工业机器人总体设计要点.ppt

第二讲 工业机器人的总体设计 引言： 机器人总体设计的主要内容有：确定基本参数，选择运动方式，手臂配置形式，位置检测，驱动和控制方式等。然后是进行结构设计，同时，要对各部件的强度、刚度进行必要的验算。 一、系统分析 1．根据机器人的使用场合，明确所使用机器人的目的和任务。 2．分析机器人所在系统的工作环境，包括机器人与已有设备的兼容性。 3．分析系统的工作要求，确定机器人的基本功能和方案。 具体来说，确定机器人的自由度数，信息的存储容量，计算机的功能水平，机器人的动作速度，定位精度，机器人容许的运动空间的大小，环境条件（如温度、是否存在振动），抓取工件的重量、外形尺寸的大小，生产批量等。 举例：鸡蛋分检包装系统中的机器人（1） 下面以鸡蛋分检包装系统为例，介绍机器人的系统分析方法。 明确机器人的目的和任务： 从传送带拾取一个鸡蛋； 把蛋置于强光下照射，测定蛋是否透光（有无胚胎生长）； 根据蛋有无胚胎，把蛋放入废品箱或包装箱内。 举例示图1：基本工作流程 举例：鸡蛋分检包装系统中的机器人（2） 分析机器人所在系统的工作环境：包括工作车间的平面布置，相互间的位置关系等。 举例示图2：机器人与环境的关系 举例：鸡蛋分检包装系统中的机器人（3） 分析系统的工作要求： 循环时间≤3.0s 每次循环有三种不同的运动： 移动到传送带并拾取一只鸡蛋； 移动到照射位置； 把鸡蛋放入纸箱或废品区。 一个循环中需要三次暂停： 闭合手爪0.2s；完成照射0.05s；开启手爪放蛋0.2s 每只鸡蛋重量≤85g；手爪重量≤369g 位置分辨率最低为1.27mm 确定机器人的自由度及运动范围： 初步分析：机器人满足上面提出的条件，应该具备一个旋转运动和两个直线运动。 仔细分析：还应该有一个附加旋转运动以对蛋进行定向排列。因为当受臂移动和转动时，鸡蛋的取向会发生改变。 确定技术参数为： 伸缩运动：45.7~61.0cm 腰部旋转： ±90° 腕部旋转：360 ° 腕部垂直移动：50.8cm 初步确定机器人的结构： 作业： 根据鸡蛋传送分检系统的工作要求，设计一台满足动作要求的机器人模型（用几何模型图表示），并对你的设计结构予以分析。 二、技术设计 1．机器人基本参数的确定（1）： 自由度的确定：在系统分析时已经确定了。 臂力的确定： 对于专用机器人来说：是针对专门的工作对象来设计的，臂力主要根据被抓取物体的重量确定，取1.5~3.0的安全系数。 对于工业机器人来说：具有一定的通用性，臂力要根据被抓取物体的重量变化来确定。 工作范围的确定： 要根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定 1．机器人基本参数的确定（2）： 运动速度的确定： 主要是根据生产需要的工作节拍分配每个动作的时间，进而根据机械手各部位的运动行程确定其运动速度。 定位精度的确定： 机器人的定位精度是根据使用要求确定的。而要达到这样的精度取决于机器人的定位方式、运动速度、控制方式、臂部刚度、驱动方式、缓冲方法等。 2．机器人运动形式的选择（1）： 根据机器人的运动参数确定其运动形式，然后才能确定其结构。常见的运动形式有以下几种： 2．机器人运动形式的选择（2）： 直角坐标型：机器人的主体结构的关节都是移动关节。 特点： 结构简单，刚度高。 关节之间运动相互独立，没有耦合作用。 占地面积大，导轨面防护比较困难。 2．机器人运动形式的选择（3）： 圆柱坐标型：圆柱坐标式机器人主体结构具有三个自由度：腰转、升降和伸缩。亦即具有一个旋转运动和两个直线运动。 特点： 通用性较强； 结构紧凑； 机器人腰转时将手臂缩回，减少了转动惯量。 受结构限制，手臂不能抵达底部，减少了工作范围。 2．机器人运动形式的选择（4）： 球面坐标式（极坐标）： 机器人主体结构具有三个自由度，两个旋转运动和一个直线运动。 特点： 工作范围较大； 占地面积小； 控制系统复杂 2．机器人运动形式的选择（5）： SCARA机器人：有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。另一个是移动关节。这种结构轻便、响应快。 特点： 结构轻便，响应快； 适用于平面定位和在垂直方向进行作的场合。 2．机器人运动形式的选择（6）： 关节式机器人：关节式机器人的主体结构的三个自由度腰转关节、肩关节、肘关节全部是转动关节。 特点： 动作灵活，工作空间大； 关节运动部位密封性好； 运动学复杂，不便于控制。 3．拟定检测传感系统框图： 图例：传感系统框图： 4．确定控制系统总体方案，给出框图 图例：控制系统总体方案 5．机械结构设计 三、机器人机械系统设计 1．机器人的驱动方式： 机器人的驱动方式有电动、液压和气动三种方式。一台机器人可以只有