管理信息化智能制造工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)說(shuō)明說(shuō)

{管理信息化智能制造}工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)說(shuō)明說(shuō)移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。在軍事、危險(xiǎn)操作和服務(wù)業(yè)等許多場(chǎng)合得到應(yīng)用，需要機(jī)器人以無(wú)線方式實(shí)時(shí)接受控制命令，以由于具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、活動(dòng)靈活等特點(diǎn)尤為受到青睞。按機(jī)器人分為非全方位和全方位兩種。而輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型也很多，對(duì)于一般的輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，都不能進(jìn)行任意的定位和定向，而全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)則可以利用車輪所具有的定位和定向功能，實(shí)現(xiàn)可在二維平面上從當(dāng)前位置向任意方向運(yùn)動(dòng)而不需要車體改變姿態(tài)，在某些場(chǎng)合有明顯的優(yōu)越性；如在較狹窄或擁擠的場(chǎng)所工作時(shí)，全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)因其回轉(zhuǎn)半徑為零而可以靈活自由地穿行。另外，在許多需要精確定位和高精度軌跡跟蹤的時(shí)候，全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以對(duì)自己的位置進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整。由于全方位輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有一般輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法取代的獨(dú)特特性，對(duì)于研究移動(dòng)機(jī)器人的自由行走具有重要意義，成為機(jī)器人基于以上所述，本文從普遍應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計(jì)一種帶有機(jī)械手臂的全方位運(yùn)動(dòng)價(jià)值的平臺(tái)參考和有用的思路。機(jī)器人研究所研制的Navlab-1和Navlab-5系列機(jī)器人代表了室外移動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向。德國(guó)聯(lián)邦國(guó)防大學(xué)和奔馳公司于二十世紀(jì)九十年代研制成能爬行、坐立、伸展和打滾，而且摔倒后可以立即爬起來(lái)。本田輪子和滾子之間的夾角為Y，通常夾角Y觸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。輪子由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其余兩個(gè)自由度自由運(yùn)動(dòng)。由三個(gè)或三個(gè)以上的正交輪，由兩個(gè)形狀相同的球形輪子(削去球冠的球)架，固定在一個(gè)共同機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)和繞輪子軸心的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)輪子架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸方向相同，由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)輪子的軸線方向相互垂直，因而稱為正交輪。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)球輪由一個(gè)滾動(dòng)球體、一組支撐滾子和一組驅(qū)動(dòng)滾子組成，其中支撐滾子所示。每個(gè)球輪上的驅(qū)動(dòng)滾子由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使球輪繞驅(qū)動(dòng)滾子所構(gòu)成平面輪子在滾動(dòng)和換向過(guò)程中同地面的接觸點(diǎn)不變，因而在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)使機(jī)器計(jì)劃自動(dòng)化領(lǐng)域自動(dòng)機(jī)器人主題確立立項(xiàng)，開(kāi)始了這方面的研究。在國(guó)防科工上海大學(xué)研制了一種全方位越障爬壁機(jī)器人,針對(duì)清洗壁面作業(yè)對(duì)機(jī)器人提器人可在保持姿態(tài)不變的前提下,沿壁面任意方向直線移動(dòng),或在原地任意角度旋轉(zhuǎn),同時(shí)能跨越存在于機(jī)器人運(yùn)行中的障礙,不需要復(fù)雜的輔助機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)平務(wù)機(jī)器人，并對(duì)課題當(dāng)中的一些關(guān)鍵技術(shù)，如新型全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)、七自由度機(jī)器人作業(yè)手臂和多傳感器信息融合等技術(shù)，最后給出了移動(dòng)機(jī)器人的系統(tǒng)控制方案。