六自由度串联机器人系统课程设计1.docx

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六自由度串联机器人系统课程设计1

六自由度串联机器人系统设计

目录

第一章柔性制造系统简介

1.1系统整体功能................................................................................

1.2系统组成........................................................................................

1.3总控平台和各分站功能单元.........................................................

1.4系统接口定义.................................................................................

第二章六自由度串联机器人基础分析

2.1六自由度串联机器人简介.............................................................

2.2六自由度机器人总体结构与功能分析.........................................

第三章六自由度串联机器人结构设计

3.1气动传动特点.................................................................................

3.2气动系统的组成.............................................................................

3.3气动部分设计与分析.....................................................................

3.4气动控制原理图.............................................................................

第4章软件部分

4.1软件部分设计.................................................................................

4.2软件的运行与调试.........................................................................

第5章系统的保养与维护..................................................................

第6章设计小节..................................................................................

参考文献................................................................................................

第一章柔性制造系统简介

1.1系统的整体功能

1、柔性制造系统的定义

根据中华人民共和国国家军用标准有关武器装备柔性制造系统术语的定义，柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。

该标准还对与FMS密切有关的术语的定义作了有关规定。

美国制造工程师协会的计算机辅助系统和应用协会把柔性制造系统定义为“使用计算机控制、柔性工作站和集成物料运储装置来控制并完成零件族某一工序或一系列工序的一种集成制造系统”。

还有一种更直观的定义是：

“柔性制造系统，至少有两台机床，一套物料运储系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套控制系统的计算机所组成的制造系统，它采用简单地改变软件的方法便能制造出某些部件中的任何零件”。

还有各种其他的定义来描述柔性制造系统。

3.FMS的功能

（1）能自动进行零件的批量生产。

（2）简单地改变软件，便能制造出某一零件族的任何零件。

（3）物料的运输和储存必须是自动的（包括刀具、工装和工件）。

（4）能解决多机条件下零件的混合比、且无须增加费用。

图7-1是一个典型的柔性制造系统的示意图。

在装卸站将毛坯安装在早已固定在托盘上的夹具中。

然后物料传送系统把毛坯连同夹具和托盘输送到进行第一道加工工序的加工中心旁边排队等候，一旦加工中心空闲，零件就立即送上加工中心进行加工。

每道工序加工完毕以后，物料传送系统还要将该加工中心完成的半成品取出并送至执行下一工序的加工中心旁边排队等候。

如此不停地进行至最后一道加工工序。

在完成零件的整个加工过程中除进行加工工序外若有必要还要进行清洗、检验以及压套组装工序。

图7-1典型的柔性制造系统

二、从市场的特点来看

20世纪初，工业化形成的初期，市场对产品有充分的需要。

这一时期的特点是，产品品种单一，生命周期长，产品数量迅速增加，各类产品的开发、生产、销售主要由少数企业控制着。

这促使制造企业通过采用自动机或自动生产线来提高生产效率以满足市场的需求。

20世纪60年代后，世界市场发生了很大的变化，对许多产品的需求呈现饱和趋势，在这种饱和的市场中，制造企业面临着激烈的竞争。

企业为了赢得竞争就必须按照用户的不同要求开发出新的产品。

这个时期市场的变化，归纳起来有以下一些特征：

（1）产品品种日益增多。

为了竞争的需要，生产企业必须根据用户的不同要求，不断开发新产品即所谓的量体裁衣。

为适应这种品种的多变，企业必须改变旧有的适用于大批量生产的自动线生产方式，代之以应变能力强的、很快适应生产新产品的新的生产形式，寻求一条有效途径，解决单件小批量生产的自动化问题。

（2）产品生命周期明显缩短。

由于生产生活的需要对产品的功能不断提出新的要求，同时由于技术的进步为产品的不断更新提供了可能，从而使产品的生命周期越来越短，以汽车为例，1970年平均生命周期为12年，1980年缩短为4年，1990年仅为18个月。

（3）产品交货期的缩短。

缩短从订货到交货的周期是赢得竞争的重要手段。

有资料显示美国A与B公司交货期最少可缩短为几十个小时。

三、从科学技术的发展条件来看

近40年来，科学技术几乎在各个领域都发生了深刻变化，出现了新飞跃，有人推测（詹姆斯·马丁（JamesMartin）），人类的科学知识在19世纪是每50年增加1倍，20世纪中叶每10年增加1倍，70年代每5年增加1倍，目前每3年增加1倍。

计算机辅助制造技术的发展应从数控机床的发展算起，自1952年美国麻省理工学院研制成功第一台数控铣床，计算机辅助制造技术就被公认为是解决单件小批量自动化的有效途径。

