齿轮齿条直线运动单元设计.pptx

齿轮齿条直线运动单元设计,主要应用于直角坐标机器人,一、课题的来源及意义,直角坐标机器人，是能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系、多用途的操作机。它是应用广泛的三种串联式工业机器人类型之一，在中、小型机电产业的装配生产线上有广泛的应用。其突出优点是结构简单、合成线速度高、重复定位精度高、垂直方向刚性很好，水平方向有较好的柔性，因而有助于插装作业，可用于机电产品的自动化加工和装配生产线上，代替人工完成自动化加工和装配功能。,直线运动单元是一种将直线运动平台模块化、规范化的运动单元，把丝杆、导轨、同步带和同步带轮、齿轮齿条等各种不同部件进行精密的组装，集成到一个运动单元中。齿轮齿条传动较同步带、丝杠，具有承载力大，传动精度较高，传动速度较高，可无限长度对接延续的优点，被广泛应用于大版面钢板、玻璃数控切割机，建筑施工升降机中。但缺点是制造及安装精度要求高，成本高，因此在结构设计的基础上，研究传动系统的尺寸和形状误差是产品装配性能的主要保障。,二、国内外发展状况,“工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。它的研究工作是50年代初从美国开始的。日本、前苏联、欧洲的研制工作比美国大约晚10年。但是日本的发展速度比美国快。欧洲特别是西欧各国比较注意工业机器人的研制和应用，其中英国、德国、瑞典、挪威等国的技术水平较高，产量也较大。 我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚56年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。但是改革开放以来，得到了迅速发展，出现了各种各样的直角坐标机器人： 按用途分：焊接机器人、码垛机器人、涂胶（点胶）机器人、检测（监测）机器人、分拣（分类）机器人、装配机器人、排爆机器人、医疗机器人、特种机器人等。按结构形式分：壁挂（悬臂）机器人、龙门机器人、倒挂机器人等。按自由度分：两坐标机器人、三坐标机器人、四坐标机器人、五坐标机器人、六坐标机器人。 现代的直角坐标机器人有许多突出的特点： 1， 多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角。 2， 自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行。 3， 一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。 4， 灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。 5， 高可靠性、高速度、高精度。 6， 可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。根据末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种，便批量的柔性化作业，对于稳定，提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。,三、研究目标,1、通过设计计算实现齿轮齿条直线单元的结构尺寸设计 2、考察各种公差的建模与分析方法 3、提出可行的几种公差设计方案 4、制作出齿轮齿条直线单元的实体模型。,四、研究内容,本课题的研究内容包括： 1、齿轮齿条直线运动单元二维装配设计； 2、齿轮齿条直线运动单元三维装配设计； 3、支撑机件关键零件加工图设计； 4、齿轮齿条直线运动单元相关设计校核计算。,五、技术要求,1、机器人末端持重12kg 2、机器人末端重复性精度0.02mm 3、直线运动行程X轴2.6m，Y轴1m，Z轴0.6m 4、最高运动速度1m/s 5、交流伺服电机驱动：编码器为2500p/r,六、研究方法和手段,在观察现有设计和查阅相关资料文献的基础上，掌握直角坐标机器人的基本结构，再根据已知数据、实验条件以及自己所学过的知识，进行方案的初步设计，并绘制方案设计图。再根据一些条件，校核所设计的方案是否符合要求。同时要和同组的同学以及老师密切联系，共同探讨设计方法和改进方案，在指导老师的帮助下，顺利完成论文。