工业机器人规划

发布时间:2021-09-18 11:14:48 | 来源:bob投注入口 作者:BOB比赛直播

  工业机器人规划 2007年02月10日 星期六 晚 这是一篇被广泛转载的论文,个人觉得写的仍是挺好的。讲得比较系 统,对工业机器人的机械规划从总体上指明晰方向。可是有些当地也 不能全信。比方说操作空间和杆长的参数就不能彻底照扒现有的产 品,应该用优化算法去算,再比照现有的去调整;再比方减速器选 择,现在日本的工业机器人都不必谐波减速器,用RV减速器了。所 以实践做的时分要多方查资料,没有现成正好的给咱们用,要自己去 鉴别、总结。 操作机整机规划准则和规划办法 1. 操作机整机规划准则 (1)最小运动惯量准则 因为操作机运动部件多,运动状况常常改 变,必定发生冲击和振荡,选用最小运动惯量准则,可增加操作机运动 平稳性,进步操作机动力学特性。为此,在规划时应留意在满意强度和 刚度的前提下,尽量减小运动部件的质量,并留意运动部件对转轴的质 心装备。 (2)标准规划优化准则 当规划要求满意必定作业空间要求时,通 过标准优化以选定最小的臂杆尺度,这将有利于操作机刚度的进步,使 运动惯量进一步下降。 (3)高强度资料选用准则 因为操作机从手腕、小臂、大臂到机座 是顺次作为负载起效果的,选用高强度资料以减轻零部件的质量是非常 必要的。 (4)刚度规划的准则 操作机规划中,刚度是比强度更重要的问 题,要使刚度最大,有必要恰当地挑选杆件剖面形状和尺度,进步支承刚 度和触摸刚度,合理地组织效果在臂杆上的力和力矩,尽量削减杆件的 曲折变形。 (5)牢靠性准则 机器人操作机因组织杂乱、环节较多,牢靠性问 题显得尤为重要。一般来说,元器件的牢靠性应高于部件的牢靠性,而 部件的牢靠性应高于整机的牢靠性。能够通过概率规划办法规划出牢靠 度满意要求的零件或结构,也能够通过体系牢靠性归纳办法鉴定操作机 体系的牢靠性。 (6)工艺性准则 机器人操作机是一种高精度、高集成度的自动机 械体系,杰出的加工和装置工艺性是规划时要表现的重要准则之一。仅 有合理的结构规划而无杰出的工艺性,必定导致操作机功用的下降和成 本的进步。 2.操作机的规划办法和进程 (1)确认作业目标和作业使命 开端规划操作机之前,首先要确认 作业目标、作业使命。 1)焊接使命:假如作业目标是一辆轿车或是一个杂乱曲面的物体, 作业使命是对其进行弧焊或点焊,则要求机器人的制作精度很高,弧焊 使命对机器人的轨道精度和位姿精度及速度安稳性有很高的要求,点焊 使命对机器人的位姿精度有很高的要求,两种使命都要求机器人具有摆 弧的功用,一起要能在狭小的空间内自在地运动,具有防磕碰功用,故 机器人的自在度至少为六个。 2)喷漆使命:假如作业目标是一辆轿车或是一个杂乱曲面的物体, 作业使命是喷涂轿车的内部和车门或是杂乱曲面物体的表面,则要求机 器人手腕要灵敏,能够在狭小的空间内自在地运动,具有防磕碰功用; 要求机器人能够在长时刻内接连安稳牢靠地作业;一起要求机器人具有 润滑的流线型外表面,漆、气管线最好能从其横臂和手腕内部通过,使 机器人表面不易积漆积灰,不会污染已喷好的作业目标,且漆、气管线 也不易损坏;因喷漆机器人是在易燃易爆的作业环境中作业,故要具有 防爆的功用。一起对机器人的轨道精度和位姿精度及速度安稳性也有较 高的要求。机器人的自在度至少应为六个。 3)转移使命:假如作业目标比较粗笨,作业使命是定点转移,定位 精度要求高,则对机器人的承载才能和定位精度有高的要求。假如作业 目标比较轻盈,作业使命也是定点转移,但要求轻拿轻放,且定位精度 要求高,则对机器人的速度安稳和定位精度有高的要求。 4)装置使命:对机器人的速度安稳密和位姿精度有很高的要求。 有些机器人能完结多种作业使命,如MOTOMAN-SKI20系列机器 人,既能够用于转移也能够用于点焊,具有快速、精巧、强有力和安全 性高的特色;另一种MOTOMAN-SK6/SK16系列机器人,能够完结 弧焊、转移、涂胶、喷釉和装置多种使命,具有高速、精巧和牢靠性高 的特色。 规划新式机器人时,要充分考虑以上许多要素,并应多参阅国内外 同类产品的先进机型,参阅其规划参数,通过反复研究和比较,确认出 所要机械部分的特色,定出规划方案。 