第一篇：機器人工作站

運城學院 設(shè)計說明書

機器人工作站

學

院： 運城學院 團隊名稱：TENGFEI

專

業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化

團隊成員： 任曉圓 張志凱 指導教師： 王新海

設(shè)計說明時間：二О一四年九月二十一日～十月三十一日

摘要

機器人工作站是當今世界工業(yè)發(fā)展潮流的方向與我國工業(yè)發(fā)展水平相結(jié)合的產(chǎn)物，在自動化生產(chǎn)逐漸普及的今天，能夠為我國的工業(yè)自動化生產(chǎn)做出重大貢獻的機器人工作站就出現(xiàn)了，該工作站由工業(yè)機器人和自動化流水線兩大部分組成，可以實現(xiàn)360度全方位立體式工作。工業(yè)機器人通過精確地抓取零件，再通過高精度傳感器的配合，將零件在加工臺和流水線之間進行轉(zhuǎn)移，克服手工操作的枯燥以及多目的地轉(zhuǎn)移的危險，既降低了人力成本有提高了工作效率。關(guān)鍵詞：智能機器人

Abstract Mobile robot workstation is the world's industrial development trend direction with the combination of the level of industrial development in our country, the growing popularity of the automated production today, will be able to make a significant contribution for our country's industrial automation production in mobile robot workstation, the workstation consists of two most industrial robots and automated assembly line, can achieve 360-degree vertical work.Industrial robot by scraping parts accurately, and then by high precision sensor, moving parts between the JiaGongTai and assembly line, to overcome the manual operation of boring and multi-destination transfer risk, is not only reduced labor costs to improve the working efficiency.Keywords: intelligent mobile robot

目錄

第一章緒論.......................................................................................................................................1

1.1 智能機器人的行業(yè)發(fā)展前景...........................................................................................1 1.2 流水線行業(yè)的發(fā)展前景...................................................................................................1 1.3 本文主要研究的內(nèi)容.......................................................................................................1 第二章機器人工作站簡介...............................................................................................................2

2.1 機器人機械設(shè)計的特點...................................................................................................2 2.2 與機器人有關(guān)的概念.......................................................................................................2 2.3 方案設(shè)計...........................................................................................................................3 2.3.1 機器人設(shè)計方案要求...................................................................................................3 2.3.2機器人方案結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析........................................................................................4 2.4流水線方案設(shè)計與介紹....................................................................................................5 第三章有限元分析...........................................................................................................................7 材料屬性...........................................................................................................................................8 第四章總結(jié).......................................................................................................................................9 4.1 設(shè)計特色...................................................................................................................................9

4.2 總結(jié)...................................................................................................................................9 4.3心得體會............................................................................................................................9 參考文獻.................................................................................................................................10

1第一章 緒論

1.1 智能機器人的行業(yè)發(fā)展前景

工業(yè)機器人是由傳動機構(gòu)、驅(qū)動結(jié)構(gòu)以及夾具等部分組成。工業(yè)機器人可以通過底座，大臂、小臂和夾具的配合實現(xiàn)對流水線上的工件的夾取。從而實現(xiàn)工件在流水線和物料箱之間的轉(zhuǎn)移。它可以大大的提高工作效率，提高工作的精確度，降低物料的損耗實現(xiàn)高效工作。隨著我國制定機器人在2020年普及到工廠的計劃，工業(yè)機器人必將迎來一個發(fā)展的春天，這將極大的提升我國工業(yè)化的水平。

1.2 流水線行業(yè)的發(fā)展前景

在社會快速發(fā)展、競爭激烈的今天，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)工藝成本，最大限度的滿足生產(chǎn)要求將直接決定各企業(yè)工廠能否緊跟社會腳步，贏得時間，占領(lǐng)市場甚至將決定企業(yè)的生死存亡。為此，企業(yè)生產(chǎn)自動化無疑扮演著重要的角色，裝配流水線自動化作為工業(yè)自動化的一部分，能提高生產(chǎn)效率，降低工藝流程成本，最大限度的適應(yīng)產(chǎn)品變化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，它是現(xiàn)代化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的重要組成部分。

1.3馬大測試的發(fā)展前景

隨著智能手機在全世界范圍內(nèi)的普及，智能手機已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊粋€組成部分，而手機中的馬達質(zhì)量的好壞也就成為了人們對某一品牌的手機的質(zhì)量好壞的重要的評價標準，所以對于手機中的馬達的檢測也就顯得十分重要。

1.4 本文主要研究的內(nèi)容

本文主要以工業(yè)機器人、馬達測試工站和自動化流水線為對象進行研究，分析其結(jié)構(gòu)，結(jié)合其工作原理，設(shè)計出新的自動化機器，并采用電器控制，結(jié)合實際生產(chǎn)，來完成相應(yīng)的工作。同時，本文還研究本機器的運動情況及受力情況。以及效率問題等生產(chǎn)時遇到的問題。最重要的是研究其加工流程，以便實現(xiàn)其規(guī)定功能，并按實際情況進行分析。

