工业机器人的自由度含义以及其应用

工业机器人的自由度含义以及其应用

工业机器人的自由度含义以及其应用

?通常作为机器人的技术指标,反映机器人动作的灵活性,可用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。

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?机器人机构能够独立运动的关节数目,称为机器人机构的运动自由度,简称自由度(Degree of Freedom),由DOF简写表示。

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?目前工业机器人采用的控制方法是把机械臂上每一个关节都当作一个单独的伺服机构,即每个轴对应一个伺服器,每个伺服器通过总线控制,由控制器统一控制并协调工作。

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?IS08373对工业机器人的解释:“机器人具备自动控制及可再编程、多用途功能,机器人操作机具有三个或三个以上的可编程轴,在工业自动化应用中,机器人的底座可固定也可移动”。可见,工业机器人的轴数是其重要技术指标。?

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?不同自由度的机器人在工业中的应用

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自由度搬运物料工业机器人的设计设计

毕业设计论文 四自由度搬运物料工业机器人的设计 摘要:在当今大规模制造业中,企业为提高生产效率,保障产品质量,普遍重视生产过程的自动化程度,工业机器人作为自动化生产线上的重要成员,逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平,目前,工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作,工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台四自由度的工业机器人,用于给冲压设备运送物料。首先,本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构,然后选择合适的传动方式、驱动方式,搭建机器人的结构平台;在此基础上,本文将设计该机器人的控制系统,包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计,重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性,最终实现的目标包括:关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词:机器人示教编程伺服制动

The Design of an Industrial Robot with Four DOFs for Carrying Material for a Punch Abstract:In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jobs of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servocontrol, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback

工业机器人原理及应用实例

工业机器人原理及应用实例 一、工业机器人概念 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用 机械装置;由计算机控制,是无人参与 的自主自动化控制系统;他是可编程、 具有柔性的自动化系统,可以允许进行 人机联系。可以通俗的理解为“机器人 是技术系统的一种类别,它能以其动作 复现人的动作和职能;它与传统的自动 机的区别在于有更大的万能性和多目 的用途,可以反复调整以执行不同的功 能。” 二、组成结构 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座 和执行机构,包括臂部、腕部和手部, 有的机器人还有行走机构。大多数工业 机器人有3~6个运动自由度,其中腕 部通常有1~3个运动自由度;驱动系 统包括动力装置和传动机构,用以使执 行机构产生相应的动作;控制系统是按 照输入的程序对驱动系统和执行机构 发出指令信号,并进行控制。 三、分类 工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直 角坐标移动;圆柱坐标型的臂部可作升 降、回转和伸缩动作;球坐标型的臂部 能回转、俯仰和伸缩;关节型的臂部有 多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能,又可分点位型和连续轨迹型。 点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位,适用于机床上下料、点焊和一般搬运、 装卸等作业;连续轨迹型可控制执行机 构按给定轨迹运动,适用于连续焊接和 涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程 输入型是将计算机上已编好的作业程 序文件,通过RS232串口或者以太网等 通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种:一种是由操作者用手动控制器(示教操纵 盒),将指令信号传给驱动系统,使执 行机构按要求的动作顺序和运动轨迹 操演一遍;另一种是由操作者直接领动 执行机构,按要求的动作顺序和运动轨 迹操演一遍。在示教过程的同时,工作 程序的信息即自动存入程序存储器中 在机器人自动工作时,控制系统从程序 存储器中检出相应信息,将指令信号传 给驱动机构,使执行机构再现示教的各 种动作。示教输入程序的工业机器人称 为示教再现型工业机器人。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人,能在较为复杂的环境下工作; 如具有识别功能或更进一步增加自适 应、自学习功能,即成为智能型工业机 器人。它能按照人给的“宏指令”自选 或自编程序去适应环境,并自动完成更 为复杂的工作。 四、主要特点 工业机器人最显著的特点有以下几个: (1)可编程。生产自动化的进一步发 展是柔性启动化。工业机器人可随其工 作环境变化的需要而再编程,因此它在 小批量多品种具有均衡高效率的柔性 制造过程中能发挥很好的功用,是柔性 制造系统中的一个重要组成部分。 (2)拟人化。工业机器人在机械结构 上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、 手腕、手爪等部分,在控制上有电脑。 此外,智能化工业机器人还有许多类似 人类的“生物传感器”,如皮肤型接触 传感器、力传感器、负载传感器、视觉 传感器、声觉传感器、语言功能等。传 感器提高了工业机器人对周围环境的 自适应能力。 (3)通用性。除了专门设计的专用的 工业机器人外,一般工业机器人在执行 不同的作业任务时具有较好的通用性。

