焊接机器人设计【焊接机械手】【4自由度】【直角坐标】【压缸实现手部的旋转】【3张CAD图纸+PDF图】

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== 附件1：外文资料翻译译文 独立动力单臂机器人 摘要：本文介绍了独立动力的平面单臂机器人的构思和初步结果。机器人二个自由度由液压油驱动，一个臂控制。它运用的是液压反推装置，一种能精确的提供高压，工作台面宽度一般并且阻抗力很小的控力装置。这些装置安装在机器人的身体部位，用电缆将能量传送到臀部和腿的关节处。液压发动机驱动着一个排量恒定的给蓄电池增压的泵。因为用的是线性译码器，每个反推装置的绝对位置和弹簧的压缩都可测量的。弹簧压缩量转化为输出力，利用软件使用循环算法把控制力与需要的力相比。输出信号的每个力控制器驱动着高性能的伺服阀门，控制着液体流向执行机构的活塞。 在设计机器人过程中，我们用了以模拟为基础的重复多次的设计方法。初步概算的机器人的物理参数是基于以往的经验并且形体上更逼真的机器人的仿真模型。其次，控制算法模拟出它在平面上的跳跃。从模拟中的关节的能源要求和移动范围，我们再反推出需要的滑轮的直径，活塞的直径，行程，液压，伺服阀门的流量和带宽，齿轮泵的额定流量和发动机功率。符合或超过技术要求的零件被选出来集成到机器人里去，运用CAD软件，我们计算出设计的机器人的物理参数，将它们代替先开始用CAD估算出来的数据，然后生产出新的能源要求的连接器。我们不断重复这些工作，最终得到了设计中的提到的已校正过的原型。 一般来说，除去体外的泵产生的力，在惯性作用下，机器人以大约1.2m/s的速度运转，。在试验台上，最终试验的电力系统数据加载到机器人实体上去。当除去电力系统所产生的惯性力以后，机器人普遍以大约2.25m/s的速度运转。目前进行的工作是把电力系统集中到机器人本身，总结出控制的方法，研究出提高工作效率的方法。 1. 介绍 实用机械手因为动力平衡要求，复杂的设计和动力系统等原因正在接受挑战。为了研究动力自主机械手，我们开发了一个高压液压系统驱动的双缸发动机提供动力的动力自主机器人。这种机器人是一个平面机器人，由一个半径12英尺的构架限制表面范围。它有2个自由度，一个导杆和曲柄。液压执行装置固定在机身上，通过链条传递到导杆和曲柄。 单臂机器人被设计为一个适合多样性技术的测试平台，它包括： ·液压弹性串联执行装置 液压执行装置要考虑到高准确性, 适度带宽压力控制，一些机器人利用弹性串联执行装置,而单臂机器人是第一台应用液压型执行装置的机器人 。 ·虚拟转动弹簧 转动的支架定位经常仿造在弹簧上, 它表示转动效率取决于肌肉组织和筋（见参考文献[4]）。为了加快效率和简化控制，大多数机器人利用的是一个物理支管弹簧（见参考文献[5]。单臂机器人是一个决定在转动机器人中是否能用虚拟弹簧替代实体弹簧的测试平台。 当单臂机器人完成试用，我们将模拟一个使用可控制的虚拟支撑弹簧。 ·弹性串联执行装置的特性 如果在实体弹簧中没有得到效率补偿，机器人灵活的保持控制, 弹簧弹回完全支配合成力。 ·高密度，移动性，液压动力系统 为了使机器手臂更实用，必须要研制高动力和高能量系统。燃油驱动液压系统是一个使人感兴趣的选择。然而，现在缺少轻便的解决方法，而且专家这方面的知识比腿部机器人的知识更加集中。单臂机器人是可以成为一个能给与其他机器人提供液压发动机动力系统的发展项目和测试平台 。 在机器人的设计中, 我们反复利用了个仿真设计程序。我们以各种不同的速度和不同的总数块运行了机械手，现实模拟而且得到了物理参数和联合转力矩、速度、和运动范围要求。使用这些功率的联合器,我们能够计算出系统的压力和流程需求，而且可以选出一些符合那些规格部件来。然后在SolidWorks里把这些部件连同机械手结构一起做成模型，得到的新的机械性能被加载到模型里进行模拟。重复这一个程序，直到原型设计成份选择出来。 2.模拟仿真 为了确定单臂机器人的电力需求，我们用Yobotics Simulation Construction Set软件进行了最真实的模拟。在模拟实验中，我们假设弹力腿部的回弹力为0。这是一个非常保守的设定，因为记载数据显示奔跑的动物和几乎所有移动机器人的弹力腿部的回弹力都很大。我们打算最后修改弹力腿部构造的设计。现在，先假设回弹力为0，其一确保电力系统超过最终机器人所需的要求，其二因为弹力腿部是比较难模拟的，我们要准确的确定它提供哪种电力储备系统。 我们总结了模拟机器人以3.5m/s速度行走时的控制法（图1），算法类似于Raibert （见参考文献[5]）的三工位计算，但是稍做了修改。工步通过控制垂直方向的上下速度进行控制，而不是通过底部的弹簧片组的压缩得到。因为单臂机器人的腿部弹簧是假设的，并且臀部和膝盖的力是任意假设给定的，所以这完全有可能。相对来说，大多数可移动机器人的腿部弹簧是真的并且规定了相应的跳跃。