一種多機器人系統(tǒng)平臺的機構(gòu)設(shè)計

一種多機器人系統(tǒng)平臺的機構(gòu)設(shè)計

多機器人系統(tǒng)是各種工作線的重要組成部分。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電子模塊被分解，印刷板的廣泛應(yīng)用，以及組裝過程的自動化，傳感器技術(shù)的發(fā)展允許機器人從汽車制造部門的搬運、噴漆、焊接和安裝到電子工業(yè)板的不同部件的安裝和焊接。在裝配和制造行業(yè)的生產(chǎn)能力中，一項任務(wù)通常包括許多不同的序要求的序列。該操作工作量大，操作內(nèi)容簡單，工作空間小。多機器人系統(tǒng)的應(yīng)用可以靈活、方便地調(diào)整生產(chǎn)流程，組織工作任務(wù)，相互協(xié)作，高效、準確地完成任務(wù)。1人組成和模型設(shè)計多機器人系統(tǒng)平臺應(yīng)用于機器人群控系統(tǒng),其整體機械結(jié)構(gòu)由支架、工作平臺、環(huán)形導軌、移動平臺以及4個機器人組成,包括2種不同功能的機器人,如圖1所示.平臺支架采用方體鋁型材桁架結(jié)構(gòu),平臺選用日本進口鋁合金板加工,支撐機器人移動平臺的雙直線導軌采用日本THK直線導軌,中間環(huán)形導軌選用英國HepcoMotion導軌及BCP44轉(zhuǎn)向滑座,機器人分別為SA1400型串聯(lián)機器人和三自由度Delta并聯(lián)機器人2局部設(shè)備設(shè)計多機器人系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計是在已有基礎(chǔ)上進行的局部機構(gòu)重點創(chuàng)新設(shè)計,以保證傳動的精度要求和系統(tǒng)協(xié)同運行的可執(zhí)行性和高效精準2.1cc自動識別機構(gòu)設(shè)計一般機器人平臺驅(qū)動裝置位于工作平臺的上面,其設(shè)計簡單但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工作空間狹小,且預(yù)緊裝置難以靈活調(diào)節(jié).自動預(yù)緊傳動機構(gòu)用于驅(qū)動機器人移動平臺,系統(tǒng)選用伺服電動機驅(qū)動,齒輪齒條傳動采用日本KAMO新型TCC齒條滾輪傳動,具有零背隙、高精度、低噪聲、低振動和實現(xiàn)長距離高速化等優(yōu)點,自動預(yù)緊傳動機構(gòu)的設(shè)計如圖2和3所示.將整個機構(gòu)置于工作平臺下面,動力線和信號線從平臺底下傳輸,以減少線束對工作空間的影響.結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計,以節(jié)省空間,且重心與機器人移動平臺的重心在一個豎直平面內(nèi),以克服下置布局重心偏移引起的傳動過程振動,從而保證了移動的平穩(wěn)性.模塊化設(shè)計是在一塊板上安裝驅(qū)動電動機和減速器,另一塊板上安裝同步帶傳動的主從帶輪,驅(qū)動板把動力傳遞到傳動板,傳動板在預(yù)緊裝置的作用力下使?jié)L輪與齒條完全嚙合.預(yù)緊裝置設(shè)計為可調(diào)彈簧并安裝在驅(qū)動板上,力作用在傳動板上并使整個機構(gòu)相聯(lián),通過調(diào)節(jié)螺母來調(diào)節(jié)預(yù)緊力的大小.2.2移動平臺解耦機構(gòu)設(shè)計運動解耦特性對于機構(gòu)及其運動精度的控制非常重要,經(jīng)過運動解耦的機構(gòu)更容易控制,并且可以達到更高的運動精度.移動平臺的解耦機構(gòu)如圖4所示.移動平臺安裝在工作平臺直線導軌的4個滑塊上,并用螺釘完全固定.由于直線導軌較長,所以導軌的安裝很難達到完全平行等距,加上受機器人運動過程中慣性力的作用,移動平臺和滑塊的完全固定將導致移動過程出現(xiàn)間斷啟停甚至卡死的現(xiàn)象,左列滑塊通過移動平板在螺釘預(yù)緊力的作用下直接與右列滑塊耦合,所以在設(shè)計中對右列滑塊與平臺之間加裝解耦裝置,通過間隙配合的軸承與軸在軸向的移動副來解耦機構(gòu)運動,整個移動平臺縱向移動完全解耦,依靠左列滑塊的微小間隙來保證運行的可靠性.2.3獨立運動的裝置一般生產(chǎn)線的多個轉(zhuǎn)向工作臺是在一個大功率的電動機驅(qū)動下同步運轉(zhuǎn)的,各個工作臺不能獨立運轉(zhuǎn),其設(shè)計簡單方便但缺少柔性.