第二章 馬達自動化測試工作站簡介

2.1 方案功能設(shè)計與分析

方案一 采用風車型馬達測試箱布局

該方案占地面積小，可以充分利用車間的空間，但是技術(shù)要求高、成本高 方案二采用左右對稱式馬達測試箱布局 該方案占地面積大，可以放置的測試站數(shù)量少，不能充分利用工業(yè)機器人的高自由度的優(yōu)點，效率比較低

方案三 采用環(huán)形陣列型馬達測試箱分布

該方案占地面積小，可以充分利用工業(yè)機械手的高自由度的優(yōu)勢，效率高 經(jīng)過對測試站的分布和工廠車間本身可用空間的分析，以及生產(chǎn)商對于設(shè)備成本的要求，我們覺定采用第三種設(shè)計方案。該方案可以充分利用工廠的空間，減少占地面積，還可以

2.2 與機器人有關(guān)的概念

以下是本文中涉及到的一些與機器人技術(shù)有關(guān)的概念。

1.自由度：工業(yè)機器人一般都為多關(guān)節(jié)的空間機構(gòu)，其運動副通常有移動副和轉(zhuǎn)動副兩種。相應(yīng)地，以轉(zhuǎn)動副相連的關(guān)節(jié)稱為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。以移動副相連的關(guān)節(jié)稱為移動關(guān)節(jié)。在這些關(guān)節(jié)中，單獨驅(qū)動的關(guān)節(jié)稱為主動關(guān)節(jié)。主動關(guān)節(jié)的數(shù)目稱為機器人的自由度。2.機器人的分類

機器人分類方法有多種。

(1)按機器人的控制方法的不同，可分為點位控制型（PTP），連續(xù)軌跡控制型（CP）：（a）點位控制型（Point to Point Control）：機器人受控運動方式為自一個點位目標向另一個點位目標移動，只在目標點上完成操作。例如:機器人在進行點焊時的軌跡控制。

（b）連續(xù)軌跡控制型（Continuous Path Control）：機器人各關(guān)節(jié)同時做受控運動，使機器人末端執(zhí)行器按預期軌跡和速度運動，為此各關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)需要獲得驅(qū)動機的角位移和角速度信號，如機器人進行焊縫為曲線的弧焊作業(yè)時的軌跡控制。

(2)按機器人的結(jié)構(gòu)分類，可分為四類：

（a）直角坐標型：該型機器人前三個關(guān)節(jié)為移動關(guān)節(jié)，運動方向垂直，其控制方案與數(shù)控機床類似，各關(guān)節(jié)之間沒有耦合，不會產(chǎn)生奇異狀態(tài)，剛性好、精度高。缺點是占地面積大、工作空間小。

（b）圓柱坐標型：該型機器人前三個關(guān)節(jié)為兩個移動關(guān)節(jié)和一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，以q, r, z為坐標，位置函數(shù)為P = f(q, r, z),其中，r 是手臂徑向長度，z 是垂直方向的位移，q 是手臂繞垂直軸的角位移。這種形式的機器人占用空間小，結(jié)構(gòu)簡單。

2（c）球坐標型：具有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)。以q,f, y 為坐標，位置函數(shù)為P = f(q ,f, y)，該型機器人的優(yōu)點是靈活性好，占地面積小，但剛度、精度較差。

（d）關(guān)節(jié)坐標型：有垂直關(guān)節(jié)型和水平關(guān)節(jié)型（SCARA 型）機器人。前三個關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，特點是動作靈活，工作空間大、占地面積小，缺點是剛度和精度較差。

(3)按驅(qū)動方式分類：

按驅(qū)動方式可分為：（a）氣壓驅(qū)動；（b）液壓驅(qū)動；（c）電氣驅(qū)動。電氣驅(qū)動是 20 世紀90 年代后機器人系統(tǒng)應(yīng)用最多的驅(qū)動方式。它有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、使用方便、運動精度高、驅(qū)動效率高、不污染環(huán)境等優(yōu)點。(4)按用途分類：

可分為搬運機器人、噴涂機器人、焊接機器人、裝配機器人、切削加工機器人和特種用途機器人等。

2.3 方案設(shè)計

2.3.1 機器人設(shè)計方案要求

如前所述，該機器人用于制造車間物流系統(tǒng)中工件的搬運、裝夾和日常生活中的持物、看護等。能夠固定在移動裝置（如AGV）上，以實現(xiàn)靈活移動。要求動作靈活，工作范圍大，被夾持物應(yīng)具有多種姿態(tài)，自由度6個，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。采用電動機驅(qū)動。

