毕业设计Delta并联机器人系统总体设计.docx
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本科毕业设计(论文)
Delta并联机器人系统总体设计
燕山大学
2012年6月
本科毕业设计(论文)
Delta并联机器人系统总体设计
学院(系):
里仁学院专 业:
08机电3班学生姓名
学
指导教师:
答辩日期:
2012 年6月
I
燕山大学毕业设计(论文)任务书
学院:
里仁学院 系级教学单位:
机械工程系
学 081101011560 学生
号 姓名
田一土 专业班级
08机电3班
题目名称 delta并联机器人系统设计
题 题目性质目
1.理工类:
工程设计(√);工程技术实验研究型();理论研究型();计算机软件型();综合型()。
2.文管类();3.外语类();4.艺术类()。
题目类型 1.毕业设计(√ )2. 论文( )
题目来源 科研课题(√) 生产实际( )自选题目( )
确定三自由度移动并联机器人整体方案,;
主 比较各种方案优越性,并选择一种设计,
要 包括(机械本体结构方案、零部件选取、控制系统方案);内
容 进行并联机器人三维实体设计,造型,计算,仿真模拟;
搭建控制方案,设计电气系统;
机器人负载不大于5kg,工作空间1m×1m×0.6m
设计说明书60-70页,绘图工作量不小于3张A0
基 机械系统整体装配图一张A0本
要 机械系统部件图一张A1
求 主要零件图
电气控制原理一张A1
徐灏,邱宣怀等编,机械设计手册,机械工业出版社;
机器人设计图册,机械工业出版社;
参
考 赵景山,冯之敬,褚福磊,机器人机构自由度分析理论,科学出版社;资
料 肖南峰等,工业机器人,机械工业出版社;
黄真,赵永生,赵铁石等,高等空间机构学,机械工业出版社;方承远,张振国,工厂电气控制技术,机械工业出版社。
周次
应完成的内容
1—4周
查阅收集资
5—8周
9—12周 13—16周
确定机构整体绘制机械图
完善控制系
料,提交文献方案,比较各种纸,并选取机统,绘制机械综述和开题报方案优越性,并器人运动控
报告、外文翻选取一种合理制器、搭建控
17—18周
撰写论文制作PPT
及电气图纸。
准备答辩
译;节点考核并对主要零件
机构;三维造型制系统;中期
考核
结构强度校核。
指导教师:
职称:
年月 日
系级教学单位审批:
年月 日
I
摘要
摘要
近些年,delta机器人越来越得到大多数人的关注,并逐渐开始在工业上得到成熟的应用。
与串联机器人相比,并联机器人有很大优势。
其中之一就是可以把电机固定在基座上,这样就可以减轻机器机构上的重量。
当需要直接驱动时,把电机固定在基座上是一个必要的田间。
因此,并联机器人非常适合直接驱动的情况。
并联机器人的另一个优点就是他的刚度很高,这些特征可以得到更多的精准度和更快的操作。
Delta机器人是其中非常重要的一种。
在本书中,介绍了并联机器人的产生特点及应用。
计算了机器人的自由度,位置正反解,并分析了它的空间奇异形位。
还通过分析比较几种控制器和方案,选择其中最适合的方案。
并设计了delta机器人的控制电路,并详细介绍它的控制器功能。
关键词:
并联机构位置反解步进电机结构设计
Abstract
Inrecentyears,increasedinterestinparallelrobotshasbeenobserved..Parallelrobotspossessanumberofadvantageswhencomporedtoserialarms,Themostimportantoneiscertainlythepossibilitytokeepthemotorsfixedintothebase,thusallowingalargereductionoftherobotstructure’sactivemobilemass.keepingthemotorsontherobotbaseisarequairmentwhendirect-driveisused,thus,parallelrobotsarewellsuitedtodirect-driveactuation.Anotheradvantageofparallelrobotsistheirhighrigiditg.thesefeaturesallowmorepreciseandmuchfastermanipulations.Thedeltaparallelrobotisveryfamousamongthem.
Inthispaper,thehistoryapplicationcharacteroftheparallelrobotsareintroduced.AndIcomptedthedegreeoffreeoftheparallelrobot,analysisthesingularposition.Thepositionsolutionandpositioninversesolutiontoo.Atlast,thereareseveralmethordsofcontrolling.AndIchoiceoneofthenwhichisbettersuitedtothisrobot.Thismethodwillbeintroducedlatter.
