垂直多關(guān)節(jié)機器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(腰部關(guān)節(jié))
垂直多關(guān)節(jié)機器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(腰部關(guān)節(jié)),垂直,關(guān)節(jié),機器人,位置,控制,結(jié)構(gòu)設(shè)計,腰部
南京理工大學泰州科技學院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
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設(shè)計(論文)題目:
垂直多關(guān)節(jié)機器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(腰部關(guān)節(jié))
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畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告
1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(論文)課題情況,根據(jù)所查閱的文獻資料,每人撰寫
2000字左右的文獻綜述:
文 獻 綜 述
摘要 文章闡述了機器人在機械制造噴漆中的發(fā)展,并分析了機械的組成部分及其工作原理和設(shè)計的過程。同時闡述了垂直多關(guān)節(jié)機器人在國內(nèi)外的發(fā)展狀況,以及機器人的分類。最后闡述了該課題的意義,及主要研究內(nèi)容及研究方法。
關(guān)鍵詞 機器人 ,垂直多關(guān)節(jié)機器人 ,自動噴涂
1 噴涂機器人概述
目前,噴涂機器人的定義,世界各國尚未統(tǒng)一,分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給噴涂機器人下的定義:噴涂機器人是一種可重復編程的多功能操作裝置,可以通過改變動作程序,來完成各種工作,主要用于搬運材料,傳遞工件。參考國外的定義,結(jié)合我國的習慣用語,對噴涂機器人作如下定義:
噴涂機器人是一種機體獨立,動作自由度較多,程序可靈活變更,能任意定位,自動化程度高的自動操作機械。是可進行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機器人。
噴涂機器人以剛性高的手臂為主體,與人相比,可以有更快的運動速度,可以搬運更重的東西,而且定位精度相當高,它可以根據(jù)外部來的信號,自動進行各種操作。
噴涂機器人是在計算機控制下可編程的自動機器。采用噴涂機器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動生產(chǎn)率,實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化,改善勞動條件,減輕勞動強度的一種有效手段。機器人的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史,但它已應(yīng)用到國民經(jīng)濟,民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域,具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景,顯示出強大的生命力[1-2]。
1.1 噴涂機器人功能
根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求,噴涂機器人具有可進行自動噴漆或噴涂其他涂料功能(如視覺,力覺,觸覺等)。以及語音功能及至邏輯思維,判斷決策功能等。從而使其能在要求的環(huán)境中代替人進行作業(yè)。
本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標型噴涂機器人,利用錐齒輪傳動實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn),利用機電缸實現(xiàn)其移動以及對零件自動噴漆或噴涂。在步進電機的控制下,機器達到精確的回轉(zhuǎn)運動[3-4]。
1.2 噴涂機器人的發(fā)展
噴涂機器人的發(fā)展,由簡單到復雜,由初級到高級逐步完善,它的發(fā)展過程可分為三代:
第一代噴涂機器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型噴涂機器人,它主要由手部、臂部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單,應(yīng)用在線編程,即通過示教存貯信息,工作時讀出這些信息,向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令,執(zhí)行機構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。
第二代機器人是帶感覺的機器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進行反饋的能力。其控制方式較第一代噴涂機器人要復雜得多,這種機器人從1980年開始進入了實用階段,不久即將普及應(yīng)用。
第三代噴涂機器人即智能機器人。這種機器人除了具有觸覺、視覺等功能外,還能夠根據(jù)人給出的指令認識自身和周圍的環(huán)境,識別對象的有無及其狀態(tài),再根據(jù)這一識別自動選擇程序進行操作,完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對象的變化,具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機器人還處于研制階段,尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用[4]。
1.3 噴涂機器人的總體結(jié)構(gòu)
噴涂機器人的組成及各部分關(guān)系概述:
它主要由機械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。
(1) 執(zhí)行系統(tǒng):執(zhí)行系統(tǒng)是噴涂機器人完成抓取工件,實現(xiàn)各種運動所必需
