壁面爬行机械手结构设计【CAD图纸和文档终稿可编辑】
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毕业设计(论文)中期报告题目:壁面爬行机械手结构设计 系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2013年3月20日1 设计(论文)进展状况1.1 查阅了机械专业相关的基础课程和工业机器人等相关参考文献,并且完成一篇于本设计课题相关的外文翻译。1.2 通过分析机械手工作原理完成本机械手各部分机构的选择和设计。1.2.1 坐标型式关节型机器人依结构复杂程度分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、球坐标型机器人和关节型机器人。(1) 直角坐标型机器人直角坐标型机器人是最简单的关节型机器人,其通过互相垂直的轴线位移来改变手部的空间位置。手部在空间三个相互垂直的方向X、Y、Z上作直线运动,运动是独立的,如图2.2a)所示。它易于实现高定位精度,控制简单,运动直观性强,空间轨迹易于求解,但操作灵活性差,运动的速度较低,操作范围较小。(2) 圆柱坐标型机器人圆柱坐标型机器人在水平转台上装有立柱,水平臂可沿立柱上下运动并可在水平方向伸缩,如图2.2b)所示。其结构简单,便于几何计算,工作范围较大,运动速度较高,但随着水平臂沿着水平方向伸长,其线位移分辨精度越来越低。(3)球坐标型机器人球坐标型机器人的工作臂不仅可绕垂直轴旋转,还可绕水平轴作俯仰运动,且能沿着手臂轴线作伸缩运动,如图2.2c)所示。其操作灵活,结构紧凑,并能扩大机器人的工作空间,但旋转关节反映在末端执行器上的线位移分辨率是一个变量。(4)关节坐标型机器人关节坐标型机器人主要有立柱、前臂和后臂组成。如图2.2d)所示。其全部关节皆为转动型关节,结构紧凑,操作灵活性最好,运动速度较高,操作范围大,所占空间体积小,相对的工作空间最大,还能绕过基座周围的一些障碍,是机器人中使用最多的一种结构形式,但精度受手臂位姿的影响,实现高精度运动较困难。此爬行机器人要求结构简单,动作灵活,实现高定位精度,运动直观性强,空间轨迹易于求解,且运动的速度较低,操作范围较小,因而选用直角坐标型机器人。图1.1关节型机器人坐标型式a)直角坐标型机器人 b)圆柱坐标型机器人 c)球坐标型机器人 d)关节型机器人鉴于以上的分析和本机器人的特点,本机构采用第二种方式,即极坐标式。2. 驱动形式的选择驱动部分是机器人系统的重要组成部分,机器人常用的驱动形式主要有液压驱动、气压驱动、电气驱动三种基本类型。2.1 气压驱动在所有的驱动方式中,气压驱动是最简单的。使用压力通常在0.4一0.6Mpa,最高可达1Mpa。用气压伺服实现高精度是困难的,但在满足精度的场合下,气压驱动在所有的机器人驱动形式中是质量最轻、成本最低的。气压驱动主要优点是气源方便,驱动系统具有缓冲作用,结构简单,成本低,可以在高温、粉尘等恶劣的环境中工作。其缺点是:功率质量比小,装置体积大,同时由于空气的可压缩性使得机器人在任意定位时,位姿精度不高。2.2 液压驱动液压驱动是以高压油作为介质,体积较气压驱动小,功率质量比大,驱动平稳,且系统的固有效率高,快速性好,同时液压驱动调速比较简单,能在很大范围实现无级调速。但由于压力高,总是存在漏油的危险,这不仅影响工作稳定性和定位精度,而且污染环境,所以需要良好的维护,以保证其可靠性。液压驱动比电动机的优越性就是它本身的安全性,由于电动机存在着电弧和引爆的可能性,要求在易爆区域中所带电压不超过9V,但液压系统不存在电弧问题。2.3 电气驱动电气驱动是利用各种电机产生的力或转矩,直接或经过减速机构去驱动负载,减少了由电能变为压力能的中间环节,直接获得要求的机器人运动。电气驱动是目前机器人使用得最多的一种驱动方式。其特点是易于控制,运动精度高,响应快,使用方便,驱动力较大,信号监测、传递、处理方便,成本低廉,驱动效率高,不污染环境,可以采用多种灵活的控制方案。由于本课题所研究的爬行机器人驱动负载小,要求结构简单、定位精度高,所以选用了电气驱动方式。2.4 驱动电机的选择电动机有直流伺服电动机、交流伺服电动机和步进电动机三类。常用的交流电动机有三相异步电动机(或感应电动机)和同步电动机。步进电机一般作为开环伺服系统的执行机构,有时也用于闭环伺服系统,它是一种将脉冲电信号转换为角位移或直线位移的一种DA转2换装置。按输出位移的不同,步进电机可分为回转式步进电机和直线式步进电机。机器人中一般采用回转式步进电机。如果把步进电机装在机器人回转关节轴上,则接受一个电脉冲,步进电机就带动机器人的关节周转过一个相应的角度。步进电机连续不断地接收脉冲,则关节轴连续不断的转动。步进电机转过的角度与接收脉冲数成正比。根据本系统的工作特点,我选用了步进电机。其性能优越性如下: (1) 输出角度精度高,无积累误差,惯性小。 (2) 输入和输出呈严格的线性关系。步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。 (3) 容易实现位置、速度控制,起、停及正、反转控制方便。 (4) 输出信号为数字信号,可以与计算机直接接口。 (5) 结构简单,使用方便,可靠性好,寿命长。由于该爬行机器人所选用的电机为步进电机,基于步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,因而能带动四个凸轮间歇地完成夹持器对壁面的夹紧与放松;实现爬行机器人在爬行过程中互为机架直线上行的爬行过程。另外两个直流电机直接作用在曲柄上,实现对曲柄的驱动。 表2.1 步进电机的参数额定功率 0.75KW 外形尺寸(mm)直径25mm额定电压 380V 高 30mm额定电流 1.81A 最大额定转矩 2.2 重量(kg) 0.5 Y小型(IP44)三相异步电动机(H80315mm) 该系列电动机是封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,是全国统一设计的更新换代产品。该系列电动机具有高效、节能、启动转矩高、噪音低、振动小、运动安全可靠等特点。 