毕业设计论文并联分拣机器人设计.docx

并联分拣机器人设计摘要随着中国制造2025的提出，工业机器人作为智能制造中的重要成员之一，在近几年发展迅猛。同时作为工业机器人大家族中重要分支之一，并联机器人凭借其速度快、惯性冲击小以及重复定位精度高等优点，广泛应用于食品、医疗。本论文设计的并联机器人，可以解决包装生产线上小物件的快速分拣任务。该分拣机器人有非常高速的运动节拍，可以大大提高上传效率。本设计方案首先参考生产线现有正在使用的并联机器人，简单初选参数建立起并联机器人的三维模型。然后根据建立起三维模型利用MAT1AB与ADAMS软件进行仿真分析，根据仿真分析得到的数据进行机器人减速器的设计。随后根据根据设计的减速器优化并联机器人的结构参数，然后完成机器人机械部分图纸绘制。机器人控制系统设计，本方案采用单片机来控制三个伺服电机的运转,最后完成电气图的绘制。该论文有33图，8个表格。关键字：并联分拣机器人、机械结构、控制系统、谐波减速器、运动学、adams仿真ABSTRACTWiththeintroductionof“Madeinchina2025,industria1robots,asoneoftheimportantmembersininte11igentmanufacturing,havebeendeve1opingrapid1yinrecentyears.Atthesametime,asoneoftheimportantbranchofthe1argefami1yofindustria1robots.Para11e1robotiswide1yusedinhigh-speedsortingautomationproduction1inesinthefood,medica1,e1ectronicanotherindustriesduetoitsadvantagesoffastspeed,sma11inertia1impactanhighrepetitivepositioningaccuracy.ParaI1erobotdesignedinthispapercanso1vethetaskofsoftingsma11workpiecesrapid1yinproduction1ines,whichimproveproductione11ficencyverymuch.First,3mode1ofpara11erobotwi11becreatedby3Dsoftwareinthispaper,afterchoosingproperstructureprarametersrefertopara11e1robotapp1yinginproduction1ines.Accordingtothecreated3Dmode1,MATABandADAMSwi11beusedinmotionandforceana1ysofthe3Dmode1ofpara11erobot.Afterthesimu1ationofthepara11erobot,Harmonicreducerwi11bedesignedaccordingtotheSimu1atinana1ysdata.Then,accoringtothedesinedreducer,structeparametersofpara11erobotcanbeoptimization.Afterthat,drawingsofpara11erobotwi11bedone.Theotherpartofthispaperisthecontro11ingsystemdesignofpara11erobot.Inthispart,MCUwi11beusedincontro11ingthreeservomoters.Fina11y,thee1ectrica1drawingwi11bedone.目录摘要ABSTRACT21绪论61.1 课题背景及研窕的目的和意义61.2 国内外发展现状81.3 少自由度并联机器人的介绍101.4 主要内容、研究方法及拟要解决的问题121.4.1 主要研究内容121.4.2 拟要解决的关键问题121.5 毕业设计时间进程安排122并联机器人运动学与动力学分析132.1 引言132.2 并联机器人的基本结构132.3 并联机器人逆运动学142.3.1 并联机器人的简化模型142.3.2 并联机器人逆运动学求解152.4 并联机器人正运动学求解162.5 并联机器人运动学正解与逆解的验证192.5.1 正逆解的算法验证192.5.2 并联机器人的动画仿真分析212.6 并联机器人工作空间的分析213并联机器人机械结构设计223.1 并联机器人总体方案设计223.1.1 技术指标223.1.2 技术参数223.1.3 总体方案233.2 并联机器人主动臂尺寸设计243.3 并联机器人电机选型243.3.1 并联机器人门字形路径仿真253.4 谐波减速器设计263.4.1 减速器传动基本设计参数283.4.2 刚轮与柔轮啮合传动基本设计参数283.4.3 减速器主要零件的材料以及结构313.4.4 谐波齿轮传动承教能力计算343.4.5 减速器主要零件的材料以及结构384并联机器人控制系统设计434.1 并联机器人控制方案的比较434.2 控制系统主要元件的功能介绍444.3 单片机控制系统设计464.4 单片机控制电路设计464.4.1 控制流程规划464.4.2 机器人的控制原理图475经济性分析475.1 减速器经济性分析错误!未定义书签。