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工业机器人的设计过程真不简单!

2017-12-22 10:52 来源:互联网 编辑:Janet

对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同。首先要知道为什么要设计机器人?机器人能实现哪些功能?活动空间(有效工作范围)有多大?了解基本的要求后,接下来的工作就好做了。

首先是根据基本要求确定机器人的种类,是行走的提升(举升)机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式,也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。

接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程,在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图,分析简图,制定动作流程表(图),初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容,设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制,材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容,确认生产。

下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程:

在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的,在自动化生产线上的就有很多例子,如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子,如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速,机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。

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六轴机器人的应用范筹不同,设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多,结构各有特色。在中国应用最多的如:ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。

既然机器人的应用那么广泛,在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题!有关机器人技术方面探讨太少了?从业人员还不能成群体?虽然在很多地方可以看到机器的论术,可是却没有真正形成普及的东西。

即然是要说设计,那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些,讲得不对的地方还请各位指正!

六轴机器人是多关节、多自由度的机器人,动作多,变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人,应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢?工作范围又怎样去确定?动作怎样去编排呢?位姿怎样去控制呢?各部位的关节又是有怎么样的要求呢?等等。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧!

首先我们设定:机器人是六轴多自由度的机器人,手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件,工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量:1700mm;转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。

好了,有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。

首先是全电机驱动的,那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了,也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。

机器人是用于焊接方面的,那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面,那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来,我们就给它区分一下,在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。

搞清了各种焊方法,也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考,有一个大概的轮廓概念就行了,待机械结构做完,各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。

焊枪是用常用的标准的焊枪,也就是说焊枪是随时可以更换下来的,也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。

焊枪在焊接过程中要进行各种焊接姿态调整,那么机械手腕就要很灵活,在各个方位角度上都可调节。

有了上面的基本要求和设定条件,方案推理也有了条理,接下来我们就把设计要求明确下来,设计方向就不会有太大的偏离了。

设计任务

设计要求:机器人适用于焊接领域,可以完成各种焊接动作;为了机器人能适应各种焊接工艺,在线调整工艺快速,编制控制程序时采用柔性控制程序,自适应在线、离线示教程序;焊缝、焊池、焊道成像跟踪,自动调节焊机的各项参数。

机器人采用全伺服驱动,地面固定安装。六轴控制,各关节运动灵活,按工艺描述表设计各轴动作范围,尽量使机构紧凑,整体外形美观。

设计内容

机械设计:根据设计要求及工艺描述设计各关节的机械机构,确定各部件的材料和加工工艺;制作计算书,验算机械强度、驱动功率和给出最大抓(举)重量,各运动路径的惯量计算,位姿的控制计算。验算机器人各关键部件使用寿命。结合控制程序及电路制作机器人维修保养说明书。

程序控制设计:根据设计要求与机械工程师最后制定的工艺路线设计控制流程;结合机械结构与驱动、信号反馈方式,设计机器人运动程序;程序要具有自适应功能,自动定点跟踪,对焊机电流、电压实时监测,并自动调节;焊道、焊池用成像监测判别技术。

设计电路图

有了这样一个文件,我们就好设计了;那么我们首先就要做的是:绘制机器人动运简图,规划机器人运动轨迹,做好这些我们就可以进行机械机构的设计,同时可以考虑程序的线路图了。

先做一个简图,来研究一下运动规迹。

机器人运动简图:

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当我们把机械运动简图画好后,一般的情况下是先对简图进行分析;虽然简图不能全部反映机械结构的组成,但是它却表现出了要设计的物体的总体轮廓。

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标签: 工业 机器人

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