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1、三自由圆柱坐标型工业机器人设计三自由圆柱坐标型工业机器人设计设计要求：设计要求：综合运用所学知识综合运用所学知识,搜集有关资料搜集有关资料独立完成三自由度圆柱坐标型工业机独立完成三自由度圆柱坐标型工业机器人操作机和驱动单元的设计工作。器人操作机和驱动单元的设计工作。原始数据：自动线上有，两条输原始数据：自动线上有，两条输送带之间距离为送带之间距离为1.5m1.5m，需设计工业器，需设计工业器人将一零件从人将一零件从A A带送到带送到B B带。带。零件尺寸：内孔零件尺寸：内孔 100100，壁厚壁厚 1010，高，高 100100。零件材料：零件材料：4545钢。钢。第1页/共19页 零件实体图
2、第2页/共19页第3页/共19页总体方案：总体方案：在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用步进电机驱求确定圆柱坐标型工业机器人，利用步进电机驱动和谐波齿轮传动来实现机器人的旋转运动；利动和谐波齿轮传动来实现机器人的旋转运动；利用另一台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与用另一
3、台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与滚珠丝杠螺母副固连在一起的手臂实现上下运动；滚珠丝杠螺母副固连在一起的手臂实现上下运动；考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故利用考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故利用液压缸驱动实现手臂的伸缩运动；末端夹持器则液压缸驱动实现手臂的伸缩运动；末端夹持器则采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧。夹紧。第4页/共19页 三维动画演示第5页/共19页末端执行机构设计：末端执行机构设计：采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如图。内
4、撑连杆杠杆式夹持器采用四连图。内撑连杆杠杆式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，即当液压缸杆机构传递撑紧力，即当液压缸1 1工工作时，推动推杆作时，推动推杆2 2向下运动，使两钳向下运动，使两钳爪爪3 3向外撑开，从而带动弹性爪向外撑开，从而带动弹性爪4 4夹紧夹紧工件。该种夹持器多用于内孔薄壁零工件。该种夹持器多用于内孔薄壁零件的夹持。件的夹持。第6页/共19页第7页/共19页弹性爪弹性爪 的结构设计的结构设计:这种结构是在手爪外侧用螺钉固定弹性这种结构是在手爪外侧用螺钉固定弹性片两端。当弹性手工作时，由于夹紧过程片两端。当弹性手工作时，由于夹紧过程具有弹性，就可以避免易损零件被抓伤，具有弹性，
5、就可以避免易损零件被抓伤，变形和破损。变形和破损。第8页/共19页手臂机构的设计手臂机构的设计 :本设计中手臂由滚珠丝杠驱动实本设计中手臂由滚珠丝杠驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，以防止手臂还设计有两根导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。它的结构如下图一起转动。它的结构如下图。选用轴。选用轴向脚架型液压缸，活塞杆末端为外螺向脚架型液压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆一起转动。杆一起转动。第9页/共19页第10页/共19页 腰
6、部和基座设计腰部和基座设计 :通过安装在支座上的步进电机和通过安装在支座上的步进电机和谐波齿轮直接驱动转动壳体转动，从谐波齿轮直接驱动转动壳体转动，从而实现机器人的旋转运动，通过安装而实现机器人的旋转运动，通过安装在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动实现手臂的上下移动。采用丝杠转动实现手臂的上下移动。采用了双导柱导向，以防止手臂在滚珠丝了双导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。杠上转动，确保手臂随机座一起转动。支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省材料，它的结构如图。材料，它的结构如图。第11页/共19页1支
