搬运机器人毕业设计

《搬运机器人毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《搬运机器人毕业设计（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、前言当代科学技术发展的特点之一就是机械技术 ,电子技术和信息技术的结合,机器人就是 这种结合的产物之一.现代机器人都是由机械发展而来.与传统的机器的区别在于,机器人有 计算机控制系统,因而有一定的智能,人类可以编制动作程序,使它们完成各种不同的动作.随 着计算机技术和智能技术的发展,极大地促进了机器人研究水平的提高 .现在机器人已成为 一个庞大的家族 ,科学家们为了满足不同用途和不同环境下作业的需要 ,把机器人设计成不 同的结构和外形,以便让他们在特殊条件下出色地完成任务 .机器人成了人类最忠实可靠的 朋友,在生产建设和科研工作中发挥着越来越大的作用.搬运机器人不但能够代替人的某些功能,有时还

2、能超过人的体力能力.可以 24小时甚 至更长时间连续重复运转,还可以承受各种恶劣环境. 因此,搬运机器人是人体局部功能 的延长和发展. 21世纪是敏捷制造的时代,搬运机器人在敏捷制造系统中应用广泛.1 绪论1.1 工业机器人的历史、现状及应用机器人首先是从美国开始研制的,1958 年美国联合控制公司研制出第一台机器人.它的 结构特点是机体上安装一回转长臂,端部装有电磁铁的工件抓放机构,控制系统是示教型的. 日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家.自 1969年从美国引进两种典型机器人后,大 力从事机器人的研究.目前工业机器人大部分还属于第一代,主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式 , 没

3、有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度.第二代机器人正在加紧研制,它设有微型电子计算机控制系统,具有视觉、触觉能力,甚 至听、想的能力.研究安装各种传感器,把感觉到的信息进行反馈,使机器人具有感觉机能.第三代机器人则能独立地完成工作过程中的任务 ,它与电子计算机和电视设备保持联 系并逐步发展成为柔性制造系统 FMSFlexible Manufacturing System和柔性制造单元 FMCFlexible Manufacturing Cell中的重要一环.随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步 ,针对于上述各个领域的机器人系统的 应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求 .制造业

4、要求机器人系统具有更大的柔性和 更强大的编程环境 ,适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过程 .计算机集成制造CIM要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起11研究人员为了提高机 器人系统的性能和智能水平,要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力.美国工业机器人技术的发展,大致经历了以下几个阶段：11963-1967 年为试验定型阶段.1963-1966 年,万能自动化公司制造的工业机器人供用 户做工艺试验.1967 年,该公司生产的工业机器人定型为 1900 型；21968-1970 年为实际应用阶段.这一时期,工业机器人在美国进入应用阶段,例如,美国 通用汽车公司

5、 1968年订购了 68 台工业机器人；1969年该公司又自行研制出 SAM 新工业 机器人,并用 21 组成电焊小汽车车身的焊接自动线；又如,美国克莱斯勒汽车公司 32 条冲 压自动线上的 448台冲床都用工业机器人传递工件；31970 年至今一直处于推广应用和技术发展阶段.1970-1972 年,工业机器人处于技术 发展阶段.1970 年 4 月美国在伊利斯工学院研究所召开了第一届全国工业机器人会议.据当 时统计,美国大约 200 台工业机器人,工作时间共达 60 万小时以上,与此同时,出现了所谓了 高级机器人，例如：森德斯兰德公司Sundstrand发明了用小型计算机控制50台机器人的

6、系统2.又如,万能自动公司制成了由25台机器人组成的汽车车轮生产自动线.麻省理工学院 研制了具有手眼系统的高识别能力微型机器人.1.2 我国的工业机器人我国工业机器人是从二十世纪八十年代开始起步 ,经过二十多年的努力,已经形成了一 些具有竞争力的工业机器人研究机构和企业.先后研发出弧焊、电焊、装配、搬运、注塑、 冲压及喷漆等工业机器人.近几年,我国工业机器人及含工业机器人的自动化生产线相关的 产品的年销售额已突破10亿元.目前国内市场年需求量在3000 台左右,年销售额在20亿元 以上.统计数据显示,中国市场上工业机器人总共拥有量尽万台,占全球总量的 0.56%,其中完 全国产工业机器人行业规

7、模比较大的前三家工业机器人企业行业集中度占 30%左右,其 余都是从日本、美国、瑞典、德国、意大利等 20 多个国家引进的.国产工业机器人目前主 要以国内市场应用为主,年出口量为 100 台左右,年出口额为 0.2 亿元以上.目前,工业机器人 的应用领域主要有弧焊、点焊、装配、搬用、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等 复杂作业.在我国,工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业 ,主要用于汽车及工程机械的 喷涂及焊接.目前,由于机器人技术及研发的落后 ,工业机器人还主要应用在制造业 ,非制造 业使用的较少.据不完全统计,近几年国内厂家所生产的哦工业机器人有超过一半是提供给 汽车行业.由此可

