三自由度串并联机器人备课讲稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。三自由度串并联机器人-河北工业大学科技写作作者：孙东旭学号：201221202033系：机械学院专业：机械设计制造及其自动化题目：三自由度串并联机器人指导者：刘新福(姓名)(专业技术职务)评阅者：(姓名)(专业技术职务)2013年6月20日毕业设计（论文）中文摘要三自由度串并联机器人孙东旭（河北工业大学机械工程学院，天津300130）摘要：三自由度串并联机器人是综合串联工业机器人和并联工业机器人的三平动的三自由度串并联机器人。三自由度串并联机器人具有结构相对简单、高刚度、低惯性力、大载荷和高速能力的特点

2、，在工业生产及其他领域有着广阔的应用前景，引起了越来越多的学者的广泛兴趣1。本文根据机械设计的基本流程，经过了正反解论证，选择了正确实用的设计路线。最后，通过用AUTOCAD软件画出装配图和零件图并进行必要的标注。关键词：机器人装配图标注目次1绪论111引言11.2毕业设计课题的国内外研究现状、发展趋势、产品用途及使用范围11.3此次课题研究意义21.4本次毕业设计主要完成工作21.4.1基本内容21.4.2课题研究拟采用的手段和工作路线22总体方案确定32.1总体布局的确定32.2驱动方式的选择42.3方案比较论证73总装图的确定103.1主要技术参数的确定103.2传动方案的确定103.3

3、结构方案的确定104部件装配图的确定114.1主要零件、部件的选择114.2必要的受力分析计算及校核145零件图的确定14结论16参考文献17图1：181绪论11引言工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多HYPERLINK/view/327514.htmt_blank自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据HYPERLINK/view/4313119.htmt_blank人工智能技术制定的原则纲领行动2。1962年，机械与铸造公司又制造出另一种工业机器人，

4、叫“沃尔萨特兰”，意思是“万能搬运”。这种工业机器人把机器人引上了实用的道路。在以后十多年时间，各国所引进的、仿制的机器人，都是以它们作为“模特儿”的3。1.2毕业设计课题的国内外研究现状、发展趋势、产品用途及使用范围三自由度串并联机器人的现状：简单点说，串联机器人就像人的一个手拿东西，而并联机器人就相当于两个手一起端东西。串联机器人研究得较为成熟，具有结构简单，成本低，控制简单，运动空间大等优点，已成功应用于很多领域，如各种机床，装配车间等4。并联机器人的研究与串联机器人相比起步较晚，还有很多理论问题没有解决。但由于并联机器人具有刚度大，承载能力强，精度高，末端件惯性小等优点，在高速，大承载

5、能力的场合，与串联机器人相比具有明显优势5。三自由度串并联机器人具有结构相对简单、高刚度、低惯性力、大载荷和高速能力的特点，在工业生产及其他领域有着广阔的应用前景，引起了越来越多的学者的广泛兴趣。目前，国内外对3自由度并联机器人机构学研究与应用较多的是基于Delta机构的演化机构为代表的3自由度移动机构和3-3r3自由度球面机构，分别被设计成微动机器人、灵巧眼等6。附图：图1Delta并联机构1.3此次课题研究意义（1）培养理论联系实际的设计思想，提高动手动脑能力。（2）全面综合通过对自己的理论知识的运用达到提出问题、分析问题、解决问题的目的，熟练运用所学知识，培养、锻炼创新能力。（3）根据需

6、要可以接触一些以前未涉及过的软件，并能进行初级的熟练操作，掌握一门有用的软件对自己以后的发展很重要。（4）加强自己文献检索，获取资料的能力，对自己所需能很快找到相应的专业资料。1.4本次毕业设计主要完成工作1.4.1基本内容：（1）设计一台三自由度串并联机器人并采用串并联机构的方案选择，确定设计方案和传动方案，机身与机架零件等的相关分析与设计计算等；（2）掌握其机械结构的设计；（3）机械系统装配图和零件工作图绘制；（4）编写设计计算说明书。1.4.2课题研究拟采用的手段和工作路线课程设计方法要求：（1）根据任务设计要求，提出多种可能的设计方案和传动方案，对方案进行评价优选获得最佳设计方案。（2

