经过近十年的努力,我国在工业机器人应用工程的开发方面已具有相当的实力,已有一支了解企业的需求,能开发出符合实际使用条件应用工程,成本低,服务及时,具备与国外公司的竞争能力,因此加强工业机器人应用工程的开发,并围绕应用工程的需要进行工业机器人新产品的开发,使之具有一定的规模化生产能力,这样可以促进我国企业的技术进步和提高竞争力,同时工业机器人的应用也可形成具有一定规模的产业。
国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:
1.工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操做和文修),而单机不断下降,平均单机价格从1991年的10.3万美元降至2002年的6.5万美元。
⒉ 机械结构向模块化、可重构化发展。 例如关节模块中的伺服电机、减速机检测系统三位一体化,由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机,国外已有模块化装配机器人产品问世。
⒊ 工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日渐小巧,且采用模块化结构;大大提高了系统的可靠性、易操作性。
2 总体分析
2.1 自由度分析
该机械手臂用于对座椅上下左右四个位置施加作用力以测量其刚度。整个机械臂安装在一个水平移动装置上,移动距离为1.5m;大臂关节为转动关节,回转角度范围为90°;小臂相对于大臂可转动,摆动范围为90°;小臂末端的手腕也可以转动,转动范围为-60°到+60°;手腕的末端安装一个气缸
系统共4个自由度,分别是基座水平移动、肩部俯仰、肘部俯仰、腕部俯仰。
2.2 各关节结构原理及分析
根据功能要求,在设计时将其分为腰部移动机构,大臂转动机构,小臂转动机构,手腕转动机构。
腰部移动机构实现整个机械臂的横向水平移动,由电机转动,带动减速器,丝杠螺母机构,从而实现机械臂的水平运动。
大臂传动机构实现大臂俯仰动作。电机带动减速器驱动小齿轮,通过小齿轮带动大齿轮,大齿轮与大臂机构固定连接,从而实现大臂俯仰动作。
小臂转动机构实现小臂的俯仰动作。电机带动减速器驱动小链轮、大链轮,大链轮与小臂固定连接,实现小臂俯仰运动。
腕部转动机构与小臂相同。
2.3 电机布局分析
机器人的结构布局,对其综合性能有很大影响。腰部移动的电机1就安装在机座上;对于驱动大臂关节转动的电机2则应该放置到腰部部件上,把电机2安装在机器人的腰部直接驱动齿轮。小臂关节是通过电机带动链传动,所以可以将电机3安装在大臂上,降低整个机械臂的重心,提高其稳定性。对于腕部的转动,电机安装在小臂上开始端,通过链传动控制其转动。
3 总体设计思路
3.1 设计思路及内容
3.1.1驱动方式设计
通常,机器人驱动方式有以下四种[4]:
(1)步进电机 可直接实现数字控制,控制结构简单,控制性能好,而且成本低廉;通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制;位置误差不会积累;步进电机具有自锁能力(变磁阻式)和保持转矩(永磁式)的能力,有利于控制系统的定位。但步进电机基本上不具有过载能力,功率偏大者,体积较大,并且其空间分辨率较低;功率较小者,只适于传动功率不大的关节或小型机器人。
(2)直流伺服电机 直流伺服电机具有良好的调速特性,较大的启动力矩,相对功率大及快速响应等特点,并且控制技术成熟。但其结构复杂,体积偏大,成本较高,而且需要外围转换电路与微机配合实现数字控制。若使用直流伺服电机,还要考虑电刷放电对实际工作的影响。 气动比例控制汽车座椅刚度试验机设计+CAD图纸(4):http://www.751com.cn/jixie/lunwen_1954.html