下面以一台六自在度沟通伺服通用机器人为例讲一下规划进程,如 图所示。 (2)确认规划要求 1)负载:依据用户作业目标和作业使命的要求,参阅国内外同类产 品的先进机型,确认机器人的负载。一般喷漆和弧焊机器人的负载为5 ~6kg。 2)精度:依据用户作业目标和作业使命的要求,参阅国内外同类产 品的先进机型,确认机器人未端的最大复合速度和机器人各单轴的最大 角速度。 3)精度:依据用户作业目标和作业使命的要求,参阅国内外同类产 品的先进机型,确认机器人的重复定位精度、如弧焊机器人的重复定位 精度为±0.4mm,ABB公司开发的Model 5003型喷漆机器人的重复 定位精度为±1mm。一起要确认构成机器人的零件的精度、臂体的尺 寸精度、形位精度和传动链的空隙,如齿轮的精度和传动空隙;还要确 定机器人上所用的元器件的精度,如减速器的传动精度、轴承的精度等 等。 4)示教方法:依据用户作业目标和作业使命的要求,确认机器人的 示教方法。一般机器人的示教方法有下列几种: ①离线示教(离线编程); ②示教盒示教; ③人工手把手示教。 假如是喷漆机器人,就应该具有人工手把手示教的功用,而关于其 他机器人,有前两种功用就能够了。 5)作业空间:依据用户作业目标和作业使命的要求,参阅国内外同 类产品的先进机型,确认机器人的作业空间的巨细和形状。 6)尺度规划:依据对作业空间的要求,参阅国内外同类产品的先进 机型,确认机器人的臂杆长度和臂杆转角,并进行尺度优化。 (3)机器人运动的耦合剖析 对大多数非直接驱动的机器人而言, 前面关节的运动会引起后边关节的附加运动,发生运动耦合效应。比方 将六个轴的电动机均装在机器人的转塔内,通过链条、连杆或齿轮传动 其他关节的规划,再比方同心的齿轮套传动腕部关节的规划,都会发生 运动耦合效应。为了解耦,在编机器人运动学操控软件时,后边的关节 要多转一个相应的转数来补偿。对一台六自在度的机器人来讲,假如从 2、3轴之间开端就有运动耦合,且3、4、5、6轴之间都有运动耦合, 那么3、4、5、6轴电动机就有必要多转相应的转数(有时是正转,有时 是回转,依结构而定),来消除运动耦合的影响,3轴要消除2轴的,4 轴要消除2轴和3轴的,依此类推,假如都要正转,到了6轴,电动机就 有必要有适当高的速度来消除那么多轴的影响,有时电动机的转速会不 够,且有运动耦合联系的轴太多,机器人的运动学剖析和操控就会很麻 烦。故规划六自在度的沟通伺服机器人,一般状况下,前4个轴的运动 都规划成是相对独立的,而运动耦合只发生在4、5、6轴之间,即5轴 的运动遭到4轴运动的影响,6轴的运动遭到4轴和5轴运动的影响。这 样做,既能确保机械结构的紧凑,又不会使有耦合联系的轴大多。 (4)机器人手臂的平衡 平衡机器人操作手臂的重力矩长处如下: ·假如是喷漆机器人,则便于人工手把手示教。 ·使驱动器根本上只需战胜机器人运动时的惯性力,而疏忽重力矩的 影响。故可选用体积较小、功耗较小的驱动器。 ·免除了机器人手臂在自重下落下伤人的风险。 ·在伺服操控中因削减了负载改变的影响,因此可完成更准确的伺服 操控。 一般机器人操作机因1轴转塔旋转,故不要平衡,4、5、6轴的手臂 往往因重力很小,也不要平衡,故要平衡的是2、3轴手臂的重力矩。 1)配重平衡组织:此种组织原理如图2a所示。设手臂质量为m1, 配重质量为m2,因关节中心在同一直线上,则不平衡力矩为 M1=m1glcosγ 配重发生的力矩为 M2=m2glcosγ 静力平衡条件为 M1=M2 即 m1l=m2l 这种平衡组织简略,平衡效果好,易于调整,作业牢靠,但增加了手臂 的惯量和关节的负载,适用于不平衡力矩较小的状况。 2)绷簧平衡组织:其原理如图2b所示,臂的不平衡力矩为 M1=M11-M12=mglcosγ-Ia 式中 M11——静不平衡力矩; M12——惯性力矩; I——手臂对关节轴的滚动惯量; a——臂运动均匀加速度。 绷簧发生的平衡力矩为 式中 k——绷簧刚度; l——绷簧在手臂上装置点到关节轴的间隔; e——绷簧另一端装置点到关节轴的间隔; R——绷簧自在长度。 