在电机的前端用齿轮减速器减速,由于电机的额定转速为600r|min,所以选择传动比为1:4的齿轮。2.5 气缸的选择 夹持器上选用气缸作为动力源带动其夹紧与松开。气缸选用CG1型标准气缸,选择缸径为40mm,行程为100mm的气缸。本课题研究的爬行机器人的技术参数如表1: 表1机器人技术参数 表2.2爬行机器人的技术参数 机构形式 空间多关节式自由度数 4个单行程 200mm驱动方式 步进电机驱动电源 直流电源控制方式 单片机控制 3 爬行机器人机构设计3.1 机构设计 爬行机器人的机构设计是机器人的支撑基础和执行机构。该机器人模仿虫蠕动的形式在壁面上爬行。其爬行运用简单的曲柄滑块机构。其中两个电机分别与曲柄通过联轴器连接,驱动整个装置运动;另外四个气缸与夹持器相连,驱动夹持器的运动,实现对壁面的夹紧与松开;曲柄与连杆铰接,连杆和曲柄的另一端与滑块(机座)相连;在机座的两边分别通过气缸带动一对夹持器,夹持器上装有压力传感器,通过气缸的开会伸缩变化和夹持器上传感器的控制实现对壁面的夹紧与放松,实现由机架与曲柄之间的相互转变,它们是实现上爬的关键结构。当整个机构有向下运动的趋势时,在曲柄、滑块和连杆之间形成可靠的自锁,阻止构件向下运动,使其运动的方向始终向上。 状态1 状态2 状态3 状态4 状态5图3.1执行系统的运动简图如图3.1所示,当装置处于状态1时,属于临界状态,即爬行机器人开始上爬,上、下四个气缸处于伸缩状态换时刻。此刻,上气缸轴将由收缩向延伸运动,也就是由上端松弛变为上端压紧; 而此时,上端卡爪上的感应器就会将信号传出,在单片机的控制下,下端气缸上的轴有延伸向收缩运动,及下端夹持器由夹紧向松开运动,下端将放松。由于电机在不停的转动,它将带动下滑块沿着壁面向上运动。当电机转过180度时,整个装置运动到状态2。在状态3时,气缸带动轴由收缩向延伸运动,下端将壁面压紧,此时,下端卡爪上的感应器将信号传出,单片机将控制上端气缸的轴由延伸向收缩运动,是夹持器松开及将使壁面松开,此时,电机的不断转动又会推动上滑块沿着壁面向上运动,这样在电机转过了180度后,又会返回到状态1。如此反复的运动通过单片机控制可以实现整个装置的向上运动。如果让电机反转,整个装置将在任意的位置按照与向上运动相同的道理沿着壁面向下运动。通过电机的正反转动,实现装置的向上与向下爬行两个动作。3.2 机构简介本爬行机器人的主要构成部件是由两个形状相似的方形架内嵌有一对夹持器,螺栓、压力传感器、连杆、曲柄、固定支架、联轴器、轴承、电机、气缸等零部件构成。方形架是主要的支撑件,在爬行机器人的爬行性过程中起到机座或滑块的作用;夹持器用来夹紧壁面,实现其上爬运动;气缸是用来实现活动夹持器的夹紧与放松,其运动机构简图见图3.2: 图3.2 壁面爬行机器人机构运动简图 图3.2 运动结构简图气缸用来控制机器人末端的夹持器的运动状态。通过气缸带动轴的伸缩使夹持器来回的运动,实现本机器人的末端执行装置姿态的变化,在传感器和单片机的控制下使夹持器完成对壁面的夹紧与放松。根据图2.3(a)执行机构运动简图所描述运动的状态可知,上端气缸轴到最大行程,夹持器实现对壁面的夹紧,上端执行装置起到机架作用,下端执行装置充当滑块,在电机的驱动下完成单行程爬行过程。根据夹持器上压力传感器发出的信号决定气缸伸缩的长度,当壁面的直径大小发生变化时,凸轮根据夹持器上压力传感器发出的信号决定气缸停止运动的位置,以解决壁面直径变化的问题。上、下夹持器工作时,由于受到各自气缸的驱动和单片机的控制作用,当壁面的直径大小发生变化时,根据夹持器上压力传感器发出的信号决定各自调整转过的角度,来协调和解决爬行机器人行进过程中变直径问题。夹持器上压力的变化,决定气缸活动轴执行位置的变化;根据传感器发出的信号3.3 功能原理设计对该爬行机器人,设计出两套具体方案,分别是:由曲柄滑块机构带动和由气压元件直接驱动。以下对两种方案进行原理分析:就曲柄滑块机构而言,它通过增加铰链四杆机构中摇杆的长度至无穷大而演变过来的。该机构实际上是由一曲柄一端铰接在机架上,另一端铰接一连杆,连杆的另一端联结一滑块,在曲柄为主动件运动时带动连杆,连杆又带动滑块,使其在平面某一范围内做往复直线运动。图3.3曲柄滑块机构简图 其次是气动的原理。该运动原理与上述的曲柄滑块机构相比,在保留两滑块作为自锁装置的前提下,省略了联结两滑块的传动装置,转而用两个汽缸直接驱动两个滑块的上下移动。这样的设计更直接也更简洁。3.4 运动方案的确定基于曲柄滑块机构能够实现直线运动的启示,在曲柄与连杆的两端分别铰接上两个滑块(即作为自锁套),使两个滑块分别作为机架交替上升,从而实现爬行动作。其中下滑块与曲柄相连,相应的连杆接上滑块。当机构具有向下运动的趋势时,下自锁套因受到自锁机构的限制而固定不动,把其受到的向下的力转化为反作用力,推动机构向上运动。在联接中,把电机与曲柄固接作为驱动装置,连杆作为传动件,两滑块作为自锁装置。自锁套的自锁是通过凸轮转动方式实现,当凸轮转至小半径时夹持器放松,当转至大半径时夹持器夹紧。上下滑块交替进行,从而使爬行机器人实现上爬和自锁。在气动方面,由于没有联结用的传动机构,因而直接由气动元件带动两自锁套向上移动。在此方案中选用两个汽缸作为主要的气动元件,利用作用力与反作用力的原理,由其带动上下两个自锁套分别自锁,达到机器人爬行的最终目的。以上设计的爬行过程都是在理想的情况下,很多实际因素都没有考进去:如摩擦力的大小(即机械手臂与壁面接触面的摩擦系数),在曲柄通过上下两滑块极限位置时,自锁套内凸轮转动内部的运动关系,自锁套所要进行的向下运动的位移,以及上、下自锁套、曲柄和连杆的质量,还有电机的功率、转动速度及连接方式等等。针对以上两种方案,进行机构对比分析。就采用汽缸驱动而言,它形式简单、结构简便,从机械设计角度出发,满足设计经济性和可靠性的要求:它由驱动机构直接带动两个自锁滑块,避免了两者间的连接机构,精简了构件之间的连接。此外,该机构具有环保等特点,它利用空气作为动力源,无污染、运动时无噪音,而且运行速度快,可以在短时间内使机器人爬到壁面的预定位置,它还能够随身携带气包作为动力源,可以做到无线操作。