1.2 国内外研究状况
1.2.1 码垛机器人发展状况
1.2.2 并联码垛机器人发展综述
1.2.3 并联机器人的运动学建模
1.2.4 并联机器人的工作空间
1.3 课题任务
重载码垛机器人总要求:
搬运范围:径向 500mm~2000mm,铅直 0~3000mm,周向 -185°~+185°; 搬运载荷:0.1~500kg; 便于更换不同原理的取物器,且可在水平面内任何方向拾取物体。
具体设计工作如下: 1)依据参考构型图给定的总体布局,进行运动学分析,给出:a.满足搬运范围的具体工作空 间,b.主要结构件尺度,c.二维并联机构伸缩杆原长及伸缩行程,d.关节间主要联结点位置 尺寸; 2)进行受力分析,给出:伸缩杆最小截面尺寸建议,选择底端回转支承和末端回转轴承;
3)机器人总体三维实体造型;
4)具体设计底端回转部件和末端回转部件并绘制相应的工程图纸(Auto CAD).
2 结构选择和运动学分析和尺寸综合
2.1.码垛机器人构型的选择
码垛作业任务如下:从生产线指定位置搬起物品,搬运物品至码垛目标区域,将物品按 要求码放堆垛,之后进入下一次工作循环。针对码垛任务要求,对混联码垛机器人进行了结 构设计,拟采用的方案是在一个机器人底座上装一个回转支承,回转支承上装一个回转支座, 在回转支座上安装一台二维平动并联机构,再在其动平台上添加一个回转轴,安装抓取机械 手。其中两维平动并联机构由两根电动伸缩杆和平行保持装置构成。
机器人主要由底座,回转支承,伸缩杆和末端抓取装置组成。底座为整个机器人本体的
基础,回转支承用来连接回转支座,伸缩杆可伸缩调整末端的位置 。同时还设计了一个平行 保持装置,使得末端抓取装置始终保持竖直状态。末端抓取装置拟采用一个回转轴外面加一 个外壳,外壳上焊接一个耳与伸缩杆和平行连杆进行连接。
初步设计了如图 1 和图 2 的两种方案,均采用混联的结构,不同之处有两点,第一点是
回转支座的设计不同,图 1 是一个矩形块右侧再焊接一个耳,然后伸缩杆直接通过铰接的方 式和耳相连接;图二为一个圆板上铸造两个矩形竖直板,中间焊接一个连接块增加刚度,矩 形块再分别钻三组孔,孔中再通过几根轴构成三组转动副,伸缩杆通过矩形板中间的转动副 与回转支座相连接。第二点不同之处是伸缩杆在左侧伸出的长度不同,图一中直接通过支座 铰接,不伸出长度,图二在转动副的左侧还伸出一段长度。
分析两种方案的优缺点,图一的回转支座比图二的设计更为简单,加工难度更低,且在 相同最大杆长,相同伸缩行程的伸缩杆的条件下,图一的工作区间的最大范围更大,而图二 的回转支座设计更为复杂一点,但是在相同最大长度,相同伸缩行程的伸缩杆条件下,图二 的杆的原长更小,也就是工作区间的最小范围更小;另外,由于左侧伸出了一段长度,可以 平衡右端重物的一部分重量,使得回转支座的受力更加均匀一点,增加了回转支座的寿命。 同时,由于增大最大工作区间可以通过增加杆的最大长度来实现,而减小最小工作区间则要 通过减小原长来实现,减小原长的可实施性比增加最大长度要差,故综合考虑选择了图二的 设计方案。文献综述
2.2 码垛机器人的运动学分析
2.2.1 作图法分析杆的最大长度和原长
首先任意选取伸缩杆与回转支座的连接位置,如图一所示,作两点的中轴线,分别以两 个连接点为圆心作半径相同的圆,大圆和小圆均有交点,大圆半径代表杆的最大长度,小圆 半径代表杆的原长,大圆重合的部分为两根杆均能到达的区域,两个小圆并起来的区域为杆 到不了的区域,去掉多余的线,如图 2,小圆和大圆中间的区域,只考率坐标轴右侧的区域, 那么该区域即为伸缩杆的工作区间。然后把规定的工作区间看作是一个矩形块,将矩形块往 工作区间里面放,最优化的选择即为工作空间的利用率最大,根据对称的性质,作图可知当 规定的空间正好也与作的中轴线对称且左侧与两小圆相切,右侧上下端正好与工作区间相交 的时候,工作空间的利用率是最大的。 重载码垛机器人总体设计(3):http://www.751com.cn/jixie/lunwen_79295.html