自动寻迹搬运机器人设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 摘 要 从第一台机器人诞生至今，机器人的制造和发展已走过了半个多世纪的历程，全球工业机器人的装机量已超过百万台，形成了一个巨大的机器人产业。同时，非制造业用机器人近几年也发展迅速，并逐步向实用化发展。机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。机器人产业的潜力非常巨大，值得强调的是，“机器人产业”应该是“机器人技术”产业，或者叫机器人产业。正如 业不仅限于 样，机器人产业也包括所有与机器人技术相关的产业，在产业化大背景的驱动下，不久以后，未来机器人 的发展水平将会得到飞跃性的提升。 机器人工程技术与人性化技术的共同发展，使得更多的机器人“德才兼备”，它们将会像人们想象中的机器人那样更接近于人类。目前已经比较成熟的机器人研究领域，使得科学家的研究方向不再像90 年代初期那样随波逐流，更多创意化的设计理念被融入到了机器人的研究和制造中。 在未来高精度的产业机器人，高感知能力的家用机器人，以及虚拟仿真技术的研究型机器人将会逐步融入到人类社会的方方面面。 也许在未来的某一天，在大街上密布的机器人大军将不再是科幻作品中的镜头。究竟机器人能有怎样的发展呢，下面就和大 家一起来展望机器人技术的未来。 在当今社会中，机器人已被广泛的运用到每一个领域，如建筑、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 医疗、采矿、核能、农牧渔业、航空航天、水下作业、救火、环境卫生、教育、娱乐、办公、家用等方面，有时它在极其恶劣的条件下工作，做某些单调、频繁和重复的长时间作业，它不仅给人们留下了良好的工作条件，而且给社会带来了巨大的财富。 关键词 : 机器人 机构 制 动 装置 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ of a of a to a in to to s in is or As T is to C in by of of of be a of of be of as to Is of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ of no 0s as of in of be of in in no of of of of in In s to as it is do a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 目 录 第 1 章 绪论 1 动寻迹搬运机器人机器人概述 3 动寻迹搬运机器人机器人的历史、现状 4 动寻迹搬运机器人机器人的发展趋势 5 第 2 章 自动寻迹搬运机器人机器人机械手的设计 5 由度及关节 6 座及连杆 7 座 8 臂 9 臂 10 械手的设计 12 动方式 13 动方式 14 动器 15 第 3 章 控制系统硬件 16 制系统 模式的选择 17 制系统的搭建 18 控机 19 据采集卡 20 服放大器 21 子板 22 位器及其标定 22 源 23 第 4 章 控制系统软件 24 期的功能 25 现方法 26 时显示各个关节角及运动范围控制 26 流电机的伺服控制 27 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 机的自锁 28 教编程及在线修改程序 29 置参考点及回参考点 30 第 5 章 总结 32 完成的工作 33 计经验 35 差分析 36 以继续探索的方向 40 致 谢 41 参考文献 42 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 第 1 章 绪论 动寻迹搬运机器人机器人概述 搬运机器人不但能够代替人的某些功能 ,有时还能超过人的体力能 力 时甚至更长时间连续重复运转 ;还可以承受各种恶劣环境 . 因此 ,搬运机器人是人体局部功能的延长和发展 . 21 世纪是敏捷制造的时代 ,搬运机器人在敏捷制造系统中应用广泛 . 这种机器入作为柔性制造单元中最重要的柔性工具之一 ,它可 以安装在中央刀库中 也可以安装在夹具站 ,实现夹具的 交插或移动机床主轴箱体 盘的动作 ,使得制造业自动化系统中的物料 ,运储子系统更加灵活 ,但是一般工业搬运机器人只是固定在基座上的操作臂 ,只能在特定的工作空间内执行操作任务 ,这明显是对柔性制造单元柔性产生的限制 . 分析制造业自动化系统的物料 ,运储子系统的构成可知 ,这一子系统 一般由毛坯与刀具准备工作站 ,传送带 ,有轨小车 ,自动导向小车 ,自动 化仓库 ,搬运机器人 ,托盘站等组成 线发展而来的 ,现在应用仍较普遍 ,可靠性 ,高制造成本低是其主要优点 . 