7、）结合设计方案，进行相关分析、计算，包括关键零件或结构的计算、校核，确定主要零部件的结构；绘制出装配图，根据装配图，插画主要零件的零件图。（3）综合整个毕业设计过程，完成设计说明。总体方案确定2.1总体布局的确定如上图，三自由度串并联机器人结构组成有：（1）电机64（2）支撑架68（3）滑台66(4)机架12(5)电机20（6）杆24（7）铰26（8）杆16（8）杆30（9）杆32（10）输出端(11)丝杠70（2）、工作原理：三自由度串并联机器人前后方向靠滑台移动，上下方向与左右方向利用平行四边形的一边平动另一边同样平动的原则，电机20转动使得杆24绕固定端部转动，从而铰26产生沿一定方向的

8、平动，带动输出端14沿水平或垂直方向运动。2.2驱动方式的选择此机器人所选用均为伺服电机(1)驱动滑台运动的电动机的选择此处用电动机选伺服电动机，为MINAS-A系列交流伺服电动机其产品特点有：（1）采用独特算法，使速度频率响应提高至500HZ,定位超调整时间缩短；（2）具有共振抑制和控制功能，可弥补机械的刚性不足，实现高速定位；（3）具有全闭环控制功能，提高系统精度；（4）电动机防护等级达IP65,环境适应性强；（5）电动机可配用多种编码器，适应各种需要。此处用于传动换台运动，故选择选择大惯量的MHMA系列的增量编码器有制动器的伺服电动机。器参数为LL=252MM,LR=80MM,S=35M

9、M,LA=200MM,LB=114.3MM,LC=176MM,LD=233MM,LE=3.2MM,LF=18MM,LZ=13.5MM,LW=55MM,LK=50MM,KW=10h9,KH=8MM,RH=30MM,重量为30.2KG（2）驱动连杆运动的电动机的选择此处电机所需传动力不太大，故选择小惯量的伺服电动机，即MSMA系列的，其参数如下：LL=144MM,LR=55MM,S=19MM,LA=130MM,LB=110MM,LC=120MM,LD=162MM,LE=3MM,LF=12MM,LZ=9MM,LW=45MM,LK=42MM,KW=6h9,KH=6MM,RH=15.5MM,重量为4.8

10、KG2.3方案比较论证机构简图：将上图简化为入下面的机构简图:此时根据机构要求只考虑机构沿上下与左右的运动范围大于150mm,其前后的运动范围很容易满足大于150mm的要求，对杆的长度无约束。方案1：当AB=EF=200mmAF=200mm时且水平方向运动范围为150mm时，视CD为一刚体，取BC=DE=300mm,验证其上下运动范围是否满足要求，其机构运动简图如下：此时垂直运动最大距离即范围经测量为S=89.9mm小于150mm故不符合条件方案2：当AB=EF=200mmAF=200mm时且水平方向运动范围为150mm时，视CD为一刚体，取BC=DE=400mm,验证其上下运动范围是否满足要

11、求，其机构运动简图如下：此时垂直运动最大距离即范围经测量为S=191.61mm大于150mm故符合条件。3总装图的确定3.1主要技术参数的确定根据机器人的运动空间及要求的运动参数3自由度（3平动），重复精度：150mm，最大平动速度：0.4m/s；最大负载:1.5Kg(包括末端操作手)。可选定箱体的长宽高，长度=392mm，宽度=420mm，高度=678mm，电机选用伺服电机。3.2传动方案的确定本设计为三自由度平动机器人根据运动分析选择的方案为：由伺服电机带动丝杠转动，丝杠带动滑台移动，滑台上带有两伺服电机，带动连杆一级转动，一级连杆带动二级连杆转动，；最终由对称的两连杆控制终端机械手的运动

