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搬運機器人結構由哪些組成?

搬運機器人結構由哪些組成?

發布日期:2014-08-07 作者: 點擊:

搬運機器人由執行機構、驅動機構和控制機構三部分組成。


1、執行機構

1) 手部

手部既直接與工件接觸的部分,一般是回轉型或平動型(多為回轉型,因其結構簡單)。手部多為兩指(也有多指);根據需要分為外抓式和内抓式兩種;也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤(主要用于可吸附的,光滑表面的零件或薄闆零件)和電磁吸盤。

傳力機構形式較多,常用的有:滑槽杠杆式、連杆杠杆式、斜楔杠杆式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。本次設計的手部選擇夾持類回轉型結構手部。手部執行依靠杆的伸縮運動來實現其張合運動,杆的動力源來自後續驅動源的液壓缸,該液壓缸采用的是伸縮式液壓缸,該液壓缸能夠節省橫向的工作空間。


2)腕部

腕部是連接手部和臂部的部件,并可用來調節被抓物體的方位,以擴大機械手的動作範圍,并使機械手變的更靈巧,适應性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設有回轉運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求,有些動作較為簡單的專用機械手,為了簡化結構,可以不設腕部,而直接用臂部運動驅動手部搬運工件。

目前,應用最為廣泛的手腕回轉運動機構為回轉液壓(氣)缸,它的結構緊湊,靈巧但回轉角度小(一般小于270),并且要求嚴格密封,否則就難保證穩定的輸出扭矩。因此在要求較大回轉角的情況下,采用齒條傳動或鍊輪以及輪系結構。本次設計的搬運機器人的腕部是實現手部180的旋轉運動。

腕部的驅動方式采用直接驅動的方式,由于腕部裝在手臂的末端,所以必須設計的十分緊湊可以把驅動源裝在手腕上。機器人手部的張合是由雙作用單柱塞液壓缸驅動的;而手腕的回轉運動則由回轉液壓缸實現。将夾緊活塞缸的外殼與擺動油缸的動片連接在一起;當回轉液壓缸中不同的油腔中進油時即可實現手腕不同方向的回轉。


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3)臂部

手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部(包括工作或夾具),并帶動他們做空間運動。

臂部運動的目的:把手部送到空間運動範圍内任意一點。如果改變手部的姿态(方位),則用腕部的自由度加以實現。因此,一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求,即手臂的伸縮、左右旋轉、升降(或俯仰)運動。

手臂的各種運動通常用驅動機構(如液壓缸或者氣缸)和各種傳動機構來實現,從臂部的受力情況分析,它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷,而且自身運動較為多,受力複雜。因此,它的結構、工作範圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。本次設計實現臂部的上下移動、前後伸縮、以及臂部的回轉運動。手臂的運動參數:伸縮行程:1200mm;伸縮速度:83mm/s;升降行程:300mm;升降速度:67mm/s;回轉範圍:180~0。機器人手臂的伸縮使其手臂的工作長度發生變化,在圓柱坐标式結構中,手臂的最大工作長度決定其末端所能達到的圓柱表面直徑。伸縮式臂部機構的驅動可采用液壓缸直接驅動。


4)機座

機座是機身機器人的基礎部分,起支撐作用。對固定式機器人,直接聯接在地面上,對可移動式機器人,則安裝在移動結構上。機身由臂部運動(升降、平移、回轉和俯仰)機構及其相關的導向裝置、支撐件等組成。并且,臂部的升降、回轉或俯仰等運動的驅動裝置或傳動件都安裝在機身上。臂部的運動越多,機身的結構和受力越複雜。本次畢業設計的搬運機器人的機身選用升降回轉型機身結構;臂部和機身的配置型式采用立柱式單臂配置,其驅動源來自回轉液壓缸。


2、驅動機構

驅動機構是搬運機器人的重要組成部分。根據動力源的不同,工業機械手的驅動機構大緻可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。

(1)液壓傳動。具有較大功率體積比,常用于大負載的場合;壓力、流量均容易控制,可無級調速;反應靈敏,可實現連續軌迹控制,維修方便;但液體對溫度變化敏感,油液洩漏易着火;中小型專用機械手或機器人都有應用,重型機械手多為液壓驅動;液壓元件成本較高,油路也比較複雜。

(2)氣壓傳動。氣動系統簡單,成本低,适合于節拍快、負載小且精度要求不高的場合,常用于點位控制、抓取、彈性握持和真空吸附,可高速,但沖擊較嚴重,精确定位困難;維修簡單,能在高溫、粉塵等惡劣環境中使用,洩漏無影響;中小型專用機械手或機器人都有應用。

(3)電動。有異步電機、直流電機、步進或伺服電機等電動驅動方式。電動機使用簡單,且随着材料性能的提高,電動機性能也逐漸提高,目前主要适合于中等負載,特别是适合動作複雜、運動軌迹嚴格的工業機器人和各種微型機器人。


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(4)制動器:

制動器及其作用: 制動器是将機械運動部分的能量變為熱能釋放,從而使運動的機械速度降低或者停止的裝置,它大緻可分為機械制動器和電氣制動起兩類。 在機器人機構中,學要使用制動器的情況如下:

① 特殊情況下的瞬間停止和需要采取安全措施

② 停電時,防止運動部分下滑而破壞其他裝置。

機械制動器:

機械制動器有螺旋式自動加載制動器、盤式制動器、閘瓦式制動器和電磁制動器等幾種。其中最典型的是電磁制動器。

在機器人的驅動系統中常使用伺服電動機,伺服電機本身的特性決定了電磁制動器是不可缺少的部件。從原理上講,這種制動器就是用彈簧力制動的盤式制動器,隻有勵磁電流通過線圈時制動器打開,這時制動器不起制動作用,而當電源斷開線圈中無勵磁電流時,在彈簧力的作用下處于制動狀态的常閉方式。因此這種制動器被稱為無勵磁動作型電磁制動器。又因為這種制動器常用于安全制動場合,所以也稱為安全制動器。

電氣制動器

電動機是将電能轉換為機械能的裝置,反之,他也具有将旋轉機械能轉換為電能的發電功能。換言之,伺服電機是一種能量轉換裝置,可将電能轉換為機械能,同時也能通過其反過程來達到制動的目的。但對于直流電機、同步電機和感應電機等各種不同類型的電機,必須分别采用适當的制動電路。


3、控制機構

構建機器人平台的核心是建立機器人的控制系統。首先需要選擇和硬件平台,控制系統硬件平台對于系統的開放性、實現方式和開發工作量有很大的影響。一般常用的控制系統硬件平台應滿足:硬件系統基于标準總線機構,具有可伸縮性;硬件結構具有必要的實時計算能力;硬件系統模塊化,便于添加或更改各種接口、傳感器和特殊計算機等;低成本。到目前為止,一般機器人控制系統的硬件平台可以大緻分為兩類:基于VME總線(Versamodel Eurocard由Motorola公司1981年推出的第一代32位工業開放标準總線)的系統和基于PC總線的系統。近年來,随着PC機性能的快速發展,可靠性大為提高,價格卻大幅度降低,以PC機為核心的控制系統已廣泛被機器人控制領域所接受。


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