工業(yè)機器人畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)
2024-07-22 22:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ）吸附式取料手（3）專用操作器及轉(zhuǎn)換器（4）仿生多指靈巧手本文設(shè)計對象為物料搬運機器人，并不需要復(fù)雜的多指人工指，只需要設(shè)計能從不同角度抓取工件的鉗形指。 手指是直接與工件接觸的部件。手指松開和加緊工件是通過手指的張開與閉合來實現(xiàn)的。該設(shè)計采用兩個手指，其外形如圖所示：傳動機構(gòu)是向手指傳遞運動和動力，以實現(xiàn)夾緊和松開動作的機構(gòu)。根據(jù)手指開合的動作特點分為回轉(zhuǎn)型和平移形。本文采用回轉(zhuǎn)型傳動機構(gòu)。（只畫出了一半，另一半關(guān)于中心線對稱）。 在圖中，O為電機輸出軸，曲柄ＯＡ、連桿ＡＢ、滑塊Ｂ和支架結(jié)構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)：滑塊Ｂ、連桿ＢＣ、搖桿ＣＥ和支架構(gòu)成滑塊搖桿機構(gòu)。通過兩個機構(gòu)串聯(lián)，使電機最終驅(qū)動ＤＥ的來回擺動，從而實現(xiàn)手指的開合運動。圖中的黑線和藍線表示機構(gòu)運行的兩個極限位置。為便于手指的順利合攏，可以在兩個手指之間設(shè)置一個彈簧，這樣還可以提供適當?shù)膴A緊力。另外，在選用電機的時候，要使電機的功率足以克服彈簧的收縮和張開，并且提供足夠加緊物體的力。．３ 驅(qū)動方式該機器人一共具有四個獨立的傳動關(guān)節(jié)，連同末端機械手的運動，一共需要五個動力源。機器人常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機驅(qū)動三種類型。這三種方法各有所長，： 液壓驅(qū)動：（1）輸出功率 很大，壓力范圍為50140Pa，利用液體不可縮性，控制精度較高。（2）控制性能 輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制（3）響應(yīng)速度 很高(4)結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當，執(zhí)行結(jié)構(gòu)可標準化、模擬化，以實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大.(5)安全性 防爆性能好，用液壓做傳動介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險。（6）在工業(yè)機器人中應(yīng)用范圍適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機器人、點焊機器人和托運機器人。（7）成本維修及使用液壓元件成本較高方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求。氣動驅(qū)動：（1） 輸出功率大，壓力范圍為4860Pa，最大可達Pa氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速。（2） 控制性能不易控制，難以實現(xiàn)高速、高精度連續(xù)軌跡控制。（3） 響應(yīng)速度較高。（4） 結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當，執(zhí)行機構(gòu)可標準化、模擬化，以實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小。（5） 安全性防爆性能好，高于1000kPa(10個大氣壓)時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性。（6） 對環(huán)境的影響排氣時有噪聲。（7） 在工業(yè)機器人中的應(yīng)用范圍適用于中小負載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機器人，如沖壓器機器人本體的氣動平衡及裝配機器人氣動夾具。（8） 成本維修及使用成本方便。電機驅(qū)動：（1） 輸出功率較大控制精度，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏。（2） 控制性能可實現(xiàn)高速、高精度連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜。（3） 響應(yīng)速度很高。（4） 結(jié)構(gòu)性能及體積伺服電機易于標準化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動機一般需配置減速裝置，除DD電動機外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題。（5） 安全性設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險，直流有刷電動機換向時有火花，對環(huán)境防爆性能較差。（6） 對環(huán)境的影響無。（7）在工業(yè)機器人中應(yīng)用范圍適用于中小負載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機器人，如AC伺服噴涂機器人、點焊機器人、弧焊機器人、裝配機器人等。（8）成本維修及使用成本高較復(fù)雜。 