运输小车的结构变化发展很快 ,形式也多式多样 有轨小车有的采用地轨 ,像火车的轨道一样 或称高架轨道 ,即是把运输小车吊在两条高架轨道上移动 又因为它的导向方法的不同 ,而分为有线导向 ,磁性导向 ,激光导向和无线电遥控等多种形式 多采用传送带及有轨小车 ,随着控制技术的成熟 ,采用自动导向的无轨小车越来越多 . 自动导向小车主要是指将导向轨道理设在地面之下 ,由小车自动识别 轨道的位置并按照中央计算机的指令在相应的轨道上运行的无轨小车 种自动导向小车系统主要由运输小车 ,地板设备及系统控制器等三部分组 成 ,本身具有较高的柔性 ,只要改变一下导向程序就可以很容易地改变修 E 和扩充移动路线 . 无论搬运机器人操作臂还是自动导向小车 ,功能太过单一 动化系统的集成 ,且两种设备的缺陷已经很难通过自身的改进来弥补 或者说是将减少了机械自由度 数目同时缩短了连杆长度的串联机构操作臂加载在移动载体上 ,则会减少物料 ,运储子系统的工作环节 ,增加这一 子系统的流畅程度 ,提高制造业 自动化系统的灵活性 . 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 执 行 机 构机器人控 制 系 统驱 动 - 传 动 系 统手 部腕 部臂 部腰 部基 座 部 （ 固 定 或 移 动 ）电 、 液 或 气 驱 动 装 置单 关 节 伺 服 控 制 器关 节 协 调 及 其 它 信 息 交 换计 算 机图 1动寻迹搬运机器人机器人的一般组成 对于现代智能自动寻迹搬运机器人机器人而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予自动寻迹搬运机器人机器人“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，以及自动寻迹搬运机器人机器人的触觉装置。自动寻迹搬运机器人机器人的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从而构成一个自动寻迹搬运机器人机器人的。要 实现自动寻迹搬运机器人机器人所期望实现的功能，自动寻迹搬运机器人机器人的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约。它们之间的相互关系如图 1示。 位 形 检 测控 制 系 统 （ 二 ）驱 动传 动装 置执 行机 构工 作 对 象智 能 系 统控 制 系 统 （ 一 ）图 1动寻迹搬运机器人机器人各组成部分之间的关系 自动寻迹搬运机器人机器人的机械系统主要由执行机构和驱动传动系统组成。执行机构是自动寻迹搬运机器人机器人赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由驱动传动系统提供动力，按控制系统的 要求完成工作任务。驱动传动系统主要包括驱动机构和传动系统。驱动机构提供自动寻迹搬运机器人机器人各关节所需要的动力，传动系统则将驱动力转换为满足自动寻迹搬运机器人机器人各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。有的文献则把自动寻迹搬运机器人机器人分为机械系统、驱动系统和控制系统三大部分。其中的机械系统又叫操作机 (相当于本文中的执行机构部分。 动寻迹搬运机器人机器人的历史、现状 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 自动寻迹搬运机器人机器人首先是从美国开始研制的。 1958 年美国联合控制公司研制出第一台自动 寻迹搬运机器人机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。 日本是工业自动寻迹搬运机器人机器人发展最快、应用最多的国家。自 1969年从美国引进两种典型自动寻迹搬运机器人机器人后，大力从事自动寻迹搬运机器人机器人的研究。 目前工业自动寻迹搬运机器人机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代自动寻迹搬运机器人机器人正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统 ，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使自动寻迹搬运机器人机器人具有感觉机能。 第三代自动寻迹搬运机器人机器人（自动寻迹搬运机器人机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统 和柔性制造单元中的重要一环。 