三自由度工業(yè)機(jī)器人設(shè)計[3自由度]【CAD圖紙和文檔終稿可編輯】

三自由度工業(yè)機(jī)器人設(shè)計[3自由度]【CAD圖紙和文檔終稿可編輯】,3自由度,CAD圖紙和文檔終稿可編輯,自由度,工業(yè),機(jī)器人,設(shè)計,cad,圖紙,以及,文檔,終稿可,編輯,編纂 3-DOF工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名：李明明 班級：0781052 19 指導(dǎo)老師：許 瑛 摘要：在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平，。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復(fù)性并且勞動強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。 本設(shè)計介紹了關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的一些基本常識和原理，包括工業(yè)機(jī)器人的組成、分類、主要技術(shù)性能參數(shù)和工業(yè)機(jī)器人的運動分析，并參考通用型工業(yè)六自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。根據(jù)對工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動系統(tǒng)的設(shè)計以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免運動的干涉，在本次設(shè)計中主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其傳動原理，對第一臂與底座的各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 關(guān)鍵詞：三自由度 機(jī)器人 傳動原理 控制 指導(dǎo)老師簽名： 3-DOF Structural Design of Industrial Robots Srudent name: LiMingming Class:0781052 19 Supervisor: Xu Ying Abstract?： In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. The Design of industrial robots on some basic common sense and principles, including the composition of industrial robots, classification, main technical performance parameters and the movement of industrial robots, with reference to general-purpose industrial 6-DOF robot's structure, conduct three degrees of freedom industrial robot structural design, based on the industry overall structure of six degrees of freedom robot and transmission system analysis and discussion of the 3-DOF industrial robot for structural design. The key lies in the fact that three axis (arm) transmission system design and the whole structure design, avoid the interference in the sports, mainly responsible for the design of the arm and base structure design and its transmission principle of first arm and the base of the parts of the structure design. Keywords: 3-DOF Robots Transmission principle Control Signature of Supervisor: 目 錄 1 引言 (01) 1. 1 選題的依據(jù)和意義 (02) 1. 2 國內(nèi)外研究概況 (03) 1. 3 論文主要內(nèi)容 (05) 2 機(jī)器人結(jié)構(gòu)分析 (06) 2. 1 總體結(jié)構(gòu)的概述 (06) 2. 2 第一軸（大臂）的結(jié)構(gòu) (07) 2. 3 第二軸結(jié)構(gòu) (09) 2. 4 第三軸結(jié)構(gòu) (10) 2. 