就采用曲柄滑块结构而言,它属于平面连杆机构,具有结构简单、制造方便、运动副为低副,能承受较大载荷;但平衡困难,不易用于高速。由于设计的机构是由电机经减速直接驱动的,和利用气动原理相比它多了一套传动和连接机构,但该机构运用的原理简单,设计合理。通过以上分析,在本次设计中选取“曲柄滑块机构”作为该爬行机器人的最终运动方案。3.5 执行机构材料的选择选择机器人本体材料应从机器人的性能要求出发,满足机器人的设计和制作要求。机器人本体用来支撑、连接、固定机器人的各部分,当然也包括机器人的运动部分,这一点与一般机械结构的特性相同。机器人本体所用的材料也是结构材料。但另一方面,机器人本体又不单是固定构件,比如,机器人臂是运动的,机器人整体也是运动的,所以,机器人运动部分的材料质量应轻。精密机器人对于机器人的刚度有一定的要求,即对材料的刚度有要求。从材料角度看,其本质就是材料内部的能量损耗和刚度问题,它与材料的抗振性紧密相关。总之,正确选用结构件材料不仅可降低机器人的成本价格,更重要的是可适应机器人的高速化、高载荷及高精度化,满足其静力学及动力学特性要求。随着材料工业的发展,新材料的出现给机器人的发展提供了广阔的空间。3.5.1 材料选择的基本要求 与一般的机械设备相比,机器人结构的动力学特性十分重要,这是材料选择的出发点。材料选择的基本不要求是: (1) 强度高。高强度材料不仅能满足机器人的强度条件,而且有望减少臂杆的截面尺寸,减轻重量。 (2) 弹性模量大。有材料力学的知识可知,构件刚度(或变形量)与材料的弹性模量E、G有关。弹性模量越大,变形量越小,刚度越大。不同材料弹性模量的差异比较大,而同一种材料的改性对弹性模量却没有太多改变。比如,普通结构钢的强度极限为420Mpa,高合金结构钢的强度极限为20002300Mpa,但是二者的弹性模量E却没有多大变化,均为2.110Mpa。因此,还应寻找其他提高构件刚度的途径。 (3) 重量轻。机器人构件中产生的变形很大程度上是由惯性力引起的,与构件的质量有关。也就是说,为了提高构建刚度薛涌弹性模量E大而密度也大的材料是不合理的。因此,提出了选用高弹性模量、低密度材料的要求。 (4) 阻尼大。选择机器人的材料时不仅要求刚度大,重量轻,而且希望材料的阻尼尽可能大。机器人臂经过运动后,要求能平稳的停下来。可是在终止运动的瞬间构件会产生惯性力和惯性力矩,构件自身又具有弹性,因而会产生残余振动。从提高定位精度和传动平稳性来考虑,希望能采用大阻尼材料或采取增加构件阻尼的措施来吸收能量。(5) 材料的经济性。材料价格是机器人成本价格的重要组成部分。有些新材料如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等用来作为机器人手臂的材料是很理想的,但价格昂贵。3.5.2 机器人常用材料 (1) 碳素结构钢和合金结构钢这类材料强度好,特别是合金结构钢,其强度增加了45倍,弹性模量E大,抗变形能力强,是应用最广泛的材料。 (2) 铝、铝合金及其他轻合金材料这类材料的共同特点是重量轻,弹性模量E并不大,但是材料密度小,故E/之比仍与钢材相比。有些稀贵铝合金的品质得到了更明显的改善,例如添加3.2%(重量百分比)锂的铝合金,弹性模量增加了14%,E/比增加了16%。 (3) 纤维增强合金这类合金如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等,其E/比分别达到11.410m/s和8.910m/s。这种纤维增强金属材料具有非常高的E/比,而且没有无机复合材料的缺点,但价格昂贵。 (4) 陶瓷陶瓷材料具有良好的品质,但是脆性大,不易加工成具有长孔的连杆,与金属零件连接的接合部需特殊设计。然而,日本已经试制了在小型高精度机器人上使用的陶瓷机器人臂样品。 (5) 纤维增强复合材料这类材料具有极好的E/比,但存在老化、蠕化、高温热膨胀以及与金属件连接困难等问题。这类材料不但重量轻,刚度大,而且还具有十分突出的大阻尼的优点。传统金属材料不可能具有这么大的阻尼,所以在高速机器人上应用复合材料的实例越来越多。叠层复合材料的制造工艺还允许用户进行优化,改进叠层厚度、纤维倾斜角、最佳横断面尺寸等,使其具有最大的阻尼值。 (6) 粘弹性大阻尼材料增大机器人连杆件的阻尼式改善机器人动态特性的有效方法。目前有许多方法用来增加结构件材料的阻尼,其中最适合机器人采用的一种方法是用粘弹性大阻尼材料对原构件进行约束层阻尼处理。吉林工业大学和西安交通大学进行了粘弹性大阻尼材料在柔性机械臂振动控制中应用的实验,结果表明,机械臂的重复定位精度在阻尼处理前为0.30mm,处理后为0.16mm;残余振动时间在阻尼处理前后分别为0.9s和0.5s.针对上述的实际情况,综合各方面的因素,设计此爬行机器人各构件的尺 寸及制造材料,见表3.1 表3.3爬行机器人的各构件的尺寸及制造材料机构名称 所选材料 选用理由 价格便宜、材料轻便、成型后具有实效强化铝合金 型曲 柄 价格便宜、材料轻便、成型后具有实效强化滑 块 铝合金 型自锁装置 能够实现间歇运动,并能实现自锁3.6 位移和速度分析在设定曲柄与连杆的长度后,机构运动过程中各构件的上升位移就能计算出来。当曲柄逆时针由最底端转至最顶端时,下滑块上升的位移为2倍曲柄的长度,即200mm。同样,曲柄逆时针由最顶端转动到底端时,上滑块也走过200mm(自锁套在自锁时的下滑距离不计)。当然,这样的机构设计仍存在一定的问题。首先,自锁套的形状无法适应此机构爬各种直径大小的壁面,壁面的直径只有在小于夹持器活动的范围内变化,这样爬行机器人的应用就有了一定得局限性。另一方面,在设计过程中由于将爬行的工作过程过多理想化,因而导致理论分析与实际工况之间出现差距的较大。3.7 执行机构运动简图爬行机器人执行机构采用简单的曲柄滑块机构来实现机器人的爬行。机构运动简图如图3.4所示。上自锁套自锁,下滑向上爬行。块向上爬行。下自锁套自锁,上滑块向上爬行。 图3.4执行机构运动简图机构自由度为:n=3 p=4 p=0F=3n-(2p+p)=33-(24-0)=1如图2.5所示,曲柄滑块机构的滑块行程 BB为曲柄半径r的两倍,两端点B和B称为滑块的极限位置,它是以O为中心而分别以长度r-r和r+r为半径作圆弧求得的。