随着工业自动寻迹搬运机器人机器人研究制造和应用领域不断 扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。国际工业自动寻迹搬运机器人机器人会议 定每年召开一次会议，讨论和研究自动寻迹搬运机器人机器人的发展及应用问题。 目前，工业自动寻迹搬运机器人机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。使用工业自动寻迹搬运机器人机器人代替人工操作的，主要是在危险作业（广义的）、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的环境。 在国外机械制造业中，工业自动寻迹搬 运机器人机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至自动寻迹搬运机器人机器人本身的损坏。 随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的自动寻迹搬运机器人机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求自动寻迹搬运机器人机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过 程。计算机集成制造（ 求自动寻迹搬运机器人机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高自动寻迹搬运机器人机器人系统的性能和智能水平，要求自动寻迹搬运机器人机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的自动寻迹搬运机器人机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用自动寻迹搬运机器人机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在 ，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代 价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的自动寻迹搬运机器人机器人系统。 美国工业自动寻迹搬运机器人机器人技术的发展，大致经历了以下几个阶段： （ 1） 1963为试验定型阶段。 1963， 万能自动化公司制造的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 工业自动寻迹搬运机器人机器人供用户做工艺试验。 1967 年，该公司生产的工业自动寻迹搬运机器人机器人定型为 1900 型。 （ 2） 1968为实际应用阶段。这一时期，工业自动寻迹搬运机器人机器人在美国进入应 用阶段，例如，美国通用汽车公司 1968 年订购了 68 台工业自动寻迹搬运机器人机器人； 1969 年该公司又自行研制出 工业自动寻迹搬运机器人机器人，并用 21 组成电焊小汽车车身的焊接自动线；又如，美国克莱斯勒汽车公司 32 条冲压自动线上的 448 台冲床都用工业自动寻迹搬运机器人机器人传递工件。 （ 3） 1970 年至今一直处于推广应用和技术发展阶段。 1970，工业自动寻迹搬运机器人机器人处于技术发展阶段。 1970 年 4 月美国在伊利斯工学院研究所召开了第一届全国工业自动寻迹搬运机器人机器人会议。据当时统计，美国大约 200 台工业自动寻迹搬运机器人机器人，工作时间共达 60 万小时以上，与此同时，出现了所谓了高级自动寻迹搬运机器人机器人，例如：森德斯兰德公司（ 明了用小型计算机控制 50 台自动寻迹搬运机器人机器人的系统。又如，万能自动公司制成了由 25 台自动寻迹搬运机器人机器人组成的汽车车轮生产自动线。麻省理工学院研制了具有有“手眼”系统的高识别能力微型自动寻迹搬运机器人机器人。 其他国家，如日本、苏联、西欧，大多是从 1967， 1968 年开始以美国的“ “ 自动寻迹 搬运机器人机器人为蓝本开始进行研制的。就日本来说， 1967 年，日本丰田织机公司 引进美国的“ ,川崎重工公司引进“ 并获得迅速发展。通过引进技术、仿制、改造创新。很快研制出国产化自动寻迹搬运机器人机器人，技术水平很快赶上美国并超过其他国家。经过大约 10 年的实用化时期以后，从 1980 年开始进入广泛的普及时代。 我国虽然开始研制工业自动寻迹搬运机器人机器人仅比日本晚 5，但是由于种种原因，工业自动寻迹搬运机器人机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业自动 寻迹搬运机器人机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业自动寻迹搬运机器人机器人将会获得快速的发展。 