機器人腕部畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-01-08 20:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 L的自轉(zhuǎn)角γ也滿足 0176?！堞谩?360176。，我們就說該操作機具有最大的靈活度，即可自任意方向抓取物體并可把抓取的物體在空間擺成任意姿態(tài)。為了定量的說明操作機抓取和擺放物體的靈活度，我們定義組合靈活度 (dex)為 : dex=α /360176。 +β /360176。 +γ /360176。 =xx%+xx%+xx% 9 上式取“加”的形式，但一般不進行加法運算，因為分開更能表現(xiàn)結(jié)構(gòu)的特點。 腕結(jié)構(gòu)最重要的評價指標(biāo)就是 dex 值。若為 3 個百分之百，該手腕就是最靈活的手腕。一般說來，α、β的最大值取 360176。，而γ值可取的更大一些，如果擰螺釘，最好γ無上限。 腕結(jié)構(gòu)是操作機中最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且因轉(zhuǎn)動系統(tǒng)互相干擾，更增加了腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計難度。腕部的設(shè)計要求是 :重量輕， dex 的組合值必須滿足工作要求并留有一定的裕量 (約 5%— 10%，轉(zhuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單并有利于小臂對整機的靜力平衡。 單自由度手腕 SCARA 水平關(guān)節(jié)裝配機器人多采用單自由度手腕， 該類機器人操作機的手腕只有繞垂直軸的一個旋轉(zhuǎn)自由度。為了減輕操作機的懸臂的重量，手腕的驅(qū)動電機固結(jié)在機架上。手腕轉(zhuǎn)動的目的在于調(diào)整裝配件的方位。由于轉(zhuǎn)動為兩級等徑輪齒形帶，所以大、小臂的轉(zhuǎn)動不影響末端執(zhí)行器的水平方位，而該方位的調(diào)整完全取決于腕傳動的驅(qū)動電機。這時確定末端執(zhí)行器方位的角度 (以機座坐標(biāo)系為基準(zhǔn) )將是大小臂轉(zhuǎn)角以及腕轉(zhuǎn)角之和。 兩自由度手腕 兩 自由度手腕有兩種結(jié)構(gòu) : 1） 匯交式兩自由度 手腕兩自由度手腕的末桿與小臂中線重合，兩個鏈輪對稱分配在兩邊。β≤ 200176。 ,γ≥ 360176。 , dex= 0+80%+100%，如圖 ， 2） 偏置式兩自由度手腕 手腕的末桿偏置在在小臂中線的一邊。 β≥ 360176。 ,γ≥ 360， dex=0+100%+100%優(yōu)點是腕部結(jié)構(gòu)緊湊，小臂橫向尺寸較小 (薄 )。 兩自由度的另兩種結(jié)構(gòu)。一種是將諧波減速器這置于碗部，驅(qū)動器通過齒形帶帶動諧波，或經(jīng)錐齒輪再帶動諧波使末桿 L獲得α . γ兩自由度運動。另一種則是將驅(qū)動電機 1和諧波減 速器連成一體，放于偏置的殼中直接帶動 L完成角轉(zhuǎn)動，β角則是由鏈傳動完成 。 10 如圖 1 法蘭 2錐齒輪組 3錐齒輪 4彈簧 8鏈輪 6軸承 7殼體 三自由度手腕 三自由度的手腕形式繁多。三自由度手腕是在兩自由度的基礎(chǔ)上加一個整個手腕相對于小臂的轉(zhuǎn)動自由度 (用角度參數(shù)α表示 )而形成的。當(dāng)不考慮結(jié)構(gòu)限制，即α、β、γ都能在 0176?！?360176。范圍取值，末端執(zhí)行器的靈活度dex=100%+100%+100%，也就是說具有百分之百的靈活度。這就是說手爪可自任意方向接進物體 ，也可將物體轉(zhuǎn)到任意姿勢。所以三自由度是“萬向”型手腕，可 11 以完成兩自由度手腕很多無法完成的作業(yè)。近年來，大多數(shù)關(guān)節(jié)型機器人都采用了三自由度手腕。