机器人腰转传动中消隙设计
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按摩机器人扭腰系统的结构设计与控制摘要本设计分析了当今国内外按摩机器人的发展现状及应用前景,主要研究与设计了腰椎按摩机器人腰部扭动的结构与控制系统。
根据扭腰结构的工作原理完成扭腰系统的总体结构设计,设计了各个零件的尺寸大小及材料选择。
对主要结构的承重及结构自身重量进行分析,并对部分结构进行强度计算,完成强度校核。
设计了电机的安装位置及行程速度,选择合适的推杆电机,使之能够满足系统的动力要求。
通过Pro/ENGINNEER软件绘制出产品的三维图。
通过分析扭腰系统的控制要求,结合单片机及计算机控制技术等相关知识,选择合适的元器件,设计出控制推杆电机的电路,通过Proteus仿真软件绘制出控制电机的电路图,运用C语言在Keil uVision4软件上对控制程序进行编写,将编写的程序导入到Proteus软件中进行仿真调试。
关键词:按摩机器人,推杆电机,单片机,程序Structure Design and Control of Robot Waist Massage SystemABSTRACTThis design analyzes the current development of massage robot at home and abroad present situation and application prospect, research and design the structure of the lumbar massage robot waist twisting and control system. According to the working principle of twisting the waist structure finish wriggled system overall structure design; design the size of each part and material selection. The bearing of main structure and structure of its own weight to carry on the analysis, and the parts structure strength calculation, complete intensity. Design the installation position of the motor and travel speed, choose the Linear Actuator, can satisfy the system's power requirement. Through the Pro/ENGINNEER software to map the products 3 d figure. Analysis wriggled system control requirements, combined with SCM and computer control technology and other related knowledge, choosing the right components designed putter motor control circuit, through the Proteus simulation software to draw out the motor control circuit, using C language software in Keil uVision4 to write a control program, a program written into the Proteus simulation software debugging.KEY WORDS: massage robot, linear actuator,microcontroller,program目录前言 (1)第1章绪论 (2)1.1 按摩机器人的背景分析 (2)1.2 按摩机器人设计的意义 (3)1.3 研究的基本内容与拟解决的问题 (4)1.3.1 按摩机器人扭腰系统研究的基本内容 (4)1.3.2 设计拟解决的主要问题 (4)1.3.3 设计的主要技术要求 (4)第2章按摩机器人扭腰系统的研究方案 (5)2.1 研究方案 (5)2.1.1 按摩机器人扭腰功能的实现 (5)2.1.2 按摩机器人其他功能的实现 (5)2.2 研究内容 (6)2.3 研究步骤 (7)第3章按摩机器人扭腰系统的结构设计 (8)3.1 按摩机器人总体结构设计 (8)3.2 按摩机器人扭腰系统的结构设计 (9)3.2.1 活动板结构设计 (9)3.2.2 轴结构设计 (10)3.2.3 推杆电机的选型 (11)3.2.4 按摩机器人扭腰系统的整体结构 (13)第4章按摩机器人控制系统设计 (15)4.1 按摩机器人控制器选择 (15)4.1.1 单片机的选择 (15)4.1.2 驱动芯片的选择 (17)4.2 按摩机器人控制系统电路设计 (17)4.2.1 电机的驱动电路 (17)4.2.2 电源电路 (19)4.2.3 晶振电路 (20)4.2.4 复位电路 (21)第5章按摩机器人扭腰系统程序设计 (22)5.1 扭腰系统程序设计概述 (22)5.2 扭腰系统程序介绍 (22)5.2.1 操作流程介绍 (22)5.2.2 控制系统流程 (23)5.2.3 系统的仿真模拟 (27)结论 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录 (33)外文资料翻译 (39)前言按摩机器人是近年来出现的一种新型机器人,它作为一种自动化设备,可以帮助患者进行科学而有效的康复训练,使患者的运动技能得到很好的恢复。
