某六自由度的打磨機械臂整體方案設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24246某六自由度的打磨機械臂整體方案設計案例 130999第一章緒論 124929第二章機械臂設計方案 2第一章緒論從2013年起，我國持續(xù)多年是需求量最多的工業(yè)機器人市場，據(jù)統(tǒng)計，2015年我國工業(yè)機器人市場銷售數(shù)量為6萬多臺，國內(nèi)品牌機器人占據(jù)了2萬多臺。目前，實力較強的工業(yè)機器人公司主要為德國，日本，美國，瑞士等國家，我國對工業(yè)機器人的研究主要為大學、研究所和各大企業(yè)。工業(yè)機器人據(jù)綜合實力，全球排名前四的品牌為ABB（瑞士）、KUKA（德國）、FANUC（日本）、YASKAWA（日本），我國排名前四的品牌為埃斯頓、埃夫特、廣數(shù)、佛山華數(shù)。工業(yè)機器人通過產(chǎn)業(yè)鏈分為三部分。上游產(chǎn)業(yè)鏈是核心零部件制造，包括控制器、驅(qū)動器、傳感器、伺服電機、人機交互系統(tǒng)、精密減速器、機體、腕部、臂部、精密減速器、機器人軟件、腰體、系統(tǒng)軟件、執(zhí)行手和應用軟件，目前機器人上游產(chǎn)業(yè)鏈主要被國外公司占據(jù)。中游產(chǎn)業(yè)鏈有兩點，機械本體制造和系統(tǒng)集成，國內(nèi)不少企業(yè)已進駐機器人中游產(chǎn)業(yè)鏈。下游產(chǎn)業(yè)鏈是產(chǎn)業(yè)的應用，包括食品加工、金屬加工、電子元器件制造等等，在我國，汽車行業(yè)是應用工業(yè)機器人最多的行業(yè)，占據(jù)了百分之三十五，目前我國很多企業(yè)處于機器人下游產(chǎn)業(yè)鏈。本文設計課題為多自由度機器人的設計。本次設計首先對六自由度機械手進行了解，掌握了機械手得結構及工作原理。然后自主設計一種控制結構進行優(yōu)化得機械手，該機械手有六個自由度，包括底座回轉(zhuǎn)機構，大臂彎曲，小臂彎曲和小臂回轉(zhuǎn)和腕部擺動和腕部回轉(zhuǎn)。本設計對機械手得結構和驅(qū)動進行了設計計算，確定了機械臂的傳動方式，先進行了三維建模，最后繪制了圖紙并編纂了說明書。1.4設計技術指標基本功能：要求機器人手臂能到規(guī)定位置，并且可以打磨汽車車漆氣泡。關鍵技術指標：定位精度0.1mm，重復定位精度0.1mm。末端運行速度1m/s最大負載10kg。腰部旋轉(zhuǎn)角度：±120o（最大旋轉(zhuǎn)速度：60o/s）肩部俯仰角度：+170o~-60o（最大旋轉(zhuǎn)速度：136o/s）肘部俯仰角度：+82o~-66o（最大旋轉(zhuǎn)速度：137o/s）肘部旋轉(zhuǎn)角度：±150o（最大旋轉(zhuǎn)速度：150o/s）手腕俯仰角度：±122o（最大旋轉(zhuǎn)速度：163o/s）手腕旋轉(zhuǎn)角度：±300o(最大旋轉(zhuǎn)速度：300o/s）第二章機械臂設計方案本課題所設計方案是對打磨機械臂的結構設計，機器人要完成空間作業(yè)任務，必須具有六個自由度。機械臂的前三個關節(jié)腰部、肩部、肘部用來改變手腕的空間位置，后三個關節(jié)在手腕處軸線相交，用來改變?nèi)嵝源蚰ヮ^的姿態(tài)。根據(jù)機器人前三關節(jié)的類型的機器人的類型大致有五種：1.直角坐標式機器人，前三個關節(jié)都為移動副，分別沿著X軸、Y軸、Z軸移動，這種類型機器人運動學求解簡單，但是體積大，占地面積大，可活動的范圍小，不夠靈活。2.圓柱坐標式機器人，關節(jié)1為繞豎直軸的旋轉(zhuǎn)副，關節(jié)2為豎直移動副，關節(jié)3為水平移動副，通過這三個移動副來確定手腕的空間位置。3.球坐標式機器人，關節(jié)1為繞豎直軸的旋轉(zhuǎn)副，關節(jié)2為繞水平軸旋轉(zhuǎn)副，關節(jié)3為移動副。這類機器人占地面積小，工作空間較大，但關節(jié)3不易保護，容易被污染。4.關節(jié)式機器人，此類機器人包括底盤回轉(zhuǎn)，大臂俯仰，小臂擺動三個關節(jié)，達到對手腕的定位，工作空間大，機械動作靈活，關節(jié)易于保護。5.SCARA機器人，關節(jié)1和關節(jié)2是繞豎直方向軸的旋轉(zhuǎn)副，關節(jié)3是豎直方向的移動副。它比較適合同一平面的位置確定，垂直方向完成動作要求。圖2-1各類型機器人根據(jù)多方面考慮，選擇關節(jié)式機器人，該結構占地面積小，控制靈活，關節(jié)部位易于防塵適合打磨汽車氣泡的環(huán)境。機器人的手腕是用來調(diào)整位姿的重要結構。目前工業(yè)六自由度機器人主要是使用3自由度手腕，有BBR、BRR、RRR、RBR四種。上述結構中RBR結構優(yōu)點多,結構緊湊，易于調(diào)整的位姿。圖2-2三自由度手腕示意圖機械臂的后三個關節(jié)分為前驅(qū)結構和后驅(qū)結構，前驅(qū)結構就是三個電機分別裝于各個關節(jié)處，適用于負載不大的小型機器人。后驅(qū)結構是將三個電機都裝于肘關節(jié)，電機4通過減速機和齒輪帶動小臂外側中心軸進行回轉(zhuǎn)運動，電機5通過減速機和齒輪減速，帶動小臂中間的中心軸，以帶動手腕處的錐齒輪，完成手腕的俯仰，電機6通過減速機和齒輪帶動小臂最內(nèi)側的實心軸，再通過手腕處的兩對錐齒輪換向，一對齒輪減速，以完成手腕前端的回轉(zhuǎn)，三個中心軸之間通過軸承和套筒隔開，適用于中、大型機器人的結構，本文所設計的打磨機械臂采用后驅(qū)傳動結構。在汽車噴漆結束后，在汽車四個方位都有一個機械臂，對有氣泡的部位進行打磨。該打磨機械臂如下圖所示包括底座回轉(zhuǎn)機構，大臂彎曲，小臂彎曲和小臂回轉(zhuǎn)和腕部回轉(zhuǎn)、腕部擺動一共六個自由度。每個關節(jié)回轉(zhuǎn)機構均由電機驅(qū)動