自动机器人组装机构设计
说明书 67页27000字数+5张CAD图纸
XY运动装配图.dwg
Z轴运动装配图A0.dwg
套筒.dwg
总体布局原图A0.dwg
拧紧装置装配.dwg
自动机器人组装机构设计说明书.doc
目 录
1 绪论1
1.1本课题的提出和研究意义1
1.2机器人的基本结构及其分类1
1.3本论文主要研究内容2
2. 自动组装作业用机器人总体方案设计2
2.1机器人的任务要求和结构设计2
2.2传动系统设计3
2.3驱动系统性能分析与方案设计7
2.4控制系统方案设计9
3.传动系统设计10
3.1滚珠丝杠副的特点10
3.2设计条件11
3.3导向精度与轴向间隙的确定12
3.4丝杠轴的确定12
3.5螺母的确定13
3.6定位精度的确定16
3.7回转扭矩的确定16
4.导轨的受力分析17
4.1使用条件18
4.2滑块作用载荷18
5.导轨的刚性设计25
5.1预压的选定25
5.2考虑预压载荷的寿命25
结论29
致谢31
摘要
本论文在综述近年来机器人技术研究和发展状况的基础上，结合自动组装用机器人的设计，对机器人技术进行了系统的分析，提出了整体结构、执行部件和上料装置的设计方案。
本文结合螺钉的形状、装配位置和精度的各方面的要求以及机器人拧紧过程中出现的问题，参考近几年机器人技术研究和发展的状况，在充分发挥机、电、软、硬件各自特点和优势互补的基础上，对装配用拧紧螺钉机器人的整体机械结构、传动系统和驱动装置进行了分析和设计，提出了一套整体结构设计方案和传动方案。采用直角坐标的框架式机械结构形式，这种方式能够提高系统的稳定性和操作灵活性，并对它的三个坐标运动进行了设计；采用自我设计的自动送料装置；最后采用步进电机驱动，导轨和滚珠丝杠传动力和扭矩。
通过以上各部分的工作，得出了结构简单、实用化、自动上料的装配用机器人的整体设计方案和执行部件的结构设计，它对其他类型的数控系统的设计也有一定的借鉴价值。
关键词： 自动组装 螺钉 机器人 结构设计
计算机系统是整个机器人控制系统核心部分，结构和功能的划分以及设计的合理性直接影响着整个机器人系统功能的实现，计算机控制系统应具有较强的可靠性、较高的运行速度以及较好的性能价格比，在满足工作性能要求基础上体现出较好的经济性要求。
(1)硬件平台选择
在主控计算机的选用上存在两种解决方案，即采用单片机并自行设计开发各种功能模块构成主控计算机系统和基于工业控制计算机系统(如PC总线工控机或STD总线工控机等)并开发必要的专用功能模块接口板(或者利用现成的专用功能模块接口板)。机器人控制部分的主控计算机选用PC工控机与采用单片机构成的廉价控制系统方案相比较，性能差别主要体现在以下几个方面:
1、一般情况下，机器人关节间的运动存在级间耦联现象，在关节位置和速度的控制上必须满足适时性控制要求，因此存在大量的数据运算和处理过程，在编程上，体现为大量的浮点运算和程序上占用大量的内存空间。单片机由于可寻址的存储容量范围有限，可能存在不能达到性能要求和编程复杂、开发工作量大等缺点，而PC机在数据运算和处理方面具有明显优势，且开发工作量较小。
2、机器人控制系统不仅要求具有高可靠性的硬件支持，而且要求在软件上能实现各种控制功能。单片机可直接利用的现成软件资源较少，而PC系列计算机目前具有丰富的支持软件，使程序设计更加方便灵活而且软件的移植灵活性好，因此基于PC系列计算机进行程序开发可以避免重复性工作，并且具有完备的编程语言和开发环境。
3、采用单片机进行一个完整的控制系统开发，虽然目标系统成本较低，但试制阶段的费用并不低廉，更为重要的是在开发硬件系统时工作量大、开发周期长，而且硬件的可靠性和抗干扰性能难以达到较高要求。随着计算机技术的不断进步，PC系列工控机具有较高的可靠性和可维护性能，同时价格在大幅度降低，采用PC工控机进行机器人控制系统的研制和开发，可以有效地缩短开发周期并能降低成本，对经济型机器人控制系统是一个优选的硬件解决方案[9]。
在机器人控制方式上，目前主要有集中式控制、主从式控制和分级控制三种方式。对于多关节机器人，每个关节对应一个处理器，将机器人控制中计算量最大的动力学方程按关节进行分解，作为各个子算法分布在各关节处理器上同时进行计算，然后输出到主控制器中，这种采用模块化结构、主从方式组成分布式多处理系统，是多关节机器人控制系统发展的方向，目前应用最为广泛的是两级或两级以上计算机构成的分布式控制方式。集中式系统是最典型、结构最简单的控制系统，它将所有的信息输入、处理、控制均集中在一台计算机上，因而对该计算机的性能要求较高，而分布式系统则降低了对计算机性能的要求，且系统可扩充性能好，易于维护，但故障率比集中式控制方式高得多。随着计算机技术的迅速发展和存储技术的日新月异，许多微型机在速度和性能上己经接近甚至超过小型机，并且在价格上大幅度降低，可靠性增强，使用和维护更加方便。同时，随着各种技术支持软件的丰富，使编程方便易行、软件的可移植性高，因而采用高性能价格比的微型计算机进行经济型机器人的集中式控制己成为可能。在微型机领域，IBM-PC机在结构、性能、价格特别是软件技术支持方面都有很多优点，使它在工业控制系统中得到广泛的应用。因此，该机械手控制系统采用集中控制方式，利用工BM-PC586作为控制计算机，另外加一块PCL-839接口卡作为步进电机驱动器运动控制用接口卡，这样既增加了硬件的可靠性，又缩短了开发周期[]10。
(2)软件系统
硬件系统是控制功能赖以实现的物质基础，软件则是计算机系统协调各部件完成控制功能的神经中枢。软件功能的划分与结构上的实现在计算机控制系统中具有极其重要的作用。软件设计的目标是依据需要完成整体功能以最优的方式把软件各部分内容有机组织起来，使整个系统具有较高的运行效率、可靠性、灵活性和操作实用性。该机械手软件系统主要承担的功能包括:运动学运算、路径规划、参数输入、人机接口控制以及故障报警和处理系统，在功能的实现上应使系统具有较好的人机界面和灵活的操作控制功能[11]。
川公网安备: 51019002004831号