5 傳動方案的確定 (11) 3 設(shè)計計算 (12) 3. 1 電動機(jī)的選擇 (12) 4 傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 (16) 4. 1 第一軸的傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計 (16) 4. 2 軸承的選擇 (31) 4．2．1 斜齒輪傳動軸上的軸承 (31) 5 機(jī)器人各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 (32) 5. 1 轉(zhuǎn)角范圍的控制設(shè)計 (32) 5. 2 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計（第一臂與底座） (33) 5．2 .1 第一軸轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu) (33) 5．2 .2 底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 (33) 6 總 結(jié) (34) 參考文獻(xiàn) (35) 致 謝 (36) 附錄 A 外文文獻(xiàn)翻譯 附錄 B CAD圖A1總裝配圖與各零件圖 動態(tài)優(yōu)化的一種新型高速，高精度的三自由度機(jī)械手① 彭蘭（蘭朋）②，魯南立，孫立寧，丁傾永 (機(jī)械電子工程學(xué)院，哈爾濱理工學(xué)院，哈爾濱 150001，中國) ( Robotics Institute。Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，P。R。China) 摘要 介紹了一種動態(tài)優(yōu)化三自由度高速、高精度相結(jié)合，直接驅(qū)動臂平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和線性驅(qū)動器，它可以提高其剛度進(jìn)行了動力學(xué)分析軟件ADAMS仿真模擬環(huán)境中，進(jìn)行仿真模擬實驗.設(shè)計調(diào)查是由參數(shù)分析工具完成處理的，分析了設(shè)計變量的近似的敏感性，包括影響參數(shù)的每道光束截面和相對位置的線性驅(qū)動器上的性能.在適當(dāng)?shù)姆绞较?，模型可以獲得一個輕量級動態(tài)優(yōu)化和小變形的參數(shù)。一個平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)不同截面是用來改進(jìn)機(jī)械手的.結(jié)果發(fā)生明顯的改進(jìn)后的系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析和另一個未精制一個幾乎是幾乎相等.但剛度的改進(jìn)的質(zhì)量大大降低，說明這種方法更為有效的。 關(guān)鍵詞: 機(jī)械手、 ADAMS、 優(yōu)化、 動力學(xué)仿真 0 簡介 并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械手（PKM）是一個很有前途的機(jī)器操作和裝配的電子裝置，因為他們有一些明顯的優(yōu)勢，例如：串行機(jī)械手的高負(fù)荷承載能力，良好的動態(tài)性能和精確定位的優(yōu)點等. 一種新型復(fù)合3一DOF臂的優(yōu)點和串行機(jī)械手，也是并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對象，三自由度并聯(lián)機(jī)器人是少自由度并聯(lián)機(jī)器人的重要類型。三自由度并聯(lián)機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)簡單，控制相對容易，價格便宜等優(yōu)點，具有很好的應(yīng)用前景。但由于它們比六自由度并聯(lián)機(jī)器人更復(fù)雜的運動特性，增加了這類機(jī)構(gòu)型綜合的難度，因此對三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行型綜合具有理論意義和實際價值。本文利用螺旋理論對三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行型綜合，以總結(jié)某些規(guī)律，進(jìn)一步豐富型綜合理論，并為新機(jī)型的選型提供理論依據(jù)，以下對其進(jìn)行闡述。 如圖-1所示 機(jī)械手組成的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)(PPM)包括平行四邊形結(jié)構(gòu)和線性驅(qū)動器安裝在PPM.兩直接驅(qū)動電機(jī)c整合交流電高分辨率編碼器的一部分作為驅(qū)動平面并聯(lián)機(jī)械裝置.線型致動器驅(qū)動的聲音線圈發(fā)動機(jī).這被認(rèn)為是理想的驅(qū)動短行程的一部分.