SCARA工业机器人机械本体设计毕业论文

 2021-04-07 01:04

摘 要

SCARA机器人,又名水平多关节机器人,是工业机器人应用非常广泛的而一个构型,是具有选择顺应性装配机器人手臂。SCARA机器人的机械臂是串配置的,且能够在水平面内旋转,比直角坐标机器人更快,而且体积小,但是费用比较高,其手臂在Z轴方向为刚性,在X-Y轴方向可以自由移动,经常执行组装操作可以满足日益增长的质量和生产效率的要求,并确保企业在今后的市场竞争中具有决定性的竞争优势。

本文通过对SCARA机器人本体的设计来了解机电一体化产品的设计和结构分析。SCARA机器人具有四自由度,分别使大臂的旋转自由度,小臂的旋转自由度,末端执行机构的纵向自由度和旋转自由度。通过对机构的假定的重量,来计算出个自由度所需要的步进电机,通过步进电机带动轴的旋转完成个自由度的实现。分析个结构部件的强度、重量等,使机器人能够轻量化、效率化来完成所需要的工作

关键词:水平多关节;机电一体化;四自由度

目录

1 绪论 1

1.1引言 1

1.2 国内外机器人领域研究现状及发展趋势 2

1.3 SCARA机器人简介 4

1.3.1 SCARA机器人近年的技术突破 6

1.3.2 SCARA机器人未来的发展方向 9

1.4 SCARA工业机器人关键技术 11

1.4.1操作机的机构设计与传动技术 11

1.5项目的主要研究内容 12

1.5.1项目研究的主要内容、技术方案及其意义 12

1.5.2拟解决的关键问题 12

2 SCAAR机器人的机械结构设计 14

2.1 SCARA机器人的总体设计 14

2.1.1 SCARA机器人的技术参数 14

2.1.2 SCARA机器人外形尺寸 14

2.1.3 SCARA机器人的总体传动方案 15

2.2机器人关键零部件设计计算 16

2.2.1减速机和步进电机的设计计算 16

2.2.2同步齿型带的设计计算 20

2.2.3滚珠丝杠副的设计计算 22

2.3大臂和小臂机械结构设计 23

2.4壳体设计 28

2.4.1底座部分 28

2.4.2大臂设计 30

2.4.3小臂设计 31

2.5末端升降结构设计结构设计 32

总 结 35

致 谢 35

参考文献 36

1 绪论

1.1引言

随着时代的发展,工业已经向信息化发展,机器人技术就是结合工业技术和信息化产物的技术结晶。在21世纪,机器人技术已经广泛运用工业化、技术化的生产和生活中。作为新时代的产物,机器人结合了多方面的先进技术,比如计算机学,电气控制学,机械结构和装配、传感器的应用、人工智能化等多方面的高新技术。可以说机器人技术是当今时代全面性技术的核心,体现当代科技生产力水平的时代结晶。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志[1]

工业机器人的组成由操作机、控制制器、伺服驱动系统和检测传感装置,工业机器人自动化生产设备,能够仿人操作、自动控制、可重复编程,能在三维空间完成各种作业。机器人它的本质上综合了感知、决策、行动和交互四大技术,在当代研究领域十分活跃,应用领域范围也日益广泛的[2]

目前汽车工业是机器人应用的集中领域,它占全球现有机器人总数的2.89%。其次是电器制造业,约占16.4%,而化工业则占11.7%[3]。此外,工业机器人也较多应用于食品、制药、器械、航空航天及金属加工等方面。随着工业机器人的发展,机器人的应用领域开始从制造业逐渐扩展到非制造业领域,与此同时在原制造业中也在不断的深入渗透,向大、异、薄、软、窄、厚等难加工领域深化、扩展。新开辟的应用领域也有应用,比如有木材家具、农林牧渔、建筑、桥梁、医药卫生、办公家用、教育科研及一些极限领域等非制造业。机器人的使用也逐渐走入日常生活中,如房屋清洁机器人,家庭管家机器人等,并逐渐深入生活使用[4]

按功能来说,机器人系统一般可以分为下面四个部分:

l)机械本体和执行机构:包括机身、传动机构、操作机构、框架、机械连接等内在的支持结构。

2)动力部分:包括电源、电动机等执行元件及其驱动电路。

3)检测传感装置:包括传感器及其相应的信号检测电路。

4)控制及信息处理装置:由硬件、软件构成的机器人控制系统[5]

1.2 国内外机器人领域研究现状及发展趋势

机器人应用从传统制造业向非制造业转变,向以人为中心的个人化和微小型方向发展,并将服务于人类活动的各个区域。从工业机器人产业向解决工程应用方案业务的机器人技术产业发展[6]。机器人技术的内涵已经变成为“灵活应用机器人技术的、具有实在动作功能的智能化系统”。我国的机器人研发始于上世纪70年代初,前10年处于研究单位自行开展研究状态,发展比较缓慢[7]。1985年后开始列人国家计划。发展比较快。特别是在“七五”、“八五”、“九五”机器人技术国家攻关、“863”高技术发展计划的重点支持下,我国的机器人技术取得重大发展,主要表现在机器人基础技术,机器人的单元技术和基础元部件的研发,机器人控制装置的研制,机器人操作机研制和机器人的应用工程等方面[8]

国内在工业机器人研发方面,沈阳新松机器人公司在自动导引车等方面取得重要突破;哈尔滨博士自佛南规划设备有限公司重点在石化等行业的自动包装与码垛机器人方面进行产品开发与产业化推广应用;广州数控设备有限公司研发了自主知识产权的工业机器人产品,用于机床上下料等;昆山华恒焊接股份有限公司开展了焊接机器人研发与应用;上海沃迪科技公司联合上海交通大学研制成功了码垛机器人并市场化推广;天津大学在并联机器人上取得重要进展,相关技术获得美国专利等[9]

从工业机器人在主要领域的年供应量来看,日本在工业机器人的研发与生产方面占有优势,其中知名的4家机器人公司是ABB、KUKA、FANUC和YASKAWA,占工业机器人市场份额的60%-80%。美国机器人技术创新活跃,军用、医疗与家政服务机器人产业占有绝对优势,约占智能机器人市场的60%。从技术水平来看,日本和欧盟的工业机器人技术最为先进,日本是全球范围内工业机器人生产规模最大、应用最广的国家,而隶属于欧盟组织的德国则名列全球第二;韩国在服务机器人的发展较为优秀,而美国则侧重于医疗和军事机器人方面[10]。如图1.1。

图1.1:工业机器人市场份额

(1)性能不断提高,工业机器人具有高速度、高精度、高可靠性,也更便于操作和维修,平均单机价格由于单机价格下降的原因,从91年的10.3万美元降至2005年的5万美元。

〔2)机械结构发展方向转向模块化、可重构化。关节模块中的伺服 电机、减速机、检测系统三位一体化都是模块化的表现;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外机器人技术较为先行,而且已经有模块化的装配机器人产品出现在外国的市场上。

(3)工业机器人控制系统的转型发展,工业机器人控制的发展已转型向基于CP机的开放型控制器方向发展,有利于提高工业机器人的标准化、网络化,也让机器人零部件、结构、器件集成度提高,控制面板也越来越小巧,并向无限方向发展,采用模块化结构,节省工业化生产的成本,大大提高了系统的可靠性,易于操作和可维修方面的便利[11]

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