动寻迹搬运机器人机器人发展趋势 随着现代化生产技术的提高，自动寻迹搬运机器人机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当自动寻迹搬运机器人机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。 就目前来看，总的来说现代工业自动寻迹搬运机器人机器人有以下几个发展趋势： a)提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速自动寻迹搬运 机器人机器人功能部件的标准化和模块化，将自动寻迹搬运机器人机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的自动寻迹搬运机器人机器人； b)开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走自动寻迹搬运机器人机器人，以适应不同的场合； c)研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划， 同时，越来越多的系统采用微机进行控制。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 第 2 章 实验平台介绍及机械手的设计 该设计的目的是为了设计一台 自动寻迹搬运机器人 自动寻迹搬运机器人机器人，利用现有已经报废的焊接自动寻迹搬运机器人机器人，本文的中结构设计主要偏向于对原有机构的改造和机械手的设计。 座及连杆 座 基座是整个自动寻迹搬运机器人机器人本体的支撑。为保证自动寻迹搬运机器人机器人运行的稳定性，采用两块“ Z”字形实心铸铁作支撑。 基座上面是接线盒子，所有电机的驱动信号和反馈信号都从中出入。接线盒子外面，有 一个引入线出口和一个引出线出口。 臂 大臂长度 230体尺寸如图 示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 图 臂外形 臂 小臂长度 240体尺寸如图 示： 图 臂外形 械手的设计 工业自动寻迹搬运机器人机器人的手又称为末端执行器，它使自动寻迹搬运机器人机器人直接用于抓取和握紧（吸附）专用工具（如喷枪、扳手、焊具、喷头等）进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于自 动寻迹搬运机器人机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业自动寻迹搬运机器人机器人末端操作器是多种多样的，大致可分买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 为以下几类： （ 1） 夹钳式取料手 （ 2） 吸附式取料手 （ 3） 专用操作器及转换器 （ 4） 仿生多指灵巧手 本文设计对象为 自动寻迹搬运机器人 自动寻迹搬运机器人机器人，并不需要复杂的多指人工指，只需要设计能从不同角度抓取工件的钳形指。 手指是直接与工件接触的部件。手指松开和夹紧工件，是通过手指的张开与闭合来实现的。该设计采用两个手指，其外形如图 示 图 械手手指形状 传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。根据手指开合的动作特点分为回转型和平移形。本文采用回转型传动机构。图 初步设计的机械手机构简图（只画出了一半，另外一半关于中心线对称）。 图 械手机构简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 在图 ， O 为电机输出轴，曲柄 杆 块 B 和支架构成曲柄滑块机构；滑块 B、连杆 杆 支架构成滑块摇杆机构。通过两个机构串联，使电机最终驱动 来回摆动，从而实现手指的开合运动。 图 的黑线和蓝线表示机构运行的两个极限位置。 为便于手指的顺利合拢，可以在两个手指之间设置一个弹簧，这样还可以提供适当的夹紧力。 另外，在选用电机的时候，要使电机的功率足以克服弹簧的收缩和张开，并且提供足够加紧物体的力。 图 采用虚拟样机软件 分析所设计的机械手机构的工作状况。 图 拟样机场景 下面更进一步计算出所需要的电机力矩。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 图 矩变化情况 从图 看到，起始阶段须克服的弹簧力最大，电机转矩必须大于550N 为电机的挑选提供了一定的依据。 动方式 该自动寻迹搬运机器人机器人一共具有四个独立的转动关节，连同末端机械手的运动，一共需要五个动力源。 自动寻迹搬运机器人机器人常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。