三自由度圓柱坐標型工業機器人設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 = = = 19559 N B、 選擇滾珠絲桿副的型號主要尺寸為： 按= 19559N，查《機電一體化設計基礎》表29，選用漢江機床廠C1型滾珠絲杠。 = 40 mm , =8 mm , =4 mm , d = 39mm，滾珠直徑d0= 滾道半徑 R= 偏心距 e==絲杠內徑 ≤27 mm , =24000 N , =1880 N 螺旋導程角 γ = arctan = arctan = 3186。38′ 螺桿不長，無需驗算穩定性。 C、剛度驗算 按最不利情況考慮，即在螺距(導程)內受軸向力引起的彈性變形與受轉矩引起彈性變形方向一致，此時變形量為最大，計算公式為： = + 式中 T1 = tan( γ+) = 1000tan(+) = 1321 Nmm 磨擦系數f = , 當量磨擦角 = ，剪切彈性模量 G= N/mm2所以：= + = μm 其中，危險截面= ，E = 每米螺桿長度上的螺矩的彈性變形 = = /m ()p = 15/m因為滾球絲桿精度要求為3級精度，由表158查得()p = 15/m所以其剛度滿足要求。D、計算效率 η= = = = 96% 諧波齒輪的選擇諧波齒輪的特點，與一般齒輪傳動相比，有如下特點：a、 傳動比大。一級諧波齒輪減速比可以在50～500之間，在只傳遞運動的裝置中可達1000。采用多級或復波式傳動時，傳動比可以更大。b、 這種傳動同時嚙合的齒數多，可達總齒數的30%～40%。故承載能力大。c、 運動誤差小，無沖擊，齒的磨損小，傳動精度高，傳動平穩。d、 效率高（減速傳動下，～），結構簡單，零件少，重量輕。在承載能力和傳動比相同的條件下，比一般齒輪減速器的體積和重量約減少1/2～1/3。e、 缺點是起動力矩大，柔輪易疲勞損壞，故柔輪的材料和熱處理條件要求高。傳動比小于35時不能采用諧波傳動。由于諧波減速傳動裝置明顯的優點，已廣泛用于機器人和其它機電一體化機械設備中。本設計中的諧波齒輪采用帶杯形柔輪的諧波傳動組合件。它是由三個基本構件構成的，帶凸緣的環形剛輪，杯形的柔輪和柔性軸承、橢圓盤構成的波發生器。 型號XB18010023/3機型號100，既柔輪的公稱內徑為80mm減速比100 三大件訂貨精度等級，最大空回小于3分（角）/最大傳動誤差小于3分（角） 聯軸器的選擇該機構利用錐環對之間的磨擦實現與轂之間的無間隙連接傳遞轉矩，且可任意調節兩面聯接件之間的角度位置。通過選擇所用錐環的對數，可傳遞不同大小的轉矩。圖212所示為采用錐環（錐環夾緊環）無鍵消隙聯軸器，可使動力傳遞沒有反向間隙。螺釘5通過壓圈3施加軸向力時，由于錐環之間的楔緊作用，內外環2分別產生徑向彈性變形，消除軸4與套筒1之間的配合間隙，并產生接觸壓力，通過磨擦傳遞轉矩，而且套筒1與軸4之間的角度位置可以任意調節。 這種聯軸器定心性好，承載能力高，傳遞功率大、轉速高、使用壽命長，具有過載保護能力，能在受振動和沖擊載荷等惡劣環境下連續工作，安裝、使用和維護方便，作用于系統中的載荷小、噪聲低。1——套筒，2——內外環，3——壓圈，4——軸，5——螺栓 圖 312 消隙聯軸器第四章 工業機器人的計算機控制系統概述 工業機器人控制系統的特點及對控制功能的基本要求 工業機器人具有多個自由度，每個自由度一般包括一個伺服機構，它們必須協調起來，組成一個多變量控制系統。這種多變量的控制系統，一般要用計算機來實現。因此，機器人控制系統也是一個計算機控制系統?？刂葡到y的功能是控制機器人操作機的運動和操作以滿足作業的要求。在作業中機器人的工作任務是要求操作機的末端執行器按點位或軌跡運動，并保持設定的姿態。在運動中或在規定的某點位執行作業規定的操作。對工業機器人的控制功能大致有如下的基本要求和特點。A、實現對位姿、速度、加速度等的控制功能 在機器人的各類作業中，運動和控制方式主要有兩種。 1）點位控制方式（PTP控制） 這種控制方式考慮到末端執行器在運動過程中只在某些規定的點上進行操作，因此只要求末端執行器在目標點處保證準確的位姿以滿足作業質量要求。而對達到目標點的運動軌跡（包括移動的路徑和運動的姿態）則不作任何規定，這種控制方式易于實現，但不易達到較高的定位精度，適用于上下料、搬運、點焊和在電路板上安插元件等只要求在目標點保持末端執行器準確的位姿的作業中。