-码跺机器人原理结构说明.docx

码跺机器人原理结构说明

四自由度圆柱坐标型机器人传动结构原理如图3-2所示，四个自由度独立控制，臂部和腕部绕腰部做旋转运动，上下移动臂和伸缩臂的运动都能改变末端执行器的位置。腰部的旋转由电机经减速器驱动，减速比的设计需要根据负载转动和电机转子转动惯量的比来确定，由于负载转动惯量相对于电机转子转动惯量来说是巨大的，所以腰部电机与负载之间将需要一个很大的减速比。臂部的上下、伸缩运动由电机经减速器和幺幺.杠实现，减速器的设计是为了使负载转动惯量和电机转子惯量的匹配，另一方面，使用同步齿形带减速可以隔离电机振动，丝.杠的作用是把电机的旋转运动转换为臂的移动。腕部的旋转运动方案与腰部类似，主要考虑因素是负载转动惯量。为了减少设计和开发的时间，本方案的垂直和水平臂直接引用MISUMI厂家两轴机器人标准模块。

水平臂电机1、基座2、腰部电机3、腰部摆线针轮减速机4、立柱5、

水平臂电机

6、水平臂7、垂直臂电机8、垂直统杆9、水平统杆10、腕部电机

11、腕部减速机12、机械抓手

图3-2圆柱坐标型机器人传动结构原理图

1、控制系统简介

码垛机器人属于点位式，只考虑末端执行器运动目标点，不必关心其运动轨迹。码垛机器人系统由多个运动组成，各运动是在运动控制器的协调下运动，这是一个典型的机电一体化系统。本系统的设计主要由机械、气动、控制、传感器四大部份组成。其中机械部分主要是机器人的机械传动设计、机械结构设计，传送装置的设计；气动部分主要是整形装置、机器人的末端执行器的动作设计，由电磁控制阀和气缸组成；控制部分主要是由运动控制器、电机驱动器、人机界面、计算机等组成；传感器主要分部在三个部位：一是安装在定位传送带上，检测需码跺产品是否到位，可采用光电传感器：二是在各运动轴的极限位置，用以控制机器人的最大运动范围：三是采用闭环或半闭环的运动系统，则需要安装位置检测传感器（如测速发电机、光电编码器）来检测运动轴的位置并把位置信息反馈给运动控制器。其中关健控制系统可由控制伺服电机，步进电机、变频器、气动/液压伺服缸或者是这儿种执行机构的任意组合而成，并具备PLC功能，每个控制器上都带有一定数量的可进行编要进行扩展，能完成逻辑控制功能。总体系统组成如图3-3所示。

伺服驱伺服驱伺服驱光电人机检测限位界面开关开关敷据输出设备何服驱亨1椀那电机5

伺服驱

伺服驱伺服驱

光电

人机检测限位

界面开关开关

敷据输

出设备

何服驱

亨1

椀那

电机

5电机

臂部

电机

臂部

电机

电机

图3-3运动控制系统硬件组成

2、控制流程简介

码垛机器人控制系统的主要目的是进行机器人四个运动轴的位置控制和系统运行中的故障处理，其主要工作流程如图3-4所示。

继续运行程序

图3-4码垛机器人控制系统主要工作流程图

3.4码垛机器人结构设计及原理

在机器人系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了传统机械传动中的变速机构，只有当伺服电机的转速范围满足不了系统要求时，才通过传动装置变速。由于机器人系统控制性能要求较高，因此机器人的机械传动装置不仅是用来解决伺服电机与负载间的力矩匹配问题，还要提高系统的伺服控制性能。为提高机器人机械系统的伺服控制性能，要求机械传动部件的转动惯量小、摩擦小、阻尼比合理、刚度大、抗振性好、间隙小，并满足小型、重量轻、高速、低噪声和高可靠性等要求。所以合理地设计驱动方式和机械传动是保证整个机器人伺服控制性能的基本要求。

评价机器人设计性能的优劣，可用功率密度指标来衡量，其计算公式如下：

人5kM*N

PRD. E_———

式中咬一平均功弟密度，单位为kw/3-kg持重质心拄腰$5轴的最大距离.单位m

M,—最大持重重置，单位为给

—各轴平均最大转速，单位为r/minf-一各釉平均最大加速时间，单位为壬一白由度数鼠

M—机器人占质最，单位为依

功率密度PRD值越大，机器人的性能越好，即表示工作空间大、持重大、自重轻、速度快、响应时间短、成本相对较低。

机器人有两种运动形式：移动和旋转。本文设计的四坐标圆柱形机器人具有4个自由度，两个旋转自由度和两个移动自由度。根据各自由度的功能采取各异的机械传动设计，以及相应的结构设计，以满足机器人控制性能高的特点。

图3-5码跺机器人机械结构总成图

图3-5是本码跺机器人的整体机械结构图，腰部功能是让上部整体机构作旋转运动。四个自由度独立控制，臂部和腕部绕腰部做旋转运动，上下移动臂和伸缩臂的运动都能改变末端执行器的位置。腕部运动方式类同腰部，带动机械抓手快速旋转。上图的机械抓手是以袋式抓手为例的，该机可以根据产品的不同更换对应的机械抓手。

图3-6码跺机器人腰部结构

机器人腰部旋转运动克服的负载转动惯量很大，所以在负载