六軸機械手開發(fā)

1、對于工業(yè)機器人的設計與大多數(shù)機械設計過程相同；首先要知道為什么要設計機器人？機器人能實現(xiàn)哪些功能？活動空間（有效工作范圍）有多大？了解基本的要求后，接下來的工作就好作了。首先是根據(jù)基本要求確定機器人的種類，是行走的提升（舉升）機械臂、還是三軸的坐標機器人、還是六軸的機器人等。選定了機器人的種類也就確定了控制方式，也就有了在有限的空間內(nèi)進行設計的指導方向。接下來的要做的就是設計任務的確定。這是一個相對復雜的過程，在實現(xiàn)這一復雜過程的第一步

2、是將設計要求明確的規(guī)定下來；第二步是按照設計要求制作機械傳動簡圖，分析簡圖，制定動作流程表（圖），初步確定傳動功率、控制流程和方式；第三步是明確設計內(nèi)容，設計步驟、攻克點、設計計算書、草圖繪制，材料、加工工藝、控制程序、電路圖繪制；第四步是綜合審核各方面的內(nèi)容，確認生產(chǎn)。下面我將以六軸工業(yè)機器人作為設計對象來闡明這一設計過程。在介紹機器人設計之前我先說一下機器人的應用領域。機器人的應用領域可以說是非常廣泛的，在自動化生產(chǎn)線上的就有很多例

3、子，如垛碼機器人、包裝機器人、轉線機器人；在焊接方面也有很例子，如汽車生產(chǎn)線上的焊接機器人等等；現(xiàn)在機器人的發(fā)展是非常的迅速，機器人的應用也在民用企業(yè)的各個行業(yè)得以延伸。機器人的設計人才需求也越來越大。六軸機器人的應用范籌不同，設計形式也各不相同。現(xiàn)在世界上生產(chǎn)機器人的公司也很多，結構各有特色。在中國應用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等國外進口的機器人。即然機器人的應用那么廣泛，在我國卻沒有知名的生產(chǎn)公司。對于

4、作為中國機械工程技術人員來說是一個值得思考的問題！有關機器人技術方面探討太少了？從業(yè)人員還不能成群體？雖然在很多地方可以看到機器的論術，可是卻沒有真正形成普及的東西。即然是要說設計，那我就從頭一點一點的說起。力求講的通俗簡明一些，講得不對的地方還請各位指正！六軸機器人是多關節(jié)、多自由度的機器人，動作多，變化靈活；是一種柔性技術較高的工業(yè)機器人，應用面也最廣泛。那么怎樣去從頭開始的設計它呢？工作范圍又怎樣去確定？動作怎樣去編排呢？位姿怎樣

5、去控制呢？各部位的關節(jié)又是有怎么樣的要求呢？等等。。。。。。讓我們帶著眾多的疑問慢慢的往下走吧！首先我們設定：機器人是六軸多自由度的機器人，手爪夾持二氧氣體保護焊標準焊槍；完成點焊、連續(xù)焊等不同要求的焊接部件，工藝要求、工藝路線變化快的自動生線上。最大伸長量：1700mm；轉動270度；底座與地平線水平固定；全電機驅動。好了，有了這樣的基本要求我們就可以做初步的方案的思考了。首先是全電機驅動的，那么我們在考慮方案的時候就不要去考慮液壓和

6、氣壓的各種結構了，也就是傳動機構只能用齒輪齒條、連桿機構等機械機構了。機器人是用于焊接方面的，那么我們就去考察有人工行為下的各種焊接手法和方法。這里就有一個很復雜的東西在里面，那就是焊接工藝；即然焊藝定不下來，我們就給它區(qū)分一下，在常用焊接里有單點點焊、連續(xù)斷點點焊、連續(xù)平縫焊接、填角焊接、立縫焊接、仰焊、環(huán)縫焊等等。。。。。。搞清了各種焊方法，也就明白了要實現(xiàn)這些復雜的動作就要有一套可行的控制方式才行；在機械沒有完全設計出來之前可以不

