關(guān)節(jié)型機(jī)器人腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要領(lǐng)

　　小編為各位機(jī)械專業(yè)的同學(xué)推薦關(guān)節(jié)型機(jī)器人腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要領(lǐng)，歡迎大家閱讀!

　　[摘要]關(guān)節(jié)機(jī)器人，也稱關(guān)節(jié)手臂機(jī)器人或關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中最常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人的形態(tài)之一。適合用于諸多工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械自動(dòng)化作業(yè)，比如，自動(dòng)裝配、噴漆、搬運(yùn)、焊接等工作。機(jī)器人是近30年發(fā)展起來(lái)的一種典型的、機(jī)電一體化的、獨(dú)立的自動(dòng)化生產(chǎn)工具。在制造工業(yè)中，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，提高產(chǎn)品和生產(chǎn)效率的有效手段之一，也是新技術(shù)革命的一個(gè)重要內(nèi)容。

　　[關(guān)鍵詞] 關(guān)節(jié)型機(jī)器人 自由度 腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　引言：自古以來(lái)，人們所設(shè)想的機(jī)器人一般是一種在外形和功能上均能模擬人類只能的機(jī)器。特別是在20世紀(jì)20年代前后，捷克和美國(guó)的一些科幻作家創(chuàng)作了一批關(guān)于未來(lái)機(jī)器人與人類共處中可能發(fā)生的故事之類的文學(xué)作品，更使機(jī)器人在人們的思想中成為一種無(wú)所不能的“超人”。在現(xiàn)實(shí)生活中，一些民間工匠根據(jù)這些文學(xué)描繪，也制造出一些仿人或仿生的機(jī)器人。

　　一：主要分類

　　六軸聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)器人

　　按照關(guān)節(jié)機(jī)器人的構(gòu)造分類：

　　1、五軸和六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人

　　擁有五個(gè)或六個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，類似于人類的手臂。

　　應(yīng)用領(lǐng)域有裝貨、卸貨、噴漆、表面處理、測(cè)試、測(cè)量、弧焊、點(diǎn)焊、包裝、裝配、切屑機(jī)床、固定、特種裝配操作、鍛造、鑄造等。

　　2、托盤(pán)關(guān)節(jié)機(jī)器人

　　托盤(pán)關(guān)節(jié)機(jī)器人，未安裝托盤(pán)

　　二個(gè)或四個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，以及機(jī)械抓手的定位鎖緊裝置。

　　應(yīng)用領(lǐng)域有裝貨、卸貨、包裝、特種搬運(yùn)操作、托盤(pán)運(yùn)輸?shù)取?/p>

　　3、平面關(guān)節(jié)機(jī)器人SCARA

　　平面關(guān)節(jié)機(jī)器人SCARA

　　三個(gè)互相平行的旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)線性軸。

　　應(yīng)用領(lǐng)域有裝貨、卸貨、焊接、包裝、固定、涂層、噴漆、粘結(jié)、封裝、特種搬運(yùn)操作、裝配等。

　　國(guó)際機(jī)器人研究在經(jīng)過(guò)了80年代的低潮之后，呈現(xiàn)出復(fù)蘇和繼續(xù)發(fā)展的形式;我國(guó)機(jī)器人研究在國(guó)家七五、八五及863計(jì)劃的推動(dòng)下也取得了很大的發(fā)展。在70年代的機(jī)器人浪潮相比，現(xiàn)在的機(jī)器人研究有兩個(gè)特點(diǎn)：一是對(duì)機(jī)器人智能的定位有了更加符合實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)，也就是不要求機(jī)器人具有像人類一樣的高智商，而只是要求機(jī)器人在某種程度上具有自主處理問(wèn)題的能力。

　　我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果，其中最為突出的是水下遙控機(jī)器人，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先行行列之中。

　　二：關(guān)節(jié)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)

　　我國(guó)機(jī)器人的研究和應(yīng)用起步較晚，但是隨著國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的快速發(fā)展，社會(huì)需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步，焊接機(jī)器人得到了迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，是推動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)器人發(fā)展的直接動(dòng)力。關(guān)節(jié)機(jī)器人在輕型、較簡(jiǎn)單而且要求機(jī)器人價(jià)格較低的焊接作業(yè)中大顯身手。同時(shí)關(guān)鍵機(jī)器人腰部設(shè)計(jì)也是重中之重。下面就關(guān)節(jié)型機(jī)器人腰部設(shè)計(jì)要領(lǐng)進(jìn)行介紹分析。

　　1：確定技術(shù)參數(shù)