该爬行机器人,由于运用了自锁原理,故当曲柄转到与杆成一直线时,运动的滑块就将相应地换一次,若电机为逆时针转动(即曲柄为逆时针): a)当AB时,下滑块向上滑动位移是2 r,即等于曲柄长度的2倍为200mm,(S=2 r= 2100=200mm)b)当BA时,上滑块向上滑动的位移也是2 r,即S=2r= 2100=200mm这样:当电机转过一周时上下两滑块相互配合地走过S= S+S=2200=400mm4 后期工作安排 第9周-第10周:完成计算剩余的内容完成。 第11周-第12周:完成装配图。第13周-第14周:完成毕业论文,写说明书。 第15周:准备答辩。 指导教师签字: 年 月 日毕业设计(论文)外文资料翻译系 别: 机电信息系 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 姓 名: 学 号: 外文出处: Manufacturing Engineering and Technology-Machining 附 件: 1. 原文; 2. 译文 2013年03月外文原文Robot manipulatorsThe industrial Robot manipulator is used in the manufacturing environment to increase productivity . It can be used to do routine and tedious assembly line jobs , or it can perform jobs that might be hazardous to do routine and tedious assembly line jobs , or it can perform jobs that might be hazardous to the human worker . For example , one of the first industrial Robot manipulators was used to replace the nuclear fuel rods in nuclear power plants . A human doing this job might be exposed to harmful amounts of radiation . The industrial Robot manipulator can also operate on the assembly line , putting together small components , such as placing electronic components on a printed circuit board . Thus , the human worker can be relieved of the routine operation of this tedious task . Robot manipulators can also be programmed to defuse bombs , to serve the handicapped , and to perform functions in numerous applications in our society .The Robot manipulator can be thought of as a machine that will move an end-of-arm tool , sensor , and gripper to a preprogrammed location . When the Robot manipulator arrives at this location , it will perform some sort of task . This task could be welding , sealing , machine loading , machine unloading , or a host of assembly jobs . Generally , this work can be accomplished without the involvement of a human being , except for programming and for turning the system on and off .The basic terminology of Robot manipulatoric systems is introduced in the following : 1. A Robot manipulator is a reprogrammable , multifunctional manipulator designed to move parts , materials , tools , or special devices through variable programmed motions for the performance of a variety of different task . This basic definition leads to other definitions , presented in the following paragraphs , that give a complete picture of a Robot manipulatoric system . 