手腕回轉(zhuǎn)速度

V腕回 = 40°/s 手臂伸縮速度

V臂伸 = 50 mm/s 手臂回轉(zhuǎn)速度

V臂回 = 40°/s 手臂升降速度

V臂升 = 50 mm/s 立柱水平運動速度

V柱移 = 50 mm/s 手指夾緊油缸的運動速度

V夾 = 50 mm/s 2.3.2 方案功能設(shè)計與分析

a 機器人自由度的分配和手臂手腕的構(gòu)形

手臂是執(zhí)行機構(gòu)中的主要運動部件，它用來支承腕關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器，并使它們能在空間運動。為了使手部能達到工作空間的任意位置，手臂一般至少有三個自由度，少數(shù)專用的工業(yè)機器人手臂自由度少于三個。手臂的結(jié)構(gòu)形式有多種，常用的構(gòu)形如圖2-1。

本課題要求機器人手臂能達到工作空間的任意位置和姿態(tài)，同時要結(jié)構(gòu)簡單，容易控制。綜合考慮后確定該機器人具有四個自由度，其中手臂兩個自由度。由于在同樣的體積條件下，非關(guān)節(jié)型機器人比關(guān)節(jié)型機器人有大得多的相對空間（手腕可達到的最大空間體積與機器人本體外殼體積之比）和絕對工作空間，結(jié)構(gòu)緊湊，同時關(guān)節(jié)型機器人的動作和軌跡更靈活，因此該型機器人采用非關(guān)節(jié)型機器人的結(jié)構(gòu)。

32.3.2機器人方案結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

各部件組成和功能描述如下：(1)底座部件：

底座部件包括底座、回轉(zhuǎn)部件、傳動部件和步進電機等。底座部件固定在流水線上，支持整個操作機，步進電機固定在底座上，一級同步帶傳動將運動傳遞到腰部回轉(zhuǎn)軸，同時起到減速作用。(2)腰部回轉(zhuǎn)部件：

腰部回轉(zhuǎn)部件包括腰部支架、回轉(zhuǎn)軸、支架等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉(zhuǎn)運動。在腰部支架上固定著驅(qū)動大臂和小臂的電機。(3)大臂部件：包括大臂和傳動部件。

(4)小臂部件：包括小臂、減速齒輪箱、傳動部件、傳動軸等，在小 臂前端（靠近大臂的一端）固定驅(qū)動手腕運動的步進電機(5)手腕部件：包括手腕殼體和傳動軸、機械接口等(6)末端執(zhí)行器： 為抓取不同形狀、不同材質(zhì)的物體，末端執(zhí)行器設(shè)計得開合范圍比較大，為0～30mm?？紤]在指尖的平面上貼傳感器片，進行力的控制。手爪采用電機驅(qū)動，平行開合機構(gòu)。

手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手臂的前端。機械手結(jié)構(gòu)型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、，它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機構(gòu)組成。其傳力機構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式……等，這里采用滑槽杠桿式。設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題 ①應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力）

在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。②手指間應(yīng)有一定的開閉角

兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。③應(yīng)保證工件的準確定位

為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶‘V’形面的手指，以便自動定心。④應(yīng)具有足夠的強度和剛度

手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。⑤應(yīng)考慮被抓取對象的要求

應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設(shè)計和確定手指的

4形狀。

驅(qū)動力的計算

1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座 圖1 滑槽杠桿式手部受力分析

如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿3作用下銷軸2向上的拉力為P，并通過銷軸中心O點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為P1、P2，其力的方向垂直于滑槽中心線OO1和OO2并指向O點，P1和P2的延長線交O1O2于A及B，由于△O1OA和△O2OA均為直角三角形，故∠AOC=∠BOC=α。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即

∑Fx=0,P1=P2;∑Fy=0 P=2P1cosα P1=P/2cosα

銷軸對手指的作用力為p1′。手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方向相反，以N表示。由手指的力矩平衡條件，即∑m01(F)=0得

P1′h=Nb 因

h=a/cosα

所以

P=2b(cosα)N/a 式中

a——手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心線的距離（毫米）。

α——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點連線間的夾角。由上式可知，當驅(qū)動力P一定時，α角增大則握力N也隨之增加，但α角過大會導致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取α=30°~40°。這里取角α=30度。

22.4流水線方案設(shè)計與介紹

對于本課題來說，裝配流水線系統(tǒng)是一個較大規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)裝備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并盡可能用到舊系統(tǒng)中的元件。對于人機交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于

5操作人員迅速掌握。從企業(yè)控制要求中可以看出在新的控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也要處理大量的開關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)的存儲和分析匯總能力。

裝配流水線是人和機器的有效組合，最充分體現(xiàn)設(shè)備的靈活性，它將輸送系統(tǒng)、隨行夾具和在線專機、檢測設(shè)備有機的組合，以滿足多品種產(chǎn)品的裝配要求。（1）裝配流水線的傳輸方式

裝配流水線的傳輸方式有同步傳輸?shù)模?強制式）也可以是非同步傳輸（/柔性式），根據(jù)配置的選擇，實現(xiàn)手工裝配或半自動裝配。流水線在企業(yè)的批量生產(chǎn)中不可或缺。

