六軸機(jī)械手開(kāi)發(fā)

1、對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與大多數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程相同；首先要知道為什么要設(shè)計(jì)機(jī)器人？機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)哪些功能？活動(dòng)空間（有效工作范圍）有多大？了解基本的要求后，接下來(lái)的工作就好作了。首先是根據(jù)基本要求確定機(jī)器人的種類(lèi)，是行走的提升（舉升）機(jī)械臂、還是三軸的坐標(biāo)機(jī)器人、還是六軸的機(jī)器人等。選定了機(jī)器人的種類(lèi)也就確定了控制方式，也就有了在有限的空間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)的指導(dǎo)方向。接下來(lái)的要做的就是設(shè)計(jì)任務(wù)的確定。這是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，在實(shí)現(xiàn)這一復(fù)雜過(guò)程的第一步

2、是將設(shè)計(jì)要求明確的規(guī)定下來(lái)；第二步是按照設(shè)計(jì)要求制作機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)圖，分析簡(jiǎn)圖，制定動(dòng)作流程表（圖），初步確定傳動(dòng)功率、控制流程和方式；第三步是明確設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)步驟、攻克點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)、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(rèn)生產(chǎn)。下面我將以六軸工業(yè)機(jī)器人作為設(shè)計(jì)對(duì)象來(lái)闡明這一設(shè)計(jì)過(guò)程。在介紹機(jī)器人設(shè)計(jì)之前我先說(shuō)一下機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域可以說(shuō)是非常廣泛的，在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上的就有很多例

3、子，如垛碼機(jī)器人、包裝機(jī)器人、轉(zhuǎn)線(xiàn)機(jī)器人；在焊接方面也有很例子，如汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上的焊接機(jī)器人等等；現(xiàn)在機(jī)器人的發(fā)展是非常的迅速，機(jī)器人的應(yīng)用也在民用企業(yè)的各個(gè)行業(yè)得以延伸。機(jī)器人的設(shè)計(jì)人才需求也越來(lái)越大。六軸機(jī)器人的應(yīng)用范籌不同，設(shè)計(jì)形式也各不相同?，F(xiàn)在世界上生產(chǎn)機(jī)器人的公司也很多，結(jié)構(gòu)各有特色。在中國(guó)應(yīng)用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等國(guó)外進(jìn)口的機(jī)器人。即然機(jī)器人的應(yīng)用那么廣泛，在我國(guó)卻沒(méi)有知名的生產(chǎn)公司。對(duì)于

4、作為中國(guó)機(jī)械工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)值得思考的問(wèn)題！有關(guān)機(jī)器人技術(shù)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(jī)器的論術(shù)，可是卻沒(méi)有真正形成普及的東西。即然是要說(shuō)設(shè)計(jì)，那我就從頭一點(diǎn)一點(diǎn)的說(shuō)起。力求講的通俗簡(jiǎn)明一些，講得不對(duì)的地方還請(qǐng)各位指正！六軸機(jī)器人是多關(guān)節(jié)、多自由度的機(jī)器人，動(dòng)作多，變化靈活；是一種柔性技術(shù)較高的工業(yè)機(jī)器人，應(yīng)用面也最廣泛。那么怎樣去從頭開(kāi)始的設(shè)計(jì)它呢？工作范圍又怎樣去確定？動(dòng)作怎樣去編排呢？位姿怎樣

5、去控制呢？各部位的關(guān)節(jié)又是有怎么樣的要求呢？等等。。。。。。讓我們帶著眾多的疑問(wèn)慢慢的往下走吧！首先我們?cè)O(shè)定：機(jī)器人是六軸多自由度的機(jī)器人，手爪夾持二氧氣體保護(hù)焊標(biāo)準(zhǔn)焊槍?zhuān)煌瓿牲c(diǎn)焊、連續(xù)焊等不同要求的焊接部件，工藝要求、工藝路線(xiàn)變化快的自動(dòng)生線(xiàn)上。最大伸長(zhǎng)量：1700mm；轉(zhuǎn)動(dòng)270度；底座與地平線(xiàn)水平固定；全電機(jī)驅(qū)動(dòng)。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(jī)驅(qū)動(dòng)的，那么我們?cè)诳紤]方案的時(shí)候就不要去考慮液壓和

6、氣壓的各種結(jié)構(gòu)了，也就是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)只能用齒輪齒條、連桿機(jī)構(gòu)等機(jī)械機(jī)構(gòu)了。機(jī)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(gè)很復(fù)雜的東西在里面，那就是焊接工藝；即然焊藝定不下來(lái)，我們就給它區(qū)分一下，在常用焊接里有單點(diǎn)點(diǎn)焊、連續(xù)斷點(diǎn)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜的動(dòng)作就要有一套可行的控制方式才行；在機(jī)械沒(méi)有完全設(shè)計(jì)出來(lái)之前可以不

