關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人總體方案分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u17748關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人總體方案分析案例 1179621.1設(shè)計要求及參數(shù) 1266791.2方案要求 115511.3搬運(yùn)機(jī)器人的主要組成部分 229401.4確定基本參數(shù) 3239391.4.1機(jī)構(gòu)選型 37581.4.2自由度確定 3145221.4.3驅(qū)動方式的選擇 4314961.4.4控制系統(tǒng)的選擇 4183021.4.5傳感器的選擇 4116211.4.6關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人的總體設(shè)計 4188251.4.7機(jī)器人部分技術(shù)參數(shù) 6154931.4.8工作空間分析及計算 7149831.5總體結(jié)構(gòu)圖 71.1設(shè)計要求及參數(shù)本次論文設(shè)計要求有以下幾點(diǎn)：機(jī)身能360轉(zhuǎn)動，能搬運(yùn)起5千克的工件，手臂最大能伸長1300mm，并且整體不能移動，固定裝在地面。1.2方案要求生產(chǎn)車間中機(jī)器人主要是應(yīng)用于裝配工作中，通過機(jī)器人將生產(chǎn)出的物品搬運(yùn)至運(yùn)輸工具上。這種情況對機(jī)器人的要求較為嚴(yán)格，需要其工作時行動較為敏捷，其機(jī)器手臂可以大范圍進(jìn)行工作，所附帶的工具形式多樣化，并且其內(nèi)部空隙較小且重量較為輕巧。通過電動機(jī)作為其工作的能源，假定其產(chǎn)品部件的重量為5千克，體積為27000cm3，若其機(jī)器手臂的張合最小值為五毫米，最大值為100毫米。并且裝配線與裝配線之間相隔100cm，其機(jī)器手臂最長可以達(dá)到130cm；可以360度轉(zhuǎn)動；其需要與地相連。工作方式如圖2-2所示：圖1.1搬運(yùn)機(jī)器人布置方式1.3搬運(yùn)機(jī)器人的主要組成部分搬運(yùn)機(jī)器人是近幾十年自動化方向出現(xiàn)的一種新技術(shù)，搬運(yùn)機(jī)器人涉及到了機(jī)械學(xué)、自動化學(xué)、計算機(jī)學(xué)、數(shù)學(xué)、電氣學(xué)等學(xué)科技術(shù)。已經(jīng)是制造業(yè)當(dāng)中不可或缺的組成部分了。其中優(yōu)點(diǎn)是通過編程完成各項任務(wù)。圖1.2機(jī)器人結(jié)構(gòu)1.4確定基本參數(shù)1.4.1機(jī)構(gòu)選型由設(shè)計任務(wù)可知，為了機(jī)構(gòu)能夠在空間中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動，需要提供6個自由度。搬運(yùn)機(jī)器人主要有四種結(jié)構(gòu)如下：關(guān)節(jié)型又可以叫做回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型。優(yōu)點(diǎn)是，和其他類型的的機(jī)器人比較，關(guān)節(jié)型所占空間最小，而且工作范圍最大，通用性強(qiáng)。球坐標(biāo)型又可以叫做極坐標(biāo)型，優(yōu)點(diǎn)是跟圓柱坐標(biāo)型比較，球坐標(biāo)型工作范圍大而且還具有俯仰功能，可以把手臂伸到地面，可以完成地面抓取工作。柱面坐標(biāo)系由三個自由度、一個轉(zhuǎn)動和兩個運(yùn)動組成，其優(yōu)點(diǎn)是與直角坐標(biāo)系相比，柱面坐標(biāo)系具有運(yùn)動直觀性強(qiáng)、占用空間小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動范圍廣等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是受到升降機(jī)限制區(qū)，不能提升較低的工件。目前應(yīng)用較為普遍的為關(guān)節(jié)型機(jī)器人，由于其可以進(jìn)行的工作范圍較為廣泛，并且具有以下四種優(yōu)勢：（1）其對于地面的占用程度小，并且其工作的范圍極高。（2）其具有極高的靈活程度，相對其他四種機(jī)器人而言，其操作更為廣泛，并且在多種領(lǐng)域都可以應(yīng)用。（3）其在關(guān)節(jié)不進(jìn)行變化的狀態(tài)下不需要導(dǎo)軌。旋轉(zhuǎn)接頭密封性高。其軸承生產(chǎn)較為規(guī)范，在工作中不會產(chǎn)生較大的摩擦，慣性相對較低所以使其具有良好的穩(wěn)定程度。根據(jù)上述條件，本次設(shè)計選用關(guān)節(jié)型機(jī)器人。1.4.2自由度確定要求手臂可以完成任何工作位置的任務(wù),較為普遍的運(yùn)用三自由的機(jī)器手臂。其手機(jī)與尾部的執(zhí)行元件通過手腕進(jìn)行連接，其可以對其活動產(chǎn)生決定性作用。其按自由度可分為：1.單自由度腕關(guān)節(jié)；1.三自由度腕關(guān)節(jié)，也是目前應(yīng)用較為普及的；3.有三個手腕關(guān)節(jié)，有兩個自由度，因為機(jī)器人需要很多動作，而且非常靈活，所以選擇了一個三自由度的手腕。4.其中進(jìn)行上下左右操作主要通過其B關(guān)節(jié)。由于關(guān)節(jié)的軸線與對其前后進(jìn)行聯(lián)系的軸線為垂直關(guān)系，所以其有較小的旋轉(zhuǎn)程度；其進(jìn)行回轉(zhuǎn)操作主要通過其R關(guān)節(jié)，其手臂與手腕平行，其旋轉(zhuǎn)程度較高，基本大于360°。