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是提高可靠性的前提。(4)实用性:所设计的机器人采用经济、简单的设计技术,降低了对加工工艺的要求,降低了加工成本,缩短了开发周期,实现了产品的维护和批量生产。:..加工中心原料库成品库加工中心特点要求:机器人从板材中取出原料,送到数控机床的加工位置。卡盘自动夹紧后,按既定的加工程序加工原材料。加工完成后,机器人将工件传送到完成的托盘上。结构设计方法基于以上四个原则,采用模块化设计理论对机器人整体结构进行了设计,将机器人分为基座、大臂、手臂和末端执行器五个区域。采用计算机辅助有限元方法,缩短了零件的开发周期。实验分析了计算机无法解决的复杂情况。机器人可分为五个区域。(1)模块化设计:模块化设计是机器人研究和开发的常用方法之一。模块化的基本思想是把一般复杂问题看成一般模块,把一般问题分解成若干小问题,即子模块。每个子模块都有自己的功能。揩这些单独的子模块组合起来完成。模块设计用于细分设计目标。同时,模块化组件采用通用标准组件,方便系统调整和维护,降低制造和设计成本。(2)实验设计:在设计过程中,一些复杂的情况很难通过仿真分析得到,所以只能用实验方法进行设计。机器人设计是一个复杂的过程,在实际操作过程中可:..真分析结果与实际情况有一定偏差。在具体实施之前,可以通过实验验证方法观察实验结果,验证设计的可靠性和安全性。整体结构结构设计结构类型的选择机器人的类型和类型是多种多样的。根据机器人的坐标系,主要分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、极坐标机器人、多关节坐标机器人和平面关节坐标机器人。表2-2给出了五个机器人的简化示意图及其优缺点。通过比较这些机器人的优缺点,根据本文的设计目的,设计了一种五关节装卸机器人。表机器人结构类型的优劣机器人的结构类型优点缺点直角坐标型机器人(1)他在x、y、Z轴上的运动是独立(1)结构庞大,动作范围小灵活性---------------1I-''-Z的,所以计算比较方便。差,(2)位置精度高,控制简单、无耦合,(2)滑动的部件表面比较难密封,避障性好。容易造成破坏污染。J∈圆柱坐标型机器人(1)位置精度仅次于直角坐标型机器(1)手臂可以到达的空间受到限___________I---------1----------------L入,控制简单,避障性能好。制,不能到达地面或立柱的运动空间。(2)能够伸入型腔式机器内部进行作(2)直线驱动部分表面难以密业。封,容易造成污染。1:..占地面积小,位置精度尚可,结(1)坐标复杂,控制和计算比较—构紧凑,能与其他机器人协调工作,重量困难。较轻。(2)直线驱动装置存在密封及工(2)中心架附近工作范围大,覆盖较作死区的问题。大的工作空间,两个驱动装置容易密封。多关节理+标型机器人结构紧凑,工作空间比较灵活,占(1)存在耦合,(1)U地面积最小,覆盖较大的工作空间,避障性动运算量大。好。(2)工作范围较为复杂(3Y548(2)关节驱动容易密封和防尘,可以适应复杂的工作环境。本文的研究目的是利用多关节机器人的功能要求,针对数控加工中心自动装卸机器人的开发,主要对结构简单、操作机器人主要进行了研究。对多关节机器人和串联多关节机器人的平行四边形结构进行了比较研究,以确定机器人的具体结构。方案一:平行四边形结构多关节机器人将并联四边形结构的多关节机器人分为双平行四边形和单平行四边形。图所示为五关节的双关节四边形关节机器人。由于两个平行四边形的边是恒定的,所以可以确定端部边缘与固定端平行,并且可以确定固定端部与地面平行,因此末端执行器始终平行,在地面上便于放置和抓取纸张,但这种形式相当于限制了机器人的自由。机器人的位置有一定的要求。然而,由于机器人的高稳定性,它经常被用于托盘和物料的运输。:..3双平行四边形结构方案二:串联多关节结构机器人图所示为一系列多关节机器人,广泛应用于自动生产线的焊接和搬运。4、5轴和6轴驱动电机分别驱动4轴、5轴和6轴驱动机构,使机器人分别产生4轴旋转和5、6轴俯仰运动。轴1是身体旋转,轴2和轴3分别驱动主臂和前臂。:..串联多关节型结构机器人第一种方案虽然可以满足物料搬运的要求,但一个关节的运动是有限的,可以完成固定平面物料的输送。本文的目的是在数控加工中心设计一种能自动上下料的机器人,使其对物料的抓取、装卸要求很高,不能满足机器人的设计要求。第二种方法可以满足物料搬运的要求,满足目前的设计要求。