六自由度工业机器人设计

六自由度工业机器人 对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人机器人能实现哪些功能活动空间(有效工作范围)有多大了解基本的要求后,接下来的工作就好作了。 首先是根据基本要求确定机器人的种类,是行走的提升(举升)机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式,也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。 接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程,在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图,分析简图,制定动作流程表(图),初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容,设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制,材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容,确认生产。 下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程: 在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的,在自动化生产线上的就有很多例子,如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子,如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速,机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。 六轴机器人的应用范筹不同,设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多,结构各有特色。在中国应用最多的如:ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。 既然机器人的应用那么广泛,在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题!有关机器人技术方面探讨太少了从业人员还不能成群体虽然在很多地方可以看到机器的论术,可是却没有真正形成普及的东西。 即然是要说设计,那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些,讲得不对的地方还请各位指正! 六轴机器人是多关节、多自由度的机器人,动作多,变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人,应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢工作范围又怎样去确定动作怎样去编排呢位姿怎样去控制呢各部位的关节又是有怎么样的要求呢等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧! 首先我们设定:机器人是六轴多自由度的机器人,手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件,工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量:1700mm;转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。 好了,有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。 首先是全电机驱动的,那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了,也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。 机器人是用于焊接方面的,那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面,那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来,我们就给它区分一下,在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。 搞清了各种焊方法,也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考,有一个大概的轮廓概念就行了,待机械结构做完,各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。 焊枪是用常用的标准的焊枪,也就是说焊枪是随时可以更换下来的,也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。

工业机器人应用产品和服务介绍

使生产更高 效工业机器人在工业生产中能代替人从事频繁和重复的作业,或是完成危险、恶劣环境下的作业任务,例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上,以及在原子能工业等部门中,完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。 ■ A1 玻璃生产线堆垛系统 ■ A2 光伏玻璃、光伏电池组件线 ■ A3 立体雕刻工作站 ■ A4 物流堆垛 ■ A5 PLC控制柜 ■ A6 工业生产线控制 A1 A5A6A2 A3A4Kawasaki FANUC KUKA

冷端机器人堆垛 我们机器人堆垛系统的优点: ■ 采用先进的机器视觉及工业机器人。动态追踪、同步飞行抓取玻璃,实现了 在相对静止的情况下抓取运动中的玻璃板,缩短玻璃产线冷端主线长度。 ■ 采用柔性吸盘结构,解决了薄板玻璃易碎,生产速度快的堆垛难题。 ■ 采用机器视觉检测技术,提高了产品质量和成品率。 ■ 实行工作组任务统筹分配管理,能够混合处理不同规格及等级的玻璃产 品,实现准确分级和堆垛。 ■ 可在线安装竣工不影响正常生产,是运行中的生产线及冷修改造最佳方 案,与同类产品具有最高的性价比。 ■ 我们独有的双机热备技术,使得视觉检测及生产机器人指挥系统工作机故障后,可以在秒级自动切换到备份机上,不影响生产。■ 光源系统对视觉检测的稳定性有极大的影响,我们采用专业的视觉检测用LED光源,亮度稳定均匀,长寿命设计,易于维护。■ 机器人单元根据检测的玻璃尺寸来调整吸盘组,不用手工改变吸盘位置。■ 每个机器人单元都设有触摸屏,便于本机状态监控及就地操作。■ 机器人单元具有应急盲抓功能,可以在检测及指挥系统故障时临时应急。■ 可选择含视频功能的远程维护,更快速的诊断与解决问题。 与市场上同类产品的对比: 冷端机器人堆垛系统主要技术和性能指标◎丰富的自动化系统集成经验 ◎多年机器视觉技术应用经验积累 ◎在计算机软件与工业控制结合上的技术优势 ◎在冷端堆垛方面的产品优势 ◎国内领先的机器人堆垛设备 本产品荣获:2008年上海创新基金支持、2009年国家创新基金支持 堆垛精度:±3mm 堆垛工作周期:7-15s