若想使其結(jié)構(gòu)的尺寸擴(kuò)大可以通過增加兩個較為彎曲的構(gòu)件，這種結(jié)構(gòu)通常為BBR，其結(jié)構(gòu)與BRR與RBR相比空隙較大。在機(jī)器人方面其操作空間越為自由則其靈活程度也相對越高，但是隨著自由程度的增加，其設(shè)計方面也逐漸雜亂。與實(shí)際工作相結(jié)合，本設(shè)計選擇使用六自由度的機(jī)器手臂，其旋轉(zhuǎn)功能主要為：腰部進(jìn)行回轉(zhuǎn)操作；大臂進(jìn)行上下操作；小臂進(jìn)行上下操作；手腕進(jìn)行回轉(zhuǎn)操作；手腕上下操作；手腕左右操作等六種自由情況。1.4.3驅(qū)動方式的選擇關(guān)節(jié)搬運(yùn)機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)包括液壓驅(qū)動和氣動驅(qū)動，電動驅(qū)動。驅(qū)動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是兩種常見的機(jī)構(gòu)。適應(yīng)的工作場合也不同。1.步進(jìn)電機(jī)：容易操作，價格便宜，可以直接進(jìn)行控制。運(yùn)動精度不準(zhǔn)確。1.直流伺服電機(jī)：價格便宜，維修簡單，調(diào)速能力強(qiáng)，功率大馬力足。3.交流伺服電機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單方便操作，價格稍微貴。根據(jù)上述優(yōu)缺點(diǎn)，本次論文采用直流伺服電機(jī)。1.4.4控制系統(tǒng)的選擇對于關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人這種要求精度較高的機(jī)器人，硬件部分主要是可編程控制器、觸摸屏、傳感器和伺服系統(tǒng)的選擇。軟件部分主要是用PLC進(jìn)行編程控制。1.4.5傳感器的選擇對于本次論文設(shè)計，傳感器主要作用是用來檢測手腕、手臂、腰部的轉(zhuǎn)動角度，還有確定手爪對工件的抓取工作，所以要選擇的傳感器有觸覺，紅外線等傳感器。1.4.6關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人的總體設(shè)計圖中顯示的為三自由度手腕，其較少部分連接小臂位置，跟隨小臂的動作做出相應(yīng)的舉動，三自由度手腕通過水平轉(zhuǎn)動叫做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，三自由度手腕通過豎直方向轉(zhuǎn)動叫做上下擺動，三自由度手腕通過左右轉(zhuǎn)動叫做左右擺動。手腕進(jìn)行上下運(yùn)動時主要通過其中間的Z4、Z5錐齒輪，手爪進(jìn)行動作時依靠軸I做出相應(yīng)運(yùn)動。通過相對較遠(yuǎn)距離進(jìn)行傳功使其自由程度較高并且可以有效地降低手腕處重量，所以在小臂關(guān)節(jié)位置裝置電動機(jī)。圖1.3手腕部分結(jié)構(gòu)通過圖1.3可以了解機(jī)器手臂的小臂如何進(jìn)行傳功。小臂的俯仰運(yùn)動范圍從±130到90,從而調(diào)整手腕的空間位置。即大手臂的關(guān)節(jié)處，通過大臂底部的通孔，使用兩根連桿與小手臂底部進(jìn)行連接。連桿進(jìn)行相關(guān)操作的時候可以控制小臂進(jìn)行上下運(yùn)動。圖1.4大臂傳動機(jī)構(gòu)圖1.4為大臂的結(jié)構(gòu)圖，通過手腕所處位置可以讓大臂和小臂進(jìn)行仰俯運(yùn)動，大臂與減速器主要通過底端的通孔進(jìn)行連接，其腰部主軸為具有通孔的軸體，經(jīng)并且通過力矩電機(jī)帶動腰部轉(zhuǎn)臺進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。圖1.5大臂部分結(jié)構(gòu)簡圖1.4.7機(jī)器人部分技術(shù)參數(shù)表1.1六軸機(jī)器人參數(shù)工藝描述六軸動作順序動作范圍最大速度驅(qū)動功率1軸（回轉(zhuǎn)）360°160°/s2軸（大臂俯仰）130°160°/s3軸（小臂俯仰）220°220°/s4軸（手腕回轉(zhuǎn)）360°500°/s5軸（手腕俯仰）220°330°/s6軸（手腕偏轉(zhuǎn)）220°330°/s在不同自動裝配線之間尾部的中心位置放置機(jī)器人，使其可以同步運(yùn)輸這兩條線的物品，綜上所述，機(jī)器人的靈活程度起著至關(guān)重要的作用。通過對機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計，并且使其六個關(guān)節(jié)具有極高的自由程度，六個關(guān)節(jié)包含腰部旋轉(zhuǎn)、手腕旋轉(zhuǎn)、左手臂節(jié)距、右手臂節(jié)距、腕關(guān)節(jié)節(jié)距和腕關(guān)節(jié)擺動。此種驅(qū)動方式具有的優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單、方便控制、方便維護(hù)、無污染等,是現(xiàn)代機(jī)器人最廣泛使用的驅(qū)動方式。1.4.8工作空間分析及計算1.4.8.1工作空間通過實(shí)際的工作環(huán)境來對機(jī)器人的參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，機(jī)器人手臂所處位置可以達(dá)到的那些位置即是其實(shí)際的工作區(qū)域。參考點(diǎn)通常位于手腕中間點(diǎn)或手部中間位置，其實(shí)際工作的區(qū)域根據(jù)參考點(diǎn)發(fā)生相應(yīng)的變化。機(jī)器人的實(shí)際工作區(qū)域?qū)ζ溆绊戄^大，最極為關(guān)鍵的問題。若對機(jī)器人的參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)之后，來選擇適合其實(shí)際工作的空間，使其可