关节型机器人腰部结构设计要领

时间：2022-10-02 21:55:54 大专毕业论文我要投稿

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关节型机器人腰部结构设计要领

　　小编为各位机械专业的同学推荐关节型机器人腰部结构设计要领，欢迎大家阅读!

　　[摘要]关节机器人，也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一。适合用于诸多工业领域的机械自动化作业，比如，自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作。机器人是近30年发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。

　　[关键词] 关节型机器人自由度腰部结构设计

　　引言：自古以来，人们所设想的机器人一般是一种在外形和功能上均能模拟人类只能的机器。特别是在20世纪20年代前后，捷克和美国的一些科幻作家创作了一批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品，更使机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。在现实生活中，一些民间工匠根据这些文学描绘，也制造出一些仿人或仿生的机器人。

　　一：主要分类

　　六轴联动关节机器人

　　按照关节机器人的构造分类：

　　1、五轴和六轴关节机器人

　　拥有五个或六个旋转轴，类似于人类的手臂。

　　应用领域有装货、卸货、喷漆、表面处理、测试、测量、弧焊、点焊、包装、装配、切屑机床、固定、特种装配操作、锻造、铸造等。

　　2、托盘关节机器人

　　托盘关节机器人，未安装托盘

　　二个或四个旋转轴，以及机械抓手的定位锁紧装置。

　　应用领域有装货、卸货、包装、特种搬运操作、托盘运输等。

　　3、平面关节机器人SCARA

　　平面关节机器人SCARA

　　三个互相平行的旋转轴和一个线性轴。

　　应用领域有装货、卸货、焊接、包装、固定、涂层、喷漆、粘结、封装、特种搬运操作、装配等。

　　国际机器人研究在经过了80年代的低潮之后，呈现出复苏和继续发展的形式;我国机器人研究在国家七五、八五及863计划的推动下也取得了很大的发展。在70年代的机器人浪潮相比，现在的机器人研究有两个特点：一是对机器人智能的定位有了更加符合实际的标准，也就是不要求机器人具有像人类一样的高智商，而只是要求机器人在某种程度上具有自主处理问题的能力。

　　我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果，其中最为突出的是水下遥控机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先行行列之中。

　　二：关节机器人总体设计

　　我国机器人的研究和应用起步较晚，但是随着国内外机器人的快速发展，社会需求的增大和技术的进步，焊接机器人得到了迅速的发展，多品种、少批量生产方式和为提高产品质量及生产效率的生产工艺需求，是推动关节机器人发展的直接动力。关节机器人在轻型、较简单而且要求机器人价格较低的焊接作业中大显身手。同时关键机器人腰部设计也是重中之重。下面就关节型机器人腰部设计要领进行介绍分析。

　　1：确定技术参数

　　机械结构类型选择

　　为实现总体机构在空间的位置提供的6个自由度，可以有不同的运动组合。

　　a. 圆柱坐标型这种运动形式是通过一个转动，两个移动，供三个自由度组成的运动系统，工作空间图形为圆柱型。它与直角坐标型比较，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。

　　b. 直角坐标型直角坐标型工业机器人，其运动部分由三个相互垂直的直线移动组成，其工作空间图形为长方体。它在各个轴向的移动距离，可在各坐标轴上直接读出。直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高、结构简单，但机体所占空间体积大、灵活性较差。

　　c.球坐标型又称极坐标型，

　　它由两个转动和一个直线移动所组成，即一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动组成，其工作空间图形为一个球形，它可以作上下俯仰运动并能够抓取地面上或较低位置的工件，具有结构紧凑、工作空间范围大的特点，但结构复杂。

　　d. 关节型

　　关节型又称回转坐标型，这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个关节都是回转关节，这种机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂间形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂作回转运动和使大臂作俯仰摆动，小臂作俯仰摆动。其特点使工作空间范围大，动作灵活，通用性强、能抓取靠进机座的物体。

　　e.平面关节型

　　采用两个回转关节和一个移动关节;两个回转关节控制前后、左右运动，而移动关节则实现上下运动，其工作空间的轨迹图形，它的纵截面为

　　矩形的同转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体横截面的大小、形状。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配。对以上五种方案进行比较：

　　方案一不能够完全实现本课题所要求的动作;

　　方案二体积大，灵活性差;方案三结构复杂;方案五无法实现本课题的动作。结合本课题综合考虑决定采用方案四：关节型机器人。此方案所占空间少，工作空间范围大，动作灵活，工艺操作精度高

　　焊接机器人具有6个自由度：

　　① 腰关节回旋;

　　②臂关节俯仰;

　　③肘关节俯仰;

　　④ 腕关节仰腕;

　　⑤摆腕;

　　⑥悬腕。

　　其中要详细的设计机器人基座和腰部结构。

　　整体机器人要实现腕部最大负荷6kg，最大时速2m/s ，最大工作半径1500mm 。

　　在设计过程中药考虑很多问题：要有足够大的安装基面，以保证机器人工作时的稳定性;腰座轴系及传动链的精度对末端执行器的运行精度影响最大。因此腰座与手臂的联接要有可靠的定位基准面。

　　2额定负载

　　目前，国内外使用的工业机器人中，其负载能力的范围很大，最小的额定负载在5N以下，最大可达9000N。负载大小的决定主要是考虑沿机器人各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中包括机器人末端执行器的重量、抓取工件或作业对象的重量和在规定速度和加速度条件下，产生的惯性力矩。

　　3.工作范围

　　工业机器人的工作范围是根据工业机器人作业过程中的操作范围和运动的轨迹来确定的，用工作空间来表示的。工作空间的形状和尺寸则影响机器人的机械结构坐标形式、自由度数和操作机各手臂关节轴线间长度和各关节轴转角的大小及变动范围的选择。

　　三：结语

　　综上所述，关节型机器人越来越受到又各国人的关注与利用，机器人腰部设计也是重中之重。相信随着科技发展，技术的提高与更新，关节型机器人得到更多人认可信赖以及应用。

　　参考文献：

　　[1]汪恺. 机械设计标准应用手册[M]. 机械工业出版社. 1997.8.

　　[2] 庞启淮.小功率电动机应用技术手册[M].机械工业出版社.

　　[3] 殷际英，何广平.关节型机器人[M]. 北京：化学工业出版社 2003.

　　[4] 徐锦康. 机械设计[M] .机械工业出版社 2001.

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