2. Preprogrammed locations are paths that the Robot manipulator must follow to accomplish work . At some of these locations , the Robot manipulator will stop and perform some operation , such as assembly of parts , spray painting , or welding . These preprogrammed locations are stored in the Robot manipulators memory and are recalled later for continuous operation . Furthermore , these preprogrammed locations , as well as other program data , can be changed later as the work requirements change . Thus , with regard to this programming feature , an industrial Robot manipulator is very much like a computer , where data can be stored and later recalled and edited .3. The manipulator is the arm of the Robot manipulator . It allows the Robot manipulator to bend , reach , and twist . This movement is provided by the manipulators axes , also called the degrees of freedom of the Robot manipulator . A Robot manipulator can have from 3 to 16 axes . The term degrees of freedom of freedom will always relate to the number of axes found on a Robot manipulator .4. The tooling and grippers are not part of the Robot manipulatoric system itself ; rather , they are attachments that fit on the end of the Robot manipulators arm . These attachments connected to the end of the Robot manipulators arm allow the Robot manipulator to lift parts , spot-weld , paint , arc-weld , drill , deburr , and do a variety of tasks , depending on what is required of the Robot manipulator .5. The Robot manipulatoric system can also control the work cell of the operating Robot manipulator . the work cell of the Robot manipulator is the total environment in which the Robot manipulator must perform its task . Included within this cell may be the controller , the Robot manipulator manipulator , a work table , safety features , or a conveyor . All the equipment that is required in order for the Robot manipulator to do its job is included in the work cell . In addition , signals from outside devices can communicate with the Robot manipulator in order to tell the Robot manipulator when it should assemble parts , pick up parts , or unload parts to a conveyor .The Robot manipulatoric system has three basic components : the manipulator , the controller , and the power source .A . Manipulator The manipulator , which does the physical work of the Robot manipulatoric system , consists of two sections : the mechanical section and the attached appendage . The manipulator also has a base to which the appendages are attached . Fig.1 illustrates the connection of the base and the appendage of a Robot manipulator .The base of the manipulator is usually fixed to the floor of the work area . Sometimes , though , the base may be movable . In this case , the base is attached to either a rail or a track , allowing the manipulator to be moved from