作為一個非換直接驅(qū)動類，音圈電機(jī)可以提供高位置敏感和完美的力量與中風(fēng)的角色，高精密線性編碼作為回饋部分保證在垂直方向可重復(fù)性。 另一方面，該產(chǎn)品具有較高的剛度比串行機(jī)械手，因為它的特點和低封閉環(huán)慣性轉(zhuǎn)矩。同時，該系統(tǒng)可以克服了柔性耦合力學(xué)彈性、齒輪、軸承、被撕咬支持，連接軸和其他零件，包括古典驅(qū)動設(shè)備，因此該機(jī)械手是更容易得到動力學(xué)性能好、精度高。 圖-1 3自由度的混合結(jié)構(gòu)的機(jī)械手 當(dāng)長度的各個環(huán)節(jié)的平面并聯(lián)機(jī)時，構(gòu)決定于運動學(xué)分析和綜合[4-7]，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的首要任務(wù)，應(yīng)加大僵硬、降低質(zhì)量.關(guān)于幾個參數(shù)模型.這是它重要和必要的影響，研究了各參數(shù)對模型表現(xiàn)以進(jìn)一步優(yōu)化。本文就開展設(shè)計研究工具，通過參數(shù)分析亞當(dāng)斯，又要適當(dāng)?shù)姆绞絹慝@得一個輕量級的優(yōu)化和小變形系統(tǒng)。 1 仿真模型 ADAMS(Automatic Dynamic Analysis 0f Mechanical System)自動機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)分析是一個完美的軟件，對機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)模擬可處理機(jī)制包括有剛性和靈活的部分，仿真模型可以創(chuàng)造出機(jī)械手的亞當(dāng)斯環(huán)境 如圖-2。OXYz是全球性的參考幀，并OXYz局部坐標(biāo)系，兩個直流驅(qū)動電機(jī)、交流和02M O1A表示，與線性驅(qū)動器CH被視為剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量電機(jī)傳動的120kg/cm2。大眾的線性驅(qū)動器是1.5kg，連接AB、德、03F和LJ被視為柔性體立柱、橫梁GK，通用公司和公里，形成一個三角形，也被當(dāng)作柔性傳動長度的鏈接是決定提前運動學(xué)設(shè)計為AB =O3F = 7cm，DE=IJ=7cm，GK= 7cm，GM =11.66cm， = 8.338cm。其它維度，這個數(shù)字是01A = 02M =7cm，CB=CD=HJ 2.5cm。EF=EG=JK= 3cm。 雖然總平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運動都是在水平、垂直和水平剛度必須在豎向剛度特征通常低于水平僵硬，因為它的角色在垂直懸臂梁的截面尺寸計算每一束平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和相對位置的線性驅(qū)動器是兩個非常僵硬的影響因素的系統(tǒng)。 運動支鏈可分為三類："主動鏈（由驅(qū)動器賦予確定獨立運動的支鏈。一般是單驅(qū)動器控制一個自由度的運動），從動鏈（不帶驅(qū)動器、被迫作確定運動的支鏈。又分為以下兩種：約束鏈：獨立限制機(jī)構(gòu)自由度的從動鏈。冗余鏈：重復(fù)限制機(jī)構(gòu)自由度的從動鏈）復(fù)合鏈（有單驅(qū)動器、但限制一個以上的機(jī)構(gòu)自由度的支鏈，實際是主動鏈與約束鏈的組合）-并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由這幾種支鏈用不同形式組合起來的。動鏈中的約束鏈除了可以提高機(jī)構(gòu)剛度和作為測量鏈外，其更主要的作用是用來約束動平臺的某一個或幾個自由度，以使其實現(xiàn)預(yù)期的運動。 圖-2 仿真模型 2 仿真模擬結(jié)果 在本節(jié)中，平均位移的末端是用來描述動態(tài)剛度，這是在不同的配置在不同的線性驅(qū)動器向前，從最初的位置的目的地，一般的豎向位移的機(jī)械手是作為目標(biāo)來研究豎向剛度，平均差別的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)點之間有一個剛性數(shù)學(xué)模型，模型，作為目標(biāo)來研究水平剛度。 并聯(lián)機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計即型綜合是并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計的首要環(huán)節(jié)，其目的是在給定所需自由度和運動要求條件下，尋求并聯(lián)機(jī)構(gòu)桿副配置、驅(qū)動方式和總體布局等的各種可能組合。國內(nèi)的許多學(xué)者正致力于這方面的研究，其中比較有代表性的有如下幾種方法："黃真為代表的約束綜合法；楊廷力等人的結(jié)構(gòu)綜合法；代表的李代數(shù)綜合法。