五自由度工业机器人的设计分析

五自由度工业机器人的设计分析学院机械工程专业机械设计制造及其自动化年级2012级姓名吴晓鸣学号3012201124指导教师杨志永2016年1月2日一．设计背景工业机器人，一般指的是在工厂车间环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、加工、装配等操作的一种机器人。国际标准化组织(ISO)在对工业机器人所下的定义是“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用设备，以执行种种任务”。工业机器人是综合了计算机科学技术、机械工程技术、电子工程技术、信息传感器技术、控制理论、机构学、人工智能学、仿生学等多学科而形成的高新技术。在国外工业机器人技术日趋成熟，其已经成为一种标准设备而在工业自动化行业获得广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的工业机器人公司，工业机器人技术的发展水平也成为一个国家工业自动化水平的重要标志。关于机器人的分类，国际没有统一的标准。有的按负载范围分，有的按控制方式分，有的按自由度分，也可以按照应用领域分。下面仅给出以下几种分类：（1）按照执行机构运动的控制机能，可以分为点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位；连续型可控制执行机构按给定轨迹运动。（2）按程序输入方式分为编程输入型和示教输入型。编程输入型是将计算机上编写好的作业程序文件，通过通信电缆传送到机器人的控制器；示教型机器人使用示教盒在线示教编程，并保存示教信息。（3）根据用途分可分为焊接机器人、搬运机器人、喷涂机器人、涂胶机器人、装配机器人、切割机器人等。二．三维模型我所设计的小范围的焊接机器人手臂，该工业机器人手臂共有5个自由度（图中并未画出末端执行器,也不包括末端执行器的自由度），运动特点是比较简单，运动直观性强，控制准确度高，关节少，缺点是移动范围相对较小，不适合大面积的焊接。利用导轨可以实现x轴和z轴的移动，而利用轴与大臂、小臂的连接可以实现三个方向的转动。三．原理分析如上图中标记零件是固定在机架上的轴，上端的轴可在滑轨上上下实现z轴移动，导轨可绕着轴转从而实现x轴方向的转动。图示大臂在上端的轴上可沿轴横向移动和绕轴转动增加了两个自由度。上图为连接大臂的小臂零件。小臂可绕大臂转动，方便末端执行器的控制。三．自我感想这学期学了创新设计，让我颇感获益良多，我发现以前的我对创新设计所知太少了。现在在我的眼中，创新设计不再是那个简单的形式，它是一种具有神秘力量的内涵，是灵魂装备，是精神的再创造；也是历史，社会，生命向前迈进的力量之源。现在高校是培养创新型人才之所，培养大学生的创新能力，成为每个高等教育工作者必须直接面对并且已经直接面对的一个重大课题。考察人类古今中外的创新活动就会发现，没有创新思维，就没有创新活动。创新思维活动是人的创新活动的核心和灵魂。换言之，创新思维能力是创新能力的核心和灵魂。创新能力的培养，从根本上是创新思维能力的培养。经过这学期的学习，我对创新设计有了更深入的了解。创新的作用体现在我们生活中的方方面面，大到人类文明进步、人类科学的发展、现代科学体系、技术和经济发展、综合国力，小到我们的日常生活，一个创新的点子往往能给我们带来太多的便利。世界各国之间在政治、经济、军事和科学技术方面的剧烈竞争。实质上是人才的竞争，而人才竞争的关键是人才创造力的竞争。然而，渗透人们生活点点滴滴的东西，总是与机械有千丝万缕的联系，因此，如何培养和提高大学生的创新能力，特别是对机械类学生来说，更应该把培养学生的创新思维和动手能力摆在重要位置。通过这学期学习，希望我在今后的机械零部件设计领域，能够抛弃旧的思维过时的旧方法，很好地运用类比、发散和逆向等创新思维是敢于克服心理上的惯性，从思维定式的框框中解脱出来，善于从新的技术领域中接受有用的事物，提出新原理，创造新模式，贡献新方法，为工程技术问题打开新局面。如果我们在今后的机械零部件设计领域，能够抛弃旧的思维过时的旧方法，很好地运用类比、发散和逆向等创新思维，加上计算机辅助、多学科结合等现代创新方法，针对拆后重装失准、加工费时、废料过多、不够人性化等问题进行改进和创新，我相信机械零部件设计领域将会迎来新的美好明天。