2）連續軌跡控制方式（CP控制） 這種控制方式要求末端執行器嚴格按規定的軌跡和速度在一定精度要求內運動，以完成作業要求，這種必須保證機器人各關節連續、同步地實現相應的運動。這種連續軌跡運動，可看成是若干密集軌跡曲線。若設定的點足夠密，就能用點位控制的方法實現所需精度的連續軌跡運動。B、存儲和示教功能 要使機器人具有完成預定作業的功能，須先將要完成的作業示教給機器人，這個操作過程稱為示教，將示教內容記錄下來，稱為存儲。使工業機器人按照存儲的示教內容進行動作，稱為再現。所以工業機器人的動作是通過示教—存儲—再現的過程實現的。C、對外部環境的檢測和感覺功能。 計算機控制系統的設計方案 控制系統采用二級計算機控制方式，選用IBMPC，80C51系列CPU。第一級機擔負管理，示教編程，控制再現，軌跡正逆運算，機器人語言的編輯和編譯，通過串行通訊方式傳送給二級機做位置給定。第二級機負責位置伺服控制軟件的計算，位置檢測等工作，根據插補算出的各關節位置增量做位置給定。 一級機與示教盒通訊采用串行RS232接口，既接收示教盒信息，完成示教動作，又向示教盒發送信息，顯示示教情況。還可以連接軟驅，CRT終端。 二級機接口電路將計算機輸出數字量轉換成相應的模擬量，驅動伺服控制系統，選用速度單元，伺服電機及光電編碼盤等伺服調速系統。41 機器人控制系統框圖 硬件電路的組成 圖31是采用MCS51系列單片機組成的控制系統硬件電路原理圖。電路的組成如下：i. 主從CPU都采用8031芯片；ii. 主從CPU各擴展程序存儲器27256一片，擴展數據存儲器62256一片；iii. 主CPU擴展可編程串行通信接口芯片8251A一片；可編程多功能接口芯片8155一片；電平轉換芯片MAX232一片；iv. 從CPU擴展可編程多功能接口芯片8155六片；D/A轉換器DAC0832六片；運算放大器μA741六片；PWM功率放大器六片；光電編碼器六片；v. 地址鎖存器、譯碼器各兩片；vi. 鍵盤電路，顯示電路；vii. 光電編碼電路，功率放大電路；viii. 報警電路，暫停、急停電路，復位電路； 第五章 工業機器人運行時應采取的安全措施 有些國家已經頒布了關于機器人的安全法規和相應的規程,國際標準化協會也有業機器人安全規范(ISO/TC184/SC2/WG3DP10218)。在工業機器人的生產廠家，有嚴格的管理規定和詳盡的技術保障體系。 在機器人應用工程中，要參照有關規程、規范以及工業機器人的說明資料，注意落實安全措施，杜絕發生機器人傷人或其它事故。 安全要求 工業機器人能代替人在危險有害的環境中作業。但又給人另一種危險，即機器人傷人事故。這是工業機器人安全管理的最為重要的一條原則。此外，除了通用的工業安全規程外，還要注意工業機器人的特殊性，采取相應可靠的對策。 對工業機器人應用工程的安全要求有如下幾條：a、 必須為工業機器人和周邊設備安裝安全護欄，以防止人靠近而造成傷害。工業機器人的動作范圍不能超越護欄。b、 在護欄出入口的門上必須設置插拔式電接點點開關，其插座有導線與控制系統的電路連接。只有拔下開關的插頭，才能打開對應的門。這時，工業機器人及周邊設備停止運轉，并且將工業機器人鎖定在示教模式。c、 在距操作者的地方設置緊急停止開關。按下此開關，工業機器人和有關的設備立即停止運轉。d、 在人機結合部設置傳感器。當操作者在此處上、下料或裝卡工作時，控制系統要有相應的安全對策。e、 在生產設備旁邊的顯著位置用大型指示燈箱表示生產系統的當前狀態。如運轉、調試、停止等。f、 設置工業機器人的作業的作業原點，并在生產系統的操作盤上設置相應的指示燈，使操作者容易判斷工業機器人本體的位置狀態。g、 示教作業時應降低工業機器人的運動速度，并且要另有一人專門監護，一但發現異常應立即停機。 實施方法在工業機器人應用工程中，不僅要注意對人員的危險性，而且還要考慮包括工業機器人在內的設備的安全性。為此生產廠家在工業機器人及控制系統的軟硬件方面應盡可能地增加有關功能，以確保安全。例如，用軟極限的功能可設定工業機器人操作機（本體）的實際動作小于標稱最大動作范圍。當控制點運動到軟極限位置時，工業機器人自動停止并報警，不會超越設定的區間。因此，可以將工業機器人本體的動作限制在實際作業的領域內。又如對于弧焊的應用，生產廠家可提供一種帶有碰撞傳感器的焊槍把持器及焊槍后，示教作業及再現運動時，一但焊槍撞上工件或其他物體時，工業機器人將立即停機。