静力平衡条件为 M2=M11 动力平衡条件为 M2=M11+M12 这种平衡组织结构简略,平衡效果也较好,作业牢靠,适用于中小 负载,但平衡规模较小。 3)气缸平衡组织:这种平衡组织原理如图2c所示。手臂不平衡力 矩为 M1=M11+M12=mglcosγ+Ia 汽缸发生的平衡力矩为 式中 F——汽缸活塞推力; 其他参数同上。 静力平衡条件为 M2=M11 动力平衡条件为 M2=M11+M12 汽缸平衡组织多用在重载转移和点焊机器人操作机上,液压的体积 小,平衡力大;气动的具有很好的阻尼效果,但体积较大。 (5)机器人动力学剖析 机器人因各轴的重力矩均已根本平衡, 故在这些轴工作时,电动机首要需战胜的是由各轴滚动惯量所带来的动 力矩。 1轴:经剖析,当机器人结尾伸到最远处时,1轴工作起来的滚动惯 量为最大。核算可得到此处1轴的滚动惯量J1如起动时刻取为T1,则动 力矩为 M1=J1ω1/T1 2轴:经剖析,当小臂相关于大臂的夹角为最大时,2轴工作起来的 滚动惯量为最大,经核算可得到此处2轴的滚动惯量为J2。如起动时刻 取为T2,则动力矩为 M2=J2ω2/T2 3轴:机器人小臂相关于大臂上部中心工作起来的滚动惯量便是3轴 的滚动惯量。同理有 M3=J3ω3/T3 4轴:4轴无重力矩平衡装置,故4轴电动机既要战胜起动时的动力 矩,也要战胜工作时由手腕和负载引起的重力矩。经核算,得出4轴的 滚动惯量,继而核算出4轴所需的传动扭矩。 5轴:5轴也无重力矩平衡装置,故5轴电动机也是既要战胜起动时 的动力矩,也要战胜工作时由手腕和负载引起的重力矩。经核算,得出 5轴的滚动惯量,继而核算出的5轴所需的传动扭矩。 6轴:6轴也无重力矩平衡装置,故6轴电动机也是既要战胜起动时 的动力矩,也要战胜工作时由手腕和负载引起的重力矩。经核算,得出 6轴的滚动惯量,继而核算出的6轴所需的传动扭矩。 (6)电动机的选用 选用好沟通伺服电动机,是操作机规划的关 键。因为机器人要求结构紧凑、分量轻、运动特性好,故期望在相同功 率的状况下,电动机分量要轻、外形尺度要小。特别是装在机器人横臂 或立臂内部的电动机,分量要尽或许轻,外形尺度要尽或许小。 依据动力学核算得到的各轴所需的传动扭矩,除以减速器的减速 比,再将传动链的功率,如减速机的功率、轴承的功率和齿轮的功率等 考虑进去,并考虑各轴所需的转速(运动耦合要素也要考虑在内),就 能够选用电动机了。 在选用时要留意,沟通伺服电动机的速度是可调理的,且在适当大 的转速规模内电动机输出的转矩是稳定的,故选用电动机时只需电动机 的额外转速大于各轴所需的最高转速就行。 一起还要留意与沟通伺服电动机装备在一起的方位编码器的选用, 并注明电动机是否需要带制动器等。 (7)减速器的选用 机器人上所用的减速器,常见的有RV减速器和 谐波减速器。 RV减速器具有长期运用不需再加润滑剂、寿命长、刚度好、减速比 大、低振荡、高精度、保养便当等长处,适用于在机器人上运用。它的 传动功率为0.8,相关于相同减速比的齿轮组,这样的功率是很高的。 它的缺陷是分量重,外形尺度较大。 谐波减速器的长处是分量较轻,外形尺度较小,减速比规模大,精 度高。 机器人规划中,一般1、2、3轴均选用RV减速器,4、5、6轴常用 谐波减速器。 (8)机器人臂体校核 机器人的手臂要进行强度校核和刚度校核, 在满意强度和刚度的状况下,手臂要尽或许选用轻型资料,以削减运动 惯量,并给平衡组织削减压力。 (9)组织零件校核 1)轴承校核:规划中所用的一切重要轴承都要通过强度校核。在满 足尺度和强度要求的状况下,尽或许地选用国产轴承,以下降机器人的 本钱。 2)轴的校核:规划中所用的一切较重要的轴都要通过强度校核和刚 度校核。 3)齿轮选用:规划中所用的一切齿轮都要通过强度校核。 4)键及花键:规划中所用的一切较重要的键及花键都要通过强度校 核。 5)销与螺钉:规划中所用的一切较重要的销与螺钉都要通过强度校 核。 (10)机械加工工艺性考虑校核 机器人的规划要充分考虑加工装 配的便利,且要便于修理和调整。

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