这三种方法各有所长，各种驱动方式的特点见表 表 种驱动方式的特点对照 内容 驱动方式 液压驱动 气动驱动 电 机 驱动 输出功率 很大，压力范围为50 140，压力范围为 4860大可达 大 利用液体的不可压缩性，控制精度较高，气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 控制性能 输出功率大，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制 不易控制，难以实现高速、高精度的连续轨迹控制 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 响应速度 很高 较高 很高 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。 功率 /质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较大 结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率 /质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小 伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪声低，电动机一般需配置减速装置，除 动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题 安全性 防爆性能较好，用液压油作传动介质，在一定条件下有火灾危险 防爆性能好，高于10000 个大气压 )时应注意设备的抗压性 设备自身无爆炸和火灾危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差 对环境的影响 液压系统易漏油 ，对环境有污染 排气时有噪声 无 在工业 自动寻迹搬运机器人机器人 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 自动寻迹搬运机器人机器人 、点焊 自动寻迹搬运机器人机器人 和托运 自动寻迹搬运机器人机器人 适用于中小负载驱动、精度要求较低的有限点位程序控制 自动寻迹搬运机器人机器人 ，如冲压 自动寻迹搬运机器人机器人 本体的气动平衡及装配 自动寻迹搬运机器人机器人 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 自动寻迹搬运机器人机器人 ，如 服喷涂 自动寻迹搬运机器人机器人 、点焊 自动寻 迹搬运机器人机器人 、弧焊 自动寻迹搬运机器人机器人 、装配 自动寻迹搬运机器人机器人 等 成本 液压元件成本较高 成本低 成本高 维修及使用 方便，但油液对环 方便 较复杂 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 境温度有一定要求 自动寻迹搬运机器人机器人驱动系统各有其优缺点，通常对自动寻迹搬运机器人机器人的驱动系统的要求有： 1）驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高； 2）反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进行频繁地起、制动，正、反转切换； 3）驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小； 4）安 全可靠； 5）操作和维护方便； 6）对环境无污染，噪声要小； 7）经济上合理，尤其要尽量减少占地面积。 基于上述驱动系统的特点和自动寻迹搬运机器人机器人驱动系统的设计要求，本文选用直流伺服电机驱动的方式对自动寻迹搬运机器人机器人进行驱动。表 选定的各个关节电机型号及其相关参数。 表 动寻迹搬运机器人机器人驱动电机参数 电机参数 腰关节 肩关节 肘关节 腕关节 手爪 型号 定电压 18v 18v 18v 6v 6v 额定转矩 m m m m m 最大转矩 m m m 额定转速 7980980980460460高转速 转子惯量 9200200200动方式 由于一般 的电机驱动系统输出的力矩较小，需要通过传动机构来增加力矩，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 提高带负载能力。对自动寻迹搬运机器人机器人的传动机构的一般要求有： （ 1）结构紧凑，即具有相同的传动功率和传动比时体积最小，重量最轻； （ 2）传动刚度大，即由驱动器的输出轴到连杆关节的转轴在相同的扭矩时角度变形要小，这样可以提高整机的固有频率，并大大减轻整机的低频振动； （ 3） 回 差要小，即由正转到反转时空行程要小，这样可以得到较高的位置控制精度； （ 4）寿命长、价格低。 