机器人的设计流程： （1）使用要求的分析：每一个机器人都是根据特定的要求的产生而设计的，设计的第一步就是要将使用要求分析清楚，确定设计时需要考虑参数，包括： 机器人的定位精度，重复定位精度； 机器人的负载大小，负载特性； 机器人运动的自由度数量，每自由度的运动行程；机器人的工作周期或运动速度，加减速特性； 机器人的运动轨迹，动作的关联； 机器人的工作环境、安装方式； 机器人的运动工作制、运动寿命； 其他特殊要求。 （2）本机械模型的初建：机器人从结构分大体可分为龙门结构、壁挂结构、垂挂结构，根据安装空间的要求选择不同的结构，每种结构的力学特性、运动特性都是不一样的。后续设计必须是基于一个确定的结构。 （3）运动性能计算：根据有关数据，计算机械手在各个位置的坐标，看看能不能实现要满足的运动，计算运动时间，运动精度等等。 （4）力学特性分析：根据已知数据，计算机械手最大能承受的重量，运动过程中的受力情况等等。,（5）机械强度校核：也要进行必要的关于强度方面的校核。 (6) 驱动元件选择 常用的驱动系统有：交流/支流伺服电机驱动系统、步进电机驱动系统、直线伺服 电机/直线步进电机驱动系统。每一个驱动系统都由电机和驱动器两部分组成。驱 动器的作用是将弱电信号放大，将其加载在驱动电机的强电上，驱动电机。电机则 是将电信号转化成精确的速度及角位移。 需要计算的项目如下： 电机功率：电机扭矩：电机转速：减速机减速比 电机惯量/负载惯量的匹配关系 （7）机械结构设计：在完成了上述几项工作后，一个直角坐标机器人定位的雏形 就已经在设计者的头脑中形成了，接下来的工作就是将雏形画成工程图，以便生产。 之后用三维软件Inventor进行设计，以便检查是否存在位置干涉。机器人的运动轨 迹具有不确定性，灵活多变，往往在一个位置不存在位置干涉，但到下一个位置就 干涉了。 （8）设备寿命校核：机械结构设计完成后，要对这个装置进行寿命校核，看是否 满足设计要求。,(9) 控制系统的选择 没有控制系统的机器人就象人没有大脑一样，不能执行任何动作。所以我们通常将没有配备控制系统的机械结构称为裸机或机器人定位系统（robot positioning system）。 根据要求的不同，控制系统的选择也不同，通常选择作为控制系统的产品有： PLC 程序控制器； 工业运动控制卡（motion card）; 数字控制系统(CNC) 专于控制器 (10) 程序编写 控制系统是机器人的大脑，程序是机器人的思想。程序的编写直接反应设计者的思想、意图和运动需求。 编写程序是一个复杂的过程，但只要机器人总体设计没有问题，程序总会编出来的。编程序要注意以下问题： 对任务的分析要清晰，编程层次要分明，逻辑清晰,七、已具备的实验条件,本课题具有坚实的设计工作基础，包括进口、国产四自由度平面多关节样机可供技术参考，前期平面多关节机器人的设计草图可供设计时借鉴，并已收集了大量的相关产品样本，可供设计选取相关零件。同时还有大量的关于直角坐标机器人的相关文献，可供仔细阅读，参考借鉴。学校的实验室里有一些相关的实物，在日常生活中，也会发现各种各样的直角坐标机器人或者类似的有同样功能的物体。现有滚珠丝杠直角坐标机器人详细方案供参考。,八、实验方案的可行性分析,1、经济可行性 因为本课题是在导师带领下完成的项目设计，同时因为不需要出实物，因此经济上不会带来很大的负担，可以实现本课题的制作和实验。只需要人，电脑和相关资料即可。 2、技术可行性 本课题有着完备的实验条件，相关方面的书籍也很多，对常用的机械系统仿真、设计软件也很熟练。因为直角坐标机器人是一个很成熟的设计，有很的产品可供参考。也有几个同学在做和这个类似的直角坐标机器人的设计，可以相互交流和借鉴。,九、进度安排,1、2.26-3.12 查找相关文献并完成开题报告 2、3.13-3.26 方案的初步设计 3、3.27-4.3 翻译英文文献 4、4.4-4.23 进行方案设计图的绘制 5、4.24-5.14 进行方案的修改确定 6、5.15-6.18 完成毕业设计论文及收尾工作，准备答辩,十、参考文献,1 韩建海.工业机器人 M. 华中科技大学出版社，2009. 2 郭洪红.工业机器人运用技术M. 科学出版社，2008 3 叶辉，管小清.工业机器人实操与应用技巧M. 机械工业出版社，2010 4 （加）安杰利斯 著，宋伟刚 译.机器人机械系统原理理论、方法和算法M.机械工业出版社， 2004 5 胡仁喜等. Inventor中文版机械设计高级应用实例M. 机械工业出版社，2006 6Autodesk，Inc. Autodesk Inventor2011基础培训教程M. 电子工业出版社，2011 7（美）克来格 著，贠超 等译.机器人学导论M.机械工业出版社， 2006