6一口JJ1.86.1 设计小结486.2 展望487参考文献48contents1 Introduction错误!未定义书签。1.1 Backgroudofthesubjectandsignificance错误!未定义书签。1.2 Deve1opmentofrobotsathomeandabroad错误!未定义书签。1.3 Introductionof1owdegreeoffreedompara1ierobots错误!未定义书签。1.4 Maincontents,reseachmethodsandprob1emstoso1ved错误!未定义书签。Guduationdesigntimeshedu1e122 KinematicsandDynamicsana1ysofpara11erObOt错误!未定义书签。2.1 Introduction错误!未定义书签。2.2 Basicstructureofpara11erobot错误!未定义书签。2.3 Inversekinematicsofpara11erobot错误!未定义书签。2.4 Forwardkinematicsso1utionofpara11e1robot错误!未定义书签。2.5 Verificationofforwardandinverseso1utionsofpara11e1robot.错误!未定义书签。2.6 Workspaceana1ysofpara11erobot错误!未定义书签。3 Mechanismstructuredesignofpara11e1robot错误!未定义书签。3.1 Overa1designshemeofpara11e1robot错误!未定义书签。3.2 Activearmdesignofpara11e1robot错误!未定义书签。3.3 Motorse1ectionofpara11e1robot错误!未定义书签。3.4 Harmonicreducerdesign错误!未定义书签。4 Contro1systemofpara11e1robot错误!未定义书签。4.1 contro1schemeComparitionofpara11e1robot错误!未定义书签。4.2 Functionintroductionofmaine1ementincontro1system错误!未定义书签。4.3 Contro1systemdesignofMCU错误!未定义书签。4.4 CircuitdesignofMCU错误!未定义书签。5 Economicana1ysis错误!未定义书签。6 Conc1usionandprospect错误!未定义书签。6.1 Designconc1usions错误!未定义书签。6.2 Prospect错误!未定义书签。7 References错误!未定义书签。1 绪论(Introduction)1.1 课题背景及研究的目的和意义(BaCkgrOUdofthesubjectandsignificance)随着社会的发展，机器人对我们的生活的影响越来越大，各式各样的机器人会代替我们完成各式各样的重复和危险的工作，无论是生产活动的进行，还是生活上的需要，机器人都将随着科技的进步，更大地影响我们的生活，发挥更大的作用。工业机器人可以完成对人类有毒、有害、高温、低温等恶劣场景下的工作，代替人类完成单一重复、复杂繁琐的工作，降低成本，提高生产效率，同时保证产品的质量。工业机器人目前来说能够广泛的应用于机械制造行业、医疗、视频、汽车和航天等行业，可以完成搬运、喷漆、焊接、装配和码垛等工作。国际标准化组织(ISO)对机器人定义：机器人的机构运动类似人类的运动；机器人可编程，能够灵活应对多种工作与动作；机器人人拥有智能性，根据不同的智能程度，拥有一定的感知、推力、学习、决策、记忆能力；机器人具有独立性，可以不依赖人类的干预完成各种工作。机器人按照结构进行分类可以分为串联机器人和并联机器人，串联机器人就相当于机械臂。机械臂一般由基座、腰部、大小臂、腕部、手部组成，各部件主要是采用串联的方式联接。由于串联机械臂是通过安装在基座上的电机再带动各关节上的齿轮减速器来驱动相邻关节，如图1-1所示。这种串联的结构会有很大的工作空间，但是承载能力差、关节误差积累、刚度性能低、末端控制精度低、但各关节驱动笨重，这些特性使得串联机械臂难以在高速、高精度、长距离操作作业。相比较而言，并联机器人是一种在末端动平台与固定平台之间由两个或者两个以上的分支运动链相连接的机器人，如图1-2所示。相比于串联机器人，并联机器人有刚度大、负载能力高、运动速度快、精度高、结构紧凑等优点，广泛应用于模拟飞行器、高速捕捉摄像机、娱乐机器等领域。但是并联机器人工作空间明显不如串联机器人。图1-1串联机器人图1-2并联机器人由于并联机器人相对于串联机器人拥有更加灵活、精度更高、动作快的特点。使得并联机器人能够更有效率的完成“拾取与放置”工作。目前在工业的生产中存在大量分拣、装卸、搬运等大量重复性工作，这部分工作由机器人来完成可以保证更高的效率，避免潜在的可能的伤害。实际应用中大量而重复的分拣工作，这些分拣公布往往是简单地高速机械工步，往往只需使用小自由的并联机构就能够满足需要。而对于自由度较小的并联结构的设计方面来讲，结构的设计比较简单，价格成本大大降低，操作同时也变得简单。以上的种种原因是目前并联机器人在工业生产中的分拣工作中能够得到大量应用的简单分析。在实际分拣工作中，使用比较广泛的有SCARA机器人和DEUrA机器人。SCARA是平面运动的四自由度机器人，可在空间内灵活抓放物