全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)當(dāng)中的輪子與麥克納姆輪的區(qū)別在于：這種全方位輪使小滾子軸線與輪子軸線垂直，則輪子主動(dòng)的滾動(dòng)和從動(dòng)的橫向滑移之間將是真正相互本課題從普遍應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計(jì)種帶有操作臂的全向運(yùn)動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，該平本文研究?jī)?nèi)容主要有：了解和分析已有的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的工作原理和結(jié)構(gòu)，以及分析操常用的結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)比它們的優(yōu)劣點(diǎn)。在這些基礎(chǔ)上提出可行性方案，并選擇最佳方案來(lái)設(shè)計(jì)。根據(jù)選定的方案對(duì)帶有機(jī)械臂的全方位移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行本體設(shè)計(jì)，包括全方位車輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、車輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和機(jī)器人操作臂的設(shè)計(jì)。要求全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向、移動(dòng)靈活，可以快速、有效的到達(dá)準(zhǔn)確的完成指定工作。設(shè)計(jì)完成后要分析全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能，為后續(xù)的研究提供可靠的參考和依據(jù)。對(duì)機(jī)器使用功能方面的要求：實(shí)現(xiàn)預(yù)定的使用功能是機(jī)械設(shè)計(jì)的最基本的要求，小、重量輕、效率高、外形美觀、噪聲低等往往也是機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)從保證滿足機(jī)器的使用功能要求和經(jīng)濟(jì)性要求兩在設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人本體時(shí)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：（2）應(yīng)給機(jī)器人暫時(shí)未安裝的傳感器、功能元件等預(yù)留安裝位置，以備將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)包括縱向、橫向和自轉(zhuǎn)三個(gè)自由度輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)預(yù)期設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)零半徑回轉(zhuǎn)增大了車輪與地面接觸面積，減小了打滑現(xiàn)象，但電機(jī)固定保持輪子受力平衡使整個(gè)機(jī)構(gòu)可以平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，將輪子設(shè)計(jì)為兩個(gè)一組來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用了個(gè)深溝球軸承作為徑向支承，方面避免了車輪對(duì)電機(jī)產(chǎn)生彎矩；另一方面保證了車輪的剛度軸承外圈與車輪內(nèi)表面配合，由于內(nèi)圈并接配合，設(shè)計(jì)了個(gè)電機(jī)殼結(jié)構(gòu)，作電機(jī)和軸承的連接車輪旋轉(zhuǎn)部分的具體結(jié)構(gòu)分為五個(gè)部分：定位通過(guò)電機(jī)軸外表面徑向定位。此外,此處選用深溝球軸承作為支撐.深溝球軸承主要承載徑向載荷同時(shí)也可以承載小的軸向載荷求,而且深溝球軸承經(jīng)濟(jì)性好,方便購(gòu)買。而作為徑向支撐,它主要避免了車輪對(duì)電（2）電機(jī)預(yù)裝在電機(jī)殼上，依靠電機(jī)殼凸緣軸向定位；但徑向定位不能利用電機(jī)定位止口定位，只能采用車輪調(diào)整電機(jī)軸的（4）整個(gè)車輪分為兩部分組合而成。一個(gè)是帶有軸徑的車輪,另一個(gè)是不帶（5）整個(gè)旋轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成,但它必須與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接起來(lái)才能實(shí)現(xiàn)全使用是采用兩個(gè)配合來(lái)固定住旋轉(zhuǎn)部分,通過(guò)四個(gè)螺栓的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)向軸的連接,從而使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連為一體,最終實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)。