（2）裝配流水線的設(shè)計參數(shù) 高度1m

寬度0.5m 流水線載重30kg 流水線運行速度 6m/s 線體配置 ：日光燈

電風扇

120v的電源插座

線體控制箱 緊急制動器

（3）流水線結(jié)構(gòu)分析

流水線受力分析

由上圖可知流水線上的皮帶受到工件箱的向下的壓力和兩個傳動輪給它的牽引力

水平方向的力為F=F1+F2

垂直方向的力為F=G

因此，只有更好的應(yīng)用和改進裝配流水線的工藝流程，充分發(fā)揮其自動、連續(xù)、高效率等優(yōu)勢，我們企業(yè)的生產(chǎn)效率才能提升，才能增強我們企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，才能更好的造福社會

6第三章 有限元分析

皮帶有限元分析

滑桿有限元分析

7材料屬性

模型參考 屬性

名稱: 鑄造碳鋼 模型類型: 線性彈性同向性 默認失敗準則: 最大 von Mises應(yīng)

力

屈服強度: 2.48168e+008

N/m^2

張力強度: 4.82549e+008

N/m^2

彈性模量: 2e+011 N/m^2 泊松比: 0.32

質(zhì)量密度: 7800 kg/m^3 抗剪模量: 7.6e+010 N/m^2 熱擴張系數(shù): 1.2e-005 /Kelvin

零部件

SolidBody 1(切除-拉伸3)(1204滑桿)

曲線數(shù)據(jù):N/A

8第四章 總結(jié)

4.1 設(shè)計特色

本次設(shè)計充分利用了工業(yè)機器人的靈活性和自動化流水線的高效性，減少了工作時間，提升了工作效率，降低了工作時的零件損耗率，實現(xiàn)了高精度，高效率，低成本的生產(chǎn)目標，可以為生產(chǎn)商節(jié)約大量的人力資源，降低了人力成本，提高利潤率。

4.2 總結(jié)

本次設(shè)計目的是，實現(xiàn)小部分的自動化，減少勞動力，提高工作效率。本產(chǎn)品有著目前從國外新引進的科技，只有科技才能引領(lǐng)生產(chǎn)力的發(fā)展。但科技也是約束本產(chǎn)品的關(guān)鍵，本設(shè)計有很高的技術(shù)要求，能保證生產(chǎn)的精度要求。例如，打印時，利用了工業(yè)機器人和自動化流水線可以滿足人們的要求。

另外本產(chǎn)品也有很好的生產(chǎn)發(fā)展空間，可用于各個大中型需要打印的車間成產(chǎn)線，因此，本產(chǎn)品用途廣泛適用于大部分需要自動化生產(chǎn)的地方。例如：食品包裝袋生產(chǎn)線，牛奶包裝盒，鋁紙包裝印刷等。

除此之外本產(chǎn)品，不僅打破常規(guī)的生產(chǎn)方式，還開創(chuàng)了裝配一體化生產(chǎn)，加快生產(chǎn)速度，提高生產(chǎn)效率，帶來更多的利益

4.3心得體會

這次的設(shè)計對于我們來說既是一個機遇也是一個挑戰(zhàn)，我們面臨的的最大困難是

9對solidworks軟件的使用非常的不熟練，由于剛接觸這款軟件我們在設(shè)計之初遇到了很多的問題，例如，對設(shè)計尺寸制定不規(guī)范，不會裝配齒輪，對于動畫的制作了解不深，這些問題使我們在設(shè)計開始時花了很長時間用來熟悉軟件的基本使用。雖然，我們面臨很多的困難，但我們通過查閱，《機械原理》、《機械設(shè)計》、《機械設(shè)計基礎(chǔ)》等書逐步的了解了各種機構(gòu)的運行原理，材料的使用條件，應(yīng)力和應(yīng)變的分析條件等知識，在這個過程中我們既學會了使用軟件又鞏固了所學的知識，而且還鍛煉了自己的自學能力，俗話說師傅領(lǐng)進門修行在個人，一時的投機取巧只能解決面前的困難，要想真正學好一種技術(shù)永遠要靠自己的勤奮努力，最后，感謝王老師給我們這次機會，可以使我們鍛煉自己的能力，為我們打開一扇新的窗口。

參考文獻

[1]陳周娟．機械原理．華中科技大學出版社，2014 [2]沈萌紅．機械設(shè)計．華中科技大學出版社，2012 [3]楊克旺．機械制圖．北京：高等教育出版社，2012 [4]楊家軍，機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計．武漢：華中理工大學出版社，2000 [5]郭友寒，機械設(shè)計基礎(chǔ)及應(yīng)用．北京：人民郵電出版社，2013

第二篇：焊接機器人工作站組成（最終版）

焊接機器人工作站是怎樣組成？? 焊接機器人主要包括機器人和焊接設(shè)備兩部分。機器人由機器人本體和控制柜（硬件及? 軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統(tǒng)）、送絲? 機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對于智能機器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感? 器及其控制裝置等。? 安川的焊接機器人工作站一般主要有工業(yè)機器人、焊接電源、輔助變位機、工裝夾具、? 電氣控制設(shè)備、安全防護欄等 6? 個部分組成。

