重物提升機械手基座的結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-21 04:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 、行走機構(gòu)等以及相關(guān)機械的協(xié)調(diào)動作都是通過控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的，主要控制內(nèi)容有動作的順序、應(yīng)實現(xiàn)的路徑與位置、動作時間間隔、以及作用于對象物上的作用力等。實現(xiàn)上述機能的控制方式有多種；主要包括動作控制方式和示教方式。機器人常用材料：1）、碳素鋼結(jié)構(gòu)的合金鋼結(jié)構(gòu)，這類材料強度好，特別是合金結(jié)構(gòu)鋼，其強度、彈性模量大。2）鋁、鋁合金及其他輕合金材料，這類材料重量輕3）纖維增強合金；這類金屬材料有很高的E/ρ比，但價格昂貴；此外還有陶瓷、復(fù)合材料、阻尼材料等。在保證機器人強度、剛度條件下，應(yīng)盡可能減輕整機重量、節(jié)約成本；機器人基座結(jié)構(gòu)設(shè)計選用鑄鐵、大臂部分選用輕合金鋁鑄件。此外，對于工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)而言，如何安排好空間的布置也是一大難點，在狹小的空間中除了電機、傳動件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、還要留有一定空間方便管線（電機驅(qū)動先、編碼器線、傳感器線等）是設(shè)計時必須考慮的問題；在重物提升機械手的空間安排上，底座部分在保證完成運動要求的基礎(chǔ)上，預(yù)留了較大的空間，臂關(guān)節(jié)出有專門為排線設(shè)計的通孔結(jié)構(gòu)；保證了整機走線的空間。 設(shè)計方案總體設(shè)計參數(shù) 機構(gòu)形態(tài)：垂直多關(guān)節(jié)型自由度：7 負重量：6KG 動作范圍:底座（回轉(zhuǎn)）177。170186。，L軸（下臂）：177。155186。，90186。，U軸（上臂）：+250186。，175186?？刂凭纫?，工業(yè)機器人對工作行程有位置精度要求，本方案設(shè)計中重物提升作業(yè)不需要很高的精度要求。重物提升機械手的總體上可分為傳動機構(gòu)、控制系統(tǒng)、動力源、操作機幾部分組成。本方案針對機座、腰回轉(zhuǎn)機構(gòu)、下臂、肘關(guān)節(jié)、動力源、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)進行說明。其他部分不做詳細解釋。機型選擇：本方案的重物提升機器人，為關(guān)節(jié)坐標(biāo)式操作機；具有7自由度；負載類型為中小型；其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對的工作空間大。底座放置在托板上由滾珠絲杠驅(qū)動；增大了工業(yè)機器人的工作范圍。圖1 關(guān)節(jié)機器人機械簡圖移動導(dǎo)軌 底座（腰部） 大臂 小臂 腕部 手爪驅(qū)動、傳動系統(tǒng)的選?。候?qū)動傳動裝置包括驅(qū)動器和傳動機構(gòu)兩個部分。傳動機構(gòu)常用的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶傳動，各種齒輪傳動等。驅(qū)動器有電機、液動，氣動等。各種驅(qū)動方式的比較可參考下表：考慮到尺寸大小和空間余量等因素，電動驅(qū)動能源簡單、變速范圍大，效率高，速度和位置控制精度都很高，其中交流伺服電機具有控制性能良好、矩頻特性、加速性能好，且擁有過載能力；目前已生產(chǎn)的伺服電機外形適中，不會占據(jù)太大空間。因此本文中選取的驅(qū)動器為交流伺服電機。 交流伺服電機外形圖 直流伺服電機外形工業(yè)機器人傳動機構(gòu)的基本要求：(1) 結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，及相同傳動功率和傳動比時體積小；(2) 傳動的剛度大，在受到扭矩時變形要??；用以降低整機的低頻振動；(3) 回差要小，由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時空行程要小，以期得到較高的位置精度；(4) 使用壽命長，成本在滿足使用要求前提下盡量低。工業(yè)機器人幾乎使用了目前出現(xiàn)的絕大多數(shù)傳動機構(gòu)，其中較為常用的有RV擺線針輪行星傳動、諧波傳動、和滾動螺旋傳動。