搬運機器人——畢業(yè)設(shè)計論文-閱讀頁
2025-03-19 00:08本頁面
【正文】 ，對于這類小型的機器人，在原理不變的情況下，改變其結(jié)構(gòu)， 增強人機功能，將它固定在小型的移動裝置或直接與移動裝置結(jié)合成一體，就可以應(yīng)用到日常生活中，如生活中物體的搬運、人員的看護等。 本文主要研究內(nèi)容 本文研究了國內(nèi)外機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機械手的工作原理，熟悉了搬運機械手的運動機理。 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是搬運機器人的現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢等方面，并通過對現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中使用搬運機器人的主要工作種類的列舉，提出了未來搬運 機器人的幾種先進的發(fā)展模式和本文的主要研究內(nèi)容。首 先，從機構(gòu)學(xué)的角度來看，機器人的結(jié)構(gòu)是由一系列連桿通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（或移動關(guān)節(jié)）連接起來的開式運動鏈。末端執(zhí)行器的位置、速度、加速度和各個關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩之間的關(guān)系是動力學(xué)分析的主要內(nèi)容，在手臂開鏈結(jié)構(gòu)中，每個關(guān)節(jié)的運動受到其它關(guān)節(jié)運動的影響，作用在每個關(guān)節(jié)上的重力負(fù)載和慣性負(fù)載隨手臂位姿變化而變化，在高速情況下，還存在哥氏力和離心力的影響。 其次，由于開鏈機構(gòu)相當(dāng)于一系列懸臂桿件串聯(lián)在一起，機械誤差 和彈性變形的累積使機 器人的剛度和精度大受影響。 再次，機器人是典型的機電一體化產(chǎn)品，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須要 考慮到驅(qū)動、控制等方面的問題，這和一般的機械產(chǎn)品設(shè)計是不同的。 與機器人有關(guān)的概念 以下是本文中涉及到的一些與機器人技術(shù)有關(guān)的概念。相應(yīng)地，以轉(zhuǎn)動副相連的關(guān)節(jié)稱為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。在這些關(guān)節(jié)中，單獨驅(qū)動的關(guān)節(jié)稱為主動關(guān)節(jié)。 2 機器人的分類 機器人分類方法有多種。例如 ： 機器人在進行點焊時的軌跡控制。 (2) 按機器人的結(jié)構(gòu)分類 ： （ a） 直角坐標(biāo)型：該型機器人前三個關(guān)節(jié)為移動關(guān)節(jié)，運動方向垂 直，其控制方案與數(shù)控機床類似，各關(guān)節(jié)之間沒有耦合，不會產(chǎn)生奇異 狀態(tài)，剛性好、精度高。 （ b） 圓柱坐標(biāo)型：該型機器人前三個關(guān)節(jié)為兩個移動關(guān)節(jié)和一個轉(zhuǎn) 動關(guān)節(jié)，以 q, r, z為坐標(biāo)，位置函數(shù)為 P = f (q, r, z) ,其中， r 是手臂徑向長度， z 是垂直方向的位移， q 是手臂繞垂直軸的角位移。 （ c） 球坐標(biāo)型：具有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)。 （ d） 關(guān)節(jié)坐標(biāo)型：有垂直關(guān)節(jié)型和水平關(guān)節(jié)型（ SCARA 型）機器 人。 (3) 按驅(qū)動方式分類： 按驅(qū)動方式可分為： （ a）氣 壓驅(qū)動；（ b）液壓驅(qū)動；（ c）電氣驅(qū)動 。它 有 結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、使用方便、運動精度高、驅(qū)動效率高、不污染環(huán)境 等優(yōu)點。 方案設(shè)計 方案要求 如前所述，該機器人用于制造車間物流系統(tǒng)中工件的搬運、裝夾和 日常生活中的持物、看護等。要求動作靈活，工作范圍大，被夾持物應(yīng)具有多種姿態(tài)，自由度在 5~6 個，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 方案功能設(shè)計與分析 a 機器人自由度的分配和手臂手腕的構(gòu)形 手臂是執(zhí)行機構(gòu)中的主要運動部件，它用來支承腕關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行 器，并使它們能在空間運動。手臂的結(jié)構(gòu)形式 有多種，常用的構(gòu)形如圖 21。綜合考慮后確定該機器人具有六個自由度，其中手臂三個自由度。 圖 21 幾種多自由度機器人手臂構(gòu)形 手腕的構(gòu)形也有多種形式。 如圖 22 所示 B 表示彎曲結(jié)構(gòu)，指組成腕關(guān)節(jié)的相鄰運動構(gòu)件的軸線在工作過程 中相互間角度有變化。 BBR 結(jié)構(gòu)由于采用了兩個彎曲結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)尺寸增加了， BRR、 RBR 前者相比結(jié)構(gòu)緊湊。這里使用了六個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，綜合各種手臂和手腕構(gòu)形， 最后確定其結(jié)構(gòu)形式如圖 23。 b 方案描述 該機器人固定在自動引導(dǎo)車（ AGV）上。 機器人本體由機座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅(qū)動 裝置組成。 機器人采用電動機驅(qū)動。 為實現(xiàn)機器人靈活自由地移動，驅(qū)動系統(tǒng)使用了蓄電池供電 電動機可以選擇步進電機或直流伺服電機。確定這種機器人的 6個關(guān)節(jié)都采用步進電機驅(qū)動 開環(huán)控制。常用的減速器有行星減速器和諧 波減速器等。因此在大臂和小臂關(guān)節(jié)處使用了諧波減速器，減速比分別為1:100 和 1:50，使用的步進電機輸出扭矩分別為 N m 。這幾種機器人專用軸承具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，精度高、剛度大，承載能力強（可承受徑向力、軸向力、傾覆力矩）和安裝方便等優(yōu)點。在電機的布置上，考慮盡量將電機放置在相應(yīng)的操作臂的前端，這樣可以減小扭矩，同時也可以起到重力平衡的作用，但同時盡量避免過長的傳動鏈，以簡化結(jié)構(gòu)，減少誘導(dǎo)運動。底座部件固定在自動引 導(dǎo)車（ AGV）上，支持整個操作機，步進電機固定在底座上，一級同步帶傳動將運動傳遞到腰部回轉(zhuǎn)軸，同時起到減速作用。作用是支承大臂部件，并完成腰 部回轉(zhuǎn)運動。 (3) 大臂部件： 包括大臂和傳動部件。 (5) 手腕部件： 包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機械接口等 (6) 末端執(zhí)行器： 為抓取不同形狀、不同材質(zhì)的物體，末端執(zhí)行器設(shè)計得開合范圍比較大，為 0～ 100mm。 方案 1： 采用了左右旋螺桿，同一根螺桿一端為左旋螺紋，另一端為螺距相同的右旋螺紋，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，兩只螺母帶動左右兩個手指同時開合，燕尾導(dǎo)軌定向。方案 2 比方案 1 重量輕， 被夾持物到手腕的高度尺寸大，剛度略差。兩種手爪使用同樣的與手腕連接的機械接口。同時，就搬運機器人的組成（執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)）以及現(xiàn)實作業(yè)，給出了具體的手部、腕部、臂部和機座的結(jié)構(gòu)形式；并選擇液壓驅(qū)動作為本次設(shè)計的驅(qū)動機構(gòu)。
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