以上各種方法自成體系，各有特點，都缺乏理論的完備性。本文提出添加約束法，是從限制自由度的角度出發(fā)，增加約束，去除不需要的自由度，因每條主動鏈只有一個驅(qū)動裝置，讓其控制一個自由度，其余自由度通過純約束鏈去除，這樣可以使主、從動運動鏈的作用分離，運動解耦，有利于控制。具有三自由度的并聯(lián)機(jī)床，當(dāng)采用條主動支鏈作為驅(qū)動時，機(jī)構(gòu)就需要約束另三個自由度，通過選擇無驅(qū)動裝置的從動鏈來完成，則整個機(jī)構(gòu)成為有確定運動的三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。黃真等提出的約束綜合法對完全對稱的少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行了型綜合，完全對稱的支鏈結(jié)構(gòu)相同，都屬于復(fù)合鏈，每條支鏈除都有一個單驅(qū)動器，控制一個自由度外，還應(yīng)約束一個以上自由度才能使機(jī)構(gòu)的六個自由度全部受控，使機(jī)構(gòu)有確定的運動。 2.1 截面效應(yīng) 扭轉(zhuǎn)變形位移的連結(jié)將會引起的，所以，扭轉(zhuǎn)常數(shù)的橫截面，重力是研究裝系統(tǒng)來研究，采取扭轉(zhuǎn)剛度的垂直切片lxx不變的各個環(huán)節(jié)和梁作為設(shè)計變量的變化，從 0.1 x 105mm4 與 3.5 x 105 mm4。 圖-3 不斷的效果在垂直變形扭轉(zhuǎn) 圖-3顯示了平均位移與截面扭轉(zhuǎn)常數(shù)末端的各個環(huán)節(jié)和梁，根據(jù)它的變化速率的環(huán)節(jié)，是最大的，AB是鏈接，LJ依次分別GK梁和KM有在豎向剛度性能。其他的仿真結(jié)果表明，水平位移之間的差異進(jìn)行比較，結(jié)果表明該模型體育智力H和剛性模型變化小就改變了恒定不變的時候扭加載慣性力的線性驅(qū)動器，但是水平位移的變化，這意味著在這種模擬豎向變形的生產(chǎn)水平位移系統(tǒng)機(jī)械手。注意端面線性驅(qū)動器的主要原因是水平變形、線性驅(qū)動器機(jī)器人是由兩個節(jié)點C和H . 所以，我們計算了不同的Z-coordinate攝氏度之間，如圖所示，在圖4 -扭轉(zhuǎn)常數(shù)的影響差別的鏈接德。其次是最有效的通用和連接梁，連接O3F，梁GK有效果。 因此，應(yīng)采取AB和連接區(qū)段大扭常數(shù)的免疫力，豎向剛度較大并行扭轉(zhuǎn)不變的鏈接德也使較少的均勻性，降低線性驅(qū)動器不可以降低水平變形。 圖-4 在不影響扭不變 如圖-5、6所展示的影響是區(qū)域慣性轉(zhuǎn)矩的設(shè)計變量是區(qū)域剛度和慣性轉(zhuǎn)矩的各個環(huán)節(jié)和梁lz，圖顯示增加lw卡爾減少的速度高于垂直位移的不斷增加Ixx扭轉(zhuǎn)。這個Yxx AB、梁的鏈接，鏈接O3F是Iyy三個主要因素決定了豎向剛度。 圖-6 所示 鏈接的AB、梁公里，連接03F也是其中的三個主要因素決定的均勻性線性傳動裝置、不同的分析結(jié)果表明，Izz效果好，具有至少兩個垂直和水平剛度，這意味著這種結(jié)構(gòu)，具有足夠的水平，降低Izz剛度的鏈接和增加Iyy AB、梁的鏈接，鏈接O3F公里的好方法，優(yōu)化系統(tǒng)。 圖-5 瞬間的慣性效應(yīng)對垂直位移 圖-6 轉(zhuǎn)動慣量不平衡的影響 2.2影響的線性驅(qū)動器的相對位置 線性執(zhí)行器的慣性是主要載荷之一，在機(jī)械手的運動，不同的相對應(yīng)的垂直位置產(chǎn)生不同的變形，圖7顯示了絕對平均的最終效應(yīng)垂直位移時驅(qū)動馬達(dá)以恒定的加速度旋轉(zhuǎn)，我們可以看到，過低或過高的相對位置會造成比格變形，最好的位置是一對Z = 24毫米的地方大概是從中間環(huán)節(jié)連接O3F到 AB. 圖-7 影響線性驅(qū)動器的相對位置 3 分析改進(jìn)的機(jī)械手 根據(jù)上述模擬結(jié)果，所有改進(jìn)的機(jī)械手的設(shè)計，時間如下：鏈接截面AB，DE，lJ 與30mm的基礎(chǔ)和高度，10毫米的厚度;鏈接O3F和矩形空心梁與30mm的基礎(chǔ)和高度工型鋼，l0mm法蘭和6mm網(wǎng);梁競，通用汽車與8mm的堅實基礎(chǔ)和30mm高的矩形。 圖-8 梯形運動姿態(tài) 圖-9中回應(yīng)的是機(jī)械手，相比之下，圖-10中提高初始的反應(yīng)，在其中所有的鏈接和機(jī)械手的矩形截面梁的堅實基礎(chǔ)，用30毫米，高度的差異是曲線，C和H的曲線積分，二是垂直位移的末端，改進(jìn)系統(tǒng)中最大位移0.7Um最初的0.12Um相比，爭論的振動激勵后仍停留在O.06Um±0.15% s±O.05Um相比的初始變形改善系統(tǒng)的初始小于前者具有較少的慣性，因為在相同的步伐不斷加快，保持振動瓣膜差不多一樣，它對這整個系統(tǒng)中來說，仍然改善系統(tǒng)的剛度，幾乎相當(dāng)于初始制度，針對大規(guī)模的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)在該系統(tǒng)相比下降了30%，這樣的初始優(yōu)化是有效的。 