装配机器人的设计方案

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  本章对汽车挡风玻璃自动安装搬运机器人的工作模式、总体结构进行了分析与设计。结合具体的使用过程,对系统实现的功能和可靠性要求等方面进行了简要介绍。

  一、 设计目标和研究内容

  本次设计的*终目的是在确保汽车挡风玻璃安全搬运的情况下,实现挡风玻璃准确安装的搬运机器人自动化安装,实现汽车装配行业生产的完全自动化。在本次设计中, 需要完成搬运机器人各部分的结构设计和部分之间的准确连接; 选择合适的传动方式和驱动电机, 实现准确的传动精度和运行的平稳性;设计合理的末端执行器用以完成对玻璃的安全操作;选择合适的减速器在保证合适传动比的情况下,实现结构的紧凑。

  其所要解决的主要问题是:三自由度腕部的结构设计,腕部的传动方法的结构设计;各部分的结构设计;在保证结构紧凑的情况下,各部分相互连接的结构设计;底座驱动的结构设计和各件的安装等。

  二、设计方案

  2.2.1 运动方案的确定

  根据主要的运动参数选择运动形式是结构设计的基础。常见搬运机器人的运动形式有五种:直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标性、关节型和SCARA 型, 同一种运动形式为适应不同生产工艺的需要, 可采用不同的结构。所选用的运动形式,在满足需要的情况下, 应使自由度*少、结构*简单。

  在以上这些运动形式中,关节搬运机器人由2 个肩关节和1 个肘关节进行定位, 由2 个或3 个腕关节进行定向。其中, 一个肩关节绕铅直轴线旋转, 另一个肩关节实现仰俯。这两个肩关节正交。肘关节平行于第二个肩关节轴线。这种结构形式动作灵活,工作空间大,在作业空间内手臂的干涉*小, 结构紧凑, 占地面积小, 关节上相对运动部位容易密封防尘。并考虑到汽车装配的工作环境和工作要求, 本次设计选定搬运机器人的运动形式为关节式搬运机器人。其结构简图如下:(图2-1)

  图 2-1 关节型搬运机器人的结构简图

  2.2.2 传动方式的选择

  传动机构用来把驱动器的运动传递到关节和动作部位。搬运机器人中

  常用的传动机构有: 齿轮传动、螺旋传动、皮带及链传动、流体传

  动和连杆机构与凸轮传动。

  1. 齿轮传动

  搬运机器人中常用的齿轮传动机构是行星齿轮传动机构和谐波传动机构。电动机是高转速、小力矩的驱动器,而搬运机器人通常却要求低转速、大力矩, 因此, 常用行星齿轮机构和谐波传动机构减速器来完成速度和力矩的变换和调节。此外, 由于谐波传动的结构简单、体积小, 重量轻、传动精度高、承载能力大、传动比大,且具有高阻尼特性。因此, 在本次的设计中选用谐波传动。

  2. 皮带传动与链传动

  皮带和链传动用于传递平行轴间的回转运动,或把回转运动转换成直线运动。搬运机器人中的皮带和链传动分别通过皮带或链轮传递回转运动,有时还用来驱动平行轴之间的小齿轮。由于齿形带具有在传动时无滑动,初始张力小,被动轴的轴承不易过载。因无滑动, 它除了用做动力传动外还适用于定位。齿形带属于低惯性传动,适合于马达和高速比减速器之间使用。皮带上面安上滑座可完成与齿轮齿条机构同样的功能。并且惯性小, 且有一定的刚度等优点, 所以适合于搬运机器人的机械传动。因此, 在本次的设计中采用齿形带传动。

  2.2.3 驱动电机的选择

  直流电机便于调速,且具有较好的机械特性,所以很早就用于机床主传动系统,以实现无级调速。但一般的直流电动机转动惯量过大, 而且输出转矩相对过小, 动态特性较差, 尤其在低速运转条件下更为突出, 因此不是很理想的伺服电机

  70 年代研制成的大惯量调速伺服电动机, 它在结构上采取了一些措施, 尽量提高转矩, 改善了动态特性, 它既具有一般直流电动机的各项优点,又具有小惯量直流电动机的快速响应性能, 易与较大的负载惯量匹配, 能较好地满足伺服驱动的要求, 因此在数控机床、工业搬运机器人等机电一体化产品中得到了广泛的应用。

  大惯量宽调速直流伺服电动机的特点:

  1、电动机输出力矩大

  2、电动机过载能力大

  3、动态响应性能好

  4、低速运转平稳

  5、易于调试

  由于直流伺服电机具有以上优点,因此在本次的设计中采用直流伺服电机作为驱动电机。