自動(dòng)充電機(jī)械臂設(shè)計(jì)方案案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u16860自動(dòng)充電機(jī)械臂設(shè)計(jì)方案案例概述 1320611.1方案的分析和比較 111481.2方案確定 257071.3電動(dòng)汽車自動(dòng)充電機(jī)械臂簡圖 3電動(dòng)車自動(dòng)充電機(jī)械臂的設(shè)計(jì)的主要工作是對機(jī)械臂進(jìn)行設(shè)計(jì)后進(jìn)行內(nèi)部的計(jì)算，并設(shè)計(jì)機(jī)械臂整體，包括末端、小臂、大臂、機(jī)身等，使用Solidworks2016進(jìn)行有限元分析，然后建模并出圖，使用AutoCAD2016進(jìn)行三視圖的修改。本章的主要工作是進(jìn)行方案的比較并確定最優(yōu)方案，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作打好基礎(chǔ)。1.1方案的分析和比較根據(jù)工業(yè)機(jī)械臂臂部的運(yùn)動(dòng)形式的不同，以及組合情況，通常情況的機(jī)械臂一般分為以下四大類：直角坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)式，球坐標(biāo)式，關(guān)節(jié)型式。不同類型的機(jī)械臂側(cè)重方面不同，導(dǎo)致其優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)格不相同：直角坐標(biāo)式直角坐標(biāo)類型的機(jī)械臂，臂部運(yùn)動(dòng)一般是XYZ軸三軸的直線運(yùn)動(dòng)，例如X軸負(fù)責(zé)伸縮，Y軸負(fù)責(zé)平移、Z軸負(fù)責(zé)升降。特點(diǎn)是定位精度十分高，而且構(gòu)成相對其他三種，較為簡單，適用于大多數(shù)高精度的場合，像高精度的CNC、三坐標(biāo)測量儀、高精度的充電場合。但是它的缺點(diǎn)同樣也很明顯，首先在于它運(yùn)動(dòng)靈活性很差，占地面積很大，隨著加工范圍的增加而大量增加占地。圓柱坐標(biāo)類型圓柱坐標(biāo)類型的機(jī)械臂，臂部運(yùn)動(dòng)通常由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)及一個(gè)旋轉(zhuǎn)組成。一般是Z軸有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是升降另一個(gè)是旋轉(zhuǎn)，而伸縮運(yùn)動(dòng)只有X軸一個(gè)。與直角坐標(biāo)類型相比較，占地面積首先是大大降低了，結(jié)構(gòu)也類似，相對簡單；因?yàn)橹挥幸粋€(gè)軸的回轉(zhuǎn)，定位精度也是相當(dāng)準(zhǔn)確，但這也帶來了最大的缺點(diǎn)，Z軸升降位置的高低收到了一定的限制，不能抓取太低位置的工件，也無法加工較高的。球坐標(biāo)類型球坐標(biāo)類型的機(jī)械臂，臂部運(yùn)動(dòng)是一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)加另外兩個(gè)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即伸縮方面的X軸，Y軸負(fù)責(zé)的是上下擺動(dòng)，Z軸則是負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)。這種類型的機(jī)械臂因?yàn)橛袃奢S的旋轉(zhuǎn)，其動(dòng)作變得相對靈活，而且是由一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)連接另一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，占地面積同時(shí)減小了很多，同時(shí)也讓其結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜起來。還有因?yàn)閅軸的上下擺動(dòng)，很可能造成誤差放大。關(guān)節(jié)類型關(guān)節(jié)類型的機(jī)械臂，關(guān)節(jié)處可以做幾個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，一般有大臂、小臂和立柱組成。臂部運(yùn)動(dòng)一般是仿照人類手臂運(yùn)動(dòng)制作的，肩關(guān)節(jié)對應(yīng)大臂和立柱的關(guān)節(jié)，肘關(guān)節(jié)則是大小臂的關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)型機(jī)械臂一般是三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成，大臂的上下擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)，小臂的上下擺動(dòng)。基于以上原因，其有點(diǎn)就是工作范圍是四類型里最大的，動(dòng)作也相對靈活，而且抓取范圍大，是四類型里最常用的類型，也比較適用于本文設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車自動(dòng)充電機(jī)械臂。但因?yàn)槭顷P(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)來定位手部，所以定位精度較差、控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)方面來講，則是最復(fù)雜的。各類型機(jī)械臂如圖1.1所示：(a)直角坐標(biāo)型(b)圓柱坐標(biāo)型(c)球坐標(biāo)型(d)關(guān)節(jié)型圖1.1四種電動(dòng)汽車自動(dòng)充電機(jī)械臂坐標(biāo)形式綜合上述四類型機(jī)械臂的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)用性，選擇關(guān)節(jié)型機(jī)械臂。1.2方案確定負(fù)載確定關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的底座負(fù)責(zé)承受機(jī)器人的整機(jī)重量，同時(shí)也要承受工作負(fù)荷，本課題的設(shè)定的機(jī)械臂總重量為35kg，屬于低負(fù)載型機(jī)械臂。執(zhí)行系統(tǒng)確定機(jī)械臂類比于人類的手，它按照控制器給與的操作指令來完成指令所要求的對應(yīng)動(dòng)作，本執(zhí)行系統(tǒng)包括末端、小臂、大臂、底座，以下對執(zhí)行系統(tǒng)各模塊進(jìn)行一一說明：末端：安裝在手臂的前端，是自動(dòng)充電機(jī)械臂的充電頭。大臂和小臂：一般有無關(guān)節(jié)臂和有關(guān)節(jié)臂兩類，本文采用無關(guān)節(jié)臂。底座：底座主要負(fù)責(zé)承擔(dān)支撐與整個(gè)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，是整個(gè)設(shè)備的機(jī)身。驅(qū)動(dòng)類型的確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)設(shè)備，一般有以下方式：電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)又分為步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，結(jié)合任務(wù)規(guī)劃書以及設(shè)計(jì)的要求，選取了步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)方式，原因如下：控制簡單，成本較低。步距值不受各種外界干擾因素的影響，比如電流的波形、數(shù)值、溫度的變化，電壓的大小等?？刂菩阅芎?，在一定頻率范圍內(nèi)運(yùn)行的時(shí)候任何運(yùn)動(dòng)方式都不會(huì)丟失一步。選擇傳動(dòng)系統(tǒng)常規(guī)機(jī)械臂傳動(dòng)方式有很多種，例如：帶&鏈傳動(dòng)，齒輪齒條嚙合傳動(dòng)、聯(lián)軸器傳動(dòng)等。根據(jù)電動(dòng)汽車自動(dòng)充電機(jī)械臂工作所在環(huán)境、工作負(fù)載等，本課題選擇聯(lián)軸器傳動(dòng)。聯(lián)軸器傳動(dòng)具有良好的緩解振動(dòng)和吸收沖擊能力、工作可靠、可以滿足不同需求、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。1.3電動(dòng)汽車自動(dòng)充電機(jī)械臂簡圖根據(jù)初步規(guī)劃的方案，結(jié)合任務(wù)書的要求，本