7、做太多的控制方案思考，有一個大概的輪廓概念就行了，待機械結構做完，各方面的驅動功率確定下來之后再做詳細的程序。焊槍是用常用的標準的焊槍，也就是說焊槍是隨時可以更換下來的，也就要求我們要做到對焊槍的夾持部分進行快速鎖定與松開。由簡圖知道，由于有多個關節(jié)連接，要知道截面形狀和慣量不太容易，只有把所有的機構都設計完成后才會知道想求的參數(shù)。由簡圖看出，第二軸擔負著手臂的上下運動，而且手臂又比較長，在運動的過程中必然存在著慣性沖量，也就是說，當大

8、臂的運動速度很慢時，慣性就很??；如果速度加快，慣性就加大，這個慣性沖量是與速度有著線性關系；怎樣保持一定的速度，又不讓慣性隨著變化呢？大家都知道，增加阻尼，可有效消除這種關系。這樣，大家就可以理解簡圖上兩個彈簧的用意了。即然是這樣，那我們就從手腕開始設計。也說是大家所說的從上到下的設計方法。設計手腕要考慮哪些問題呢？可以知道的是有一把焊槍，焊槍的重量不是很重，同時要有夾持焊槍的手爪。也就是說手腕在轉動時的負載是不大的，選擇驅動功率不大的

9、元件就行了。要讓手腕在360度范圍內(nèi)轉動，而且后面緊跟著又有一個上下擺動的關節(jié)；手腕又是在機器人手臂的最前端，當然總體質量不能太重。用什么樣的機構最好呢？下面我們考慮幾個方案：1如簡圖所示，采用行星齒輪傳動。電機驅動太陽輪，行星輪繞太陽輪轉動，內(nèi)齒輪經(jīng)行星輪減速與太陽輪反向運動，電機與太陽輪同軸安裝。2多級齒輪減速傳，電機安裝于手腕一側。3擺線針輪減速傳動，電機與偏心軸同軸安裝。4蝸輪蝸桿減速傳動，電機有兩種安裝方式；一種與輸出軸成90

10、度安裝，另一種與輸出軸同軸線反向錯位安裝。如上所述，還有很多種方式方法，到底選哪一種最好呢？這樣我們就要做比較了。從上面的方案里看，第2種方法是不行的；第4種方法如果采用，手腕的結構就會很大，不利于機器人在運動時做精密定位。這樣我們?nèi)コ藘煞N方法，我們再比較一下第1種和第3種方法；行星齒輪傳動，傳動比大，結構復雜，齒輪副配合有間隙，不能自鎖。如果采用就得提高齒輪精度，由于是精密傳動，齒輪材料也不能按常規(guī)齒輪選用材料，加工工藝相對常規(guī)齒輪

11、相復雜的多。擺線針輪傳動，傳動比大，結構復雜，傳動間隙小，可以自鎖。如果采用，手腕的尺寸不會太小，并且零件加工困難，精度不易保證。比較各方面后，決定采用行星齒輪傳動機械結構。行星齒輪在傳動的過程中有裝配間隙和機械磨損所造成的間隙；要消除這些機械間隙首先就要讓齒輪副的配合間隙要小，齒輪材料經(jīng)熱處理后表面要耐磨，因此行星齒輪副的設計計算不能按常規(guī)行星齒輪的設計方法去計算。機器人的手腕是很靈活的關節(jié)，而且是要做正反兩個方向的回轉。怎么樣安裝電

12、機是一個問題；行星齒輪傳動機構與手腕俯仰關節(jié)連接是一個問題。還有，手腕的運動速可能是非等速的；怎么樣去控制電機？又怎么樣去采集反饋信號？發(fā)出的控制信號到執(zhí)行單元的過程中有沒外部干擾？它來自哪里？再有，就是手腕在運動過程中的精度；手腕在空間做相對運動，怎樣去實現(xiàn)運動精度？影響運動精度的因素有哪些？在設計手腕這前一定要搞清楚影響手腕的各方面的因素及內(nèi)容，問題得到解答后再真正開始手腕的設計。下面給出伺服電機的的技術參數(shù)：型號：MSMD04ZS