機器人驅(qū)動系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，通常對機器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有：（1） 驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高；（2） 反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大，能夠進行頻繁的起、制動，正反轉(zhuǎn)切換；（3） 驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??；（4） 安全可靠；（5） 操作和維護方便；（6） 對環(huán)境無污染，噪聲要小；（7） 經(jīng)濟上合理，尤其要盡量減少占地面積。基于上述驅(qū)動系統(tǒng)的缺點和機器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計要求，本文選用直流伺服電機驅(qū)動的方式對機器人進行驅(qū)動。 傳動方案的確定 傳動方案分析：1 方案一： 第一、二、自由度均采用伺服電機加減速器的結(jié)構(gòu)形式。大臂的驅(qū)動電機和小臂的回轉(zhuǎn)軸共線。小臂的傳動方案與大臂的傳動方案相同，這樣雖然結(jié)構(gòu)上較為簡單，但對大臂產(chǎn)生了一定的不利影響并且對轉(zhuǎn)矩的計算也會較為麻煩。第三個自由度即就是升降機結(jié)構(gòu)采用電機步進電機加同步齒形帶的傳動方案。同步齒形帶具有精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比恒定等特點。但對安裝的精度要求較高，負載能力也很有限并且不能實現(xiàn)反向自鎖，需要另加斷電保護裝置。手抓結(jié)構(gòu)采用較為簡單的氣動控制直線運動的手爪。2方案二： 第一 二自由度均采用交流伺服電機加減速器的驅(qū)動模式，故此結(jié)構(gòu)較為簡單。電機和小臂的關(guān)節(jié)軸是同一方向的。這是在充分考慮到小臂的驅(qū)動電機對大臂所產(chǎn)生的附加彎矩的條件下，對大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計特別做了加強處理。第三個自由度為絲杠螺母的升降運動，采用的傳動方式是電機軸經(jīng)過一級齒輪減速，再驅(qū)動滑動絲杠，利用滑動絲杠的大減速比的特點，達到控制上升的速度不至于過快。同時選擇單頭的滑動絲杠具有很好的自鎖性能，從而在系統(tǒng)突然斷電的情況下，不致使此自由度方向上發(fā)生運動，從而保證了結(jié)構(gòu)的安全。第四自由度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)也是采用電機加諧波減速器的結(jié)構(gòu)形式。手爪采用目前廣泛采用的而且技術(shù)成熟的連桿導(dǎo)桿式氣動機械手，這一機械手的造價低廉、結(jié)構(gòu)簡單、針對此處所抓取的工件的特點是不易變形的金屬工件，所以對夾緊力的要求不是太高，故采用氣動機械手爪完全可以達到設(shè)計要求。方案三： 如圖24所示，第一自由度采用步進電機加減速裝置的傳動模式。大臂與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之間采用諧波減速器傳遞動力。小臂的驅(qū)動電機考慮到它的重量會對大臂造成較大的附加彎矩則把小臂的驅(qū)動電機安裝在大臂的回轉(zhuǎn)軸的軸線方向，電機輸出軸與小臂的回轉(zhuǎn)軸之間通過同步齒形帶相連接，保證了小臂回轉(zhuǎn)的精度。但這樣就使的小臂的傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多段承受彎矩的軸，并且電機軸也承受了一定的彎矩。第三個自由度采用滾珠絲杠并配以電機加減速器驅(qū)動的傳動方案，這是利用了滾珠絲杠的傳動精度高，并且是把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，而不需要中間環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化，結(jié)構(gòu)簡單。但滾珠絲杠必須附加自鎖裝置以確保能夠做到斷電保護。滾珠絲杠的造價高，重量也較重，因此在滾珠絲杠的材料選擇方面而要求加工材料要較輕，并且滾珠絲杠需要電機的輸出轉(zhuǎn)矩也較大，自身減速比較小。機器人的手爪部分仍然采用較為常用的氣缸配合連桿式氣動機械手的結(jié)構(gòu)，其作用與方案一所述的相同。 伺服驅(qū)動與步進驅(qū)動的比較（1）低頻特性不同 步進電機在低速是容易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，振動頻率與負載情況以及與驅(qū)動器的性能有關(guān)。當步進電機工作在低頻的時候一般還采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象。交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。（2）矩頻特性不同步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而降低，而且在較高的轉(zhuǎn)速時會急劇下
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