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)

　

【文章內(nèi)容簡介】 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)汽車公司與德國 KUKA 公司合作、濟(jì)南二機(jī)床公司與美國 ISI 機(jī)器人公司合作等等。這些合資合作的開展，將會(huì)有效地推動(dòng)中國機(jī)器人工業(yè)的進(jìn)步，全面促進(jìn)中國機(jī)器人工業(yè)水平的提高，但是它也會(huì)和其他外國機(jī)器人公司一樣，沖擊中國機(jī)器人市場，影響具有自主開發(fā)能力的中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的形成，也會(huì)使國內(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)開發(fā)過渡到成套開發(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，占據(jù)較大的市場份額，形成規(guī)模效益，而一些中小公司要想在激烈的市場競爭中求得生存，必須具有自己的特色。國外許多中小公司把自己的市場定位在機(jī)器人系統(tǒng)集成或某些有特長領(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優(yōu)勢，在市場中求得生存和發(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，賣單臺(tái)機(jī)器人贏利甚微，而賣機(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)線見長，在這里，機(jī)器人系統(tǒng)是促銷售的關(guān)鍵。我國國內(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，而國內(nèi)一般企業(yè)又沒有能力將機(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)器人市場中將有較強(qiáng)的競爭力。國內(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)線見長，累計(jì)產(chǎn)值近 2021 萬元，中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所承接焊接生產(chǎn)線，累計(jì)產(chǎn)值近 5000 萬元，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)值超千萬元。 3．機(jī)器人開發(fā)走開放型科研之路 國內(nèi)通過 “ 七五 ” 機(jī)器人技術(shù)攻關(guān)，已具備了生產(chǎn)國產(chǎn)機(jī)器人的基礎(chǔ)，但國產(chǎn)機(jī)器人無論在技術(shù)上 ，還是可靠性上，都與國外機(jī)器人差相當(dāng)一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開放型的自主科研道路。 1）多方籌措開發(fā)資金，通過政府部門投資、用戶單位投資、自我積累、外商投資、銀行貸款等形式，籌措國產(chǎn)機(jī)器人的開發(fā)資金。 2）消化和利用國外機(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)國外質(zhì)量可靠的機(jī)器人零部件和元器件。 4）大力開展國內(nèi)合作，利用國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢，開發(fā)具有中國技術(shù)特色的國產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)品。 5）注意機(jī)器人產(chǎn)品的高可靠性，使國產(chǎn)機(jī)器人的可靠性與國外機(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、 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(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，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見表 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 ，無密封問題 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 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小； 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，