六自由度工业机器人毕业论文(编辑修改稿)

六自由度工业机器人毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。 B．工业机器人控制系统向基于 PC 机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度 提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 C．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。 哈尔滨工业大学本科 毕业设计（论文） 8 D．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、 模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发； E．焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机器人产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。 其研究的现状，总的来说，大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。 本文的主要研究内容 本文设计和研究了一个六自由度的工业机器人，用于生产线的进 送料和装配。 首先，本文对生产线布局进行改造设计，提高生产的工作效率，然后，设计机械手及控制系统设计。 哈尔滨工业大学本科 毕业设计（论文） 9 第 2章 生产线布局及 总体方案的确定 生产线布局方案 如图 21 所示， 采取两车床相临，与加工中心依次排布的布局方式； 图 21 生产线布局图 机械手 1. 双爪（手指为两个夹持机构） 2. 机械手的自由度 （ 1）机械手手部两个自由度（回转） （ 2）手腕一个自由度（两个回转） （ 3）手臂一个自由度（回转） （ 4）机身两 个自由度（两个回转） 哈尔滨工业大学本科 毕业设计（论文） 10 工作流程 ：由机械手将工件从传送带取下，夹持工件外圆，固定到车床一上、夹紧，进行工序一； ，机械手再次从传送带上取下工件，存放在手上； ，由机械手的另一只手将工件取下，将存放手上的工件固定车床一，进行工序一； ，将从车床一取下的工件调头撑内孔固定到车床二上，进行工序二； 4； ，进行工序三； ，机械手将工件取出反 转，重新固定，进行工序四； ，机械手将成品件从加工中心取出，放到出料传送带上； 9 重复流程 5~8。 工作流程图如图 22 所示。 图 22 工序流程图 方案预期达到的目标： 方案最大的特点是采用了双爪机构（手指为两个夹持机构），在生产流程中，省去了等待工序一加工完才可夹持下一工件的时间和各个工序之间所需的时间间隙，双抓举手实现了生产线的不间歇生产，节省了时间，提高了效率。 哈尔滨工业大学本科 毕业设计（论文） 11 总体方案的设计 机构的选型 机构的设计非常重要。 我们主要从以下几个方面对其进行研究： (1） 可达空间的范围。 (2) 机构的设计。 (3) 自由度的选取。 具体到本设计，因为设计要求搬运的加工工件的质量达 15KG，且长度达 500MM，同时考虑到数控机床布局的具体形式及对机械手的具体要求，考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成本、提高可靠度。 关节型机器人 可 分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、 球坐标型机器人和开链连杆式机器人。 开链连杆式机器人是现在使用最多的一 种，其主体结构的三个自由度腰关节、 肩关节、肘关节全部采用转动关节，手腕上也采用转动关节来确定末端的姿态，具有优点如下： [6] 1. 结构紧凑，工作范围大而安装占地小。 2. 具有很高的可达性。 可以使其手部进入像汽车车身这样一个封闭的空间内 进行作业，而直角坐标型的机器人就不行。 3. 因为没有移动关节，所以不需要导轨。 转动关节容易密封，由于轴承件是 大量生产的标准件，则摩擦小，惯量小，可靠性好。 4. 所需关节驱动力矩小，能量消耗少。 通过对以上这些进行研究，我们拟采用开链杆式关节型机构。 机器人本体由机座、腰部、大臂、 小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。 共有六个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆。 驱动方式的选择 机器人的驱动可分为气压驱动、液压驱动及电动机驱动等多种类型。 它们各有优缺点，且适应范围不同。 三种驱动方式的特点见表 21。 哈尔滨工业大学本科 毕业设计（论文） 12 表 21三种驱动方式的特点对照 基于上述驱动系统的特点，本文选用电机驱动的方式对机器人进行驱动。 传动方案的选择 传动方式的选择是指选择驱动源以及传动装置与关节部件的连接形式和驱动方式。 基本的连接形 式和驱动方式见图 23所示。 （ 1） 直接连接传动。 驱动源或带有机械传动装置直接与关节相连。 （ 2） 远距离连接传动。 驱动源通过远距离机械传动后与关节相连。 