第三篇：工業(yè)機器人柔性焊接工作站的技術(shù)方案設(shè)計細則。

深圳稻草人自動化培訓004km.cn

聯(lián)為智能教育

文中介紹了機器人柔性焊接工作站的技術(shù)方案以及關(guān)鍵部件變位機、智能搬運器、工件定位工裝的設(shè)計。通過方案設(shè)計，解決了變位機定位精度要求高、控制系統(tǒng)與機器人的通訊、智能搬運器的取貨動作、工件的快速定位卡緊等技術(shù)難題。

隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，焊接變位機的應(yīng)用也逐漸普及，主要是在汽車，電子，機械等領(lǐng)域的焊接,焊接變位機結(jié)合焊接機器人組成一個小型流水線可以更好地節(jié)約能源和提高生產(chǎn)效率。

1、技術(shù)方案

機器人柔性焊接工作站立足于一小型自動化流水線作業(yè)，能焊接長度在2.5米以下的各種工件，集自動上料、半自動定位裝卡、自動焊接、自動卸貨于一體。從而降低工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率。為了達到總體設(shè)計要求，制定了滿足要求的技術(shù)方案，該設(shè)備主要由工件定位工裝、智能搬運器、變位機、構(gòu)件周轉(zhuǎn)架、碼垛架、送料機構(gòu)、電氣及氣動系統(tǒng)等構(gòu)成一小型流水線，見圖1。

主要流程：

1）上料機構(gòu)把原材料輸送到工位一； 2）人工輔助裝卡定位；

3）變位機把裝卡好的工件旋轉(zhuǎn)到工位二； 4）機器人焊接位置1； 5）翻轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)90度； 6）機器人焊接位置2； 7）翻轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)180度； 深圳稻草人自動化培訓004km.cn

聯(lián)為智能教育

8）機器人焊接位置3，工件焊接完成； 9）變位機把焊接完的工件旋轉(zhuǎn)到工位一；

10）智能搬運器到工位1取貨搬運到碼貨架。這樣一個流程結(jié)束，其中，工位一裝卡區(qū)和工位二焊接區(qū)同時進行，大大提高了焊接效率。

2、變位機的設(shè)計

變位機是機器人柔性焊接工作站的核心部件，主要由鋼結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)軸、翻轉(zhuǎn)軸、導軌、快速卡環(huán)等組成，如圖2。

各部分的主要功能： 1）鋼結(jié)構(gòu)為支撐部件；

2）旋轉(zhuǎn)軸使工位一和工位二的位置互換，達到焊接、卸貨和裝卡目的；

3）兩個翻轉(zhuǎn)軸為工位1或工位2的變位，使得機器人在最有利于焊縫成型的位置焊接和工件裝卡；

4）導軌作用是導向智能搬運器橫移到變位機上取貨； 5）快速卡環(huán)主要是焊接不同工件時快速更換工裝。

機器人柔性焊接工作站焊接精度主要由變位機的精度確定，由于機器人柔性焊接工作站的焊接精度在0.5mm以內(nèi)，即變位機直徑為3.8米的轉(zhuǎn)盤在旋轉(zhuǎn)180度后的定位精度在0.5mm以內(nèi)，翻轉(zhuǎn)定位精度也要在0.5mm以內(nèi)。為達到以上要求，傳動采用伺服電機+復式活齒減速器，傳動精度達到0.01mm。

3、智能搬運器的設(shè)計

智能搬運器主要由升降架，橫移架、導向套、橫移輪、伸縮叉臂等組成，通過三臺電機的運行，實現(xiàn)能同時升降、橫移、伸縮動作的功能，從而達到卸貨目的，如圖3。深圳稻草人自動化培訓004km.cn

聯(lián)為智能教育

智能搬運器是機器人柔性焊接工作站實現(xiàn)流水作業(yè)的重要部件，主要作用是通過導軌把變位機上焊接完成的工件搬運到碼貨架，降低工人勞動強度，提高了碼垛效率。

4、工件定位工裝的設(shè)計

工件定位工裝主要由工裝支座、定位勾、定位架、氣缸等組成，工裝支座為通用型，根據(jù)不同工件更換不同的定位架安裝在工裝支座上，通過變位機快速卡環(huán)將整個工件定位工裝與變位機連接；如圖4。

為同時實現(xiàn)工件的定位卡緊，巧妙的利用氣缸的伸縮動作，通過彈簧、拉鉤，實現(xiàn)了工件的定位卡緊兩個動作。通過變異，這一機構(gòu)被廣泛應(yīng)用在其他工件的定位卡緊中。

5、控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)揉合了人機界面、伺服閉環(huán)驅(qū)動、PLC定位模塊等主流自動化控制元件，精度得到了保證，操作更便利，維護更簡單。深圳稻草人自動化培訓004km.cn