7、做太多的控制方案思考，有一個(gè)大概的輪廓概念就行了，待機(jī)械結(jié)構(gòu)做完，各方面的驅(qū)動(dòng)功率確定下來(lái)之后再做詳細(xì)的程序。焊槍是用常用的標(biāo)準(zhǔn)的焊槍?zhuān)簿褪钦f(shuō)焊槍是隨時(shí)可以更換下來(lái)的，也就要求我們要做到對(duì)焊槍的夾持部分進(jìn)行快速鎖定與松開(kāi)。由簡(jiǎn)圖知道，由于有多個(gè)關(guān)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(jī)構(gòu)都設(shè)計(jì)完成后才會(huì)知道想求的參數(shù)。由簡(jiǎn)圖看出，第二軸擔(dān)負(fù)著手臂的上下運(yùn)動(dòng)，而且手臂又比較長(zhǎng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中必然存在著慣性沖量，也就是說(shuō)，當(dāng)大

8、臂的運(yùn)動(dòng)速度很慢時(shí)，慣性就很??；如果速度加快，慣性就加大，這個(gè)慣性沖量是與速度有著線(xiàn)性關(guān)系；怎樣保持一定的速度，又不讓?xiě)T性隨著變化呢？大家都知道，增加阻尼，可有效消除這種關(guān)系。這樣，大家就可以理解簡(jiǎn)圖上兩個(gè)彈簧的用意了。即然是這樣，那我們就從手腕開(kāi)始設(shè)計(jì)。也說(shuō)是大家所說(shuō)的從上到下的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)手腕要考慮哪些問(wèn)題呢？可以知道的是有一把焊槍?zhuān)笜尩闹亓坎皇呛苤?，同時(shí)要有夾持焊槍的手爪。也就是說(shuō)手腕在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載是不大的，選擇驅(qū)動(dòng)功率不大的

9、元件就行了。要讓手腕在360度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，而且后面緊跟著又有一個(gè)上下擺動(dòng)的關(guān)節(jié)；手腕又是在機(jī)器人手臂的最前端，當(dāng)然總體質(zhì)量不能太重。用什么樣的機(jī)構(gòu)最好呢？下面我們考慮幾個(gè)方案：1如簡(jiǎn)圖所示，采用行星齒輪傳動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪，行星輪繞太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)齒輪經(jīng)行星輪減速與太陽(yáng)輪反向運(yùn)動(dòng)，電機(jī)與太陽(yáng)輪同軸安裝。2多級(jí)齒輪減速傳，電機(jī)安裝于手腕一側(cè)。3擺線(xiàn)針輪減速傳動(dòng)，電機(jī)與偏心軸同軸安裝。4蝸輪蝸桿減速傳動(dòng)，電機(jī)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(xiàn)反向錯(cuò)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(jié)構(gòu)就會(huì)很大，不利于機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)做精密定位。這樣我們?nèi)コ藘煞N方法，我們?cè)俦容^一下第1種和第3種方法；行星齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)復(fù)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(dòng)，齒輪材料也不能按常規(guī)齒輪選用材料，加工工藝相對(duì)常規(guī)齒輪

11、相復(fù)雜的多。擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)間隙小，可以自鎖。如果采用，手腕的尺寸不會(huì)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(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)。行星齒輪在傳動(dòng)的過(guò)程中有裝配間隙和機(jī)械磨損所造成的間隙；要消除這些機(jī)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(shè)計(jì)計(jì)算不能按常規(guī)行星齒輪的設(shè)計(jì)方法去計(jì)算。機(jī)器人的手腕是很靈活的關(guān)節(jié)，而且是要做正反兩個(gè)方向的回轉(zhuǎn)。怎么樣安裝電

12、機(jī)是一個(gè)問(wèn)題；行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與手腕俯仰關(guān)節(jié)連接是一個(gè)問(wèn)題。還有，手腕的運(yùn)動(dòng)速可能是非等速的；怎么樣去控制電機(jī)？又怎么樣去采集反饋信號(hào)？發(fā)出的控制信號(hào)到執(zhí)行單元的過(guò)程中有沒(méi)外部干擾？它來(lái)自哪里？再有，就是手腕在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的精度；手腕在空間做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，怎樣去實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)精度？影響運(yùn)動(dòng)精度的因素有哪些？在設(shè)計(jì)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(wèn)題得到解答后再真正開(kāi)始手腕的設(shè)計(jì)。下面給出伺服電機(jī)的的技術(shù)參數(shù)：型號(hào)：MSMD04ZS