3759 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

3759 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì),移動(dòng),挪動(dòng),機(jī)器人,轉(zhuǎn)臺(tái),設(shè)計(jì) 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名： 王風(fēng)學(xué) 號(hào)：0601510150專(zhuān) 業(yè) ： 機(jī)械工程及自動(dòng)化設(shè)計(jì) (論文 )題目 ： 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師 : 周建平2010 年 4 月 4 日開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求1．開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專(zhuān)業(yè)審查后生效；2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)；3． “文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫(xiě)（或打?。┰诒鹃_(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15 篇科技論文的信息量，一般一本參考書(shū)最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)） ；4．有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo) GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。如“2010 年 3 月 15 日”或“2010-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述摘要 機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體） 、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備 [1]。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。它大都用于簡(jiǎn)單、重復(fù)、繁重的工作，如上、下料，搬運(yùn)等，以及工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)所，如噴漆、焊接、清砂和清理核廢料等[2]。它使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的變化,使人類(lèi)的生產(chǎn)方式從手工作業(yè)、自動(dòng)化跨入了智能化的時(shí)代。關(guān)鍵詞 移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人 旋轉(zhuǎn)臺(tái) 驅(qū)動(dòng)方式 1 移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)自從 20 世紀(jì) 60 年代初人類(lèi)創(chuàng)造了第一臺(tái)機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，在短短 40 多年的時(shí)間中，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中 [3]。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等小型機(jī)器人都已被大量采用 [4] ,在眾多制造業(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人最廣泛的領(lǐng)域是汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造業(yè) [5]。就國(guó)際上而言，現(xiàn)在機(jī)器人的應(yīng)用主要有兩種方式，一種是機(jī)器人工作單元，另一種是帶機(jī)器人的生產(chǎn)線，并且后者在國(guó)外已經(jīng)成為機(jī)器人應(yīng)用的主要方式。 目前小型機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化（例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。） ；控制技術(shù)的開(kāi)放化、PC 化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面 [6] [7]。在國(guó)內(nèi)機(jī)器人技術(shù)也有了很大發(fā)展，在機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析與綜合研究，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制算法及機(jī)器人編程語(yǔ)言的研究，機(jī)器人內(nèi)外部傳感器的研究與開(kāi)發(fā)具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術(shù)、遙控機(jī)器人的控制技術(shù)等均取得長(zhǎng)足進(jìn)展，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用 [8]。2 小型移動(dòng)機(jī)器人的構(gòu)成小型移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，但歸納起來(lái)看，機(jī)器人基本上是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三部分組成 [9]。這三部分之間及其與檢測(cè)系統(tǒng)、工作對(duì)象之間的相互關(guān)系可以用下圖來(lái)表示行程速度檢測(cè)控制系統(tǒng)其它傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 工作對(duì)象圖1 機(jī)器人各組成部分關(guān)系圖2．1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也叫操作機(jī)，由一系列連桿或其它形式的運(yùn)動(dòng)副所組成，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，它包括帶輪履帶、車(chē)身、運(yùn)動(dòng)臂、腕關(guān)節(jié)和手部等部件。有時(shí)也可裝備偵察設(shè)備等。圖2 機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）帶輪履帶是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，整個(gè)裝置的行走機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。行走機(jī)構(gòu)多用滾輪式或履帶式，行走方式分為有軌和無(wú)軌兩種。有時(shí)為了能使機(jī)器人完成較高攀爬的操作，可以增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)，進(jìn)行爬行作業(yè)。（2）旋轉(zhuǎn)臺(tái)是外接裝置的承載平臺(tái)，要保證與行走、擺動(dòng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行可靠地連接，所以必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度?；剞D(zhuǎn)功能是指小型機(jī)器人的工作裝置在車(chē)體上進(jìn)行± 90 度的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。小型機(jī)器人在行走裝置的車(chē)體上與工作裝置之間采用了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由電機(jī)減速器、回轉(zhuǎn)軸、渦輪、蝸桿共同組成，其摩擦系數(shù)微乎其微，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)靈活，即使很小的位移也能控制，克服了無(wú)回轉(zhuǎn)功能的不足，且承載平臺(tái)還需實(shí)現(xiàn)自鎖功能，滿足實(shí)際工作的要求。圖3 轉(zhuǎn)臺(tái)及手臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（3）手臂是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要運(yùn)動(dòng)部件，它用來(lái)支承腕關(guān)節(jié)和手部，并使它們?cè)诠ぷ骺臻g內(nèi)運(yùn)動(dòng)。