的機械部件,它包括手部、腕部、機身等。
(a) 末端執(zhí)行器:機器人為了進行作業(yè)而配置的操作機構(gòu),直接噴漆工件。
(b) 腕部:又稱手腕,是連接手部和臂部的部件,其作用是調(diào)整或改變末端執(zhí)行器的工作方位。
(c) 臂部:聯(lián)接機座和手部的部分,是支承腕部的部件,作用是承受工件的管理管理荷重,改變手部的空間位置,滿足機器人的作業(yè)空間,將各種載荷傳遞到機座。
(d) 機身:機器人的基礎(chǔ)部分,起支撐作用,是支撐手臂的部件,其作用是帶動臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運動。
(2) 驅(qū)動系統(tǒng):為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力,并驅(qū)動其動力的裝置。常用的有
機械傳動、機電傳動、氣壓傳動和電傳動。
(3) 控制系統(tǒng):通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制,使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作,當發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。
(4) 檢測系統(tǒng):作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機構(gòu)的運動情況,根據(jù)需 要反饋給控制系統(tǒng),與設(shè)定進行比較,以保證運動符合要求。 實踐證明,噴涂機器人可以代替人手的繁重勞動,顯著減輕工人的勞動強度,改善勞動條件,提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調(diào)的操作,采用機器人是有效的。此外,它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作,更顯示其優(yōu)越性,有著廣闊的發(fā)展前途[4-8]。
2 不同驅(qū)動系統(tǒng)噴涂機器人的比較
噴涂機器人的驅(qū)動方式可分為四種:
(1) 氣力驅(qū)動式的機器人:氣源壓力一般只有60Mpa左右,適宜小的場合。
(2) 液力驅(qū)動式的機器人:結(jié)構(gòu)緊湊,傳動平穩(wěn)且動作靈敏,但對密封的要求較高,且不宜在高溫或低溫的場合工作,要求的制造精度較高,成本較高。
(3) 電力驅(qū)動式的機器人:無環(huán)境污染,易于控制,運動精度高,成本低,驅(qū)動效率高等優(yōu)點,其運用最為廣泛。
(4) 新型驅(qū)動式的機器人:例如靜電驅(qū)動器,壓電驅(qū)動器,形狀記憶合金驅(qū)動器,人工肌肉及光驅(qū)動器等[4]。
3 噴涂機器人
3.1 機器人結(jié)構(gòu)
(1) 手部:是機器人與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同,可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料,所以采用夾持式。由手指和傳力機構(gòu)所構(gòu)成,手指與工件接觸而傳力機構(gòu)則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務(wù)。
(2) 手腕:是聯(lián)接手部和手臂的部件,起調(diào)整或改變工件方位的作用。
(3) 手臂:支承手腕和手部的部件,用以改變工件的空間位置。
(4) 立柱:是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機器人的立柱通常為固定不動的。
(5) 機座:是機器人的基礎(chǔ)部分。機器人執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上,故起支承和聯(lián)接的作用[7]。
3.2 機器人的分類
(1)根據(jù)所承擔的作業(yè)的特點,噴涂機器人可分為以下三類:
(a)承擔搬運工作的機器人:這種機器人在主要工藝設(shè)備運行時,用來完成輔助作業(yè),如裝卸毛坯、工件和工垂直多關(guān)節(jié)機器人。
(b)生產(chǎn)工業(yè)用機器人:可用于完成工藝過程中的主要作業(yè),如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。
(c) 專用噴涂機器人:其用途廣泛,可以完成各種工藝作業(yè)[9]。
(3)按驅(qū)動方式分:
(a)機電傳動機器人
(b)氣壓傳動機器人
(c)機械傳動機器人
(4)按控制方式分:
(a)固定程序機器人:控制系統(tǒng)是一個固定程序的控制器。程序簡單,程序數(shù)少,而且是固定的,行程可調(diào)但不能任意點定位。
(b)可編程序機器人:控制系統(tǒng)是一個可變程序控制器。其程序可按需要編排,行程能很方便改變[10-15]。
4 結(jié)束語
本課題通過應(yīng)用AutoCAD 技術(shù)對噴涂機器人進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和機電傳動原理設(shè)計。它能垂直多關(guān)節(jié)機器人的研究是有必要的,也必將成為新一代替代人力,噴涂機器人的運動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設(shè)定。相信未來噴涂在機械工業(yè)中將發(fā)揮越來越重要的作用。
參 考 文 獻
[1] 徐灝.機械設(shè)計手冊3[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.
[2] 徐灝.機械設(shè)計手冊4[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.
[3] 徐灝.機械設(shè)計手冊5[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.
[4] 張建民.工業(yè)機器人[M].北京:北京理工大學出版社,1994.
[5] 《工業(yè)垂直多關(guān)節(jié)機器人》編寫組.工業(yè)垂直多關(guān)節(jié)機器人-機械結(jié)構(gòu)上[M].上海:上海科學技術(shù)出版社,2005.
