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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì)-三自由度平面坐標(biāo)機(jī)器人設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-01-09 09:58 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 推向一個(gè) 新的階段,其中有代表性的,如首鋼集團(tuán)公司與安川電機(jī)公司合資的首鋼莫托曼公司、唐山電子設(shè)備廠與松下電器公司合資的唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司、東風(fēng)汽車(chē)公司與德國(guó) KUKA 公司合作、濟(jì)南二機(jī)床公司與美國(guó) ISI 機(jī)器人公司合作等等。這些合資合作的開(kāi)展,將會(huì)有效地推動(dòng)中國(guó)機(jī)器人工業(yè)的進(jìn)步,全面促進(jìn)中國(guó)機(jī)器人工業(yè)水平的提高,但是它也會(huì)和其他外國(guó)機(jī)器人公司一樣,沖擊中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng),影響具有自主開(kāi)發(fā)能力的中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的形成,也會(huì)使國(guó)內(nèi)其他的機(jī)器人生產(chǎn)廠家面臨一種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 2.由注重機(jī)器人單機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)渡到成套開(kāi)發(fā)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng) 生產(chǎn)機(jī)器人多的大型公司,可以憑借規(guī)模優(yōu)勢(shì),占據(jù)較大的市場(chǎng)份額,形成規(guī)模效益,而一些中小公司要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得生存,必須具有自己的特色。國(guó)外許多中小公司把自己的市場(chǎng)定位在機(jī)器人系統(tǒng)集成或某些有特長(zhǎng)領(lǐng)成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 域,從而形成自己的局部?jī)?yōu)勢(shì),在市場(chǎng)中求得生存和發(fā)展,如奧地利 IGM 公司以向用戶提供大型機(jī)器人焊接系統(tǒng)著稱,機(jī)器人在系統(tǒng)中只占售價(jià)的 1/3 左右,賣(mài)單臺(tái)機(jī)器人贏利甚微,而賣(mài)機(jī)器人系統(tǒng)卻贏利可觀。意大利 COMAU公司以承接壓機(jī)生產(chǎn)線見(jiàn)長(zhǎng),在這里,機(jī)器人系統(tǒng)是促銷售的關(guān)鍵。我國(guó)國(guó)內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)廠家規(guī)模大都較小,甚至 談不上規(guī)模,而國(guó)內(nèi)一般企業(yè)又沒(méi)有能力將機(jī)器人有效地集成到生產(chǎn)系統(tǒng)中去,因此,那些進(jìn)行系統(tǒng)集成并向用戶提供一條龍服務(wù)的公司,在機(jī)器人市場(chǎng)中將有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)廠家中北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所,以承接涂裝自動(dòng)化生產(chǎn)線見(jiàn)長(zhǎng),累計(jì)產(chǎn)值近 2021 萬(wàn)元,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所承接焊接生產(chǎn)線,累計(jì)產(chǎn)值近 5000 萬(wàn)元,哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所的機(jī)器人碼垛生產(chǎn)線正在產(chǎn)業(yè)化,累計(jì)產(chǎn)值超千萬(wàn)元。 3.機(jī)器人開(kāi)發(fā)走開(kāi)放型科研之路 國(guó)內(nèi)通過(guò) “ 七五 ” 機(jī)器人技術(shù)攻關(guān),已具備了生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的基礎(chǔ),但國(guó)產(chǎn)機(jī)器人無(wú)論在技術(shù)上 ,還是可靠性上,都與國(guó)外機(jī)器人差相當(dāng)一段距離,要盡快縮短這種距離,必須走一條開(kāi)放型的自主科研道路。 1)多方籌措開(kāi)發(fā)資金,通過(guò)政府部門(mén)投資、用戶單位投資、自我積累、外商投資、銀行貸款等形式,籌措國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)資金。 2)消化和利用國(guó)外機(jī)器人技術(shù)、資料、樣機(jī)和關(guān)鍵元器件,為我所用。 3)選擇引進(jìn)國(guó)外質(zhì)量可靠的機(jī)器人零部件和元器件。 4)大力開(kāi)展國(guó)內(nèi)合作,利用國(guó)內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢(shì),開(kāi)發(fā)具有中國(guó)技術(shù)特色的國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)品。 5)注意機(jī)器人產(chǎn)品的高可靠性,使國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的可靠性與國(guó)外機(jī)器人具有可比性,同時(shí)要做到低成本、易操作 。 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 2 章 總體設(shè)計(jì) 機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 機(jī)器人的組成圖 它主要由機(jī)械系統(tǒng) (執(zhí)行系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) )、控制檢測(cè)系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。 A、 執(zhí)行系統(tǒng):執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成抓取工件,實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件,它包括手部、腕部、機(jī)身等。 ( 1) 手部:又稱手爪或抓取機(jī)構(gòu),它直接抓取工件或夾具。 ( 2) 腕部:又稱手腕,是連接手部和臂部的部件,其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。 ( 3) 臂部:是支承腕部的部件,作用是承受工件的 負(fù)荷,并把它傳遞到預(yù)定的位置。 ( 4) 機(jī)身:是支承手臂的部件,其作用是帶動(dòng)臂部升降或俯仰運(yùn)動(dòng)。 B、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力,并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置。常用的機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)使用的是電傳動(dòng)。 