一系列傳遞最終將軸向力轉(zhuǎn)移到車體上。所以說(shuō)，轉(zhuǎn)兩軸的連接一般選用聯(lián)軸器。聯(lián)軸器主要用來(lái)聯(lián)接軸與軸(或聯(lián)接軸與其它回轉(zhuǎn)件)以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩,有時(shí)也用作安全裝置。本文中沒(méi)用選用標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)軸器,因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的聯(lián)軸器整體尺寸過(guò)大,占用空間大,且不利于安裝,不符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí),由于軸僅受到轉(zhuǎn)矩的作用而軸向力很小，所以兩軸都采用平鍵來(lái)周向固定,型：整體式和剖分式,如圖2.9和2.10所示。整體式裝配時(shí)定心性好，但必須側(cè)如圖2.11所示為箱體結(jié)構(gòu)的示意圖。它通過(guò)左右兩側(cè)對(duì)稱的呈L型的矩形價(jià)格較貴價(jià)格便宜外形體積大功率中等價(jià)格便宜在機(jī)器人機(jī)電控制系統(tǒng)中，舵機(jī)控制效果是性能的重要影響因素。舵機(jī)可以是一種伺服馬達(dá)。2）舵機(jī)的工作原理：原理，知道它的控制原理就夠了。就像我們使用近100轉(zhuǎn)/分。如果用直流電機(jī)，由于受轉(zhuǎn)速和力矩的影響，要配減速器。而如對(duì)于單個(gè)車輪而言：因此，選擇了北京和利時(shí)公司的57BYG250E-0152型號(hào)電機(jī)。靜轉(zhuǎn)矩為面摩擦力，要求的轉(zhuǎn)速不高，因此主要計(jì)算電均每個(gè)車輪的摩擦力為：設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人車體是應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：（2）在設(shè)計(jì)的移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)能夠給機(jī)器人暫時(shí)沒(méi)有安裝的體。它同樣是保證機(jī)器人具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力的關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)的車體采用的是合金鋁框架式結(jié)構(gòu)，如圖2.13所示共分三層：第合，而是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的有機(jī)融合。本文雖只設(shè)計(jì)機(jī)械本體部分，人系統(tǒng)能否完成指定任務(wù)的基礎(chǔ)。機(jī)構(gòu)，可使車輪實(shí)現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)向。末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)形式多樣，但總的設(shè)計(jì)都有以下幾點(diǎn)基本要求：考慮傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和震動(dòng)，以保證夾持安全可靠。（2）手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍，手應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角度（手指從張開(kāi)到（3）應(yīng)保證抓取物體在手指內(nèi)的夾持精度，應(yīng)保證每個(gè)被抓取的物體在手（4）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證自身剛度、強(qiáng)度的前提下，機(jī)械中提供驅(qū)動(dòng)的裝置和方式很多，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)等，這些驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)，叢中選擇適合移動(dòng)機(jī)械手的器人操作機(jī)械手臂所要求的位置精度，液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)也很難滿足。