7、座，2步进电机，3谐波齿轮，4转动机座5支承槽钢梁，6滚珠丝杠，7导向柱，8锥环无键联轴器第12页/共19页驱动方式的选择驱动方式的选择:第13页/共19页 由上表可知步进电机应用于驱动工由上表可知步进电机应用于驱动工业机器人有着许多无可替代的优点，业机器人有着许多无可替代的优点，如控制性能好，可精确定位，体积较如控制性能好，可精确定位，体积较小可用于程序复杂和运动轨迹要求严小可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手等，所以本设计格的小型通用机械手等，所以本设计采用它来实现机器人的旋转和上下移采用它来实现机器人的旋转和上下移动。选电机为动。选电机为BFBF反应式步进电机，型反应式步进电
8、机，型号为：号为：90BF00190BF001。第14页/共19页 由上表可知由上表可知,液压驱动方式反应灵敏液压驱动方式反应灵敏,可实现连可实现连续轨迹控制续轨迹控制,液体压力高，可以获得较大的输出力液体压力高，可以获得较大的输出力,因此机器人的伸缩运动采用液压驱动方式来实现因此机器人的伸缩运动采用液压驱动方式来实现,从而使机器人容易找准工件从而使机器人容易找准工件.它的型号为它的型号为Y-HG1-Y-HG1-C50/28100LJ1HL1QC50/28100LJ1HL1Q，它的主要技术参数如下表，它的主要技术参数如下表:第15页/共19页工业机器人的计算机控制系统概述工业机器人的计算机控制
9、系统概述 :工业机器人具有多个自由度，每个自由工业机器人具有多个自由度，每个自由度一般包括一个伺服机构，它们必须协调度一般包括一个伺服机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。这种多起来，组成一个多变量控制系统。这种多变量的控制系统，一般要用计算机来实现。变量的控制系统，一般要用计算机来实现。因此，机器人控制系统也是一个计算机控因此，机器人控制系统也是一个计算机控制系统。控制系统的功能是控制机器人操制系统。控制系统的功能是控制机器人操作机的运动和操作以满足作业的要求。在作机的运动和操作以满足作业的要求。在作业中机器人的工作任务是要求操作机的作业中机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器按
10、点位或轨迹运动，并保持设末端执行器按点位或轨迹运动，并保持设定的姿态。在运动中或在规定的某点位执定的姿态。在运动中或在规定的某点位执行作业规定的操作。行作业规定的操作。第16页/共19页工业机器人运行时应采取的安全措施工业机器人运行时应采取的安全措施工业机器人运行时应采取的安全措施工业机器人运行时应采取的安全措施 :工业机器人能代替人在危险有害的环境中作业。但又给工业机器人能代替人在危险有害的环境中作业。但又给人另一种危险，即机器人伤人事故。这是工业机器人安全管人另一种危险，即机器人伤人事故。这是工业机器人安全管理的最为重要的一条原则。此外，除了通用的工业安全规程理的最为重要的一条原则。此外，
11、除了通用的工业安全规程外外,还要注意工业机器人的特殊性，采取相应可靠的对策。还要注意工业机器人的特殊性，采取相应可靠的对策。对工业机器人应用工程的安全要求有如下几条：对工业机器人应用工程的安全要求有如下几条：必须为工业机器人和周边设备安装安全护栏，以防止人靠近必须为工业机器人和周边设备安装安全护栏，以防止人靠近而造成伤害。工业机器人的动作范围不能超越护栏。而造成伤害。工业机器人的动作范围不能超越护栏。在护栏出入口的门上必须设置插拔式电接点点开关，其插座在护栏出入口的门上必须设置插拔式电接点点开关，其插座有导线与控制系统的电路连接。只有拔下开关的插头，才能有导线与控制系统的电路连接。只有拔下开关的插头，才能打开对应的门。这时，工业机器人及周边设备停止运转，并打开对应的门。这时，工业机器人及周边设备停止运转，并且将工业机器人锁定在示教模式。且将工业机器人锁定在示教模式。在距操作者的地方设置紧急停止开关。按下此开关，工业机在距操作者的地方设置紧急停止开关。按下此开关，工业机器人和有关的设备立即停止运转。器人和有关的设备立即停止运转。第17页/共19页 谢谢!第18页/共19页感谢您的观看。感谢您的观看。第19页/共19页