本文所选用的电机都采用了电机和齿轮轮系一体化的设计，结构紧凑，具有很强的 带负载能力，但是不能通过电机直接驱动各个连杆的运动。为减小机构运行过程的冲击和振动，并且不降低控制精度，采用了齿形带传动。 齿形带传动是同步带的一种，用来传递平行轴间的运动或将回转运动转换成直线运动，在本文中主要用于腰关节、肩关节和肘关节的传动。 齿形带传动原理如图 示。 齿轮带的传动比计算公式为 2112 齿轮带的平均速度2211 图 形带传动 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 动器 制动器及其作用： 制动器是将机械运动部分的能量变为热能释放，从而使运动的 机械速度降低或者停止的装置，它大致可分为机械制动器和电气制动起两类。 在自动寻迹搬运机器人机器人机构中，学要使用制动器的情况如下： 特殊情况下的瞬间停止和需要采取安全措施 停电时，防止运动部分下滑而破坏其他装置。 机械制动器： 机械制动器有螺旋式自动加载制动器、盘式制动器、闸瓦式制动器和电磁制动器等几种。其中最典型的是电磁制动器。 在自动寻迹搬运机器人机器人的驱动系统中常使用伺服电动机，伺服电机本身的特性决定了电磁制动器是不可缺少的部件。从原理上讲，这种制动器就是用弹簧力制动的盘式制动器，只 有励磁电流通过线圈时制动器打开，这时制动器不起制动作用，而当电源断开线圈中无励磁电流时，在弹簧力的作用下处于制动状态的常闭方式。因此 这种制动器被称为无励磁动作型电磁制动器。又因为这种制动器常用于安全制动场合，所以也称为安全制动器。 电气制动器 电动机是将电能转换为机械能的装置，反之，他也具有将旋转机械能转换为电能的发电功能。换言之，伺服电机是一种能量转换装置，可将电能转换为机械能，同时也能通过其反过程来达到制动的目的。但对于直流电机、同步电机和感应电机等各种不同类型的电机，必须分别采用适当的制动电 路。 本文中，该自动寻迹搬运机器人机器人实验平台未安装机械制动器，因此自动寻迹搬运机器人机器人的肩关节和轴关节在停止转动的时候，会因为重力因素而下落。另外，由于各方面限制，不方便在原有机构上添加机械制动器，所以只能通过软件来实现肩关节和轴关节的电气制动。 采用电气制动器，其优点在于：在不增加驱动系统质量的同时又具有制动功买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 能，这是非常理想的情况，而在自动寻迹搬运机器人机器人上安装机械制动器会使质量有所增加，故应尽量避免。缺点在于：这种方法不如机械制动器工作可靠，断电的时候将失去制动作用。 机械臂在抓取 前必须先进行移动。本文中的移动机械臂，通过肩部和臂部进行方向移动。下面对随动系统定义几个性能参数，这几个性能参数是反映移动过程中抓取的精度、速度和难易程度的指标 (1)抓取速度 移动机械臂的驱动电机以一定速度驱动机械臂时，机械臂的角速度。移动速度是衡量机械臂动性的一个指标，它的大小反映了抓取转移的快慢。 (2)工作空间 移动机械臂移动的工作范围成为工作空间。工作空间是衡量移动机械臂动性的一个指标，它的大小反映了移动机械臂工作范围 :工作空间大，一说明在不改变运动体的位置时，机械臂移动的范围就大 ;反之，工作空间 小，机械臂移动的范围就小。 (3)对机械臂的要求 （ a）保证旋转精度 移动机械臂的移动精度主要取决于移动系统的质量，传动系统和控制系统的精度。就肩部而言，移动精度与肩部空回量的大小有很大联系。这里的空回量是由于移动的各运动副的啮合间隙和各传动连接件之间的空隙所产生的，这些空隙是由于零件的制造误差和装配误差以及零件的磨损或分解组合调整得不够好所造成的。另外各传动件的加工、装配质量的情况等对于移动精度都有影响。为了提高移动精度，减小移动时的方向变位，有利于提高移动准确度和密集度，对移动机械臂的空回量提出了一定的 要求。 (b)保证移动操作轻便，平稳 为了能够迅速地，精确地进行移动完成抓取任务，要求移动机械臂的操作轻便、平稳。移动机械臂的操作轻便、平稳主要取决于在一定移动旋转速度下所需驱动力的大小。 移动机械臂的在稳定运动时，驱动力可按下列公式求出 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ （ 6 式中 : M 移动关节回转部分阻力矩 R 移动关节驱动电机轴半径 移动臂总效率 i 移动臂总传动比 而 w(6 驱动电机转动的角速度 肩或臂回转部分转动的角速度即移动速度 由 (6可知： i 与 P 成反比， i 愈大，则 P 愈小。 由 (6可知： i 与成反比， i 愈大，则。、愈小。 所以电机驱动力 P 与移动速度是成正比的。