置，常用的有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和蝸恒定，齒輪傳動(dòng)具有不變的瞬時(shí)傳動(dòng)比，所以可應(yīng)用到高速傳動(dòng)中；結(jié)構(gòu)緊湊，文的移動(dòng)機(jī)器人，只需能夠抓住物體，控制物體工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的雙指機(jī)械式夾持器按其手爪的運(yùn)動(dòng)方式可分為回轉(zhuǎn)型和的結(jié)構(gòu)，它與前者相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容料為鋁合金，表3.1列出了鋁合金與鋼物體和末端執(zhí)行器手指之間的靜摩擦系數(shù)，則：帶入數(shù)據(jù),得,得手臂部分是機(jī)械手的主要部件它的作用是支承腕部和手部，并帶動(dòng)它們做臂部設(shè)計(jì)的基本要求：臂部通常即受彎曲（而且不是一個(gè)方向的彎曲也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選用抗彎和性，其內(nèi)部可以布置各種機(jī)構(gòu)，這樣就是結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)是變化的，為了減少?zèng)_擊，要求啟動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前減速度不能太大，桿件A和桿件B通過(guò)螺栓連接即可形成的組合設(shè)計(jì)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（2）調(diào)節(jié)機(jī)械臂的重心位置：舵機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是未知的，因此其重心可能通過(guò)擺動(dòng)關(guān)節(jié)和回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的組合就可以形成完整的機(jī)械臂各桿件處于水平時(shí)候?qū)Φ陉P(guān)節(jié)產(chǎn)生最大的力矩，計(jì)算方法是等效械臂的中點(diǎn)計(jì)算：機(jī)械手臂是機(jī)器人最終工作的執(zhí)行者,本文模仿人的手臂設(shè)計(jì)了三關(guān)節(jié)機(jī)械行器采用開(kāi)合式兩指結(jié)構(gòu)。采用舵機(jī)控制手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)的抓取最大重量為黑色金屬、有色金屬、非金屬材料和各種復(fù)雜的復(fù)合材料材料。靜應(yīng)力下工作的零件，應(yīng)分布均勻的（拉伸、壓縮、剪切應(yīng)選用組織高的材料。零件尺寸取決于接觸強(qiáng)度的，應(yīng)選用可以金星表面強(qiáng)化處理的材料，如：調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、氮化鋼。（1）毛坯制造大型零件且批量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)用鑄造毛坯。形狀復(fù)雜的零件只有性、熱膨脹性和變形能力等，應(yīng)選用鍛造性能（2）機(jī)械加工大批批量生產(chǎn)的零件可用自動(dòng)機(jī)床加工，以提高產(chǎn)量和產(chǎn)品料。要求時(shí)，就不應(yīng)該選用價(jià)格高的材料。這對(duì)大批量制（2）當(dāng)零件的質(zhì)量不大而加工量很大，加工費(fèi)用在零件總成本中要占很大（3）要充分考慮材料的利用率。例如采用無(wú)切削或少切削毛坯，可以提高材料的利用率。此外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該設(shè)法提（4）采用局部品質(zhì)原則。在不同的部位上采用不同的材料或采用不同的熱機(jī)器上使用的零件材料品種和規(guī)格不同。機(jī)械性能直接影響機(jī)械手的工作質(zhì)量。了。軸的運(yùn)動(dòng)主要受到扭轉(zhuǎn)力,所以只對(duì)其扭轉(zhuǎn)抗扭截面系數(shù)：將數(shù)值帶入公式計(jì)算得：則：和強(qiáng)度等方面選擇45號(hào)鋼來(lái)制造。加工時(shí)為了增大車輪與接觸面的摩擦力，車整個(gè)車輪部分承載的重量為12Kg。由于整個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)有四個(gè)車輪，這樣每個(gè)輪的齒面硬度低于350HBS，熱處理方法為調(diào)制或正火，常用材料有45號(hào)鋼和40Cr等。加工方法一般為熱處理后切齒，切制后即為成品，精度一般為8級(jí)。本文設(shè)計(jì)的齒輪副速度要求不高，所以設(shè)計(jì)選用40Cr為材料，軟齒面即可滿足對(duì)于齒輪的校核將從兩方面來(lái)計(jì)算：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為；式中：為齒根危險(xiǎn)截面處的理論彎曲應(yīng)力；殼體類零件它們的性能要求很低,所以盡量選擇質(zhì)量輕,價(jià)格低廉且符合設(shè)計(jì)要求這有利于材料的購(gòu)買，同樣這種材料是滿足設(shè)都是線接觸。對(duì)手指的校核就以線接觸為準(zhǔn)。車體支撐件由于與車輪軸之間為滾動(dòng)摩擦,需要選取一種耐摩擦,同時(shí)要求強(qiáng)度大,質(zhì)量輕,價(jià)格便宜的材料來(lái)制造。工程塑料擁有良好的綜合性能,其強(qiáng)度、剛度、沖擊韌性、抗疲勞等不較高,特別密度小,因此其強(qiáng)度高。因數(shù)小并有自潤(rùn)滑性,因而耐磨性好。聚甲醛材料是一種相當(dāng)便宜由于本設(shè)計(jì)中的負(fù)荷低,移動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度不快,從而此處選擇有聚甲醛這種工程塑從每個(gè)件的受力來(lái)看，材料聚甲醛的各個(gè)力學(xué)性能完全滿足本文的機(jī)器人移動(dòng)速度慢，從摩擦的角