聯(lián)為智能教育

6、結(jié)束語

本文通過對機器人柔性焊接工作站的方案設(shè)計以及重要部件變位機、智能搬運器、工件定位工裝的設(shè)計分析，在控制系統(tǒng)設(shè)計過程中揉合了人機界面、伺服閉環(huán)驅(qū)動、PLC等主流自動化控制元件；并通過PLC與焊接機器人通訊，使得焊接變位機與焊接機器人無縫聯(lián)接。解決了以下關(guān)鍵技術(shù)：

1）傳動采用伺服電機+復式活齒減速器，解決了變位機定位精度的高要求； 2）解決了控制系統(tǒng)與機器人通訊問題； 3）解決了工件的快速定位卡緊；

機器人柔性焊接工作站的設(shè)計及投入使用，極大的提高生產(chǎn)效率，與人工焊接比較，效率提高了3倍多，并且大大降低了工人的勞動強度。

第四篇：機器人

機器人

爸爸，我作業(yè)寫完了，可以玩電腦嗎？可以。聽完爸爸的這句話，我直奔向電腦，打開電腦。接下來又得要等1分鐘左右，真煩人！我想：要是有電腦機器人該多好?。?0年后的我就能發(fā)明這種電腦機器人。

它有兩根又細又長的天線；方方正正的腦袋；一雙由攝象機組成的眼睛；三角形的大嘴巴；左側(cè)的耳朵是一個手機；而右側(cè)的耳朵是一臺小巧玲瓏、精致、精美的迷你收音機。它的肚子上有一臺特制的電腦與鍵盤。

這種電腦機器人的是：它只要一打開它，屏幕上就會自動顯示出桌面；而且耗電量少；可以節(jié)約電；它可以防止我們上不良網(wǎng)站、而且，它還可以防止病毒損壞電腦；它可以變得很大很大，也可以變得很小很小，隨身帶在身上。比如，某一家企業(yè)的總經(jīng)理正在某個地方旅游，玩得正高興，公司就像半路殺來的程咬金，給這位玩得正高興的總經(jīng)理潑了一盆子的冷水，如果這位總經(jīng)理有電腦機器人的話，就不發(fā)愁了。

第五篇：機器人論文范文

機器人技術(shù)

姓名： 導師： 班級： 學號：

地面移動機器人行走機構(gòu)

摘要：行走機構(gòu)是移動機器人的重要組成部分，直接決定了移動機器人的地形適應(yīng)能力和運動能力。本文著重介紹了地面移動機器人行走機構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀以及最新應(yīng)用、分析了各行走機構(gòu)的優(yōu)缺點，最后對行走機構(gòu)的發(fā)展趨勢做出了展望。關(guān)鍵詞:移動機器人;行走機構(gòu)；

Abstract：As an important part of mobile robot, the walking mechanism determines the terrain adaptability and sports ability of the robot.This paper introduces the development status of ground mobile robot as well as the latest application, analyzes on the advantages and disadvantages of the walking mechanism and finally prospects the development trend of the walking mechanism.Keywords: mobile robot;walking mechanism;

一、移動機器人發(fā)展概況

自1961年美國Unimation公司研制出世界上第一臺往復式工業(yè)機器人以來, 其技術(shù)的發(fā)展就受到各國的重視，被認為是對未來新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義的高技術(shù)之一。近些年來，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人技術(shù)也逐漸趨于成熟。機器人的發(fā)展主要分為三個階段：包括第一代示教/再現(xiàn)(Teaching/Playback)機器人、第二代傳感控制(Sensory controlled)機器人以及第三代智能(Intelligent)機器人。

圖 1.1

目前絕大多數(shù)機器人的靈活性,只是就其能夠“反復編程”而言,工作環(huán)境相對來說是固定的,所以一般人們稱之為操作手(Manipulator)。隨著科學技術(shù)的不斷進步，各式各樣的移動機器人逐漸進入到人們的日常生活中，在軍事、工業(yè)、探險、醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮了重大作用。為了獲得更大的獨立性,人們要求機器人能

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夠在一定范圍內(nèi)安全運動, 增強機器人對環(huán)境的適應(yīng)能力。因此,近年來移動機器人特別是自主式移動機器人成為機器人研究領(lǐng)域的中心之一。

移動機器人按照工作環(huán)境來講主要有地面、水下和空中三種。地面移動機器人是脫離人的直接控制,采用遙控、自主或半自主等方式在地面運動的物體.地面移動機器人的研究最早可追溯到五十年代初,美國Barrett Electronics公司研究開發(fā)出世界第一臺自動引導車輛系統(tǒng)。由于當時電子領(lǐng)域尚處于晶體管時代,該車功能有限,僅在特定小范圍運動,目的是提高運輸自動化水平。到了六、七十年代,美國仙童公司研制出集成電路,隨后出現(xiàn)集成微處理器,為控制電路小型化奠定了硬件基礎(chǔ)。到了八十年代,國外掀起了智能機器人研究熱潮,其中具有廣闊應(yīng)用前景和軍事價值的移動機器人受到西方各國的普遍關(guān)注。時至今日,各種類型的地面移動機器人紛紛研制出來,其應(yīng)用范圍從民用、工業(yè)用到軍用,涉及人類活動的方方面面。