8、见,汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一.搬运机器人在实际的工作中就是一个机械手 ,机械手的发展是由于它的积极作用正日 益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求,遵循 一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接 和装配,从而大大的改善了工人的劳动条件,显著的提高了劳动生产率,加快实现工业生产机 械化和自动化的步伐.因而,受到很多国家的重视,投入大量的人力物力来研究和应用 .尤其 是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合 ,应用的更为广泛.在我国近几 年也有较快的发展,并且取得一定的效果,受到机械工

9、业的重视.机械手的结构形式开始比较 简单,专用性较强.随着工业技术的发展 ,制成了能够独立的按程序控制实现重复操作 ,适用 范围比较广的程序控制通用机械手,简称通用机械手.由于通用机械手能很快的改变工作 程序,适应性较强,所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用.机器人就是用机器代替人手,把工件由某个地方移向指定的工作位置 ,或按照工作要求 以操纵工件进行加工.机器人一般分为三类.第一类是不需要人工操作的通用机器人,也即本 文所研究的对象.它是一种独立的、不附属于某一主机的装置 ,可以根据任务的需要编制程 序,以完成各项规定操作.它是除具备普通机械的物理性能之外,还具备通用机械、

10、记忆智能 的三元机械.第二类是需要人工操作的，称为操作机Manipulator.它起源于原子、军事工 业,先是通过操作机来完成特定的作业,后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月 球等.工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴.第三类是专业机器人,主要附属于自动机床 或自动生产线上 ,用以解决机床上下料和工件传送 .这种机器人在国外通常被称之为 Mechanical Hand，它是为主机服务的，由主机驱动.除少数外，工作程序一般是固定的，因此 是专用的.1.3 机器人发展趋势随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生 产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合 ，

11、从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高 了生产效率.就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势：1提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模 块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人；2开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节 多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合；3研制各类传感器及检测元器件,如,触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等,用传 感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测. 并采用专家系统进行问题求解、动作规划,同时,

12、越来越多的系统采用微机进行控制.2 总体方案设计2.1 自由度和坐标系的选择机器人的运动自由度是指各运动部件在三维空间相当于固定坐标系所具有的独立运 动数,对于一个构件来说,它有几个运动坐标就称其有几个自由度.各运动部件自由度的总和 为机器人的自由度数.机器人的手部要像人手一样完成各种动作是比较困难的 ,因为人的手 指、掌、腕、臂由 19 个关节组成,共有 27 个自由度.而生产实践中不需要机器人的手有这 么多的自由度一般为 3-6 个不包括手部.本次设计的搬运机器人为 5 自由度即：手爪张 合；腕部回转；臂部伸缩；臂部回转；臂部升降.工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构、圆柱坐标结构、球坐

13、标结构、关节型结 构四种.各结构形式及其相应的特点,分别介绍如下：1) 直角坐标机器人结构直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图2-la所示. 由于直线运动易于实现全闭环的位置控制,所以,直角坐标机器人有可能达到很高的位置精 度m级但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的. 因此,为了实现一定的运动空间,直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构 尺寸大得多2.直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体 .直角坐标机器人主要用于装配作业及搬 运作业，直角坐标机器人有悬臂式、龙门式、天车式三种结构.2圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的空

14、间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图 2-1b . 这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业.其工作空间是一个圆柱状的空间.3球坐标机器人结构球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图 2-1c . 这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高.主要应用于搬运作业.其工作空间是一个类 球形的空间.4 关节型机器人结构关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图2-1d关节型机器人动作 灵活，结构紧凑,占地面积小相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大此种机器人在工业中 应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人.关节

15、型机器人结构,有水平关节型和垂直关节型两种.根据要求及在实际生产中的用途，本次设计的搬运机器人采用圆柱坐标.直角坐标型幻 圆柱坐标型c球坐标型&关节型s图2-1四种机器人坐标形式Fig 2-1 four robot coordinate form2.2搬运机器人的组成搬运机器人由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成.2.2.1执行机构1手部手部既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型多为回转型，因其结构简单. 手部多为两指也有多指；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空 式的空气吸盘主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件和电磁吸盘.传力机构形式较多，常用的有：滑槽杠杆式

16、、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、 丝杠螺母式、弹簧式和重力式本次设计的手部选择夹持类回转型结构手部.本次设计的搬运机器人手部执行部件如图2-2.图2-2搬运机器人手部执行部件示意图Fig 2-2 handling robot hands actuating parts schemes如图2-2的机构简图，手部执行依靠杆的伸缩运动来实现其张合运动，杆的动力源来自 后续驱动源的液压缸，该液压缸采用的是伸缩式液压缸，该液压缸能够节省横向的工作空间.2腕部腕部是连接手部和臂部的部件,并可用来调节被抓物体的方位,以扩大机械手的动作范 围,并使机械手变的更灵巧,适应性更强.手腕有独立的自由度.有回转运动、上下摆动、左右 摆动.一般腕部