Keyword:
paralleldelta,positioninversesolution,singularposition
III
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1国内外串、并联机器人的研究现状 1
1.2针对DELTA机器人的研究成果 4
1.3DELTA机器人的发展趋势 5
1.4论文主要完成的工作 7
第2章delta机器人的结构设计 8
2.1DELTA机器人的总体结构设计 8
2.2上顶板 8
2.3上臂 9
2.4L形板的设计 10
2.5下底板支撑架的设计 11
2.6机械手的确定 11
2.7电机的选取 13
2.8减速器的选择与计算计算 14
2.9轴承的计算 15
2.10本章小结 16
第3章电气控制系统设计 17
3.1概述 17
3.2DELTA机器人控制系统模型 17
3.3运动控制方法的选取 17
3.3.1传统的控制方法 17
3.3.2基于运动控制器的机器人控制系统 18
3.4DELTA机器人控制系统的硬件组成 18
3.4.1通用GalilDMC一2182多轴运动控制器 18
3.4.2功率放大器 19
3.4.3增量式编码器 20
3.5运动控制器和运动控制卡的区别 20
3.6本章小结 20
结论 22
参考文献 23
致谢 25
附录1 26
附录2 32
附录3 38
燕山大学本科生毕业设计(论文)
第1章绪论
1.1国内外串、并联机器人的研究现状
现在国际上对工业机器人的应用比较成熟,尤其是在辐射污染大,复杂难以施工和巨大沉重的工件难以使用人力的环境,往往机器人成为最好的选择。
现在列举几个在国内流行的几种机器人类型:
1、串联机器人
串联机器人是目前最常见的工业机器人。
他们往往有一个拟人化的机械手臂结构,即刚性连接的串行链,由(主要是旋转)接头连接,形成一个
“肩”,“肘”,“手腕”。
他们的主要优势是他们尊重自己的音量和占用地面空间大的工作空间。
其主要缺点是:
一个开放的运动结构所固有的低刚度链接的错误的积累和放大
携带和移动的执行器的重量过大他们可以操纵的有效载荷相对较低
它需要至少六自由度机器人的工作空间中任意位置和方向放置在对操纵的对象。
因此,许多串行机器人有6个关节。
然而,在当今业界最流行的串行机器人的应用是挑选和地方组装。
由于这仅需要4个自由度,建立所谓的特殊装配机器人的SCARA型。
图1-1:
SCAR型串联机器人
IV
第1章绪论
2、并联机器人
并联机器人是一类全新的机器人,它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点,与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系,因而扩大了整个机器人的应用领域。
并联机器人可以作为航天上的飞船对接器、航海上的潜艇救援对接器;工业上可以作为大件的装配机器人、精密操作的微动器。
近年来还研究将它用作虚拟6轴加工中心,以及毫米级的微型机器人等,可以预见这类机器人
在21世纪将有广阔的发展前景。
它的复杂的机构学问题属于空间多自由度
多环并联机构学理论这一新分支,这项理论是随着并联机器人研究而发展起来的,他不仅直接针对并联机器人,对于随机器人高技术发展起来的多机器人协调、多足步行机、多指多关节高灵活手爪等构成的并联多环机构学问题,都具有十分重要的指导意义。
并联机器人所具有的优点:
(1)与串联机构相比刚度大,结构稳定;
(2)承载能力大;
(3)微动精度高;
(4)运动负荷小;
(5)在位置求解上,串联机构正解容易,但反解十分困难,而并联机构正解困难反解却非常容易。
由于机器人在线实时计算是要计算反解的,这对串联式十分不利,而并联式却容易实现。
并联机器人的典型类型stewart型机器人。
图1-2并联机器人
国内外学术界和工程界对研究和开发并联机床都非常重视。
1994年在
21
芝加哥国际机床博览会(IMTS’94)上首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控机床与加工中心并引起了轰动[。
此后,各主要工业国家都投入了大量的人力和物力进行并联机床的研究与开发。
如美国IngersollMilling公司、Giddings&Lewis公司和Hexal公司,英国
GeodeticTechnology公司,俄罗斯Lapik公司,德国Mikromat公司、亚琛工业大学、汉诺威大学、斯图加特大学,挪威Multicraft公司,瑞士ETZH和IFW研究所,瑞典Neos机器人公司,意大利Comau机床公司,丹麦Braun公司,日本丰田公司、日立公司、三菱公司、韩国SENATECHNOLOGIES公司等单位相继研制出不同结构形式的数控机床、激光加工和水射流机床、坐标测量机等基于并联机构的制造设备。
并联机床所涉及的基本理论问题同样引起了许多研究单位的重视,由美国国家科学基金会动议,1998年在意大利召开了第一届国际并联运动学机器专题研讨会,2000年在美国召开了第二届
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