基于仿生学的机器人腰围调节机构设计随着人类科技的不断发展,机器人的应用越来越广泛。
无论是在工业生产、医疗卫生、教育娱乐还是军事领域,机器人都扮演着越来越重要的角色。
而机器人的关键技术之一便是机器人运动控制技术,而机器人运动控制技术的核心则是机器人的关节机构。
机器人的关节机构一般包括电动机、减速器及传动机构、关节结构等部分。
在机器人的关节设计中,机器人腰围调节机构也是非常重要的一部分。
机器人的腰围调节机构一般分为两类,一类是水平旋转式,另一类是倾斜式。
两种机构均需要在操作时具有精度和准确性,以确保机器人能够正确地完成预定动作。
为了满足机器人腰围调节机构的性能要求,许多研究者选择以自然界生物为模板,利用仿生学的原理来设计机器人的腰围调节机构。
自然界中有许多生物拥有出色的运动控制能力,它们的身体结构和运动方式为机器人的关节设计提供了极好的参考。
例如,像蛇这样的爬行动物,其腰围调节机构可以像自由度很高的串联机械手一样工作,能够沿着非常复杂的路径移动。
仿照蛇的腰围调节机构设计出的机器人,可以在狭小的空间内自由活动和执行任务。
再例如,像人类身体的肩膀,其关节为短杆-and-杆结构,能够最大程度地缩小摩擦力,使得人类能够具有出色的工作能力和敏捷度。
仿照人类肩膀的结构,设计出的机器人肩膀关节,则能够更加具有出色的精度和速度。
因此,基于仿生学的机器人腰围调节机构设计,可以很好地提高机器人的运动控制能力和执行任务的能力。
但是,要想设计出实用性强、性能稳定的机器人腰围调节机构,需要依靠严谨的理论分析和科学的实验验证。
首先,需要通过有限元分析等方法来确定机器人关节环节的刚度以及强度,以保证机器人运动过程中的稳定性。
同时,在设计机器人腰围调节机构时需要考虑机器人的负载和工作负荷,尽可能减小运动惯性和运动中的阻力。
其次,需要基于运动学分析和动力学模型,建立机器人的关节控制算法。
通过分析机器人在运动中受到的外力和负载,确定机器人的动力控制方案和反馈控制算法,以使机器人能够保持相对稳定的运动轨迹和足够的控制精度。
机器人腰转传动中消隙设计
机器人腰部传动中的消隙设计是为了减少机器人在运动中产生的不精确性和震动,并提高其运动的精确度和平稳度。
消隙是机构传动中不可忽视的因素,如果不采取有效的消隙设计,机器人在运动过程中可能会出现误差、不稳定等问题。
机器人腰部传动中常见的消隙设计方法有以下几种:
1.弹性联轴器:弹性联轴器是一种能够在传动中消除间隙的装置。
它由两个相互连接的轴承和一个夹紧装置组成,可在机器人腰部传动中起到消除间隙、减小振动的作用。
采用弹性联轴器的传动系统可以提高机器人的工作精度和稳定性。
2.齿轮啮合:齿轮的啮合是机器人腰部传动中常用的消隙设计方法之
一、通过合理设计齿轮的啮合几何参数,使齿轮之间的间隙最小化,从而减小机器人在运动过程中的误差和震动。
同时,在啮合面上添加适当的润滑剂,可以进一步减小齿轮啮合时的摩擦和间隙。
3.加工精度控制:机器人腰部传动中的消隙设计还需要注意加工精度的控制。
通过加工过程中的精密加工和精度控制,可以使传动装置的啮合面尺寸、形状等参数满足设计要求,并尽量减小间隙,提高机器人的运动精度。
4.传动副刚性增加:传动副的刚性对机器人腰部传动中的消隙设计也有一定的影响。
传动副的刚性越大,传动时产生的间隙越小。
因此,在设计机器人腰部传动装置时,可以通过增加传动副的刚性来减小间隙,提高机器人的运动精度。
综上所述,机器人腰部传动中的消隙设计是为了减小机器人在运动中产生的误差和震动,提高机器人的运动精度和稳定性。
采取合理的消隙设计方法,如弹性联轴器、齿轮啮合、加工精度控制和传动副刚性增加等,可以有效地减小机器人传动中的间隙,提高其工作性能和效率。
授课章节工业机器人腰部授课形式讲授授课时间第周周(月日)第至节
教学目标
知识目标:掌握腰部的特点
能力目标:能识别工业机器人腰部
素质目标:提高自学能力
教学重点腰部的特点
教学难点
教学过程
方法手段
时间分配导
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二、谈谈人的腰部的作用2分钟
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点
讲
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任
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分
析
一、腰部的特点
1.腰部是连接臂部和机座的部件。
2.腰部的制作误差、运动精度和平稳性对
机器人的定位精度有决定性的影响。
二、设计腰部的注意事项
1.腰部传递转矩,需同时承受弯曲和扭转,
要考虑其承载能力与刚性的支撑结构。
2.需要考虑线缆及其他单元的控制元件能
否穿过的问题。
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观察安川实训中心搬运机器人的手臂。
关节型机器人腰部结构设计摘要:为了提高生产效率和产品的焊接质量,满足实际工作需要,本课题设计了用于焊接的关节型机器人。
根据机器人的工作要求和结构特点,进行了机器人的总体设计,确定了机器人的外形尺寸和工作空间,拟定了机器人各关节的总体传动方案,对机器人腰关节结构进行了详细设计,合理布置了电机和齿轮,确定了各级传动参数,进行了齿轮、轴和轴承的设计计算和校核。