这 样为了减少驱动力，就必须增加传动比，而增加传动比，会引起移动速度减小。同样，若要提高移动速度，就必须减小传动比 ;而减小了传动比，又会引起驱动力增大。因此，减小驱动力同提高移动速度是相矛盾的。所以要根据移动机械臂的移动抓取技术要求，在满足一定移动速度的情况下，减小驱动力，以便移动机械臂操作轻便、平稳、灵活。 (c)保证准确定位不易被破坏 引起定位被破坏的可能有以下原因 :不平衡力矩的变化、移动中振动等。当机械臂具有自锁性和适当的电机驱动力时，就能保证移动的位置不因上述原因而被破坏。移动机械臂的自锁性是指关节只能 正传动，不能逆传动。移动机械臂的关节的自锁性很重要，它不仅保证移动位置不被破坏，而且也保证了因为断电而发生机械臂下落撞击本体。解决移动机械臂自锁的方法通常有以下二种 : 一种是移动机械臂的传动机构中，采用自锁的运动副。如自锁的蜗轮蜗杆副，移动机械臂的肩部采用了自锁的蜗轮蜗杆传动方式，实现自锁。另一种是在移动机械臂附加自锁机构。如自锁器、固定盘、电磁闸等。为了防止微小的外力作用到移动机械臂驱动电机轴上而破坏移动，移动机械臂的肩部驱动力不应过小。 (d)有足够的强度、刚度和使用寿命 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 由于移动机械臂工作条件较差，传 递运动受力较大，且受动载荷的作用，各部件应有足够的强度和刚度，以保证移动机械臂肩部不被破坏和产生变形影响抓取精度。这在结构设计和材料选用上应予考虑。同时还要考虑各传动件之间的磨损问题，应尽量减小磨损，磨损以后能够调整。 上述要求，既是移动机械臂设计的基础，又是衡量移动机械臂性能好坏的依据。 机械臂的肩部结构分析 移动机械臂的肩部采用的蜗轮蜗杆式的，下面移动机械臂的肩部结构分析。 作用原理 肩部结构为蜗轮蜗杆式的。所谓蜗轮蜗杆式肩部，是指在肩部的传动机构中，主要通过蜗轮蜗杆的传动，使 肩部回转部分转动，来实现机械臂方向移动的。移动机械臂的肩部还承受并传递臂部时回转部分所产生的回转力矩。 结构及分析 (1)结构 在前面的移动机械臂的肩部机械设计中，对机械臂的肩部结构己经有了详细的介绍，详见前面机械臂结构设计的相关内容，这里就不再累述了。 (2)分析 根据对移动机械臂的要求，来分析机械臂肩部结构性能。 （ a）为了提高方向移动精度，减小移动时产生的变位，要求保证在肩部传动轻便灵活的情况下，空回量要小，保证臂部装置在肩部上总的配合间隙所产生的方向移动改变量要小于一定值。肩部的空回量 ，主要取决于蜗轮蜗杆啮合间隙、磨损情况、蜗杆是否有轴向串动及传动连接件的间隙等。 肩部的蜗轮蜗杆传动是开式传动，不便于润滑和防尘 ;因此传动过程中的磨损是较严重的。同时蜗轮蜗杆间的摩擦系数较大，也易于磨损。由于磨损较严重，从而增大蜗轮蜗杆的啮合间隙，使肩部空回量变大，这同样会影响移动精度和移动时的变位。工厂在装配过程中应尽量减少装配误差，保证总的配合间隙对移动角的影响最小。 （ b）为了使传动轻便、平稳、灵活，在机械臂的肩部的传动机构中，采用了滚动轴承并能通过注油嘴注油润滑。蜗轮蜗杆在装配前经过研磨检查，装配后 又买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 经过调整，使其两齿的接触面沿齿高达 60%，沿齿宽达 50%. 蜗杆为右旋，头数 1z =1，蜗轮齿数 2z =32，配套减速器的减速比 1i =156，齿轮副传动比 2i = 1，因此肩部的总传动比 2 121 . . 3 2 1 5 6 1 1 3 7 6zi i i X (6又 w(6 式中。 肩关节电机转动角速度 (6n 电机每分钟转数， n=10200r/m 回转部分转动角速度，即为移动速度 （ 6 将（ 6 6入（ 6得到移动肩部的速度 =s 上述为肩关节旋转速度的理论计算值，移动机械臂的旋转速度最大 际测量值虽然会因传动机构的加工装配质量等的影响而大一些，但仍是符合移动技术要求的。满足移动机械臂肩部的设计要求。 (c)移动机械臂肩部的自锁是靠能够自锁的蜗轮蜗杆副来保证的。蜗轮蜗杆副自锁条件：蜗杆螺旋角 小于折合摩擦角 和要可靠自锁必须 比 至少小 1度。 由机械零件可知 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ (6(6式中 蜗杆头数 =1 q 蜗杆特性系数 01m(6一蜗杆分度圆直径 =28一蜗杆轴向模数 =2上述各值代入公式得到： 01 由此可以看出 :蜗轮蜗杆虽然符合 条件，而且差大于 1，故自锁可靠。 (d)蜗轮蜗杆式的肩部易于旋转方向的要求。 肩部是蜗轮蜗杆传动，蜗杆固定于蜗轮箱内，蜗轮位于蜗轮箱内，通过轴套与转轴相连，与蜗杆啮合。进行旋转运动操作时，主控计算机把臂部角度与目标点的角度进行比 较，角度的差值通过电机驱动器驱动电机转动，电机转 动经配套的减速器后，