:..条件下的性能,包括机械性能和物理化学性能。工艺性能是指金属材料对各种冷热加工工艺的适用性,包括锻造和焊接。热处理和切削优越的性能和优越的工艺性能是选材的基本出发点。机器人手臂材料选择从力学角度来说,机械手臂材料首先应该是结构材料。无论是那一种机器人手臂,都应该优先选用强度较大的材料。如果机械臂材料的强度不够,手臂在承受载荷时就容易产生断裂或者变形。机器人的机械手臂需要不断重复性地完成设计好的各种动作。作为运动材料,还必须要有良好的受控性,所以他必须是轻型材料。机器人的机械手臂如果太重的话惯量就会随之增大,并直接影响到负载,降低机械手臂的自重能有效降低惯量,提升操作速度。适用于机器人手臂的材料包括铝镁合金和碳纤维两种材料。铝和镁合金是与铁具有相同强度和强度的合金,在镁合金中添加了镁合金。碳纤维是由碳元素制成的一种特殊纤维。它的重量不到钢的但强度是钢的7-9倍。它们都能满足机器人手臂的设计要求,但都是铝纤维的两到三倍。考虑到经济性,机器人手臂采用铝镁合金。机器人底座材料选择机器人的底座作为承载机器人的基座,是机器人的基础。所选择的材料必须要有较大的承载能力、强度高、耐疲劳、抗震性强的功能。根据设计要求该机器人底座采用HT250材料,该材料价格便宜,广泛应用于工业当中。:..由于机器人的底座主要承担了机器人的所有重量,所以机器人的底座设计主要考虑机器人的节省材料、承重、散热、合理装配等设计出此结构,此座是固定式底座,通过底座四个角上的螺丝孔固定于机器人工作台上。底座结构如图所示。图25机器人底座结构244驱动臂座的设计驱动臂座是连接在大臂和底座之间的部件,主要用来支撑机器人和传递运动的作用。如图2-6所:..,主要用来支撑机器人和传递运动的作用,主要包括驱动电机、减速器、轴承等等部件。为减小质量,提升稳定性,采用空心设计方式,选择刚度高的材料。如图图2-8所示。图2-7手臂结构图2-8手臂结构246机器人的腕部结构设计手腕是连接手臂部分和末端执行器的一部分。其功能是实现手臂部分空间操作中末端执行器的三个位置坐标,通过手腕实现末端执行器在空间操作中的三个坐标坐标,实现三个自由度。腕部采用正交RBR结构,腕部结构如图所示。2-9o:..9腕部结构:..机器人的末端执行器指向连接到机器人边缘的任何工具,并具有一定的功能。一般情况下,有必要将吸气式和机械夹紧式分为两种,并要满足操作的重复精度。为了减轻手臂的负载,末端执行器的结构必须简单、紧凑、轻便。气吸式气吸式机器人的末端执行器利用吸盘内产生的负压产生的吸力吸住并移动工件。吸盘由软橡胶或塑料杯组成,由负压形成,以吸收工作。这种机器人未端执行器适用于吸收大而薄的金属或木板、纸张、玻璃和弧形外壳。根据不同的应用场合,末端执行器可以是单吸盘、双吸盘、多吸盘或异形吸盘。机械夹持式夹持器的指缘通过指端安装片连接到直杆上。当压力进入两个活塞腔时,两个活塞向中心移动,工件被夹紧。为了保证两个活塞的同步运动,分流器阀安装在气缸的迸气通道中。这种类型的末端执行器用于加载和卸载组件组件。根据本文设计的是数控加工中心自动上下料机器人,毛坯质量较重,而且多为圆柱状,气吸式不适合此工作环境,所以选用机械夹持式如图所示。图210机械夹持式手抓:..3仅动系统设计驱动方式的选择机器人最常用的驱动方式主要有气压驱动、液压驱动和电动驱动,其中气压式和电动式都可以获得较大的转矩或推力吗,但是很难达到精确的位置控制。而一般电动机的驱动方式有两种:异步、直流电动机具有较大的输出力,但是控制性能较差,惯性大,不易于精准定位,该驱动方式是适用于中型或者重型机器人。步进、伺服电动机拥有较好控制性能,能够在机器人的转角和速率上完成精准的控制,但是输出力矩较小,适用于中小型机器人。伺服主要是脉冲。可以说,伺服电机在接收到脉冲时通过旋转对应于脉冲的角度来实现位移。由于伺服电机具有发送脉冲的功能,所以伺服电机的每个旋转角度都发送相应数量的脉冲,并且由伺服电机接收到的脉冲执行呼叫。这样,系统就可以知道有多少脉冲被发送到伺服电机,以及有多少脉冲同时被接收,并且可以精确控制电机的旋转以实现精确定位。根据本文设计的是数控加工中心自动上下料机器人用于物料的搬运,一般加工中心加工的物料质量较轻,根据要求综合考虑本文设计的机器人采用电动驱动中的伺服电动机驱动。。它用来降低转速和增加扭矩,以满足工作需要。在某些情况下,加速也用于加速。现代机器被广泛使用。还原剂是一种比较精密的机械,它有多种、不同型号、不同类型的不同用途和特点。