手臂的運(yùn)動(dòng)及機(jī)構(gòu)與機(jī)器人所采用的坐標(biāo)系直接相關(guān)。手臂的運(yùn)動(dòng)可歸結(jié)為直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)多通過(guò)油（氣）缸驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)齒輪。齒條、滾珠絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。（4）腕關(guān)節(jié)是連接手臂和手部的部件，用于調(diào)整手部的方向、姿態(tài)。腕關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)大體上可以分為彎曲式和轉(zhuǎn)動(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)。為了使機(jī)器人有較好的動(dòng)力學(xué)特性，一般將作動(dòng)器裝在立柱或者靠近立柱的其它部件上，通過(guò)鏈條、齒形帶或者連桿，將作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)傳遞到腕關(guān)節(jié)。（5）手部裝置一般指夾持裝置，主要用來(lái)按操作順序和位置傳送工作。根據(jù)工作原理的不同，夾持裝置可分為機(jī)械夾緊式、真空抽吸式、氣（液）壓張緊式和磁力式四種。2．2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是指驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，根據(jù)動(dòng)力源的不同，可分為電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)三種 [10] [11]。根據(jù)需要也可以由這三種類(lèi)型組成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（1）液壓技術(shù)具有動(dòng)力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，適用于承載能力大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。（2）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)，適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中。由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全可靠! 可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、 多塵埃、 強(qiáng)磁、 輻射等惡劣環(huán)境下工作，而氣動(dòng)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、 易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。但難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械手中。如在上、下料和沖壓機(jī)械手中應(yīng)用較多。（3）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交直流電機(jī)和配套的伺服驅(qū)動(dòng)器。2．3 控制系統(tǒng)小型機(jī)器人的控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制小型機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及運(yùn)動(dòng)的時(shí)間等項(xiàng)目 [12]。控制系統(tǒng)的典型部件有傳感器、控制系統(tǒng)的硬件和軟件等。其控制方式有點(diǎn)位式、軌跡式、力（力矩）控制方式和智能控制方式四種 [13]。（1）點(diǎn)位式能準(zhǔn)確的控制末端執(zhí)行器的工作位置，而路徑無(wú)關(guān)緊要，比較簡(jiǎn)單。（2）軌跡式能讓機(jī)器人末端執(zhí)行器按照示教的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)。（3）力（力矩）控制方式除了準(zhǔn)確定位之外，還能控制力或力矩進(jìn)行工作。其中應(yīng)用比較廣泛的是 PLC 系統(tǒng)，可編程序控制器(PLC)已在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。它是以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的自動(dòng)控制裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn);氣動(dòng)技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，并且已廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)部門(mén)，在機(jī)械產(chǎn)品自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化及企業(yè)技術(shù)改造方面占有重要的地位 [14] [15]。3 研究方案1．根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo),首先對(duì)移動(dòng)載體和搭載平臺(tái)進(jìn)行了構(gòu)型分析,然后對(duì)各零部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。2. 從總體尺寸、系統(tǒng)自重等方面考慮，選擇出合適的電機(jī)、減速器等部件，因轉(zhuǎn)臺(tái)還需搭載運(yùn)動(dòng)臂等外部，故還需考略轉(zhuǎn)臺(tái)因有一定的承載能力。對(duì)搭載平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)力和強(qiáng)度校核,在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,對(duì)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,完成了輕量化設(shè)計(jì)。3. 轉(zhuǎn)臺(tái)要有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個(gè)自由度（轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍:360°俯仰平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍 25°），可參考塔吊的運(yùn)動(dòng)原理，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)可以考慮使用推力球軸承，為使其達(dá)到自鎖的目的，可使用蝸輪蝸桿裝置。4 總結(jié)綜上所述，小型機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)的主要部分就在于選擇合適的機(jī)構(gòu)。根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇出合適的運(yùn)動(dòng)和自鎖部件并對(duì)各部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。目前小型機(jī)器人的發(fā)展十分迅速，在各行業(yè)中起著重要作用，而我國(guó)對(duì)在各種危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)的小型機(jī)器人要求十分迫切。參 考 文 獻(xiàn)[1] 減速機(jī)信息網(wǎng). 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[EB/OL].http://www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006.[2] 熊有倫. 機(jī)器人技術(shù)技術(shù)[M]. 武漢： 華中理工大學(xué)大學(xué)出版社，1996.[3] Krisztinicz I .positioning problems of industrial robots[M].New York :Microsoft Press,1997.165～286. 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