one location to another .As mentioned previously , the appendage extends from the base of the Robot manipulator . The appendage is the arm of the Robot manipulator . It can be either a straight , movable arm or a jointed arm . the jointed arm is also known as an articulated arm .The appendages of the Robot manipulator manipulator give the manipulator its various axes of motion . These axes are attached to a fixed base , which , in turn , is secured to a mounting . This mounting ensures that the manipulator will remain in one location。At the end of the arm , a wrist is connected . The wrist is made up of additional axes and a wrist flange . The wrist flange allows the Robot manipulator user to connect different tooling to the wrist for different jobs . The manipulators axes allow it to perform work within a certain area . This area is called the work cell of the Robot manipulator , and its size corresponds to the size of the manipulator . Fig.2 illustrates the work cell of a typical assembly Robot manipulator . As the Robot manipulators physical size increases , the size of the work cell must also increase .The movement of the manipulator is controlled by actuators , or drive systems . The actuators , or drive system , allows the various axes to move within the work cell . The drive system can use electric , hydraulic , or pneumatic power . The energy developed by the drive system is converted to mechanical power by various mechanical drive systems .The drive systems are coupled through mechanical linkages .These linkages, in turn , drive the different axes of the Robot manipulator . The mechanical linkages may be composed of chains , gears ,and ball screws.B. ControllerThe controller in the Robot manipulatoric system is the heart of the operation. The controller stores preprogrammed information for later recall, control peripheral devices, and communicates with computers within the plant for constant updates in production The controllers is used to control the Robot manipulator manipulators movements as well as to control peripheral components within the work cell. The user can program the movements of the manipulator into the controller through the use of a hand-held teach pendent. This information is stored in the memory of the controller for later recall. The controller stores all program data of the Robot manipulatoric system. It can store several different programs, and any of these programs can be edited.The controller is also required to communicate with peripheral equipment within the work cell. For example, the controller has an input line that identifies when a