圖-9 、 圖-10 動態(tài)響應(yīng) 4 結(jié)論 本文設(shè)計了一種新型三自由度機(jī)械手變量的敏感性進(jìn)行了研究在ADAMS環(huán)境中，可以得出以下結(jié)論： 1） 機(jī)器人具有較大的水平剛度，最終水平位移，效應(yīng)主要是由機(jī)械手垂直變形造成的，因此，更重要的是增加的幅度比剛度豎向剛度。 2） 參數(shù)Ixx，Iyy并鏈接'截面剛度Izz有不同的效應(yīng)，Iyy已經(jīng)對垂直剛度的影響最大，Ixx在第二位的是，Ixx具有在垂直剛度的影響最小，他們都較少對水平比垂直剛度剛度。 3） 橫截面的不同環(huán)節(jié)都有不同的影響，連線豎向剛度AB和德應(yīng)該使用區(qū)扭轉(zhuǎn)常數(shù)和慣性力矩大，如變形、長方形、橫梁KM，，線 03F應(yīng)該使用區(qū)段形梁等重大時刻轉(zhuǎn)動慣量、橫梁GK，和GM 可以使用盡可能的一小部分，從而降低了質(zhì)量。 4） 最佳的線性驅(qū)動器的相對位置可以減少變形，最好的位置是垂直的平行結(jié)構(gòu)。 5） 改進(jìn)的機(jī)械手的動態(tài)分析表明該優(yōu)化設(shè)計方法研究的基礎(chǔ)上的效率。 參考文獻(xiàn) [ l ] Dasgupta B，Mmthyunjayab T S。 The Stewart platform manipulator：a review。Mechat~m and Machine Theory，200o。35 (1)：15—40 [ 2 ] Xi F，Zhang D，Xu Z，et al。A comparative study on tripod u ts for machine Lo0ls。Intemational Journal of Machine TooLs&Manufacture，2003，43(7)：721—730 [ 3 ] Zhang D，Gosselin C M。Kinetostatic analysis and optimization of the Tricept machine tool family。In：Proceedings of Year 2000 Parallel Kinematic Machines International Conference，Ann Arbor，Michigan ，2001， 174—188 [ 4 ] Gosselin C M，Angeles J。A globe preference index for the kinematic optimum of robotic manipulator。ASME Journal of Mechanical ，l991，113(3)：220—226 [ 5 ] Gao F，I，iuX J，GruverW A。Performance evaluation of two-degree-of-freedom planar parallel robots。Mechanism and Machine Theory，l998，33(6)：661-668 [ 6 ] Huang T，Li M，Li Z X，et al。Optimal kinematic design of 2- DOF oaralel manipulator with well shahed workspace bounded by a specified conditioning index IEEE Transactions of Robot and Automation，2004，20，(3)：538—543 [ 7 ] Gosselin C M，Wang J。singularity loci ofplanarparallel manipulator with revoluted actuators。Robotics and Autonomousm，1997，2l(4)：377 398 [ 8 ] Yiu Y K，Cheng H，Xiong Z H，et al。on the dvnamies of Parallel Mmfipulators Proc。Of IEEE Inemational conference on Robotics& Automation。20o1。3766 3771 [ 9 ] Chakarov D。Study ofthe antagoni~ie stifness of parallel manipulators with actuation redundancy。Mechanism and Machine Theory，2004，39(6)：583—60l [ 10 ] Shab~a A A。Dynamics of Multibody systems。 Cambridge：Cambridge university press，l998。270-3 l0 11