圖 1.2

二、地面移動機器人行走機構(gòu)分類及特點

地面移動機器人行走機構(gòu)按照結(jié)構(gòu)形式可以分為輪式、履帶式、足式、跳躍式、蠕動爬行式和復合式行走機構(gòu)。

2.1 輪式行走機構(gòu)

輪式機器人由于其較高的運動速度，在平坦的環(huán)境中具有獨特的優(yōu)越性，因此，國內(nèi)外學者在輪式機器人方面也進行了大量的研究。輪式行走機構(gòu)主要分為單輪、雙輪和多輪行走機構(gòu)，其中雙輪行走機構(gòu)又分為自行車式和左右對稱布置式。

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單輪滾動機器人的典型代表是美國卡耐基梅隆大學機器人研究所研制的單輪滾動機器人Gyrover，如圖2.1所示。Gyrover是一種陀螺穩(wěn)定的單輪滾動機器人。它的行進方式是基于陀螺運動的基本原理,具有很強的機動性和靈活性。單輪行走機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，運動靈活和地形適應(yīng)能力強等優(yōu)點，其缺點是不易控制。

圖 2.1 自行車機器人是機器人學術(shù)界提出的一種全新的智能運輸(或交通)工具的概念,由于其車體窄小、可作小半徑回轉(zhuǎn)、運動靈活、結(jié)構(gòu)簡單,因此可在災(zāi)難救援、森林作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但到目前,仍處于理論探討和初步的實驗研究階段。左右對稱布置的兩輪移動機器人左右輪分別由一個電機驅(qū)動,依靠差速實現(xiàn)轉(zhuǎn)向,轉(zhuǎn)向靈活。兩輪行走機構(gòu)簡單，主要缺點是在靜止和低速時非常不穩(wěn)定。美國Segway公司的Dean Kamen發(fā)明了世界上第一部可以載人的兩輪移動小車，它的出現(xiàn)代表了兩輪移動機器人技術(shù)在實用方面的一個突破?，F(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用在多個領(lǐng)域，如圖2.2。

圖 2.2

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輪式移動機器人中最常見的機構(gòu)就是三輪及四輪移動機器人。三輪及四輪移動機器人平臺現(xiàn)在已經(jīng)具有比較成熟的技術(shù)。當在平整地面上行走時,這種機器人是最合適的選擇。其優(yōu)點是速度快、效率高、運動噪聲低；但是越障能力、地形適應(yīng)能力差、轉(zhuǎn)彎效率低，或轉(zhuǎn)彎半徑大。圖2.3是不同結(jié)構(gòu)形式輪式機器人性能比較。

圖 2.3 2.2 履帶式行走機構(gòu)

履帶式行走機構(gòu)按照履帶的結(jié)構(gòu)形式可以分為單節(jié)雙履帶式、雙節(jié)四履帶式、多節(jié)多履帶式和自重構(gòu)式。

單節(jié)雙履帶式以由美國白特爾公司(Battelle)開發(fā)的ROCOMP機動平臺和北京京金吾高科技公司開發(fā)的JW902(第5代)排爆機器人為代表。該行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)較為簡單，很難實現(xiàn)復位。國外開發(fā)的多為雙節(jié)雙履帶式移動機器人，因為此種移動機器人與單節(jié)式相比較，越障功能更優(yōu)。東華大學毛立民教授研制的高度可調(diào)的自主變位履帶式管道機器人現(xiàn)已申請專利。美國福斯特—米勒公司開發(fā)的第4頁

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履帶式“鷹爪”無人作戰(zhàn)平臺也是該種機器人的典型代表。多節(jié)多履帶式以我國自行生產(chǎn)的“靈蜥-B”型排爆機器人和美國Vecan公司日前準備研發(fā)新一代戰(zhàn)場救援機器人Vecna BEAR為代表。山東科技大學提出的一種可變形履帶機器人，主要由1個軀體部分、4個折疊臂、4個履帶體所組成，其中每一個履帶體都通過一個折疊臂和機器人的軀體相聯(lián)。哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所研制的模塊化可重構(gòu)履帶式微小型機器人，單個機器人可以獨立運行，多個機器人可以重構(gòu)成鏈型和環(huán)形機器人。

履帶式行走機構(gòu)具有以下優(yōu)點：

? 支撐面積大，接地比壓小，適合于松軟或泥濘場地作業(yè)，下陷度小，滾動阻力小，越野機動性能好。

? 轉(zhuǎn)向半徑極小，可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。

? 履帶支撐面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。

? 具有良好的自復位和越障能力。又稱臨場感,它是指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達到使用戶難以分辨真假的程度。