machining operation is completed. When the machine cycle is completed, the input line turns on, telling the controller to position the manipulator so that it can pick up the finished part. Then, a new part is picked up by the manipulator and placed into the machine. Next, the controller signals the machine to start operation.The controller can be made from mechanically operated drums that step through a sequence of events. This type of controller operates with a very simple Robot manipulatoric system. The controllers found on the majority of Robot manipulatoric systems are more complex devices and represent state-of-the-art electronics. That is, they are microprocessor-operated. These microprocessors are either 8-bit, 16-bit, or 32-bit processors. This power allows the controller to be very flexible in its operation.The controller can send electric signals over communication lines that allow it to talk with the various axes of manipulator. This two-way communication between the Robot manipulator manipulator and the controller maintains a constant update of the location and the operation of the system. The controller also controls any tooling placed on the end of the Robot manipulators wrist. The controller also has the job of communicating with the different plant computers . The communication link establishes the Robot manipulator as part of a computer-assisted manufacturing (CAM) system.As the basic definition stated , the Robot manipulator is a reprogrammable , multifunctional manipulator . Therefore , the controller must contain some type of memory storage . The microprocessor-based systems operate in conjunction with solid-state memory devices . These memory devices may be magnetic bubbles , random-access memory , floppy disks , or magnetic tape . Each memory storage device stores program information for later recall or for editing .C. Power supplyThe power supply is the unit that supplies power to the controller and the manipulator . Two types of power are delivered to the Robot manipulatoric system . One type of power is the AC power for operation of the controller . The other type of power is used for driving the various axes of the manipulator . For example , if the Robot manipulator manipulator id controlled by hydraulic or pneumatic manipulator drives , control signals are sent to these devices , causing motion of the Robot manipulator .For each Robot manipulatoric system , power is required to operate the manipulator . This power can be developed from either a hydraulic power source , a pneumatic power source , or an electric power source , These power sources are part of the total components of the Robot manipulatoric work cell . 