玻璃搬运机器人设计说明书最终.docx

1、玻璃搬运机器人设计说明书最终 五自由度玻璃搬运机器人设计说明书目录1任务描述 32自由度分解和坐标系的选择 43 .玻璃搬运机器人的结构设计 54 .玻璃搬运机器人的技术参数和气动原理图 97 .控制系统 108 . 设计与感受. 189 . 参考文献 19一 任务描述该设计的目的是为了设计一台五自由度玻璃搬运机器人，主要对五自由度玻璃搬运机器人的机械结构部分进行设计和分析。设计机器人大体上可分为两个阶段：1、系统分析阶段根据系统的目标，明确所采用机器人的目的和任务；分析机器人所在系统的工作环境；根据机器人的工作要求，确定机器人的基本功能和方案。如机器人的自由度、信息的存储量、计算机功能、动作

2、精度的要求、所能抓取的重量、容许的运动范围、以及对温度、震动等环境的适应性。2、技术设计阶段根据系统的要求确定机器人的自由度和允许的空间工作范围，选择机器人的坐标形式；拟订机器人的运动路线和空间作业图；确定驱动系统的类型；选择各部件的具体结构，进行机器人总装图的设计；下面结合设计的基本要求和基本原则确定本系统的方案见图2-1。图2-1玻璃搬运机器人的总体方案图 二、自由度描述和坐标系的选择 2.1 自由度和坐标系的选择机器人的运动自由度是指各运动部件在三维空间相当于固定坐标系所具有的独立运动数，对于一个构件来说，它有几个运动坐标就称其有几个自由度。各运动部件自由度的总和为机器人的自由度数。机器

3、人的手部要像人手一样完成各种动作是比较困难的，因为人的手指、掌、腕、臂由19个关节组成，共有27个自由度。而生产实践中不需要机器人的手有这么多的自由度一般为3-6个（不包括手部）。本次设计的搬运机器人为5自由度，即：手爪张合；腕部回转；臂部伸缩；臂部回转；臂部升降。工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构、圆柱坐标结构、球坐标结构、关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下：1) 直角坐标机器人结构直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图2-1(a)所示。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（m级）。但是，这种直角

4、坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多2。直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式、龙门式、天车式三种结构。2) 圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图2-1（b）。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。3) 球坐标机器人结构球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图2-1（c）。这种机器人结构简单、成本较低

5、，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。4) 关节型机器人结构关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图2-1（d）。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。关节型机器人结构，有水平关节型和垂直关节型两种。图2-2四种机器人坐标形式 三 玻璃搬运机器人的结构设计搬运机器人由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。3.1 执行机构（1）手部手部既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型。手部多为两指；根据需要分为外抓式和内抓式两

6、种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。本次设计的手部选择气流负压式的空气吸盘类回转型结构手部。如图所示： 查阅相关资料得知：真空吸盘采用了真空原理，即用真空负压来“吸附”工件以达到夹持工件的目的。如图1 所示：通气口与真空发生装置相接，当真空发生装置启动后，通气口通气，吸盘内部的空气被抽走，形成了压力为P2 的真空状态。此时，吸盘内部的空气压力低于吸盘外部的大气压力P1，即P2 =(4wt/3.14np)1/2 D-吸盘直径 w-吸吊物重力 t-安全数 水平吊 t=4 p- 吸盘的真空度吸盘的响应时间是指从供给阀换向开始，到吸盘内达到吸着

7、工件所必须的真空度为止所需要的时间。设吸盘内的大气压将至真空度63%的到达时间为T1，将至真空度,95%的到达时间为T2，有 T1=60V/Q T2=3T1V=3.14d*d*l/4000对真空发生器 Q1=CG*QE 对真空切换阀 Q1= CG*11.1SCCG=1/21/3 QE-真空发生器的最大吸入流量 SC-真空切换阀的有效截面积Q2=CG*11.1S(S为管配的有效截面积) 四、搬运机器人的技术参数和气动原理图四气动原理图与技术参数气动原理图技术参数一、用途：用于生产搬运二、设计技术参数:1、吸附:5 kg(吸附式手部)；2、自由度数:5个自由度（手爪吸附；腕部回转；臂部伸缩；臂部回

8、转；臂部升降5个运动）；3、坐标型式:圆柱坐标系；4、最大工作半径:2000mm；5、手臂最大中心高:1600mm；6、手臂运动参数:伸缩行程：1200mm伸缩速度：81mm/s升降行程：400mm升降速度：56mm/s回转范围：0180； 五、控制系统4.1 PLC的主要特点1) 高可靠性a) 所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。b) 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。c) 采用性能优良的开关电源。d) 对采用的器件进行严格的筛选。e) 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软

9、，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。f) 大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统，使可靠性更进一步提高。2) 丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。3) 采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统

10、的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4) 编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5) 安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 4.2 PLC的发展阶段虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技

11、术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1) 早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。2) 中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理