垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（臂部關(guān)節(jié)）,垂直,關(guān)節(jié),機(jī)器人,位置,控制,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),臂部 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（臂部關(guān)節(jié)）演講人：1 緒論緒論1.1 機(jī)器人概念機(jī)器人概念機(jī)器人（機(jī)器人（Robot）是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝）是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人圖1.2 課題研究的背景和意義課題研究的背景和意義機(jī)器人是一門綜合性很強(qiáng)的科學(xué)，有著極其廣泛的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息融合技術(shù)、機(jī)構(gòu)學(xué)、傳感技術(shù)、仿生科學(xué)以及人工智能等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，它不僅涉及到線性、非線性、基于多種傳感器信息控制以及實(shí)時(shí)控制技術(shù)，而且還包括復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的建模、數(shù)字仿真技術(shù)及混合系統(tǒng)的控制研究等方面的技術(shù)。1.3 國(guó)內(nèi)機(jī)器人的研究國(guó)內(nèi)機(jī)器人的研究我國(guó)已在“七五”計(jì)劃中把機(jī)器人列人國(guó)家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽(yáng)建立了全國(guó)第一個(gè)機(jī)器人研究示范工程，全面展開了機(jī)器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究。十幾年來(lái)，相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機(jī)器人及水下作業(yè)、軍用和特種機(jī)器人。1.4機(jī)器人的組成機(jī)器人的組成1.4.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、緩沖與定位，還有行走機(jī)構(gòu)組成。1.4.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等形式。不過目前還是以液壓和氣動(dòng)用的最多。1.4.3控制機(jī)構(gòu)機(jī)器人的控制方式有點(diǎn)動(dòng)和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)是用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。1.5垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）柔性大，工作范圍大。（2）提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。（3）易于操作和維護(hù)，可離線編程，大大的縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。（4）設(shè)備利用率高，垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人的利用率可達(dá)90%-95%。1.6 本課題研究?jī)?nèi)容本課題研究?jī)?nèi)容主要任務(wù)：（1）機(jī)器人小臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（2）機(jī)器人小臂受力計(jì)算與校核（3）機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動(dòng)設(shè)計(jì)（4）重要零件圖及裝配圖繪制（5）伺服電機(jī)選型2 機(jī)器人總體設(shè)計(jì)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)2.1 確定基本技術(shù)參數(shù)確定基本技術(shù)參數(shù)2.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)類型的選擇機(jī)械結(jié)構(gòu)類型的選擇a.圓柱坐標(biāo)型圓柱坐標(biāo)型 b.直角坐標(biāo)型 c.球坐標(biāo)型 d.回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型e.平面 對(duì)以上五種方案進(jìn)行比較：方案一不能夠完全實(shí)現(xiàn)本課題所要求的動(dòng)作；方案二體積大，靈活性差；方案三結(jié)構(gòu)復(fù)雜；方案五無(wú)法實(shí)現(xiàn)本課題的動(dòng)作。結(jié)合本課題綜合考慮決定采用方案四機(jī)器人。此方案所占空間少，工作空間范圍大，動(dòng)作靈活，工藝操作精度高。2.1.2 額定負(fù)載2.1.3 工作范圍2.1.4 操作機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1.5 控制系統(tǒng)選擇2.1.6 確定機(jī)器人手臂的配置形式2.2 機(jī)器人手臂材料選擇機(jī)器人手臂材料選擇機(jī)器人手臂材料首先應(yīng)是結(jié)構(gòu)材料。手臂承受載荷時(shí)，不應(yīng)有變形和斷裂。從力學(xué)角度看，即要具有一定的強(qiáng)度。手臂材料應(yīng)選擇高強(qiáng)度材料，如鋼、鑄鐵、合金鋼等。機(jī)器人手臂是運(yùn)動(dòng)的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比較輕。綜合而言，應(yīng)該優(yōu)先選擇強(qiáng)度大而密度小的材料做手臂。2.3 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人工作空間的計(jì)算垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人工作空間的計(jì)算圖2.3 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人工作空間示意圖3 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人小臂結(jié)構(gòu)設(shè)垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的選擇3.2 小臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小臂殼體采用鑄鋁，方形結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，強(qiáng)度大。3.3 小臂電機(jī)及減速器選型小臂電機(jī)及減速器選型本垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人小臂部?jī)蓚€(gè)自由度是平面旋轉(zhuǎn)，若軸承是光滑的，則旋轉(zhuǎn)所需的靜轉(zhuǎn)矩比較小。因?yàn)閷⒈凵扉_呈一條直線時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大，所以在旋轉(zhuǎn)開始時(shí)可產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩不足。3.4 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算3.5 軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)3.6 軸的受力分析及計(jì)算軸的受力分析及計(jì)算軸的受力分析圖 3.7 軸承的壽命校核軸承的壽命校核小臂系統(tǒng)總裝圖總總 結(jié)結(jié)我國(guó)機(jī)器人的研究和應(yīng)用起步較晚，但是隨著國(guó)我國(guó)機(jī)器人的研究和應(yīng)用起步較晚，但是隨著國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的快速發(fā)展、社會(huì)需求的增大和技術(shù)內(nèi)外機(jī)器人的快速發(fā)展、社會(huì)需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步，垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人得到了迅速的發(fā)展，的進(jìn)步，垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人得到了迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，是推動(dòng)裝垂直多關(guān)節(jié)機(jī)產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，是推動(dòng)裝垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人發(fā)展的直接動(dòng)力。機(jī)器人在輕型、較簡(jiǎn)單且器人發(fā)展的直接動(dòng)力。機(jī)器人在輕型、較簡(jiǎn)單且要求機(jī)器人價(jià)格較低的噴涂作業(yè)中大顯了身手。要求機(jī)器人價(jià)格較低的噴涂作業(yè)中大顯了身手。本課題正是在這種背景下提出來(lái)的，這是一項(xiàng)具本課題正是在這種背景下提出來(lái)的，這是一項(xiàng)具有重要意義的課題。有重要意義的課題。