履帶式行走機構(gòu)仍面臨許多待解決的問題：

? 有些履帶式移動機器人的體積和重量太大，應(yīng)適當縮小機器人的體積，減輕機器人的重量。

? 對地面的適應(yīng)性和穩(wěn)定性需要得到進一步的提高。? 履帶式行走機構(gòu)能源利用率較低，轉(zhuǎn)向較慢。

2.3 足式行走機構(gòu)

足式行走機構(gòu)分為兩足、四足、六足和多足機器人，其中多足行走機構(gòu)和六足行走機器人類似，因此本文不在加以贅述。

兩足機器人目前首推美國波士頓動力公司為美軍研制的最先進人形機器人“阿特拉斯”（圖 2.4）。兩足行走機構(gòu)能耗低，能夠適應(yīng)各種地面并且具有較強的越障能力，在惡劣的地形時運動較為靈活，機動性較好。但是其動力學特性非常復雜，具有多變量、強耦合、非線性和變結(jié)構(gòu)等特點。

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圖 2.4

四足機器人研究的代表是日本東京工業(yè)大學的広瀨·福田機器人研究實驗室。從80年開始至今已研制出3個系列12款四足機器人。美國的四足機的典型代表是卡耐基梅隆大學的波士頓動力實驗室研制的BigDog和LittleDog。山東大學成功研制出國內(nèi)首臺“大狗”機器人，最大負載達到120kg,在負載50kg的前提下可以實現(xiàn)最大速度達1.4m/s,突破了仿生機構(gòu)、高功率密度液壓驅(qū)動、環(huán)境感知、仿生步態(tài)規(guī)劃、狀態(tài)感知與動態(tài)控制、關(guān)鍵單元與系統(tǒng)測試等關(guān)鍵技術(shù)。

四足行走機構(gòu)簡單且靈活，承載能力強、穩(wěn)定性好，既能以靜態(tài)步行方式實現(xiàn)慢速行走，又能以動態(tài)方式實現(xiàn)高速行走。主要存在的問題是由于控制策略導致有時會由于慣性、腳力失衡等因素導致機器人失穩(wěn)。

當前研究的六足機器人以美國的ATHLETE(全地形六足地外探測器)機器人和仿生蟹為代表。當在水平表面上時，ATHLETE機器人的車輪可加快行進速度；當遇到復雜的地形時，其靈活的6個爪子可以應(yīng)付各種地形。

2.4 跳躍式行走機構(gòu)

跳躍機器人可以越過數(shù)倍甚至數(shù)十倍自身尺寸的障礙物，具有極強的越障能力及爆發(fā)力但是較難控制，運動穩(wěn)定性較差。目前跳躍式機器人研究機構(gòu)較少，但已有一些研究成果。圣地亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)的斯普利特博士(Dr Barry Spletzer)設(shè)計的跳躍機器人,利用一個內(nèi)燃機推動活塞來跳躍。日本東京工業(yè)大學北川實驗室研究的小型跳躍機器人,該機器人主要是由兩個半球體和一個小氣缸組成,靠著球體滾動和氣缸跳躍。國內(nèi)東南大學日前研制出了一種新型具有彈跳功能的翻滾式機器人Tumbot（圖2.5）,利用齒輪組中的缺齒

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輪來瞬間釋放儲存的彈性勢能，并且可以利用翻轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)機器人的翻滾運動并可以翻越較小的障礙物，具有一定的平穩(wěn)性和抗沖擊性。

圖2.5 Tumbot

2.5 蠕動爬行式行走機構(gòu)

蠕動爬行式機器人主要以蛇形機器人為主。蛇形機器人具有極強的地形適應(yīng)能力，能夠適應(yīng)各種復雜地形，但是由于其控制較為復雜，目前尚處于研究階段。

2.6 復合式行走機構(gòu)

在某些工況下，無論是輪式、腿式還是履帶式都不能完全滿足人們在某一方面的需要，因此人們往往將上述的兩種或幾種機構(gòu)組合成復合式結(jié)構(gòu)。目前，復合式移動機器人主要有輪履式、輪腿式、輪履腿式等，通過將不同的行走方式加以結(jié)合，從而滿足機器人設(shè)計高性能的要求。復合式行走機構(gòu)具有出色的地形適應(yīng)能力、越障能力和穩(wěn)定的動態(tài)性能，除跳躍式復合式行走機構(gòu)尚處于實驗階段，其余復合式行走機構(gòu)的研究已經(jīng)較為成熟，目前已經(jīng)大量用于軍用機器人。

三、結(jié)語

行走機構(gòu)是移動機器人的重要組成部分，直接絕對了移動機器人的地形適應(yīng)能力和運動能力。隨著對移動機器人尤其是特種機器人性能的要求不斷提高，移動機器人行走機構(gòu)必將經(jīng)歷一段快速的發(fā)展時期，主要向著兩個方面發(fā)展。一是復合行走機構(gòu)的不斷改進和創(chuàng)新；一是新型行走機構(gòu)如全向輪、足式、蠕動爬行式以及跳躍式等行走機構(gòu)的進一步發(fā)展和完善。

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參考文獻

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