基于PLC控制和伺服电机驱动的三自由度球坐标机器人设计doc
目录摘要............................................................7Abstract........................................................8第一章三自由度球坐标机器人设计方案分析1.1球坐标机器人介绍............................................91.1三自由度球坐标机器人课题的主要目标..........................91.2三自由度球坐标机器人设计方案................................9第二章三自由度球坐标机器人机械部分设计......2.1球坐标机器人的主要参数错误！未定义书签。02.2手爪的设计.................................................102.3机械手臂设计...............................................113.4机身设计...................................................14第三章电气系统设计...............................................133.1球坐标机器人总体控制原理..................................183.2PLC输入输出地址分配......................................193.2PLC控制电路设计.........................................20总结..............................................................24近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。本毕业设计利用集成PLC的运动控制器XDM作为机器人控制器终止啮合点，开发一种新型球坐标工业机器人。根据球坐标工业机器人的技术特点和需求，提出总体设计方案，确定设计机器人的坐标形式和自由度数；选择合适的减速机和伺服电机，利用INVENTER软件设计出工业机器人的三维数字模型，并绘制出装配图。利用AutoCADElectrical设计出控制电路图；选择基于PLC的工业机器人运动控制器作为控制器，采用触摸屏系统作为机器人的示教装置。开发出低成本，通用性较强的球坐标机器人系统。关键词：工业机器人，机器人，可编程逻辑控制器AutoCADElectricaldesigncontrolcircuitdiagram;Chooseindustrialrobotsmotioncontrollerbasedcontroller,usingtouchscreensystemrobotKeywords:industrialrobot,robot,PLC第一章三自由度球坐标机器人设计方案分析工业机器人在我国应用十分迅速，据统计，我国目前工业机器人装机数已经仅次于日本，是世界第二大工业机器人应用国，预计在2017年成为世界第一工业机器人应用大国。伴随着人工成本上涨，工业机器人价格下跌。我国工业机器人的发展迎来了井喷时期，据统计，我国目前已经出现30个多机器人产业园，涉足工业机器人制造的厂家有1400多家，未来5年，我国工业机器人应用将有大的进步。1.1球坐标工业机器人的介绍工业机器人按照坐标形式可以分成圆柱坐标，球坐标，直角坐标和关节坐代表直角坐标机器人，B代表球坐标机器人，C代表柱坐标机器人几种常见工业机器人坐标形式球坐标机器人拥有两个旋转关节和一个移动关节。机器人可以绕Y，Z轴进行旋转，还可以沿轴进行移动。与正交坐标机器人呢相比，球坐标机器人的运动控制比较复杂，广泛应用在搬运，上下料，装配等场合1.2三自由度球坐标机器人课题的主要目标（1）尝试设计一种低成本简易型球坐标机器人，用在搬运以及上下料。掌握三维数字设计软件INVENTER。1.3三自由度球坐标机器人设计方案分析本毕业设计的内容是球坐标工业机器人，要完成设备之间的搬运工作，要求能够仰附，旋转和机械手伸缩。所搬运的工件和手抓之间垂直。机器人主要由三个关节组成，一个是大臂仰附，旋转，以及小臂的伸缩。各关节的驱动方式可以是伺服电机，也可以是液压元件。考虑到本设计所运用的XDM机器人控制器具备总线方式控制伺服电机的能力，以及精度，速度，载荷，成本的要求，所有关节均采用伺服电机驱动。经过综合分析，球坐标机器人的运动方案如下：1号旋转关节，PLC伺服电机-减速机-伞齿轮传动-机械部件2号仰附关节，PLC-伺服电机-减速机-齿轮传动-机械部件3号伸缩关节,PLC-伺服电机-滚珠丝杠-滚珠螺母-机械部件第二章三自由度球坐标机器人机械部件设计2.1球坐标机器人的主要参数工业机器人的主要技术参数有夹持重量、自由度、坐标形式、工作范围、工作速度和定位精度等，本毕业设计主要技术参数如下：(1)夹持重量，单位。夹持重量是指机械手在正常运行时所能抓取工件的最大重量，本设计要求抓取工件的重量为20kg，由于手臂强度等原因，安全系数K在2-3之间自由度和坐标形式整机、手臂和手腕等运动共有三个自由度，坐标型式为球坐标。机器人的三个自由度分别为机身回转，手臂俯仰，伸缩及三个自由度，以满足上下料动作的要求，手腕姿态可以进行手动调整。工作行程范围1.水平旋转角度：0-210水平旋转速度旋转速度0-21604.仰俯轴旋转速度移动速度0-18005.伸缩轴行程：600mm6.伸缩轴移动速度 移动速度0-3000mm/分 定位精度机械手采用点位控制方式国际利来，定位精度达到0.8 mm. 所夹持工件为截面直径为48mm圆柱形工件。 2.2 手爪的设计 球坐标机器人的手抓结构有多种形式链条，大体可以分成夹持方式以及吸附模 式，加持方式有可以分回转型和平移型种方式湿式制动器。 由于本课题设计抓取的是回转 型工件，所以采用回转型夹持设计。在这里借鉴了以前的成熟设计方案。 气动机器人的手部结构如图2 所示： 其工件重量G=2 公斤数学模型球坐标操作器，V 形手指的角度2 0.10(1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为: P=2b/R 机械手抓结构P(实际)大于等于P*(K1*K2/N) 因为传力机构采用齿轮齿条传动，故取h 0.95，并取K=1.5。若被抓取工件的最大加速度取a 3g时，则k2=a/g+1=4 所以： P（实际）=223（1.5*4/0.95）=1472（N） 所以夹持工件的夹紧气缸的驱动力为1472N 2.3 机械手臂设计 手臂采用伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，在设计时充分考虑丝杠的载荷变化 情况。 1.伸缩手臂滚珠丝杠及电机选型计算 1.1 确定滚珠丝杠副的导程 根据设计指标要求，导程为600mm. 1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 滚珠丝杠副的静当量载荷： Mh）+f=162N 摩擦系数，滚动导轨摩擦系数为0.006。Mv——机械臂和工件重量在垂直与导轨方向上的分量，在不同的工作角度，实际 上机械臂和工件在垂直于机械臂导轨方向的分量不同。 Mh——机械臂和工件重量平行与导轨方向上的分量冷却流体，在不同的工作角度，实际上 机械臂和工件在平行于机械臂导轨方向的分量不同。 f——导轨滑块密封阻力，约为密封阻力3N。 考虑到动载荷等因素，丝杠的动载荷为 Nd= 6.8=162X6.8=1101.8N1.3 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量 =1/3或者1/4 重复定位精度 丝杠重复定位精度要求为0.01mm，则 0.0025mm1.4 估计算滚珠丝杠副的中径D 根据滚珠丝杠运动行程700mm， 0.039sqrt(162X700/2.5)=8.3 1.6 导程精度的选择 滚珠丝杠定位精度要求达到 0.01m/1000mm，则任意 700mm。长度的导程精度为 0.007mm。