外文翻译机器人机械手工业机器人机械手是在生产环境中用以提高生产效率的工具,它能做常规乏味的装配线工作,或能做那些对于工人来说是危险的工作,例如:第一代工业机器人机械手是用来在核电站中更换核燃料棒,如果人去做这项工作,将会遭受有害射线的辐射。工业机器人机械手亦能工作在装配线上将小元件装配到一起,如将电子元件安放在电路印刷板,这样,工人就能从这项乏味的常规工作中解放出来。机器人机械手也能按程序要求用来拆除炸弹,辅助残疾人,在社会的很多应用场合下履行职能。机器人机械手可以认为是将手臂末端的工具、传感器和手爪移动到程序指定位置的一种机器。当机器人机械手到达位置后,它将执行某种任务。这些任务可以是焊接、密封、机器装料、拆装以及装配工作。除了编程以及系统的开停之外,一般来说这些工作可以在无人干预下完成。如下叙述的是机器人机械手系统基本术语:1.机器人机械手是一个可编程、多功能的机械手,通过给要完成的不同任务编制各种动作,它可以运动零件、材料、工具以及特殊装置。这个基本定义引导出后续段落的其他定义,从而描绘出一个完整的机器人机械手系统。2.预编程位置点是机器人机械手为完成工作而必须跟踪的轨迹。在某些位置点上机器人机械手将停下来做某些操作,如装配零件、喷涂油漆或者焊接。这些预编程点贮存在机器人机械手的贮存器中,并为后续的连续操作所调用,而且这些预编程点像其他程序数据一样,可在日后随工作需要而变化。因且,正是这种可编程的特征,一个工业机器人机械手很像一台计算机,数据可以在这里储存、后续调用与编辑。3.机械手是机器人机械手的手臂,它使机器人机械手能弯屈、延伸和旋转,提供这些运动的是机械手的轴,亦是所谓的机械手的自由度。一个机械人能有3-16轴,自由度一词总是与机器人机械手轴数相关。4.工具和手爪不是机器人机械手自身组成部分,但它们是安装在机器人机械手手臂末端的附件。这些连在机器人机械手手臂末端的附件可使机器人机械手抬起工件、点焊、刷漆、电焊弧、钻孔、打毛刺以及根据机器人机械手的要求去做各种各样的工作。5.机器人机械手系统还可以控制机器人机械手的工作单元,工作单元是机器人机械手执行任务所处的整体环境,该单元包括控制器、机械手、工作平台、安全保护装置或者传输装置。所有这些为保证机器人机械手完成自己任务而必需的装置都包括在这一工作单元中。另外,来自外设的信号与机器人机械手何时装配工作、取工件或放工件到传输装置上。机器人机械手系统有三个基本不见:机械手、控制器和动力源。A机械手机械手做机器人机械手系统中粗重工作,它包括两个部分:机构和附件,机械手也有联接附件基座,如下图所示一机器人机械手基座与附件之间的联接情况。机械手基座通常固定在工作区域的地基上,有时基座也可以移动,在这种情况下基座安装在导轨或者轨道上,允许机械手从一个位置移动到另外一个位置。正如前面所提到的那样,附件从机器人机械手基座上延伸出来,附件就是机器人机械手的手臂,它可以是直线型,也可以是轴节型手臂,轴节型手臂也是大家所知的关节型手臂。机械臂使机械手产生各轴的运动。这些轴连在一个安装基座上,然后再练到托架上,托架确保机械手停留在某一位置。 在手臂的末端上,连接着手腕,手腕由辅助轴和手腕凸缘组成,手腕是让机器人机械手用户在手腕凸缘上安装不同工具来做不同种工作。机器手的轴使机械手在某一区域内执行任务,我们将这个区域为机器人机械手的工作单元,该区域的大小与机械手的尺寸相对应,一个典型装配机器人机械手的工作单元。随着机器人机械手机械结构尺寸的增加,工作单元的范围也必须相应增加。机械手的运动由执行元件或驱动系统来控制。执行元件或驱动系统允许各轴在工作单元内运动。驱动系统可用电气液压和气压动力,驱动系统所产生的动力经机构转变为机械能,驱动系统与机械传动链相匹配。由链、齿轮和滚珠丝杠组成的机械传动链驱动着机器人机械手的各轴。 B.控制器机器人机械手控制器是工作单元的核心。控制器储存着预编程序供后续条用、控制外设,及与厂内计算机进行通讯以满足产品经常更新的需要。控制器用于控制机械手运动和在工作单元内控制机器人机械手外设。用户可通过手持的示教盒将机械手运动的程序编入控制器。这些信息储存在控制器的存储器中以备后续调用,控制器存储了机器人机械手系统的所有编程数据,它能存储几个不同的程序,并且所有这些程序均能编辑。控制器要求能够在工作单元内与外设进行通信。例如控制器有一个输入端,它能标识某个机加工操作何时完成。当该加工循环完成后,输入端接通,告诉控制器定位机械手以便能抓取以加工工件,随后机械手抓取一未加工工件,将其放置在机床上。接着,控制器给机床开始加工的信号。控制器可以由根据时间顺序而步进的机械式轮毂组成,这种类型的控制器可用在非常简单的机械系统中。用于大多数机器人机械手系统中的控制器代表现代电子学的水平,是更复杂的装置,即它们是由微处理器操纵的。这些微处理器可以是8位,16位或32位处理器。它们可以使得控制器在操作工程中显得非常柔性。控制器能通过通信线发送电信号,使它能与机器手各轴交流信息,在机器人机械手的机械手和控制器之间的双向交流信息可以保持系统操作和位置经常更新,控制器亦能控制安装在机器人机械手手腕上的任何工具。控制器也有与厂内各计算机进行通信的任务,这种通信联系使机器人机械手成为计算机辅助制造(CAM)系统的一个组成部分。存储器。基于微处理器的系统运行时要与固态的存储装置相连,这些存储装置可以是磁泡,随机存储器、软盘、磁带等。每种记忆存储装置均能贮存、编辑信息以备后续调用和编辑。C.动力源 动力源是给机器人机械手和机器手提供动力的单元。传给机器人机械手系统的动力源有两种,一种是用于控制器的交流电,另一种是用于驱动机械手各轴的动力源,例如,如果机器人机械手的机械手是由液压和气压驱动的,控制信号便传送到这些装置中,驱动机器人机械手运动。对于每一个机器人机械手系统,动力是用来操纵机械手的。这些动力可来源于液压动力源、气压动力源或电源,这些能源是机器人机械手工作单元整体的一部分。
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