管理信息化智能制造工业机器人设计说明说

{管理信息化智能制造}工业机器人设计说明说移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。在军事、危险操作和服务业等许多场合得到应用，需要机器人以无线方式实时接受控制命令，以由于具有机构简单、活动灵活等特点尤为受到青睐。按机器人分为非全方位和全方位两种。而轮式移动机构的类型也很多，对于一般的轮式移动机构，都不能进行任意的定位和定向，而全方位移动机构则可以利用车轮所具有的定位和定向功能，实现可在二维平面上从当前位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态，在某些场合有明显的优越性；如在较狭窄或拥挤的场所工作时，全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由地穿行。另外，在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候，全方位移动机构可以对自己的位置进行细微的调整。由于全方位轮移动机构具有一般轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义，成为机器人基于以上所述，本文从普遍应用出发，设计一种带有机械手臂的全方位运动价值的平台参考和有用的思路。机器人研究所研制的Navlab-1和Navlab-5系列机器人代表了室外移动机的发展方向。德国联邦国防大学和奔驰公司于二十世纪九十年代研制成能爬行、坐立、伸展和打滚，而且摔倒后可以立即爬起来。本田轮子和滚子之间的夹角为Y，通常夹角Y触点转动。轮子由电机驱动，其余两个自由度自由运动。由三个或三个以上的正交轮，由两个形状相同的球形轮子(削去球冠的球)架，固定在一个共同机驱动转动和绕轮子轴心的自由转动。两个轮子架的转动轴方向相同，由一个电机驱动，两个轮子的轴线方向相互垂直，因而称为正交轮。中国科学院沈阳球轮由一个滚动球体、一组支撑滚子和一组驱动滚子组成，其中支撑滚子所示。每个球轮上的驱动滚子由一个电机驱动，使球轮绕驱动滚子所构成平面轮子在滚动和换向过程中同地面的接触点不变，因而在运动过程中不会使机器计划自动化领域自动机器人主题确立立项，开始了这方面的研究。在国防科工上海大学研制了一种全方位越障爬壁机器人,针对清洗壁面作业对机器人提器人可在保持姿态不变的前提下,沿壁面任意方向直线移动,或在原地任意角度旋转,同时能跨越存在于机器人运行中的障碍,不需要复杂的辅助机构来实现平务机器人，并对课题当中的一些关键技术，如新型全方位移动机构、七自由度机器人作业手臂和多传感器信息融合等技术，最后给出了移动机器人的系统控制方案。全方位移动机构当中的轮子与麦克纳姆轮的区别在于：这种全方位轮使小滚子轴线与轮子轴线垂直，则轮子主动的滚动和从动的横向滑移之间将是真正相互本课题从普遍应用出发，设计种带有操作臂的全向运动机器人平台，该平本文研究内容主要有：了解和分析已有的机器人移动平台的工作原理和结构，以及分析操常用的结构和工作原理，对比它们的优劣点。在这些基础上提出可行性方案，并选择最佳方案来设计。根据选定的方案对带有机械臂的全方位移动机器人进行本体设计，包括全方位车轮旋转机构的设计、车轮转向机构的设计和机器人操作臂的设计。要求全方位移动机构转向、移动灵活，可以快速、有效的到达准确的完成指定工作。设计完成后要分析全方位移动机构的性能，为后续的研究提供可靠的参考和依据。对机器使用功能方面的要求：实现预定的使用功能是机械设计的最基本的要求，小、重量轻、效率高、外形美观、噪声低等往往也是机械设计时从保证满足机器的使用功能要求和经济性要求两在设计移动机器人本体时应遵循以下设计原则：（2）应给机器人暂时未安装的传感器、功能元件等预留安装位置，以备将机器人的运动包括纵向、横向和自转三个自由度轮式移动机构预期设计要求实现零半径回转增大了车轮与地面接触面积，减小了打滑现象，但电机固定保持轮子受力平衡使整个机构可以平稳运动，将轮子设计为两个一组来实现。采用了个深沟球轴承作为径向支承，方面避免了车轮对电机产生弯矩；另一方面保证了车轮的刚度轴承外圈与车轮内表面配合，由于内圈并接配合，设计了个电机壳结构，作电机和轴承的连接车轮旋转部分的具体结构分为五个部分：定位通过电机轴外表面径向定位。此外,此处选用深沟球轴承作为支撑.深沟球轴承主要承载径向载荷同时也可以承载小的轴向载荷求,而且深沟球轴承经济性好,方便购买。而作为径向支撑,它主要避免了车轮对电（2）电机预装在电机壳上，依靠电机壳凸缘轴向定位；但径向定位不能利用电机定位止口定位，只能采用车轮调整电机轴的（4）整个车轮分为两部分组合而成。一个是带有轴径的车轮,另一个是不带（5）整个旋转部分结构设计完成,但它必须与转向机构连接起来才能实现全使用是采用两个配合来固定住旋转部分,通过四个螺栓的连接来实现和转向轴的连接,从而使转向机构和转动机构连为一体,最终实现全方位移动。一系列传递最终将轴向力转移到车体上。所以说，转两轴的连接一般选用联轴器。联轴器主要用来联接轴与轴(或联接轴与其它回转件)以传递运动和转矩,有时也用作安全装置。本文中没用选用标准的联轴器,因为标准的联轴器整体尺寸过大,占用空间大,且不利于安装,不符合设计要求。