學開設(shè)了機器人課程。 早我國，許多大學也開設(shè)了機器人方面的課程（如上海交大，華中科技大學等），也有很多研究開發(fā)機器人的研究機構(gòu)，但資金問題是困饒機器人發(fā)展的障礙，在教學中也面臨相同的問題。但教學 課程上，只是紙上談兵，沒有一點直觀的印象，關(guān)鍵是設(shè)備問題，研制一個價格低廉、性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)簡單、能給學生以深刻印象的實驗用的演示系統(tǒng)，在這前提和背景下，提出本課題，它能達到以下目標： 1. 成本低，必要時可以降低精度要求，因為是 模型 實驗演示裝置。 2. 機械結(jié)構(gòu)簡單，便于掌握機器人結(jié)構(gòu)上的特點。 3. 整體尺寸不宜過大，以擺放實驗臺為準。 4. 與結(jié)構(gòu)相匹配，為降低成本 。 5. 各部分結(jié)構(gòu)最好方便拆卸，以便維修保養(yǎng)。 5 第 2章 總體結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計思路 設(shè)計機器人大體上可分為兩個階段： 系統(tǒng)分析 階段 1） 、根據(jù)系統(tǒng)的目標，明確所采用機器人的目的和任務(wù)。 2） 、分析機器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境。 3） 、根據(jù)機器人的工作要求，確定機器人的基本功能和方案。如機器人的自由度、動作精度的要求、所能抓取的重量、容許的運動范圍、以及對溫度、震動等環(huán)境的適應(yīng)性。 技術(shù)設(shè)計階段 1） 、根據(jù)系統(tǒng)的要求的自由度和允許的空間空做范圍，選擇機器人的坐標形式 2） 、擬訂機器人的運動路線和空間作業(yè)圖。 3） 、確定驅(qū)動系統(tǒng)的類型。 4） 、擬訂控制系統(tǒng)的控制原理圖。 5） 、選擇個部件的具體 結(jié)構(gòu) ，進行機器人總裝圖的設(shè) 計。 6） 、繪制機器人的零件圖，并確定尺寸。 下面結(jié)合本演示系統(tǒng)的基本要求和設(shè)計的基本原則確定本系統(tǒng)的方案 確定總體方案 選取機器人的坐標形式 由 要求可知這是一個 模型 演示的系統(tǒng)，即機器人的幾個基本的動作的演示，了解機器人的基本結(jié)構(gòu)、控制方式等，加深對工業(yè)機器人及其適用的工作環(huán)境的了解，綜合考慮選用圓柱型坐標，此坐標的運動特點是各動作直觀性強，占用空間小，相對工作范圍大，也常用，而關(guān)節(jié)型、極坐標型機器人的運動直觀性差，而直角坐標型占地面積大、工作范圍小，靈活性差。 驅(qū)動類型的選擇 根據(jù) 現(xiàn)有的實驗設(shè)備中電機控制的優(yōu)點，基本設(shè)想采用電機驅(qū)動， 綜合考慮所以選 用步進電機驅(qū)動。 6 考慮 模型演示 的基本要求，覺得采用模塊式結(jié)構(gòu)，各部位自成體系，組裝方便， 采用一個步進電機控制一個運動 。采用如下方案能夠清晰了解工作原理，適合機器人模型演示。 各部位的傳動機構(gòu)確定 經(jīng)過以上設(shè)計要求，該模型的三維圖如下： 圖 21 模型立體圖 每個運動部件采用一個步進電機控制其運動，分別控制腰部升降、手臂回轉(zhuǎn)、手臂伸縮和手指的開合。各個部分實現(xiàn)連接簡單，便于安裝拆卸。 外形尺寸和 運動范圍的確定 ，可將外形尺寸及各部分的運動范圍確定如下： 1） 外形尺寸： 600 500 700范圍內(nèi) 2） 臂部回轉(zhuǎn) ： 0～ 360176。 3） 臂部伸縮： 70mm 4） 腰部 部升降： 70 mm 5） 手指開合：177。 5～ 10176。 6） 抓重 Kg 、控制精度的確定 7 因為本系統(tǒng)是 模型 ，為節(jié)約資金，對速度和精度要求較低 。 8 第 3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 手部抓取部分設(shè)計計算 手部結(jié)構(gòu)及手指形狀的確定 由于在本模型中，抓取重物 5N，手指開合 5 到 10 度。根據(jù)要求選擇滑槽杠桿式鉗爪。其是應(yīng)用最廣泛的手部結(jié)構(gòu)。它可抓取周磊、盤類和套類等機械零件。該結(jié)構(gòu)可通過各杠桿之間的角度或桿長，改變握力的大小及指間的開閉角。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，夾持范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，工作原理清晰。缺點是工件直徑誤差會引起夾持后工件的中心發(fā)生移動。指端采用 V 型式，便于安裝拆卸，通用性強。本模型的手臂結(jié)構(gòu)示意圖如下： 圖 31 手指示意圖 手部驅(qū) 力的計算和電機的選擇 驅(qū)動力計算 手指工作時的受力如下圖所示： 9 圖 32 手指受力圖 則由初始 條件知道， G=5N,則手指握力 N= GK*1 。其中 1`K 方位系數(shù)，與手指和工件的形狀、夾持的方位有關(guān)。此處，手指豎直放置，夾持水平放置圓棒工件。取 ??? ?fK ? 。其中 ? V型手指半角，由結(jié)構(gòu)可得 ?652/ ???? 。 f 手 指 與 工 件 的 摩 擦 系 數(shù) ， 取 ， 所 以NGKN **1 ??? .由上圖的受力分析可得 F1=F2， F=2*F1*cos? ,由力矩平衡可得到： F1*OO1=N*b,OO1= ?cos/a ,所以 aNbF /*c os*2 2 ?? ，其中 a手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心距離； ? 工件被夾持時，手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點線 間 的 夾 角 ， a=20mm,b=25mm, ? = ?50 , 則*50c os*44*2/*c os*2 22 ??? ?aNbF ? ?？紤]工件在加工過程產(chǎn)生的慣性力、震動及傳動機構(gòu)的效率影響，實際驅(qū)動力為 ?/** 32 KKFPe ? 其中： K2 安全系數(shù)，取 ， 3K 工作情況系數(shù)，取 ， ? 機械效率，取 則 NKKFP e ** 32 ?? ?. 10 扭矩計算 計算螺紋升角，螺桿的公稱直徑 d=14mm,螺距 p=2mm,螺紋頭數(shù) n=mmpdd ??? .螺紋升角 ? ? ?*/* 2 ?? dpna rc tg ?? ，螺紋的當量摩擦角 ?)c o s/( ?? ?? fa rctgv ，其中 f 為摩擦系數(shù)取 ， ? 是螺紋牙型角取 15? ，則 螺紋升角小于當量摩擦角，該螺桿螺母機構(gòu)可安全自鎖。 則驅(qū)動力矩 T 321 TTTq ??? , 其中 1T 螺旋副摩擦力矩，)t a n
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