為了確保工業機器人應用工程中的安全，必須實施確保安全要求的具體措施。 鳴謝在這次畢業設計中，我有很多收獲，首先把我幾年來所學的知識做了一次系統的復習，更深一步了解了所學的知識，培養了我綜合運用所學知識，獨立分析問題和解決問題的能力，也使我學會怎樣更好的利用圖書館，網絡查找資料和運用資料，還使我學會如何與同學共同討論問題。這對我以后的工作有很大的幫助,今后我會在工作中不斷的學習,努力的提高自己的水平。經過本次設計，我切實體會到作為一個優秀的設計人員的艱難性。在設計過程中，我經常遇到各種各樣的問題，有的是知識方面的不足導致的，有的是設計經驗方面不足導致的。這些問題有時使得我束手無措，不過在指導老師幫助和自己的努力下，終于使得我順利完成了設計。雖然我的設計存在很多不足的地方，但在這兩個多月的時間里，我學到了很多有用的知識，也積累了一定的設計經驗，這些對于我即將要走向社會工作崗位，將起到很關鍵的作用。 在此衷心感謝學校、學院各位老師4年來給我的教育和培養，特別要感謝李作全老師在我的畢業設計期間給予的諸多指導。參考文獻[1] 吳宗澤,[M].北京:高等教育出版社,1999.[2]廖念釗,莫雨松,李碩根,[M].北京:中國計量出版社,2000.[3]陳錦昌,劉就女,[M].廣州:華南理工大學出版社,1999.[4]馮辛安,黃玉美,[M].北京:機械工業出版社,2004.[5][M].北京:機械工業出版社,1995.[6]濮良貴，[M].北京:高等教育出版社,1995.[7][M].北京:電子工業出版社,1995.[8] :應用與設計[M].北京:北京航空航天大學出版社,2000.[9]吳宗澤,[M].北京:高等教育出版社,2002.[10]鄭堤,[M].北京:機械工業出版社,1997.[11]張鐵,[M].廣州:華南理工大學出版社,2001.[12][M].北京:高等教育出版社,1997.[13]余達太,[M].北京:冶金工業出版社,2001.外文翻譯外文原文資料：RobotsFirst, I explain the background robots, robot technology development. It should be said it is a mon scientific and technological development of a prehensive results, for the socioeconomic development of a significant impact on a science and technology. It attributed the development of all countries in the Second World War to strengthen the economic input on strengthening the country39。s economic development. But they also demand the development of the productive forces the inevitable result of human development itself is the inevitable result then with the development of humanity, people constantly discuss the natural process, in understanding and reconstructing the natural process, people need to be able to liberate a slave. So this is the slave people to be able to replace the plex and engaged in heavy manual labor, People do not realize right up to the world39。s understanding and transformation of this technology as well as people in the developme