SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
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目錄
前 言 2
第一章 緒 論 3
1.1 引言 3
1.2 工業(yè)機(jī)器人的含義 4
1.3 選題背景與意義 5
1.4 工業(yè)機(jī)器人的組成 6
1.5 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 7
第二章 SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 12
2.1 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法 12
2.1.1 機(jī)械手的選擇與分析 12
2.1.2 直角坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法 13
2.2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
2.2.1 機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 19
2.2.2 機(jī)械手的傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 20
2.2.3 機(jī)械手的臂部設(shè)計(jì) 21
2.3 SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 21
第三章 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析 22
3.1 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析 22
3.1.1機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)概述 22
3.1.2 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式 25
第四章SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人零件的設(shè)計(jì) 26
4.1 伺服電機(jī)的選擇 26
4.2 減速機(jī)的選擇 28
4.3 齒輪齒條的選擇 30
4.4 導(dǎo)軌的選擇 38
第五章 結(jié)論 40
致 謝 41
參 考 文 獻(xiàn) 42
前 言
進(jìn)入21世紀(jì)后,FANUC公司開發(fā)成功了配備有視覺傳感器和力覺傳感器的智能機(jī)器人。到現(xiàn)在已擁有可搬運(yùn)質(zhì)量從2 公斤到1.2 噸的種類豐富的商品系列。隨后，F(xiàn)ANUC公司又開發(fā)了運(yùn)用這一智能機(jī)器人的長時(shí)間連續(xù)機(jī)械加工系統(tǒng)機(jī)器人單元 。在整個(gè)加 工工序中加工作業(yè)本身使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化加工已經(jīng)非常普遍了。但是，附帶作業(yè)，毛比如在加工中心的夾具上進(jìn)行加工材料裝卸的作業(yè)，以及去毛刺邊，清洗等作業(yè)中的很多部分， 現(xiàn)在還是依靠人工來完成。機(jī)器人單元使用智能機(jī)器人，不但實(shí)現(xiàn)了這些作業(yè)的自動(dòng)化，而且在世界上最早實(shí)現(xiàn)了。小時(shí)的長時(shí)間連續(xù)加工 ，現(xiàn)在在FANUC公司的工廠共運(yùn)轉(zhuǎn)著13 套這樣的機(jī)器人單元。機(jī)器人單元使用了兩種控制裝置 也就是CNC和機(jī)器人控制器我們現(xiàn)在正在開發(fā)使這兩種控制裝置都可以單獨(dú)地顯示雙方狀態(tài)的功能， 以進(jìn)一步推進(jìn)機(jī)床和機(jī)器人的融合。[1]
隨著我國工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高 ，在機(jī)械加工與制造領(lǐng)域，以及各種裝配與包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線上機(jī)械手的應(yīng)用已相當(dāng)普遍機(jī)械手通常擔(dān)負(fù)著上料下料等加工任務(wù)。由于PLC順序控制具有系統(tǒng)簡單可靠，控制靈活方便等特點(diǎn) ，而且從 PLC誕生之日起其最基本最普遍的應(yīng)用領(lǐng)域就是在工業(yè)環(huán)境下的順序控 制，因此，基于PLC順序控制的機(jī)械手在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。
機(jī)器人是一種很特別的生產(chǎn)工具，因此，機(jī)器人應(yīng)用的范圍十分廣泛。這些應(yīng)用可以被劃分為3類：材料處理、材料搬運(yùn)和裝配。在材料處理中，機(jī)器人用工具來加工和處理原材料。例如，機(jī)器人工具可包括鉆頭，從而可以在原始材料上執(zhí)行鉆孔操作。材料搬運(yùn)包括裝載零件。這些操作可以由機(jī)器人可靠地重復(fù)執(zhí)行，因此提高了質(zhì)量，減少了廢料損失。裝配是機(jī)器人技術(shù)的另一個(gè)廣泛應(yīng)用。自動(dòng)裝配系統(tǒng)能合并自動(dòng)測試、機(jī)器人自動(dòng)控制和機(jī)械處理，以減少勞動(dòng)成本，提高產(chǎn)量，消除人工操作的危險(xiǎn)性。
第一章 緒 論
1.1 引言
工業(yè)機(jī)器人是一種提高制造業(yè)生產(chǎn)力的工具。他誕生于20世紀(jì)60年代,在20世紀(jì)90年代得到迅速發(fā)展,是最先產(chǎn)業(yè)化的機(jī)器人技術(shù)它可以承擔(dān)那些對(duì)人類可能有危險(xiǎn)的工作。它是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù),是當(dāng)代研究十分活躍、應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。它的出現(xiàn)是為了適應(yīng)制造業(yè)規(guī)模化生產(chǎn),解決單調(diào)、重復(fù)的體力勞動(dòng)和提高生產(chǎn)質(zhì)量而代替人工作業(yè)。最早的工業(yè)機(jī)器人就曾用來在核能發(fā)電廠中更換核燃料棒。工業(yè)機(jī)器人也能在裝配線上工作，如安裝印刷電路板上的電子元器件。這樣人們就可以從這種單調(diào)的工作中解脫出來。機(jī)器人還能拆除炸彈，為傷殘人服務(wù)，為我們的社會(huì)做各種各樣的工作。[7]在我國,工業(yè)機(jī)器人的真正使用到現(xiàn)在已經(jīng)接近20多年了,已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)、引進(jìn)到自主開發(fā)的轉(zhuǎn)變,促進(jìn)了我國制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。
