直角坐标机器人结构设计

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直角坐标机器人结构设计

摘要

随着现代工业的不断发展，不但使传统工业的生产发生了根本性的变化，而且也对人类社会的生产产生了重大的影响。机器人作为现代工业生产的一种工具，不仅大大的提高了生产力，而且把人从各种生产环境中解放出来。目前，许多国家的工业机器人技术得到很好的发展，我国也在进行深入的研究和开发。本文主要是设计一个搬运工件的直角坐标机器人，它可以应用在自动化生产线上与人工相比具有速度快、定位精度准确的特点，具有很强的实用性能。作为直角坐标机器人结构设计，本文用了第二、三、四章详细阐述了设计过程，第五章简要介绍了机器人的控制部分，第六对机器人进行了效果分析，并总结了直角坐标机器人的特点。设计不拘泥于常规，使产品具有更广阔的发展空间，必将成为机器人的发展趋势。

关键词：直线、直角坐标机器人、结构

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Cartesian Robot Design

Abstract

With the continuous development of modern industry,not only the production of traditional industries has undergone a fundamental change, but also the production of human society has had a major impact. Robot as a tool of modern industrial production, not only greatly increase the productivity and the production environment from a variety of liberation. Currently, many countries have very good industrial robot technology development, China is also in-depth research and development. Porters of this paper is to design a piece of the Cartesian coordinate robot, which can be used in automated production lines and artificial compared to fast, accurate positioning accuracy characteristics,with strong practical performance.As the design of the right-angle coordinate robot,the text uses the second the third and the forth chapters to say the process of the design.The five chapter briefly describes some of the robot's control. The sixth chapters carried out effectiveness analysis and summarizes the characteristics of a Cartesian coordinate robot.The design makes the products have much more development,which must be the current of robot's development.

Key words: Straight line Cartesian coordinate Structure

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目 录

摘要 ...........................................................................................................................................................................................I ABSTRACT ................................................................................................................................................................... II 一 绪 论 ............................................................................................................................................................................. 1

1.1选题背景.................................................................................................................................................................... 1 1.2直角坐标机器人的应用及分类.................................................................................................................... 3 1.3当前机器人技术的发展.................................................................................................................................... 3 1.3.1机器人发展的概况 ..................................................................................................................................... 3 1.3.2直角坐标机器人的发展情况................................................................................................................ 6 1.4选题的意义和目的及设计基本步骤 ......................................................................................................... 6 1.5本文研究的主要内容 ......................................................................................................................................... 7

二 直角坐标机器人的工作原理 .................................................................................................................. 8

2.1实现三个自由度运动的基本原理 .............................................................................................................. 8 2.2末端执行器抓取工件的基本原理 .............................................................................................................. 8 2.2.1概述 ..................................................................................................................................................................... 8 2.2.2手指式手部的工作原理 .......................................................................................................................... 9

三 直角坐标机器人结构设计 ...................................................................................................................... 11

3.1直角坐标机器人外形方案的确定 ............................................................................................................ 11 3.2直角坐标机器人传动及驱动方式的选择 ............................................................................................ 11 3.2.1直角坐标机器人传动方式的选择 ................................................................................................... 11 3.2.2直角坐标机器人驱动方式的选择 ................................................................................................... 12 3.3直角坐标机器人外形尺寸的确定 ............................................................................................................ 12 3.4传动部件、驱动部件类型及主要参数的选择.................................................................................. 13 3.4.1传动部件参数的选择.............................................................................................................................. 13 3.4.2驱动部件的选择 ........................................................................................................................................ 20 3.5其它辅助部件的设计 ....................................................................................................................................... 23 3.5.1直线导轨的选择 ........................................................................................................................................ 23 3.5.2滚动轴承的选择 ........................................................................................................................................ 24 3.5.3机器人拖链的选择 ................................................................................................................................... 25 3.5.4其它部件的设计 ........................................................................................................................................ 25 3.6机械手结构设计.................................................................................................................................................. 25 3.6.1机械手的结构特点 ................................................................................................................................... 25 3.6.2机械手的手部尺寸及抓取范围 ........................................................................................................ 26 3.6.3机械手传动装置的设计 ........................................................................................................................ 26

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3.6.4机械手驱动装置的选择 ........................................................................................................................ 28 3.6.5机械手其它部件的选择 ........................................................................................................................ 28

四 机器人的校核及结构的可靠性分析 ............................................................................................. 29

4.1轴承的校核 ............................................................................................................................................................ 29 4.2各主要功能部件的可靠性分析.................................................................................................................. 29 4.3各自由度间连接件的可靠性分析 ............................................................................................................ 30 4.4轴的校核计算 ....................................................................................................................................................... 31

五 机器人的控制 ..................................................................................................................................................... 33

5.1步进电机的概况.................................................................................................................................................. 33 5.2步进电机的工作原理 ....................................................................................................................................... 33 5.3步进电机的控制.................................................................................................................................................. 34

六 直角坐标机器人的效果分析及技术评价................................................................................. 35

6.1直角坐标机器人的效果分析...................................................................................................................... 35 6.1.1直角坐标机器人与人工操作的比较.............................................................................................. 35 6.1.2采用机器人工作带来的问题.............................................................................................................. 35 6.2直角坐标机器人结构的技术评价 ........................................................................................................... 35 6.2.1整体结构技术评价 ................................................................................................................................... 35 6.2.2零件的技术分析 ........................................................................................................................................ 36

结束语.................................................................................................................................................................................. 37 致谢 ........................................................................................................................................................................................ 38 参考文献 ........................................................................................................................................................................... 39

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一 绪 论

1.1选题背景

直角坐标机器人概念：

工业应用中，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。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。

典型直角坐标机器人图一 直角坐标机器人的特点：

1、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。 直角坐标机器人的应用：

因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。

直角坐标机器人的应用图二

随着直角坐标机器人的应用越来越广泛，直角坐标机器人的设计工作日益显得重要。成功的设计一台直角坐标机器人涉及到很多方面的工作，包括机械结构、动力驱动、伺服控制等等。沈阳力拓自动化控制技术有限公司有着多年直角坐标机器人技术应用、数控技术和产品研发经验，我们依托德国BAHR公司直线定位系统性及机械手臂开发出

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