多自由度机械手课程设计

机电一体化系统设计课程设计 设计题目: 内装: 1. 设计说明书 2. 装配图 3. 控制电路原理图 4. ……. 专业: 姓名: 学号: 指导教师: 完成日期: 成绩: 福建农林大学机电工程学院

机电一体化系统设计课程设计说明书 设计题目: 学院: 专业年级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 年月日

一、机械手的概述 (1) 1.1 机械手的组成和分类 (1) 1.2 应用机械手的意义 (1) 二、总体方案设计 (3) 2.1 设计任务 (3) 2.2 总体方案确定 (3) 2.2.1机械手基本形式的选择 (3) 2.2.2机械手的主要部件及运动 (3) 2.2.3驱动机构的选择 (4) 三、机械系统设计 (5) 3.1机械手手部的设计计算 (5) 3.1.1手部设计基本要求 (5) 3.1.3机械手手抓的设计计算 (5) 3.1.4.机械手手抓夹持精度的分析计算 (8) 3.1.5弹簧的设计计算 (9) 3.2腕部的设计计算 (11) 3.2.1 腕部设计的基本要求 (11) 3.2.3 腕部结构和驱动机构的选择 (12) 3.2.4 腕部的设计计算 (12) 3.3臂部的设计及有关计算 (15) 3.3.1 臂部设计的基本要求 (15) 3.3.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (16) 3.3.3 液压缸工作压力和结构的确定 (18) 3.4机身的设计计算 (19) 3.4.1 机身的整体设计 (19) 3.4.2 机身回转机构的设计计算 (20) 3.4.3 机身升降机构的计算 (22) 3.4.4 轴承的选择分析 (25) 四、控制系统硬件电路设计 (26) 4.1可编程序控器的简介 (26) 4.2 PLC的结构,种类和分类 (26) 4.3 FX2n系列三菱PLC特点 (30) 4.4 接近开关传感器 (28) 4.5 I/O接口简介 (29) 4.6 行程开关的介绍 (30) 4.6.1 行程开关的概念 (30) 4.6.2 行程开关的作用及原理 (30) 4.7电路的总体设计 (30) 4.7.1回路的设计 (30) 4.7.2 系统输入/输出分布表 (31) 4.7.3机械手的程序设计 (33) 4.7.4 步进电机的运行控制 (33) 五、参考文献 (34)

工业机器人的概念与典型应用(完整资料).doc

【最新整理,下载后即可编辑】 1.1 工业机器人的定义及特点 1.2 工业机器人的分类 关于工业机器人的分类,国际上没有制定统一的标准,有的按负载重量分,有的按控制方式分,有的按自由度分,有的按结构分,有的按应用领域分。下面依据几个有代表性的分类方法列举机器人的分类。 1.按工业机器人结构坐标系统特点方式分类 按结构坐标系统特点方式分,机器人可分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、极坐标型(球面坐标型)机器人、关节坐标机器人、SCARA型水平关节机器人等五类。 2.按工业机器人执行机构的控制方式分类 (1)点位控制方式机器人 控制时只要求工业机器人快速准确地实现相邻各点之间的运动,而对达到目标点的运动轨迹不做任何规定。 (2)连续轨迹控制型机器人 控制时要求工业机器人严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动,并且速度可控,轨迹光滑,运动平稳。 (3)力(力矩)控制型机器人 在完成装配、抓放物体等工作时,除要准确定位之外,还要求使用适度的力或力矩进行工作。 (4)智能控制型机器人 机器人的智能控制是通过传感器获得周围环境的信息,并根据自身内部的知识库做出相应的决策的控制方式。 3.按程序输入方式分类 按程序输入方式可分为离线输入型和示教输入型两类。 (1)离线输入型机器人是将计算机上已编号的作业程序文件,通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制系统。