機(jī)械手作為自動(dòng)生產(chǎn)線中的重要設(shè)備,已成為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之一, 可傳統(tǒng)的機(jī)械手,采用繼電器- 控制器控制氣壓系統(tǒng),其控制系統(tǒng)復(fù)雜,大量的接線使系統(tǒng)的可靠性降低,設(shè)備的工作效率下降, 自動(dòng)化程度不高,安全系數(shù)低.因此,利用PID 算法與PLC 控制技術(shù)改造傳統(tǒng)的機(jī)械手,研制一種智能機(jī)械手已成為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化研究的主流.根據(jù)外國資料統(tǒng)計(jì), [8] 在工業(yè)控制中 80% 都采用PLC.目前國外應(yīng)用于自動(dòng)控制這一領(lǐng)域占60%,應(yīng)用于數(shù)據(jù)管理占 20%,用于生產(chǎn)管理占18%,用于人機(jī)接占 22%.可見, PLC 在工業(yè)領(lǐng)域已占主導(dǎo)地位.因此,研究機(jī)械手的智能控制對(duì)工業(yè)自動(dòng)控制有重要意義. [9]
在理論上，隨著世界經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展，人類活動(dòng)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)有正迅速向社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展，也從制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)向非制造領(lǐng)域，各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品隨之出現(xiàn)。SC750三軸伺服機(jī)械手的設(shè)計(jì)，不但在技術(shù)上可以追蹤機(jī)器人的發(fā)展趨勢，而且還可以填補(bǔ)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用的空白，促進(jìn)我國工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平的提高和產(chǎn)業(yè)化水平的發(fā)展。[10]
本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)工業(yè)三自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1.2 工業(yè)機(jī)器人的含義
工業(yè)機(jī)器人的定義為：一種能夠自動(dòng)定位控制，可重復(fù)編程的，多功能的，多自由度的操作機(jī)。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動(dòng)化工廠(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)化工具。
機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序軌跡極其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工件或操做工具的自動(dòng)化裝置。在我國由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱做操作機(jī)械手。
智能機(jī)器人是機(jī)器人的發(fā)展方向，它具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識(shí)別裝置等。具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業(yè)機(jī)器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識(shí)別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動(dòng)完成更為復(fù)雜的工作。
1.3 選題背景與意義
由于工業(yè)自動(dòng)化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對(duì)工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作已滿足不了工業(yè)自動(dòng)化的要求，因此，必須利用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動(dòng)化機(jī)械以取代人的勞動(dòng)，滿足工業(yè)自動(dòng)化的需求。其中機(jī)械手是其發(fā)展過程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強(qiáng)度、危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，可以說是一舉兩得。在機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械手越來越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更為普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的一個(gè)重要組成部分。
本次設(shè)計(jì)研究的意義有：
1、 可提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。
2、 可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
3、 可以減少人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn)。
4、 本課題研究的機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡單，主要采用一個(gè)伺服電機(jī)和兩個(gè)氣缸控制機(jī)械手在三個(gè)方向進(jìn)行移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)上料動(dòng)作，成本相對(duì)其它機(jī)械手比較低且控制容易。
畢業(yè)設(shè)計(jì)作為大學(xué)四年的一個(gè)總結(jié)。通過對(duì)SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)過的基本理論、基本知識(shí)和基本方法和解決問題的能力。同時(shí)讓我們對(duì)軟件的使用有了更深的認(rèn)識(shí)，是我們踏上工作崗位之后手中多了一份籌碼，而且，通過自身對(duì)課題的研究和小組的討論，增強(qiáng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，提高了我們的實(shí)踐能力。
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