　　機(jī)械結(jié)構(gòu)類型選擇

　　為實(shí)現(xiàn)總體機(jī)構(gòu)在空間的位置提供的6個(gè)自由度，可以有不同的運(yùn)動(dòng)組合。

　　a. 圓柱坐標(biāo)型 這種運(yùn)動(dòng)形式是通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)，供三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，工作空間圖形為圓柱型。它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的工作空間條件下，機(jī)體所占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。

　　b. 直角坐標(biāo)型 直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)部分由三個(gè)相互垂直的直線移動(dòng)組成，其工作空間圖形為長(zhǎng)方體。它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離，可在各坐標(biāo)軸上直接讀出。直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定位精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)體所占空間體積大、靈活性較差。

　　c.球坐標(biāo)型 又稱極坐標(biāo)型，

　　它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線移動(dòng)所組成，即一個(gè)回 轉(zhuǎn)，一個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮運(yùn)動(dòng)組成，其工作空間圖形為一個(gè)球形，它可以作上下 俯仰運(yùn)動(dòng)并能夠抓取地面上或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間范圍大 的特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

　　d. 關(guān)節(jié)型

　　關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型，這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類似，其前 三個(gè)關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機(jī)器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂間形 成肩關(guān)節(jié)， 大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)， 可使大臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和使大臂作俯仰擺動(dòng)， 小臂作俯仰擺動(dòng)。其特點(diǎn)使工作空間范圍大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)、能抓取靠進(jìn) 機(jī)座的物體。

　　e.平面關(guān)節(jié)型

　　采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié);兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、 左右運(yùn)動(dòng)，而移動(dòng)關(guān)節(jié)則實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，其工作空間的軌跡圖形，它的縱截面為

　　矩形的同轉(zhuǎn)體，縱截面高為移動(dòng)關(guān)節(jié)的行程長(zhǎng)，兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小決定回轉(zhuǎn)體橫截面的大小、形狀。在水平方向有柔順性，在垂直方向有較大的剛性。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插接裝配。 對(duì)以上五種方案進(jìn)行比較：

　　方案一不能夠完全實(shí)現(xiàn)本課題所要求的動(dòng)作;

　　方 案二體積大，靈活性差;方案三結(jié)構(gòu)復(fù)雜;方案五無(wú)法實(shí)現(xiàn)本課題的動(dòng)作。結(jié)合 本課題綜合考慮決定采用方案四：關(guān)節(jié)型機(jī)器人。此方案所占空間少，工作空間范圍大，動(dòng)作靈活，工藝操作精度高

　　焊接機(jī)器人具有6個(gè)自由度：

　�、� 腰關(guān)節(jié)回旋;

　　②臂關(guān)節(jié)俯仰;

　�、壑怅P(guān)節(jié)俯仰;

　�、� 腕關(guān)節(jié)仰腕;

　�、輸[腕;

　　⑥懸腕。

　　其中要詳細(xì)的設(shè)計(jì)機(jī)器人基座和腰部結(jié)構(gòu)。

　　整體機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)腕部最大負(fù)荷6kg，最大時(shí)速2m/s ，最大工作半徑1500mm 。

　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中藥考慮很多問(wèn)題：要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人工作時(shí)的穩(wěn)定性;腰座軸系及傳動(dòng)鏈的精度對(duì)末端執(zhí)行器的運(yùn)行精度影響最大。因此腰座與手臂的聯(lián)接要有可靠的定位基準(zhǔn)面。

　　2額定負(fù)載

　　目前，國(guó)內(nèi)外使用的工業(yè)機(jī)器人中，其負(fù)載能力的范圍很大，最小的額定負(fù)載在5N以下，最大可達(dá)9000N。負(fù)載大小的決定主要是考慮沿機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)方向作用于機(jī)械接口處的力和扭矩。其中包括機(jī)器人末端執(zhí)行器的重量、抓取工件或作業(yè)對(duì)象的重量和在規(guī)定速度和加速度條件下，產(chǎn)生的慣性力矩。

　　3.工作范圍

　　工業(yè)機(jī)器人的工作范圍是根據(jù)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)過(guò)程中的操作范圍和運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)確定的，用工作空間來(lái)表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式、自由度數(shù)和操作機(jī)各手臂關(guān)節(jié)軸線間長(zhǎng)度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動(dòng)范圍的選擇。

　　三：結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，關(guān)節(jié)型機(jī)器人越來(lái)越受到又各國(guó)人的關(guān)注與利用，機(jī)器人腰部設(shè)計(jì)也是重中之重。相信隨著科技發(fā)展，技術(shù)的提高與更新，關(guān)節(jié)型機(jī)器人得到更多人認(rèn)可信賴以及應(yīng)用。

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