如果真实的速度比需要达到的速度更少，除了经过脚安置控制向前的速度之外，需要增加一个速度控制机延迟推进。 我们在各种不同的身体块中做模拟以完善机械手的设计。到目前为止，当轻量级 (94 磅) 模拟速度为3.5m/s时, 重量级的模拟速度只有2.5m/s。图1表示的是94 磅重的机器人在 速度是3.5 m/s时模拟赛跑的一个截图。 图1 43公斤(94磅)单臂机器人以3.5 m/s的速度模拟赛跑的图像动画 图像间隔0.05秒。从右向左运动。 在运动中，联合关节处的转力矩、速度和力量在一个完全的周期期间改变。表 1显示了模拟奔跑时运动的转力矩、速度、力量和范围的最大值。液压系统的组成部分按照联合关节处的力量数据来选择。 表1 模拟联合关节处以最大速度运动时的力量要求 最大臀部转力矩 360 Nm 266 ft-lb 最大膝转力矩 360 Nm 263 ft-lb 最大臀部速度 24 rad/sec 224 RPM 最大膝速度 28 rad/sec 264 RPM 最大臀部力 4450 W 5.96 HP 最大膝力 4205 W 5.63 HP 最大总力 6025 W 8.07 HP 平均力 1550 W 2.08 HP 最大臀部旋转 1.70 rad 97.3 deg 最大膝旋转 1.12 rad 63.7 deg 3.液压系统设计 在设计液压系统前，我们对于单臂机器人的总体结构做一些设想。 1) 假设动力元件牢牢的装在机器人的身体部位并且用电缆和滑轮机构和关节处连接好。通过放置在机器人身体上的动力元件（正如直接安置在机器人腿上的反推装置），可以将机器人腿的质量减到最小，并可以使它达到很快的运动速度。 2) 假设动力元件是线性的，而不是螺旋的。液压直活塞相比螺旋液压活塞更容易运用，更便宜更轻。此外，用螺旋液压活塞很难执行连续的弹性冲击。这是因为相对于压缩弹簧，扭弹簧性能很差，并且生产扭弹簧的过程很复杂。 图2 单臂机器人的液压系统设计图 图2表示的是单臂机器人的液压循环图。红线表示的高压供应路线，蓝线表示的低压返回路线。恒量泵由发动机驱动，给油箱外的低压油增压并使它们冲过各种障碍。如果流进去，液体正常的通过一个节流阀，在这对蓄电池加压。电脑控制着的电磁阀可以间隔的通过一个油液冷却器阻止液体回流到油箱。当积聚的力已经达成被需要的最大值如一个压力感应器所测量的压力的时候，运用并联电路。高压力液体被储存在油箱中，直到二个伺服阀门之中任意一个启动。如果压力在积聚者中变成太高,一个压力减轻阀门将会交替地把液压油转移回到油库。伺服阀门控制每个活塞的压力和流量。 如活塞被循环,回返液体经过油冷却器被送回到油库,如此完成周期。 3.1液压成分选择 液压的系统配置相当标准。困难在于在没有设计说明书的情况下挑选出符合单臂机器人力量要求的组成部件，还要留下余量。图 3 是成份选择程序的示意图。 图3 成分选择过程示意图 3.2.滑轮和活塞直径 我们从模拟中为单脚架估算了运动的联合转力矩、速度和范围。力量经过绕过滑轮的钢电缆被传送到关节，而且这些钢的电缆由液压活塞驱动。在选择活塞和滑轮直径方面，假定操作压力为3000PSI,这是一个广泛承认的超高压标准。当压力超过3000PSI时，设备变成非常重而且贵。 考虑滑轮直径的同时，还必须考虑电缆寿命。非常小的皮带轮对钢索会产生显著的弯曲应力，从而使电缆寿命退化。按照电缆制造业情况，滑轮直径应该是大约包围在它周围的电缆的直径的25 倍。我们初步选择了一个直径为0.188英寸的电缆，因为它的断裂强度（ 2000磅）差不多达到设计要求。根据制造业者的 25X 因素,我们得到了一个直径为4.68 寸的滑轮。取整数,使用一个直径为4.75英寸的滑轮。用这个带轮直径和3000PSI的设计压力，计算出扭矩为266英尺-磅条件下的活塞直径是 0.770 英寸。保守起见，选择了活塞直径为0.75英寸。注意驱动力（指电缆力）为0.75英寸直径的活塞是1324磅，少于额定强度电缆2000磅。汽缸直径为0.75英寸和滑轮直径4.75英寸，模拟产生的最大压力和流速如表2所示。 表2 活塞直径为0.750英寸，带轮直径为4.75英尺时模拟的最大压力值和流量 最大臀部主动器压力 20.68 MPa 3000 PSI 最大膝主动器压力 20.68 MPa 3000 PSI 最大值髋舵机流速 4.02e-4 m3/s 6.38 GPM (24.5 in3/s) 最大值膝动器流速 3.895e-4 m3/s 6.17 GPM (23.8 in3/s) 最大总动器流速 6.385e-4 m3/s 10.12 GPM (39.0 in3/s) 平均流速 1.98e-4 m3/s 3.14 GPM (12.1 in3/s) 在圆筒和滑轮直径选择方面，我们用了模拟模型为单臂机器人结束产生压力和流程需求而且延长时间的时期。从这个压力和流量的数据中抽取了平均流量、洪峰流量和压降。这方面的资料，用来选择主要系统组件，包括伺服阀、散热器、蓄能器、齿轮泵等。 ……