三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人設計

1、2021/8/1412021/8/142設計要求：綜合運用所學知識,搜集有關資料獨立完成三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人操作機和驅(qū)動單元的設計工作。原始數(shù)據(jù)：自動線上有，兩條輸送帶之間距離為1.5m，需設計工業(yè)器人將一零件從A帶送到B帶。零件尺寸：內(nèi)孔 100，壁厚 10，高 100。零件材料：45鋼。2021/8/143 零件實體圖2021/8/1442021/8/145總體方案： 在工業(yè)機器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實現(xiàn)的技術基礎是精巧的機械結(jié)構(gòu)設計和良好的伺服控制驅(qū)動。本次設計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標型工業(yè)機器人，利用步進電機驅(qū)動和諧波

2、齒輪傳動來實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)運動；利用另一臺步進電機驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實現(xiàn)上下運動；考慮到本設計中的機器人工作范圍不大，故利用液壓缸驅(qū)動實現(xiàn)手臂的伸縮運動；末端夾持器則采用內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動夾緊。 2021/8/146 三維動畫演示2021/8/147末端執(zhí)行機構(gòu)設計： 采用內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動夾緊，它的結(jié)構(gòu)形式如圖。內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器采用四連桿機構(gòu)傳遞撐緊力，即當液壓缸1工作時，推動推桿2向下運動，使兩鉗爪3向外撐開，從而帶動彈性爪4夾緊工件。該種夾持器多用于內(nèi)孔薄壁零件的夾持。2021/8/1482021/8/14

3、9彈性爪 的結(jié)構(gòu)設計: 這種結(jié)構(gòu)是在手爪外側(cè)用螺釘固定彈性片兩端。當彈性手工作時，由于夾緊過程具有彈性，就可以避免易損零件被抓傷，變形和破損。2021/8/1410手臂機構(gòu)的設計 : 本設計中手臂由滾珠絲杠驅(qū)動實現(xiàn)上下運動，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，還設計有兩根導柱導向，以防止手臂在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)動，確保手臂隨機座一起轉(zhuǎn)動。它的結(jié)構(gòu)如下圖。選用軸向腳架型液壓缸，活塞桿末端為外螺紋結(jié)構(gòu)，手臂與末端執(zhí)行器連同活塞桿一起轉(zhuǎn)動。2021/8/14112021/8/1412 腰部和基座設計 : 通過安裝在支座上的步進電機和諧波齒輪直接驅(qū)動轉(zhuǎn)動殼體轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)運動，通過安裝在頂部的步進電機和聯(lián)軸器帶

4、動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動實現(xiàn)手臂的上下移動。采用了雙導柱導向，以防止手臂在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)動，確保手臂隨機座一起轉(zhuǎn)動。支撐梁采用槽鋼，以減輕重量和節(jié)省材料，它的結(jié)構(gòu)如圖。 2021/8/14131支座，2步進電機，3諧波齒輪，4轉(zhuǎn)動機座5支承槽鋼梁，6滾珠絲杠，7導向柱，8錐環(huán)無鍵聯(lián)軸器2021/8/1414驅(qū)動方式的選擇:2021/8/1415 由上表可知步進電機應用于驅(qū)動工業(yè)機器人有著許多無可替代的優(yōu)點，如控制性能好，可精確定位，體積較小可用于程序復雜和運動軌跡要求嚴格的小型通用機械手等，所以本設計采用它來實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)和上下移動。選電機為BF反應式步進電機，型號為：90BF001。 2021/8/1

5、416 由上表可知,液壓驅(qū)動方式反應靈敏,可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制,液體壓力高，可以獲得較大的輸出力,因此機器人的伸縮運動采用液壓驅(qū)動方式來實現(xiàn),從而使機器人容易找準工件.它的型號為Y-HG1-C50/28100LJ1HL1Q，它的主要技術參數(shù)如下表: 2021/8/1417工業(yè)機器人的計算機控制系統(tǒng)概述 : 工業(yè)機器人具有多個自由度，每個自由度一般包括一個伺服機構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個多變量控制系統(tǒng)。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般要用計算機來實現(xiàn)。因此，機器人控制系統(tǒng)也是一個計算機控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的功能是控制機器人操作機的運動和操作以滿足作業(yè)的要求。在作業(yè)中機器人的工作任務是要求操作機的末端執(zhí)

6、行器按點位或軌跡運動，并保持設定的姿態(tài)。在運動中或在規(guī)定的某點位執(zhí)行作業(yè)規(guī)定的操作。 2021/8/1418工業(yè)機器人運行時應采取的安全措施工業(yè)機器人運行時應采取的安全措施 : 工業(yè)機器人能代替人在危險有害的環(huán)境中作業(yè)。但又給人另一種危險，即機器人傷人事故。這是工業(yè)機器人安全管理的最為重要的一條原則。此外，除了通用的工業(yè)安全規(guī)程外,還要注意工業(yè)機器人的特殊性，采取相應可靠的對策。 對工業(yè)機器人應用工程的安全要求有如下幾條：必須為工業(yè)機器人和周邊設備安裝安全護欄，以防止人靠近而造成傷害。工業(yè)機器人的動作范圍不能超越護欄。在護欄出入口的門上必須設置插拔式電接點點開關，其插座有導線與控制系統(tǒng)的電路連接。只有拔下開關的插頭，才能打開對應的門。這時，工業(yè)機器人及周邊設備停止運轉(zhuǎn)，并且將