垂直多关节机器人位置控制结构设计（臂部关节）
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垂直多关节机器人位置控制结构设计（臂部关节）演讲人：1 绪论绪论1.1 机器人概念机器人概念机器人（机器人（Robot）是自动执行工作的机器装）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。建筑业，或是危险的工作。垂直多关节机器人图1.2 课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义机器人是一门综合性很强的科学，有着极其广泛的研究和应用领域。机器人技术是综合了计算机技术、信息融合技术、机构学、传感技术、仿生科学以及人工智能等多学科而形成的高新技术，它不仅涉及到线性、非线性、基于多种传感器信息控制以及实时控制技术，而且还包括复杂机电系统的建模、数字仿真技术及混合系统的控制研究等方面的技术。1.3 国内机器人的研究国内机器人的研究我国已在“七五”计划中把机器人列人国家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十几年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人及水下作业、军用和特种机器人。1.4机器人的组成机器人的组成1.4.1执行机构一般机器人的执行机构由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、缓冲与定位，还有行走机构组成。1.4.2驱动机构驱动机构主要有液压驱动、气动驱动、电动驱动和机械驱动等形式。不过目前还是以液压和气动用的最多。1.4.3控制机构机器人的控制方式有点动和连续控制两种方式。大多数是用插销板进行点位程序控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。1.5垂直多关节机器人垂直多关节机器人垂直多关节机器人的主要优点：（1）柔性大，工作范围大。（2）提高喷涂质量和材料使用率。（3）易于操作和维护，可离线编程，大大的缩短现场调试时间。（4）设备利用率高，垂直多关节机器人的利用率可达90%-95%。1.6 本课题研究内容本课题研究内容主要任务：（1）机器人小臂机构设计（2）机器人小臂受力计算与校核（3）机器人关节传动设计（4）重要零件图及装配图绘制（5）伺服电机选型2 机器人总体设计机器人总体设计2.1 确定基本技术参数确定基本技术参数2.1.1 机械结构类型的选择机械结构类型的选择a.圆柱坐标型圆柱坐标型 b.直角坐标型 c.球坐标型 d.回转坐标型e.平面 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。2.1.2 额定负载2.1.3 工作范围2.1.4 操作机的驱动系统设计2.1.5 控制系统选择2.1.6 确定机器人手臂的配置形式2.2 机器人手臂材料选择机器人手臂材料选择机器人手臂材料首先应是结构材料。手臂承受载荷时，不应有变形和断裂。从力学角度看，即要具有一定的强度。手臂材料应选择高强度材料，如钢、铸铁、合金钢等。机器人手臂是运动的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比较轻。综合而言，应该优先选择强度大而密度小的材料做手臂。2.3 垂直多关节机器人工作空间的计算垂直多关节机器人工作空间的计算图2.3 垂直多关节机器人工作空间示意图3 垂直多关节机器人小臂结构设垂直多关节机器人小臂结构设计计3.1 电动机的选择电动机的选择3.2 小臂部结构设计小臂部结构设计小臂壳体采用铸铝，方形结构，质量轻，强度大。3.3 小臂电机及减速器选型小臂电机及减速器选型本垂直多关节机器人小臂部两个自由度是平面旋转，若轴承是光滑的，则旋转所需的静转矩比较小。因为将臂伸开呈一条直线时转动惯量最大，所以在旋转开始时可产生步进电机的转矩不足。3.4 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算3.5 轴结构尺寸设计轴结构尺寸设计3.6 轴的受力分析及计算轴的受力分析及计算轴的受力分析图 3.7 轴承的寿命校核轴承的寿命校核小臂系统总装图总总 结结我国机器人的研究和应用起步较晚，但是随着国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内外机器人的快速发展、社会需求的增大和技术的进步，垂直多关节机器人得到了迅速的发展，的进步，垂直多关节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，是推动装垂直多关节机产效率的生产工艺需求，是推动装垂直多关节机器人发展的直接动力。机器人在轻型、较简单且器人发展的直接动力。机器人在轻型、较简单且要求机器人价格较低的喷涂作业中大显了身手。要求机器人价格较低的喷涂作业中大显了身手。本课题正是在这种背景下提出来的，这是一项具本课题正是在这种背景下提出来的，这是一项具有重要意义的课题。有重要意义的课题。
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