本設(shè)計中選用諧波減速器作為傳動件；諧波傳動是利用一個構(gòu)件的可控制的彈性變形來實現(xiàn)機械運動的傳遞；通常由三部分（內(nèi)齒的鋼輪、柔輪、波發(fā)生器）。它的主要優(yōu)點有傳動比大、傳動精度高、平穩(wěn)，磨損小、回差小，體積小重量輕等優(yōu)點。對于工業(yè)機器人的設(shè)計而言，通常選用諧波減速三大件。諧波傳動外形圖諧波傳動原理圖控制系統(tǒng)一般由控制計算機和伺服控制器組成。前者發(fā)出指令協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動器之間的運動，同時還要完成編程，示教、再現(xiàn)和外部環(huán)境、工藝要求等之間的協(xié)調(diào)工作。 在基座機構(gòu)中電機輸出軸、諧波三大件、回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心三者是同軸的，這樣可以使運動算法較為簡單；臂桿常用造型有箱體式和梁式，本方案中的大臂采用梁式結(jié)構(gòu)，采用通常用鋁合金鑄件，這樣可以有效減輕重量。底座的結(jié)構(gòu)為中空的箱體，并且留有較大的空間，這樣不僅保證了個工作元件的放置，也可滿足各種線路以及接口的要求；回轉(zhuǎn)臺部分有一個凸起的肩板，也可稱之為肩部，肩板處用來連接大臂臂板、安放電機并連接回轉(zhuǎn)臺的運動。圖2 傳動機構(gòu)簡圖 移動導(dǎo)軌 伺服電機底座傳動系統(tǒng)（諧波）伺服電機下臂傳動系統(tǒng)（諧波）小臂 腕部 傳動過程本方案設(shè)計中共需要完成四個自由度的設(shè)計；如前文所述三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)由電機直連諧波減速器實現(xiàn)回轉(zhuǎn)；而整機在水平方向的移動靠滾珠絲杠驅(qū)動。工作臺回轉(zhuǎn)：電機與諧波減速器連接，電機輸出軸與波發(fā)生器相連；柔輪與基座連接，并且基座固定，剛輪作為輸出；減速器的剛輪與回轉(zhuǎn)臺相連作為輸出帶動機座部分做回轉(zhuǎn)運動。下臂的俯仰運動：電機通過諧波傳動,輸出柔輪與大臂端部臂板相連帶動下臂做空間的俯仰運動。肘關(guān)節(jié)也是采用伺服電機諧波減速傳動的形式，柔輪與臂板連接并固定，剛輪與肘關(guān)節(jié)相連作輸出完成回轉(zhuǎn)運動。移動導(dǎo)軌：該機器人的機身底座安裝在一個可移動的托板座上與絲杠螺母機構(gòu)聯(lián)接，絲杠螺母副由步進電機驅(qū)動，整個機器人沿導(dǎo)軌縱向移動，擴大了整機的工作范圍。此外，小臂回轉(zhuǎn)可以由電機連接齒輪減速器實現(xiàn)、腕部的回轉(zhuǎn)由電機直連減速器實現(xiàn)、腕部俯仰自由度由電機同步帶傳動減速器實現(xiàn)。 3參數(shù)計算及校核這一部分主要是電機、減速器、絲杠螺母副的選型計算。其中電機選擇適應(yīng)留有余量、所選電機的功率應(yīng)大于計算當(dāng)時的極限功率。同理也適用于減速器的選擇計算。重物提升機器人工作臺及滑動導(dǎo)軌副計算 本方案設(shè)計中的重物提升機器人，為了擴大其工作范圍，需將其置于工作臺上（一個可以動的拖板），拖板由絲杠螺母副驅(qū)動，沿水平方向移動。絲杠螺母機構(gòu)也稱螺旋傳動機構(gòu)，主要應(yīng)用于直線運動和旋轉(zhuǎn)運動之間的轉(zhuǎn)換。絲杠螺母機構(gòu)包括滑動摩擦機構(gòu)和滾動摩擦機構(gòu)；前者結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，但傳動效率低，而滾珠絲杠螺母機構(gòu)，傳動精度高、系統(tǒng)剛度好、本方案中即采用滾珠絲杠螺母機構(gòu)。滾珠循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)。根據(jù)絲杠還有螺母的運動組合形式，傳動形式有以下幾類：a）螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動并移動 b）絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動 c）螺母轉(zhuǎn)動、絲杠移動 d）絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動，其中b圖傳動形式需導(dǎo)向裝置，但
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