同时,由于轴仅受到转矩的作用而轴向力很小，所以两轴都采用平键来周向固定,型：整体式和剖分式,如图2.9和2.10所示。整体式装配时定心性好，但必须侧如图2.11所示为箱体结构的示意图。它通过左右两侧对称的呈L型的矩形价格较贵价格便宜外形体积大功率中等价格便宜在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以是一种伺服马达。2）舵机的工作原理：原理，知道它的控制原理就够了。就像我们使用近100转/分。如果用直流电机，由于受转速和力矩的影响，要配减速器。而如对于单个车轮而言：因此，选择了北京和利时公司的57BYG250E-0152型号电机。静转矩为面摩擦力，要求的转速不高，因此主要计算电均每个车轮的摩擦力为：设计移动机器人车体是应遵循以下几个原则：（2）在设计的移动平台应能够给机器人暂时没有安装的体。它同样是保证机器人具有良好的环境适应能力的关键。本文设计的车体采用的是合金铝框架式结构，如图2.13所示共分三层：第合，而是机械、电子、计算机等技术的有机融合。本文虽只设计机械本体部分，人系统能否完成指定任务的基础。机构，可使车轮实现零半径转向。末端执行器结构形式多样，但总的设计都有以下几点基本要求：考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和震动，以保证夹持安全可靠。（2）手指应具有一定的开闭范围，手应具有一定的开闭角度（手指从张开到（3）应保证抓取物体在手指内的夹持精度，应保证每个被抓取的物体在手（4）要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证自身刚度、强度的前提下，机械中提供驱动的装置和方式很多，如电机驱动、液压驱动、气压驱动等，这些驱动方式的特点，丛中选择适合移动机械手的器人操作机械手臂所要求的位置精度，液压和气压驱动也很难满足。置，常用的有带传动、链传动、齿轮传动和蜗恒定，齿轮传动具有不变的瞬时传动比，所以可应用到高速传动中；结构紧凑，文的移动机器人，只需能够抓住物体，控制物体工业机器人应用的双指机械式夹持器按其手爪的运动方式可分为回转型和的结构，它与前者相比具有结构简单、控制容料为铝合金，表3.1列出了铝合金与钢物体和末端执行器手指之间的静摩擦系数，则：带入数据,得,得手臂部分是机械手的主要部件它的作用是支承腕部和手部，并带动它们做臂部设计的基本要求：臂部通常即受弯曲（而且不是一个方向的弯曲也受扭转，应选用抗弯和性，其内部可以布置各种机构，这样就是结构紧凑、动是变化的，为了减少冲击，要求启动时间的加速度和终止前减速度不能太大，杆件A和杆件B通过螺栓连接即可形成的组合设计具有以下几个优点：（2）调节机械臂的重心位置：舵机的内部结构是未知的，因此其重心可能通过摆动关节和回转关节的组合就可以形成完整的机械臂各杆件处于水平时候对第关节产生最大的力矩，计算方法是等效械臂的中点计算：机械手臂是机器人最终工作的执行者,本文模仿人的手臂设计了三关节机械行器采用开合式两指结构。采用舵机控制手臂的转动。设计的抓取最大重量为黑色金属、有色金属、非金属材料和各种复杂的复合材料材料。静应力下工作的零件，应分布均匀的（拉伸、压缩、剪切应选用组织高的材料。零件尺寸取决于接触强度的，应选用可以金星表面强化处理的材料，如：调质钢、渗碳钢、氮化钢。（1）毛坯制造大型零件且批量生产时应用铸造毛坯。形状复杂的零件只有性、热膨胀性和变形能力等，应选用锻造性能（2）机械加工大批批量生产的零件可用自动机床加工，以提高产量和产品料。要求时，就不应该选用价格高的材料。这对大批量制（2）当零件的质量不大而加工量很大，加工费用在零件总成本中要占很大（3）要充分考虑材料的利用率。例如采用无切削或少切削毛坯，可以提高材料的利用率。此外，在结构设计时也应该设法提（4）采用局部品质原则。在不同的部位上采用不同的材料或采用不同的热机器上使用的零件材料品种和规格不同。机械性能直接影响机械手的工作质量。了。轴的运动主要受到扭转力,所以只对其扭转抗扭截面系数：将数值带入公式计算得：则：和强度等方面选择45号钢来制造。加工时为了增大车轮与接触面的摩擦力，车整个车轮部分承载的重量为12Kg。由于整个移动机构有四个车轮，这样每个轮的齿面硬度低于350HBS，热处理方法为调制或正火，常用材料有45号钢和40Cr等。加工方法一般为热处理后切齿，切制后即为成品，精度一般为8级。本文设计的齿轮副速度要求不高，所以设计选用40Cr为材料，软齿面即可满足对于齿轮的校核将从两方面来计算：齿面接触疲劳强度的校核公式为；式中：为齿根危险截面处的理论弯曲应力；壳体类零件它们的性能要求很低,所以尽量选择质量轻,价格低廉且符合设计要求这有利于材料的购买，同样这种材料是满足设都是线接触。对手指的校核就以线接触为准。车体支撑件由于与车轮轴之间为滚动摩擦,需要选取一种耐摩擦,同时要求强度大,质量轻,价格便宜的材料来制造。工程塑料拥有良好的综合性能,其强度、刚度、冲击韧性、抗疲劳等不较高,特别密度小,因此其强度高。因数小并有自润滑性,因而耐磨性好。聚甲醛材料是一种相当便宜由于本设计中的负荷低,移动机构的速度不快,从而此处选择有聚甲醛这种工程塑从每个件的受力来看，材料聚甲醛的各个力学性能完全满足本文的机器人移动速度慢，从摩擦的角