液压驱动 气动驱动 电机驱动 输出功率 很大 大 较大 控制性能 利 用 液 体 的 不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调 速 ， 反 应 灵敏，可实现连续轨迹控制 气体压缩性大，精度 低， 阻尼效 果差 ，低 速不易 控制 ，难 以实现 高速、高精度的连续轨迹控制 控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂 结构性能及体积 结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。 密封问题较小 结构适当，执行机构可标准化、模拟化，体积小，结构紧凑，密封问题较小 结构性能好，噪声低，电动机一般需配置减速装置，除DD 电动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题 在工业机器人中应用范围 适用于重载、低速驱动，电液伺服 系 统 适 用 于喷涂机器人、点焊 机 器 人 和 托运机 器人 适 用于 中小负 载驱动、精度要求较低 的有 限点位 程序控制机器人，如冲 压机 器人本 体的 气动 平衡及 装配 机器 人气动 夹具 适用于中小负载、要求具有较高的位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高的机器人，如 AC 伺服喷涂机器人、点焊机器人、装配机器人等 成本 液 压 元 件 成 本较高 成本低 成本 高 哈尔滨工业大学本科 毕业设计（论文） 13 a） 直接连接传动，间接驱动； b） 直接连接传动，直接驱动 c） 远距离连接传动，间接驱动； d） 远距离连接传动，直接驱动 图 23 各种传动方案 （ 3） 间接驱动。 驱动源经一个速比远大于 1的机械传动装置与关节相连。 （ 4） 直接驱动。 驱动源不经过中间环节或经过一个速比等于 1的机械传动这样 的中间环节与关节相 连。 如果采用远距离连接 ， 则造成传动链太长，结构比较庞大等，所以采用直接连接传动的方式；又因为采用直接连接，所以电机不能选的太大，为了提高机器人的负载能力，必须采用间接驱动的方式，通过减速机构增大电机的输出力矩。 综上所述，本课题采用图 23中的 a)方式， 即直接连接传动，间接驱动。 总体结构方案设计 机构选型和传动方式完成后， 再 进行总体的结构设计，具体情况如下： 要求 上部的机械臂底盘要大，重心要低，所以，腰部关节的驱动电机直接选择安装在 基座 上，如图 24所示。 整个结 构为空间关节型的， 本体由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。 有 4个关节，腰关节，肩关节，肘关节，腕关节，共有六个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆， 均为转动关节，其中腰 关节实现机器人本体除基座以外的机构的转动；肩关节带动大臂、小臂、手腕、手爪进行俯仰转动，以满足机器人工作空间上高度的要求； 肘关节实 哈尔滨工业大学本科 毕业设计（论文） 14 现带大臂和小臂之间的转动： 大臂、小臂以及手腕均可在允许的范围内运动；腕关节可以实现俯仰以及摆动，可以方便的改变手爪的位姿。 图 24 六自由度机械臂简图 手爪是机械臂中的比较重要的部件，采用了气动夹持器。 气动夹持器在工业中应用较为普遍。 另外，由于气体的可压缩性，使气动手爪的抓取运动具有一定的柔顺性，这一点是抓取动作十分需要的。 机器人的机身、大小臂等都采用空心薄壁机构，硬铝材料，使得零件的刚性 好，而且重量轻。 在连接处，采用高强度的螺栓连接，转动关节处，选用了高精度的轴承，使得运转很灵活，磨损小。 在现代机器人结构中广泛使用着各种机器人轴承，常用的有环形轴承和交叉滚子轴承。 这几种机器 人专用轴承具有结构简单紧凑，精度高、刚度大，承载能力强（可承受径向力、轴向力、倾覆力矩）和安装方便等优点。 但考虑到这些轴承价格昂贵，而使用普通的球轴承或滚子轴承也能满足结构的需要，所以在该机器人的结构中仍然全部采用球轴承。 在电机的布置上，考虑尽量将电机放置在相应的操作臂的前端，这样可以减小扭矩，同时也可以起到重力平衡的作用，但同时尽量避免过长的传动链，以简化结构，减少诱导运动。 [11] 各部件组成和功能描述如下： 哈尔滨工业大学本科 毕业设计（论文） 15 （ 1） 底座部件：底座部件包括底座、蜗轮蜗杆，箱体，涡轮轴和步进电机等。 步进电机固定在箱体 上。 （ 2） 腰部回转部件：腰部回转部件包括驱动臂座，摆线针轮减速机和步进电机等。 作用是支承大臂部件，并完成腰部回转运动。 在腰部支架上固定着驱动大臂俯仰和小臂俯仰的电机。 （ 3） 大臂部件 :包括大臂和连杆。 （ 4） 小臂部件 :包括小臂、齿轮箱、传动部件、传动轴等 ,在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驱动手腕三个运动的步进电机。 （ 5） 手腕部件：包括手腕壳体、传动齿轮和机械接口等。 （ 6） 末端执行器：气动夹持器（两个夹持机构）。 整个结构简单紧凑，基本满足设计要求。 控制方案的设计 构建 机器人平台的核心是建立机器人的控制系统。 到目前为止，基于 PC 机控制系统一般包括单 PC 控制模式， PC+PC 的控制模式， PC+分布式控制器的控制模式， PC+DSP 运动控制卡的控制模式，。