仅40年的时间，就有了飞速的发展。

先是控制元器件方面的不断革新，电子管、晶体管、小规模集成电路、中规模大规模集成电路的相继出现，仅用了20年就发生了4次根本性的变革。

与此同时，机床本身也在机械结构和功能方面有了极大的进展，滚珠丝杠、滚动导轨、调频变速主轴的应用，加工中心的出现，都给机床结构带来了极大的变化。

伺服系统也从步进电机、直流伺服至交流伺服，控制理论方面也有了长足进步。

20世纪70年代初期出现了计算机数控CNC，对计算机软件的发展带来了一个极大的转机。

过去的硬件数控系统要进行某些改变或是增加一些功能，都要重新进行结构设计，而CNC系统只要对软件做一些修改，就可以适应一种新的要求。

与此同时，工业机器人和自动上下料机构、交换工作台，自动换刀装置都有了很大的发展，于是出现了自动化程度更高柔性更强的柔性制造单元，简称FMC，又由于自动编程技术和计算机通讯技术的发展而出现了一台大型计算机控制若干台机床，或由中央计算机控制若干台CNC机床的计算机直接控制系统，即所谓有DNC。

20世纪70年代末、80年代初，计算机辅助管理物料自动搬运，刀具管理和计算机网络，数据库技术的发展以及CAD／CAM技术的成熟，出现了系统化程度更高、规模更大的柔性制造系统，即所谓FMS。

应用柔性制造系统可获得明显效益，这主要是由于以下8方面的因素：

（1）利用率高。

在典型情况下，采用柔性制造系统中的一组机床所获得的生产量是单机作业车间环境下用同等数目机床所获得的生产量的3倍。

通过计算机对零件作业进行调度，一旦某一机床空闲，计算机便调一零件到该机床，柔性制造系统可以获得很高的生产率。

零件在物料运储系统上的移动和将相应的NC程序传输给机床是同时进行的。

另外，零件到达机床时已被夹在托盘（此工件在单独的装卸站完成，因此机床不用等待零件的装调）。

（2）降低主要设备成本。

由于主要设备利用率高，因而在加工同样数目的零件时，系统所需的机床数目少于单机情况下的机床数目。

通常加工中心的减少量是3∶1的比例。

（3）降低直接人工成本。

由于机床完全由计算机控制，只需要一个系统管理人员和非技术工人在装卸站进行工件的装卸。

然而人工成本降低是以需要熟练技术人员为抵偿的，而目前这样的熟练人员如计算机专家在工厂是缺少的。

（4）减少在制品库存量及生产周期。

柔性制造系统与常规加工车间相比，其在制品的减少量相当惊人。

有报告说在设备相同条件下，在制品减少了80%，这是零件等待切削加工的时间减少的结果，其原因可以归结为以下几点：

1）生产零件所要求的全部设备集中在一个小范围内（柔性制造系统内）。

2）由于零件集中在加工中心加工，所以减少了零件的装夹次数和加工零件的机床数目。

3）采用计算机有效地调度投入的零件批量和系统内调度零件。

（5）能响应生产变化的需求。

当市场需求变化或工程变化时，柔性制造系统具有生产不同的产品的柔性能力。

这是通过具有冗余加工能力以及物料运储系统可以避开故障的机床来实现的。

（6）产品质量高。

柔性制造系统加工的产品同由未连成系统的NC机床加工的产品相比，质量得到明显改善。

这是由于柔性制造系统具有较高的自动化程度，减少了夹具和机床的数目，夹具结构合理耐用以及零件与机床匹配恰当，因而保证了工件的一致性及优良性，也大大减少了返修费用。

（7）运行柔性。

运行柔性从另一方面提高了生产率。

有些系统在第二班和第三班期间能进行无人看管运动。

目前这种接近无人看管运行的系统还不普遍，但是随着高质量的传感器及计算机控制器被开发出来，对非预见性问题如刀具破损，零件流阻塞等能进行检测处理，这种无人看管的系统将会普及。

在此种运行方式下，检测、装夹和维护都可以放在第一班进行。

（8）生产力的柔性。

在车间平面布置合理的情况下，可以把柔性制造系统初期产量规定得低些，随着需要，可以添加机床，从而增加生产能力。

1.2系统的组成

1.从硬件的形式看由三部分组成

（1）两台以上数控机床或加工中心以及其他的加工设备，包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备，等等。

（2）一套能自动装卸的运储系统，包括刀具的运储和工件原材料的运储。

具体结构可采用传送带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作站，等等。

（3）一套计算机控制系统。

2.从软件内容看主要包括三部分

（1）FMS的运行控制。

（2）FMS的质量保证。

（3）FMS的数据管理和通讯网络。

1.3总控平台和各分站功能单元

典型的FMS一般由三个子系统组成。

它们是加工系统、物流系统和控制与治理系统，各子系统的构成框图及功能特征如图1所示。

三个子系统的有机结合，构成了一个制造系统的能量流（通过制造工艺改变工件的