但是,環(huán)形導軌運轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計與一般的生產(chǎn)線設(shè)計有所不同,可以獨立運動,如圖5所示.每個工作臺都由獨立的電動機驅(qū)動,電動機驅(qū)動齒輪齒條機構(gòu)并帶動工作臺移動,齒輪與齒條的預(yù)緊裝置采用彈簧預(yù)緊杠桿機構(gòu),以使齒輪齒條嚙合緊密,從而保證了直線和轉(zhuǎn)彎的平穩(wěn)移動.由于環(huán)形導軌寬度遠小于其長度,各個電動機供電成了設(shè)計的難點,采用中心導電滑環(huán)已經(jīng)無法解決該問題.為此,本文設(shè)計了環(huán)形導電槽,通過導電槽上的環(huán)形導電片給每個電動機供電,以使電動機有獨立的電流通斷和大小控制裝置來控制工作臺的起停和移動速度.3設(shè)計方案的合理性分析在多機器人系統(tǒng)中,平臺的機構(gòu)設(shè)計是一個非常重要的部分,其中將選型設(shè)計與構(gòu)型設(shè)計科學合理地結(jié)合在一起3.1機構(gòu)的組合和工作原理在自動預(yù)緊傳動機構(gòu)設(shè)計的過程中,采用簡單的傳動機構(gòu)無法滿足所需功能要求,也無法達到總體的設(shè)計目標.為了對單一傳動的不足進行彌補,本文設(shè)計時把模塊化的驅(qū)動板塊、傳動板塊和2個板塊之間的預(yù)緊裝置組合起來,使各自所具備的優(yōu)點有效地集中起來,進而設(shè)計出可以達到平臺設(shè)計要求的新機構(gòu).自動預(yù)緊傳動機構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新符合組合原理,整個機構(gòu)短小、傳動緊湊,減少了振動導致的累積誤差,也符合機構(gòu)運動鏈縮短的原則.傳動機構(gòu)工作原理如圖6所示.電動機驅(qū)動減速器帶動帶輪傳動而完成滾輪的旋轉(zhuǎn)運動,并轉(zhuǎn)換為工作臺的平移運動.整個傳動過程嚙合緊密,移動平穩(wěn),布置方便,易于安裝和維修,且預(yù)緊力調(diào)節(jié)靈活.3.2選取合理運動副和降低尺寸原則結(jié)構(gòu)耦合是指2個或2個以上機構(gòu)間通過相互作用而彼此影響的現(xiàn)象,解耦就是將2種運動分離開來處理,常用的解耦方法是忽略或簡化對所研究問題影響較小的一種運動,只分析主要運動移動平臺與導軌之間通過滑塊接觸組成縱向運動的移動副.設(shè)計中,為了運動解耦在單側(cè)滑塊與平臺之間增加一個軸與軸承間隙配合的軸向線接觸移動副,線接觸運動副綜合了點接觸和面接觸運動副的優(yōu)點,以在移動過程中與徑向各個方向接觸.移動平臺解耦機構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新符合選取合理的運動副原則,且豎直方向采用軸與軸承結(jié)構(gòu)保證了豎直方向的尺寸和剛度,其移動原理如圖7所示.在平臺縱向移動的同時,橫向運動副只做解耦而不影響主運動,解耦裝置設(shè)計簡單,零件小,安裝調(diào)試方便.3.3選擇合適的原動機及驅(qū)動方式原則環(huán)形導軌工作臺的移動是相互獨立的,采用伺服電動機很難解決動力線和信號線的傳輸問題,所以采用低壓普通直流電動機從導電槽獲電.電動機的獨立驅(qū)動方式增強了移動工作臺的柔性,符合多機器人系統(tǒng)對電路板的柔性裝配要求.獨立運轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計創(chuàng)新之處在于選取了合適的原動機,并且采用了合理的驅(qū)動方式,其移動傳動原理簡圖如圖8所示.從圖中可以看出,此機構(gòu)設(shè)計的傳動方案合理.4動力學性能分析多機器人系統(tǒng)平臺設(shè)計依據(jù)生產(chǎn)線的現(xiàn)實,在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上,對結(jié)構(gòu)進行改進和提高,設(shè)計了自動預(yù)緊傳動、移動平臺解耦和獨立運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向工作臺等機構(gòu),符合電路板