12、，故此机器人传动为一连杆机构运动。3.3结构方案的确定结构方案如下图：4部件装配图的确定4.1主要零件、部件的选择轴承的选择:丝杠处采用一端固定一端滑动的支撑方式，固定端选择一对角接触球轴承，滑动端选择深沟球轴承且d=20mm。（2）深沟球轴承选择：（3）直线轴承的选择：2必要的受力分析计算及校核。由于课题要求的参数都能满足要求故不需要对轴和丝杠进行校核。5零件图的确定主要零件滑台尺寸如下图：高度=262mm,宽度=340mm,高度1=124mm,厚度=60mm高度2=138mm,厚度=12mm结论本论文通过查阅文献并结合实际应用设计出一台三自由度串并联机器人。并联机器人在现代已经得到广泛应用

13、，在娱乐设施、工业机器人、飞行模拟器等许多领域都取得了一定的成就。通过本毕业设计，由一开始的查阅相文献但后来的确定机器人的机构组成以及各个零部件的具体参数，使我知道了并联机器人这个领域有多么的广阔。以后未来的十几年，我走在大街小巷内将会随处可见并联机器人的身影。将来的社会必将是一个人与机器人共存的社会。就如同现在的互联网时代一样，下一个时代将是机器人时代。参考文献1FengGao,Weiminlietc.newkinematicstructuresfor2-,3-,4-,and5-dofparallelmanipulatordesigns.MechanismandMachineTheory,3

14、7(12):13951411,20022Weiminli,FengGao,andJianjunZhang.R-CUBE,aDecoupledParallelmanipulatorOnlywithRevoluteJoints.MechanismandMachineTheory,40(4),467-473,20053黄田,汪劲松,D.J.Whitehouse.Stewart并联机器人位置空间解析.中国科学(E辑)4余晓流,岑豫皖,并联机器人的理论及应用研究J.安微工业大学学报,2003,（10）：290294.5李仕华,黄真.新型三维移动3-RRUR并联平台机构及其位置分析J.机械设计,2002,

15、(8);39426李仕华，黄真.新型三维移动3-rrur并联平台机构及其位置分析J.机械设计，2005,(8):39-42.图1：装配图：Graduationdesign(paper)foreignlanguagesummaryThreedofparallelrobotSunDongxu(CollegeofMechanicalEngineering,HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300130)Abstract：Threedofseriesparallelrobotisacomprehensiveindustrialrobotwhichhasthreetr

16、anslationaldofandhastheadvantagesofseriesrobotandparallelrobot.Threedofparallelrobotarerelativelysimplewhichhashighrigidstructure,lowinertiaforce,bigloadandthecharacteristicsofthehighspeedability,intheindustrialproductionandotherareashasbroadapplicationprospect,andcausedmoreandmorescholarsofextensiv

17、einterest.Inthispaper,accordingtothebasicprocessofmechanicaldesign,andafterapositiveandnegativesolutionsargument,weselectthecorrectpracticaldesignline.Finally,byusingAUTOCADsoftwaretodrawassemblydrawingandpartsdrawingandmakethenecessarylabeling.Keywords：RobotBoxPartsdrawingMark总结评定：通过这次比较完整的设计一台三自由度串并联机器人，使我渐渐摆脱了单纯的理论知识学习的状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，是我具备了解决实际机械运动问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料机械设计手册、设计规范以及运用AUTOCAD等电脑软件绘图的专业能力水平，而且通过对整体机器人布局的掌控，对一些局部的处理，以及对一些绘图细节，设计细节的认真严肃处理，是我的能力得到了很大程度的锻炼，同样是我的经验丰富很多，更重要的是使我的细心、对待事情的耐心程度以及毅力得到了很大提升，