减速器、行星齿轮减速器、蜗轮减速器按减速器的档位设置不同的减速器,行星齿轮减速器、圆柱减速器、齿轮式减速器按传动级设置。按传动布置减速器分为伸缩式、分体式和同轴式。根据设计要求,机器人在正常工作时需要平稳的运动并且会在输出时候产:..但是一般电机所能承受的转矩是比较小的,但是它的转速快,因此在机器人的传动性能上,需要和减速器配合使用,对于目前市场上最常用的减速器型号就是行星减速器和谐波减速器,其主要具有减速比大,结构比较简单,精度高,刚度高,小尺寸等特点。定制的型减速器性能与谐波减速器一样,CTS型减速器的功能性能和SPINEA型减速器一致,具有以上特点,满足工业机器人设计要求,每个关节轴我们采用的是减速比分别是:底座与大臂的减速器减速比是60:1,大臂与小臂的减速器减速比是45:1,小臂与腕部的减速器减速比是43:1,腕部和手腕所用的减速器减速比是36:1,各关节轴的减速器型号见下表2-11;表2-11各关节轴部位对应的定制减速器型号各关节轴部位减速器型号。轴(底座)CTS140H060C1轴(大臂)CBR032G045CJ2轴(小臂)CBR025CSF043AJ3轴(腕臂)CBR017G036AJ4轴(腕部)CBR014G036AJ5轴(手腕)CBR014G036EL电机选型对于机器人电机的选择也是本次毕业毕业设计的主要内容,选择的电机不仅要满足设计要求,而且要使得机器人运动性能达到最大化,使得机器人的工作比较平稳,而对于伺服电机的选择就是需要做的就是确定好电机的型号就是需要求出伺服电机的静载荷的转矩,确定好型号然后就是要计算电机的功率。计算出来的条件就是要确定电机的输出功率要小于或者等于所预选的电机的额定功率,或者保证电机的输出转矩小于或者等于电机的额定转矩。:..个主要部件绕各自重心轴的转动惯量分别为JGI、JG2、JG3、JG4、JG5、JG6o根据平行轴定理,可得绕第一轴转动惯量为:Ji=Jo+mILi2+JG2+m2L22+JG3÷m3L32+JG4+m4L42+JG5+m5L52+JG6÷m6L62(2-D其中mi、m2、m3、m,m>m6分别是机器人的六个部件的质量,Lg45L2、L3、L4、L5、L6分别为各个部件重心到第一关节处的距离,由于JG<<mL2JG2<Km2L2?JG3<<m3L3?JG4m4L42^JG5<<m5L52^JG6?2,故将JGI、JG2、JG3、JG4、JG5、JG6忽略不计,所以以底座设计要求为例,机器人的腰部、大臂、小臂和手腕和末端执行器各自的重量为14kg、7kg、12kg、4kg,对应的每个关节重心到第一关节的距离由建立的模型得出分别为80mm、120mm、700mm、800mm,为旋转轴的等效转动惯量:Jl=m1L12+m2L22+m3L32+m4L42=14kgX()2+7kg×()2+12kg×()2+4kg×()2=?m2根据设计要求,机器人基座从3。=0加速到3尸180。,所需时间为t=,所以机器人的启动扭矩:πTl=JIX0==?m根据基座的启动转矩已经速度特性,以及摩擦因数,设安全系数为2,从而得到输出的最小扭矩为200N?m,考虑到传动效率,对于基座的减速器选用:..的,从而得到电机的输出扭矩为:200=?m(2-1)60x95%通过计算从伺服电机选型手册选择的伺服电机型号是SM110-060-30LFB,其额定功率为1600W,额定输出转矩额定转速是3000r∕min,完全符合我们的设计要求。其他轴的电机和减速器可以采用同样的方法求解。也推出了该机器人减速器的选择也是比较合理的,从而得出了每个轴电机型号和对应驱动器型号如表2-12;表2-12各关节轴部位对应的电机和驱动器型号关节轴部位电机型号对应驱动器型号0轴(基座)SM110-060-30LFBSA3L10B1轴(大部)SM110-060-20LFBSA3L06B2轴(小臂)SM110-050-30LFBSA3L06B3轴(腕臂)SM110-040-30LFBSA3L04C4轴(腕部)SM110-040-30LFBSA3L04C5轴(手腕)SM110-040-,一般有齿轮传动、链条传动、涡轮传动、同步带传动等。齿轮传动具有响应特性高、传动转矩大、刚度好、能迸行正反转运动,但两轴间距离小,不适合长距离使用。涡轮传动可实现减速比小、空间小、误差率低、刚性强、扭矩大。然而,它也存在轴间交错轴、传动效率低、两轴间轴:..关系。同步带传动扭矩小,无间隙,轴距大。根据设计要求,本文设计的机器人1轴传动部件是机器人本体的旋转,需要较大的承载力和传动比,所以选用蜗轮蜗杆传动。