食品、饮料包装;搬运;真空包装塑料、轮胎上下料;去毛边 冶金、钢铁钢、合金锭搬运;码垛;铸件去毛刺;浇口切割 家电、家具装配;搬运;打磨;抛光;喷漆;玻璃制品切割、雕刻 海洋勘探深水勘探;海底维修;建造 航空航天空间站检修;飞行器修复;资料收集 军事防爆;排雷;兵器搬运;放射性检测 焊接机器人技术的新发展 将激光用于焊接机器人是激光焊接的一种重要形式。焊接机器人具有多自由度、编程灵活、自动化程度高、柔性程度高等特点,是焊接生产线的重要组成部分。将激光器安装在焊接机器人上进行焊接,大大提高了焊接机器人的焊接质量和适用范围,在船板、汽车生产线中激光焊接机器人具有越来越重要的地位。图1所示为CO 2 激光焊接机器人。

3个自由度机械手设计

第一章引言 机械工业是国民的装备部,是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业,还是新兴产业,都离不开各种各样的机械装备,机械工业所提供装备的性能、质量和成本,对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此,世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力,在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手是在机械化,自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中,机械手被广泛的运用于自动生产线中,机械人的研制和生产已成为高技术邻域内,迅速发殿起来的一门新兴的技术,它更加促进了机械手的发展,使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活,但它具有能不断重复工作和劳动,不知疲劳,不怕危险,抓举重物的力量比人手力大的特点,因此,机械手已受到许多部门的重视,并越来越广泛地得到了应用。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 1.1 机械手的分类 机械手一般分为三类:第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序,以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外,还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的,称为操作机。它起源于原子、军事工业,先是通过操作机来完成特定的作业,后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手,主要附属于自动机床或自动线上,用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”,它是为主机服务的,由主机驱动;除少数以外,工作程序一般是固定的,因此是专用的。

工业机器人_三自由度直角坐标工业机器人设计讲解

沈阳工程学院 课程设计 设计题目:三自由度微型直角坐标工业机器人模型设计 系别自控系班级 学生姓名学号 指导教师祝尚臻职称讲师 起止日期:2012年1 月2 日起——至2012 年1 月13 日止 - I -

沈阳工程学院 课程设计任务书 课程设计题目:三自由度直角坐标工业机器人设计 系别自动控制工程系班级 学生姓名 学号 指导教师职称讲师 课程设计进行地点:F430 任务下达时间:2011年12月31日 起止日期:2012 年1 月2日起——至2012 年1 月13日止教研室主任年月日批准 - II -

三自由度直角坐标工业机器人设计 1 设计主要内容及要求 1.1 设计目的: 1了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术。 2初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统并应用于工业机器人的设计中。3通过学习,掌握工业机器人的驱动机构、控制技术,并使机器人能独立执行一定的任务。 1.2 基本要求 1要求设计一个微型的三自由度的直角坐标工业机器人; 2要求设计机器人的机械机构(示意图),传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。 3要有控制系统硬件设计电路。 1.3 发挥部分 自由发挥 2 设计过程及论文的基本要求: 2.1 设计过程的基本要求 (1)基本部分必须完成,发挥部分可任选; (2)符合设计要求的报告一份,其中包括总体设计框图、电路原理图各一份; (3)设计过程的资料保留并随设计报告一起上交;报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求 (1)参照毕业设计论文规范打印,包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改,不少于3000字。图纸为A4,所有插图不允许复印。 (2)装订顺序:封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文(设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍)、小结、参考文献、附录(总体设计框图与电路原理图)。 3 时间进度安排 顺序阶段日期计划完成内容备注 1 2012.1. 2 讲解主要设计内容,布置任务打分 2 2012.1. 3 检查框图及初步原理图完成情况,讲解及纠正错误打分 3 2012.1. 4 检查机械结构设计并指出错误及纠正;打分 4 2012.1. 5 继续机械机构和传动机构设计打分 5 2012.1. 6 进行控制系统设计打分 6 2012.1.9 检查控制系统原理图设计草图打分 7 2012.1.10 完善并确定控制系统打分 8 2012.1.11 指导学生进行驱动机构的选择打分 9 2012.1.12 进行传感器的选择和软件流程设计打分 10 2012.1.13 检查任务完成情况并答辩打分 2011-12-30 - III -

工业机器人的发展与应用

学校:中南大学 学院:机电工程学院 专业班级:机械0701班姓名:丁云 学号:

工业机器人的发展与应用 随着计算机技术的不断向智能化方向发展,机器人应用领域的不断扩展和深化,工业机器人已成为一种高新技术产业,为工业自动化发挥了巨大作用,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了工业机器人的国内国外的发展状况和应用趋势,以及带来的经济效益。 一、工业机器人的介绍 工业机器人是机器人的一种,它由操作机.控制器.伺服驱动系统和检测传感器装置构成,是一种仿人操作自动控制,可重复编程,能在三难空间完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备,特别适合于多品种,变批量柔性生产。它对稳定和提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件的快速更新换代起着十分重要作用。 二、工业机器人带来的效益 广泛的应用工业机器人,可以逐步改善劳动条件,更强与可控的生产能力,加快产品更新换代。提高生产效率和保证产品质量,消除枯燥无味的工作,节约劳动力,提供更安全的工作环境,降低工人的劳动强度,减少劳动风险,提高机床,减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存,提高企业竞争力。 三、工业机器人的发展 随着科技的不断进步,工业机器人的发展过程可分为三代,第—代,为示教再现型机器人,它主要由机器手控制器和示教盒组成,可按预先引导动作记录下信息重复再现执行,当前工业中应用最多。第二代为感觉型机器人,如有力觉触觉和视觉等,它具有对某些外界信息进行反馈调整的能力,目前已进入应用阶段。第三代为智能型机器人它具有感知和理解外部环境的能力,在工作环境改变的情况下,也能够成功地完成任务,它尚处于实验研究阶段。 第一、国外工业机器人的的发展

三自由度圆柱坐标工业机器人

三自由度圆柱坐标型工业机器人设计 学院:机电工程学院 班级: 姓名: 学号:

1.末端执行机构设计 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1工作时,推动推杆2向下运动,使两钳爪3向外撑开,从而带动弹性爪4夹紧工件。该种夹持器多用于内孔薄壁零件的夹持。

2.弹性爪的结构设计: 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,由于夹紧过程具有弹性,就可避免易损零件被抓伤、变形和破损。 3.手臂机构的设计 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,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

臂随机座一起转动。它的结构如下图。选用轴向脚架型液压缸,活塞杆末端为外螺纹结构,手臂与末端执行器连同活塞杆一起转动。 4.腰部和基座设计 1——支座,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 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丝杠转动实现手臂的上下移动。采用双导柱导向,防止手臂在滚珠丝杠上转动,确保手臂随机座一起转动。支撑梁采用槽钢,以减轻重量和节省材料,它的结构如上图。 5.驱动方式的选择

由上表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,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动。选电机为BF反应式步进电机,型号为:90BF001。 由上表知,液压驱动方式反应灵敏,可实现连续轨迹控制,液体压力高,可获得较大的输出力,因此机器人的伸缩运动采用液压驱动方式来实现,从而使机器人容易找准工件。它的型号为Y-HG1-C50/28×100LJ1HL1Q,它的主要技术参数如下表

工业机器人的十一个问答

工业机器人的十一个问答 1、工业机器人定义及特点? 定义:机器人是一个在三维空间具有较多自由度的,并能实现诸多拟人动作和功能的机器:而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。 特点:可编程、拟人化、通用性、机电一体化 2、工业机器人有哪几个子系统组成?各自的作用是什么? 驱动系统:使机器人运行起来的传动装置。 机械结构系统:由机身手臂末端操作器三大件组成的一个多自由度的机械系统。 感受系统:由内部传感器模块和外部传感器模块组成获取内部和外部环境状态的信息。 机器人-环境交互系统:实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统 人-机交互系统:是操作人员参与机器人控制与机器人进行联系的装置 控制系统:根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能 3、什么是机器人的自由度?机器人位置操作需要几个自由度?姿态操作需要几个自由度?为什么? 自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,不应包括手爪(末端操作器)的开合自由度,在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度,位置操作需要3个自由度(腰肩肘)姿态操作需要3个自由度(俯仰偏航侧滚)。但是工业机器人的自由度,但是工业机器人的自由度是根据其用途而设计的可能小于6个自由度,也可能大于6个自由度。 4、工业机器人的主要技术参数有哪些? 答:自由度、重复定位精度、工作范围、最大工作速度、承载能力 5、机身和臂部的作用各是什么?在设计时应注意哪些问题? 答:机身是支承臂部的部件,一般实现升降回转和俯仰等运动。