主要有兩類 : 1)匯交手腕 (或稱正交手腕 )它是α、β、γ的旋轉(zhuǎn)軸線匯交于一點。 2)偏置式手腕它是α、β、γ的旋轉(zhuǎn)軸線互相垂直，但不匯交于一點。 這兩類手腕都是把β、γ運動的減速器安裝在手腕上，可簡化小臂結(jié)構(gòu)，但卻增加了手腕本身的重量和復(fù)雜程度。 通用機器人腕部結(jié)構(gòu)選型 如圖 所示，是匯交式手腕 (或正交手腕 )，即α、β、γ的 旋轉(zhuǎn)軸線匯交于一點?？梢钥闯?，電機 (1)經(jīng)錐齒輪副 ((3, 4)和齒型帶傳動 (9, 10, 13), 再經(jīng)錐齒輪副 (5, 6)和諧波減速器 (16)帶動法蘭 (1機械接口 )轉(zhuǎn)動，完成末桿(法蘭 )γ的運動。電機 2經(jīng)錐齒輪副 (7, 8)和齒型帶傳動 (11, 12, 14), 通過諧波減速器帶動腕殼擺動，完成末桿 p 的運動。整個手腕又由置于小臂后部的電機(上圖未畫 )，經(jīng)過諧波傳動，帶動小臂作繞自身軸線的轉(zhuǎn)動，即α運 動。 圖 正交式手腕 12 減速器的配置可以分為前置式和后置式。后置式有利于小臂的平衡。前置式加大了腕部的復(fù)雜程度和重量，對小臂乃至整機的平衡不利，但可簡化整個小臂的結(jié)構(gòu)，而且當(dāng)腕部使用同步齒形帶時，只能采用這種布置，因為齒形帶只能用于高速級。這種布置還可簡化后面三個驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。對于平行軸轉(zhuǎn)動，減速器前置可以匹配小臂與手腕的幾何尺寸。如圖 所示，我選用 :減速器的配置為前置式是把α、γ兩自由度的減速器裝在手腕內(nèi)。 電機配置也可以分為前置式和后置式。前置式有一個電機配置在手腕中，其最大優(yōu)點是大大簡化了小臂的結(jié)構(gòu)和傳動過程的軸線干 擾，但加重了腕部。這種結(jié)構(gòu)較適合于小負荷操作機。必須指出，這種結(jié)構(gòu)的手腕也屬于非匯 (正 )交式，由它構(gòu)成的六自由度操作機無解析解。電機后置式的驅(qū)動電機都布置在腕的后面。對于中小負載的操作機，電機可布置在臂的空腔中，而對于大負載操作機，由于電機重而且大，電機多布置在臂的后端，以減少臂的尺寸和前部重量，并與減速器一起對小臂起平衡作用。如圖 所示。 13 機器人由操作機 (機械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電 一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。 : 在傳統(tǒng)的設(shè)計與制造過程中，通常要制造樣機進行 實驗，有時這些實驗甚至是破壞性的。當(dāng)通過實驗發(fā)現(xiàn)缺陷時，就要回頭修改設(shè)計并再用樣機驗證。這一過程是冗長的，尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計周期更加漫長，更不用談對市場的靈活反應(yīng)了。于是運動分析 — 虛擬樣機技術(shù)便應(yīng)運而生了。它可以使產(chǎn)品設(shè)計人員在虛擬環(huán)境中真實地模擬機器人的運動及受力情況，快速分析多種設(shè)計方案，進行對物理樣機而言難以進行或根本無法進行的實驗，直到獲得最優(yōu)化的設(shè)計方案。這種方法不但可以縮短開發(fā)周期，而且設(shè)計質(zhì)量和效率也得到了很大的提高。 14 2 末端執(zhí)行器 末端執(zhí)行器是裝在機器人操作機的機械接口 上，用于使機器人完成作業(yè)任務(wù)而專門設(shè)計的裝置。末端執(zhí)行器種類繁多，與機器人的用途密切相關(guān)，最常見的有用于抓拿物件的夾持器 。用于加工工件的銑刀，砂輪和激光切割器 :用
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