[6] 《機床設(shè)計手冊》編寫組.機床設(shè)計手冊3[M].北京:機械工業(yè)出版,1999.
[7] 丁樹模.液壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.
[8] 顏永年.機械制圖[M].大連:大連理工大學工程畫教教研室,1998.
[9] 李恒權(quán),朱明臣,王德云.畢業(yè)設(shè)計指導書[M].山東:青島海洋出版社,1990.
[10] 王棟梁.機械基礎(chǔ)[M].北京:機械基礎(chǔ),1995.
[14] 李允文.《工業(yè)垂直多關(guān)節(jié)機器人設(shè)計》[M].機械工業(yè)出版社,北京,1996.
[12] 黃鶴汀.機械制造技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.
[13] 吳宗澤,羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M].北京:高等教育出版社,2006
[14] Suk-Han Sun,Jung-Jae Lee. Prototype Intergrated Robotic Painting System: Software Development [J].Journal of Manufacturing Systems, 2005,10(12):314.
畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告
2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑):
1 要研究的問題
了解垂直多關(guān)節(jié)機器人的特點:
根據(jù)垂直多關(guān)節(jié)機器人的特點,執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部、腕部、臂部、機身機座等,其中最主要是運動系統(tǒng)。
垂直多關(guān)節(jié)機器人主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。
腕部、臂部、機身是將手部抓取的工件或工具進行搬運或操作的部件。
驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動臂部、腕部、手部和垂直多關(guān)節(jié)機器人整體運動機構(gòu)動作的動力裝置,常用的驅(qū)動方式有液壓、氣動、機械、電氣或其他的組合。
控制系統(tǒng)是支配垂直多關(guān)節(jié)機器人按規(guī)定程序和要求進行運動的裝置,他們主要用來控制:
位置(點位控制或連續(xù)軌跡控制)
時間、速度 和加速度等參數(shù)
垂直多關(guān)節(jié)機器人與主機及其它有關(guān)裝置之間的聯(lián)系。
噴涂機器人系統(tǒng)總體方案的內(nèi)容包括:系統(tǒng)運動方式的確定,伺服系統(tǒng)的選擇,執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定,計算機系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。應(yīng)根椐設(shè)計任務(wù)和要求提出系統(tǒng)的總體方案,對方案進行總體分析和論證,最后確定總體方案。
伺服系統(tǒng)的選擇:
旋轉(zhuǎn)、擺動機構(gòu)采用開環(huán)控制系統(tǒng),選用快速步進電機。開環(huán)控制系統(tǒng)無檢測元件,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,造價低,調(diào)整和維修都容易。
執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定:
為保證系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性,在設(shè)計機械傳動裝配時,應(yīng)考慮以下幾點:
(1)盡量采用低摩擦的傳動和導向元件。
(2)盡量消除傳動間隙。
(3)縮短傳動鏈??s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度,減小傳動誤差??梢圆捎妙A緊以提高系統(tǒng)的傳動剛度。例如,在絲杠的兩支承端軸向固定,并加預緊拉伸的結(jié)構(gòu)等來提高傳動剛度。
2 要采用的手段
1) 在學校圖書館查閱相關(guān)資料。
通過書籍和網(wǎng)絡(luò)查找最新的垂直多關(guān)節(jié)機器人設(shè)計的發(fā)展動向,盡量在保證原來參數(shù)的基礎(chǔ)上,采用最新的一些結(jié)構(gòu),這樣才能使設(shè)計具有實用性和時代性。
2) 通過老師的指導。
通過老師的指導,可以便捷地設(shè)計步驟。
3) 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。
網(wǎng)上有很多關(guān)于垂直多關(guān)節(jié)機器人設(shè)計指導。
4) 用相關(guān)的繪圖軟件畫出零件圖和裝配圖。
學習AutoCAD等軟件,繪出零件圖和裝配圖。同時對照課題任務(wù)的內(nèi)容和要求,對具體參數(shù)進行設(shè)計和計算,選擇合適的結(jié)構(gòu)和部件,畫出重要部件或者結(jié)構(gòu)的視圖,同時通過指導老師的指導對每一個可執(zhí)行的方案進行最后的分析和確認。
5) 撰寫設(shè)計說明書。
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指導教師意見:
1.對“文獻綜述”的評語:
××××××××(小4號宋體,1.5倍行距)××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………。
2.對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(論文)結(jié)果的預測:
××××××××(小4號宋體,1.5倍行距)××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………。
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