机身设计时需要注意: 1)要有足够的刚度和稳定性 2)运动要灵活,升降运动的导套长度不宜过短,避免发生卡死现象,一般要有导向装置 3)结构布置要合理臂部是支承腕部手部和工件的静动载荷的部件,尤其高速运动时将产生较大的惯性力,引起冲击,影响定位的准确性。 设计臂部时要注意: 1)刚度要求高 2)导向性好 3)重量轻 4)运动要平稳,定位精度要高。 其它传动系统应尽量简短以提高传动精度和效率;各部件布置要合理,操作维护要方便;特殊情况特殊考虑,在高温环境中应考虑热辐射的影响腐蚀性环境中应考虑防腐蚀问题。危险环境应考虑防暴问题 6、手腕上的自由度主要起什么作用?如果要求手部能处于空间任意方向则手腕应具有什么样的自由度? 手腕上的自由度主要是实现手部所期望的姿态。为了使手部能处于空间任意方向,要求腕部能实现对空间三个坐标轴X Y Z的转动。即具有翻转俯仰和偏转三个自由度 7、手部的作用和特点 机器人手部的作用:工业机器人的手部也叫末端操作器是用来握持工件或工具的部件 特点: 1)手部是一个独立的部件 2)手部是工业机器人的末端操作器。不一定与人的手部结构相同。可以具有手指也可以不具有手指:可以有手爪也可以是专用工具

工业机器人简介及发展前景

工业机器人简介及发展前景 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。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人工智能技术制定的原则纲领行动。 工业机器人最显著的特点有以下几个: (1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程,因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用,是柔性制造系统中的一个重要组成部分。 (2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分,在控制上有电脑。此外,智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”,如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。 (3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外,一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如,更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。 (4)工业机器技术涉及的学科相当广泛,归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器,而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能,这些都是微电子技术的应用,特别是计算机技术的应用密切相关。因此,机器人技术的发展必将带动其他技术的发展,机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。 当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。当前,对全球机器人技术的发展最有影响的国家是美国和日本。美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位,而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位。 构造分类 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构,包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3~6个运动自由度,其中腕部通常有1~3个运动自由度;驱动系统包括动力装置和传动机构,用以使执行机构产生相应的动作;控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号,并进行控制。 工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动;圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作;球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩;关节型的臂部有多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能,又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位,适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业;连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动,适用于连续焊接和涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件,通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种:一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒),将指令信号传给驱动系统,使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍;另一种是由操作者直

工业机器人的主要技术参数

工业机器人的主要技术参数 工业机器人的种类、用途以及用户要求都不尽相同。但工业机器人的主要技术参数应包括以下几种:自由度、精度、工作范围、最大工作速度和承载能力。 1. 自由度 机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,一般不包括手爪(或末端执行器)的开合自由度。在三维空间中表述一个物体的位置和姿态需要6个自由度。但是,工业机器人的自由度是根据其用途而设计的,可能小于6个也可能大于6个自由度。例如,日本日立公司生产的A4020装配机器人有4个自由度,可以在印制电路板上接插电子元器件; PUMA562机器人具有6个自由度(见图1.11~图1.13),可以进行复杂空间曲面的弧焊作业。从运动学的观点看,在完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人,叫做冗余自由度机器人,又叫冗余度机器人。例如,PUMA562机器人去执行印制电路板上接插元器件的作业时就是一个冗余度自由机器人。利用冗余的自由度可以增加机器人的灵活性,躲避障碍物和改善动力性能。 人的手臂共有7个自由度,所以工作起来很灵巧,手部可回避障碍物,从不同方向到达目的地。 2.精度 工业机器人精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异,用反复多次测试的定位结果的代表点与指定位置之间的距离来表示。重复定位精度是指机器人重复定位手部于同一目标位置的能力,以实际位置值的分散程度来表示。实际应用中常以重复测试结果的标准偏差值的3倍来表示,它是衡量一列误差值的密集度。图1.14所示为工业机器人定位精度与重复定位精度图例。 (a)重复定位精度的测定 (:b)合理的定位精度,良好的重复定位精度 (C)良好的定位精度,较差的重复定位精度(d)很差的定位精度,良好的重复定位精度 2. 工作范围 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合,也叫做工作区域。因为末端操作器的形状和尺寸是多种多样的,为了真实地反映机器人的特征参数,一般工作范围是指不安装末端操作器的工作区域。工作范围的形状和大小是十分重要的,机器人在执行某作业时可能会因为存在手部不能到达的作业死区而不能完成任务,如图1.15所示。 3.最大工作速度 最大工作速度,有的厂家指工业机器人自由度上最大的稳定速度,有的厂家指手臂大合成速度,通常欧洲技术参数中就有说明。工作速度越高,工作效率就越高。但是,工作速度越高就要花费更多的时间去升速或降速。 4.承载能力 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位置上所能承受的最大质量。承载能力不仅决定于负载的质量,而且与机器人运行的速度、加速度的大小和方向