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 C、 控制系統(tǒng):通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制,使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作,當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 D、 檢測(cè)系統(tǒng):作用是通過(guò)各種檢測(cè)裝置、傳感裝置檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況,根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng),與設(shè)定進(jìn)行比較,以保證運(yùn)動(dòng)符合要求。 各部分關(guān)系圖 總體 方案擬定 本設(shè)計(jì)喂三自由度機(jī)器人,其工作方向?yàn)?X,Y,Z 三個(gè)直線方向。在控制器的作用下,它執(zhí)行將工件從一個(gè)位置放到另一個(gè)位置,以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,減少人力勞動(dòng)。本文是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的介紹和總結(jié)。 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 工件搬運(yùn)圖 除去機(jī)械手的總體框架 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 驅(qū)動(dòng)方式的選擇 機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類型。這三種方法各有所長(zhǎng),各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見(jiàn)表 21 表 21 三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照 內(nèi)容 驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電 機(jī) 驅(qū)動(dòng) 輸出功率 很大,壓力范圍為50~ 140Pa 大, 壓力范圍為48~ 60 較大 控制性能 利用液體的不可壓縮性,控制精度較高,輸出功率大,可無(wú)級(jí)調(diào)速,反應(yīng)靈敏,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 氣體壓縮性大,精度低,阻尼效果差,低速不易控制,難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 控制精度高,功率較大,能精確定位,反應(yīng)靈敏,可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制,伺服特性好,控制系統(tǒng)復(fù)雜 響應(yīng)速度 很高 較高 很高 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng),執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化,易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率 /質(zhì)量比大,體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,密封問(wèn)題較大 結(jié)構(gòu)適當(dāng),執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化,易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率 /質(zhì)量比大,體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,密封問(wèn)題較小 伺服電動(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化,結(jié)構(gòu)性能好,噪聲低,電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置,除 DD電動(dòng)機(jī)外,難以直接驅(qū)動(dòng),結(jié)構(gòu)緊湊 ,無(wú)密封問(wèn)題 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 安全性 防爆性能較好,用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì),在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn) 防爆性能好,高于1000kPa(10 個(gè)大氣壓 )時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn),直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花,對(duì)環(huán)境的防爆性能較差 對(duì)環(huán)境的影響 液壓系統(tǒng)易漏油,對(duì)環(huán)境有污染 排氣時(shí)有噪聲 無(wú) 續(xù)表 21 三 種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照 在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動(dòng),電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人 適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人,如沖壓機(jī)器人本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)器人氣動(dòng)夾具 適用于中小負(fù)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(jī)器人,如 AC伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便,但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復(fù)雜 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn),通常對(duì)機(jī)器人 的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有: 1).驅(qū)動(dòng)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(dòng)慣量比要大,能夠進(jìn)行頻繁地起、制動(dòng),正、反轉(zhuǎn)切換; 3).驅(qū)動(dòng)盡可能靈活,位移偏差和速度偏差要??; 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 4).安全可靠; 5).操作和維護(hù)方便; 6).對(duì)環(huán)境無(wú)污染,噪聲要??; 7).經(jīng)濟(jì)上合理,尤其要盡量減少占地面積。 經(jīng)上述分析此三自由度機(jī)器人 X,Y,Z 方向驅(qū)動(dòng)及機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 第 3 章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 搬運(yùn)機(jī)器人能夠模仿人手部 的部分動(dòng)作,按照設(shè)定的程序、軌跡和要求, 代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè),實(shí)現(xiàn)一些人工不可能完成的工作,
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