3个自由度机械手

优秀设计 引言 机械工业是国民的装备部,是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业,还是新兴产业,都离不开各种各样的机械装备,机械工业所提供装备的性能、质量和成本,对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此,世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力,在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手是在机械化,自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中,机械手被广泛的运用于自动生产线中,机械人的研制和生产已成为高技术邻域内,迅速发殿起来的一门新兴的技术,它更加促进了机械手的发展,使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活,但它具有能不断重复工作和劳动,不知疲劳,不怕危险,抓举重物的力量比人手力大的特点,因此,机械手已受到许多部门的重视,并越来越广泛地得到了应用。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

1.1 机械手的分类 机械手一般分为三类:第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序,以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外,还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的,称为操作机。它起源于原子、军事工业,先是通过操作机来完成特定的作业,后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手,主要附属于自动机床或自动线上,用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”,它是为主机服务的,由主机驱动;除少数以外,工作程序一般是固定的,因此是专用的。 在国外,目前主要是搞第一类通用机械手,国外称为机器人。本课题所做的机械手是属于第三类机械手。 1、简史 机械手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机械手。它的结构是:机体上安装一个回转长臂,顶部装有电磁块的工件抓放机构,控制系统是示教形的。 1962年,美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿照坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。 1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初,但都是国外工业机械手发展的基础。 1978年美国Unimate公司和斯坦福大学,麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于装配作业,定位误差小于±1毫米。联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手,主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。 联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手,采用关节式结构和程序控制。 日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。 前苏联自六十年代开始发展应用机械手,至1977年底,其中一半是国产,一半是进口。

全转动副三自由度并联机器人设计说明书资料

河北工业大学城市学院 毕业论文 作者:周** 学号:***** 系(专业):机械系 专业:机械设计与制造及其自动化 题目:全转动副三自由度并联机器人 指导者:李** 教授 (姓名) (专业技术职务) 评阅者: (姓名) (专业技术职务) 2015 年6月11 日

目录 1 绪论 ........................................................................................................................ - 4 - 1.1 引言 .............................................................................................................. - 4 - 1.2 此次课题研究背景和意义 ........................................................................ - 4 - 1.3 串并联机器人的国内外研究现状、使用范围及发展趋势 ...................... - 5 - 1. 4 本次毕业设计主要完成工作 ..................................................................... - 6 - 1.4.1 基本内容 ............................................................................................ - 6 - 1.4.2 课题研究拟采用的手段和工作路线 ................................................ - 6 - 2 总体方案的设计 .................................................................................................... - 7 - 2.1 总体布局的设计 ....................................................................................... - 7 - 3 由基本参数选定标准件的型号 .......................................................................... - 10 - 3.1 减速机的选择 .......................................................................................... - 10 - 3.2 选择伺服电机并对其检验 ...................................................................... - 12 - 3.3 轴承的选择及校核 .................................................................................... - 15 - 3.4 联轴器的选择 .......................................................................................... - 17 - 4.1 支链尺寸的确定 ........................................................................................ - 19 - 4.2 对主动轴尺寸的确定及校核 .................................................................... - 20 - 4.3 对支链上转动副的设计 ............................................................................ - 22 - 4.4 支链末端设计 ............................................................................................ - 25 - 5 机构的整体布局设计及机架设计 ...................................................................... - 2 6 - 结论 ...................................................................................................................... - 29 - 参考文献 .................................................................................................................... - 31 - 致谢 ............................................................................................................................ - 32 -

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