利用齐次变换矩阵法建立了六自由度关节机器人的正运动学模型,求出机器人末端相对于各自参考坐标系的齐次坐标值,建立了在直角坐标空间内机器人末端执行器的位置和姿态与关节变量值的对应关系。
基于几何投影原理推导出相应的逆运动学模型,求出了各个关节的角度值,建立了机器人关节空间与世界空间的映射关系。
该机器人具有刚性好,位置精度高、运行平稳的特点。
关键词:关节型机器人;位姿分析;总体设计;腰部结构设计The waist structural design of articulated robotAbstract :In order to improve the efficiency of production and welding quality of products and meet real work's needs, this subject has designed the articulated robot used for welding . According to the job requirements for the robot and structure characteristic , I have carried on the overall design of the robot, confirmed the external dimension and workspace of the robot, drafted the overall transmission scheme of every joint of the robot. I have designed the waist structure of the robot in detail, assigned the electrical machinery and gear wheel rationally, confirmed at all level transmission parameters , carried on the design and calculating of gear wheels , shafts and bearings and checking them.The kinematic model of robot system has been built up by means of the homogenous transformation of matrix in this thesis and deduces the robot's homogenous coordinate which is relative to its reference coordinate. We also make up the position relationship between the robot's end effector and the variable friable of every joint. The inverse kinematic model is deduced which based on the projection principle of geometry and the value of angle is worked out. What’s more, the relationship is built up between the joint space of robot and the world space. This robot has the characteristics of fine rigidity , position precision high , that operate steadily.Key words:Articulated robot; Appearance analysis in the location; Design overallly; Waist articulated structural design of the robot目录1 前言 (1)1.1 题目来源及分析 (1)1.2 研究目的 (2)1.3国内外发展及研究现状 (2)2 关节型机器人总体设计 (4)2.1 确定基本技术参数 (4)2.1.1机械结构类型的选择 (4)2.1.2 额定负载 (5)2.1.3 工作范围 (5)2.1.4 操作机的驱动系统设计 (5)2.1.5 控制系统的选择 (6)2.1.6 确定关节型机器人手臂的配置形式 (6)2.2 关节型机器人本体结构设计 (7)3 关节型机器人腰部结构设计 (10)3.1 电动机的选择 (10)3.2 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 (12)3.3 轴的设计计算 (12)3.3.1 计算各轴转速、转矩和输入功率 (12)3.3.2 确定三根轴的具体尺寸 (13)3.4 确定齿轮的参数 (17)3.4.1 选择材料 (17)3.4.2 压力角的选择 (17)3.4.3 齿数和模数的选择 (17)3.4.4 齿宽系数的确定 (17)3.4.5 确定齿轮传动的精度 (18)3.4.6 齿轮的校核 (19)3.5 壳体设计 (22)4 关节型机器人的位姿分析 (23)4.1 机器人的位姿与运动的描述 (23)4.2 关节型机器人的广义连杆变换矩阵 (23)4.3 关节型机器人运动方程 (26)4.3.1 关节型机器人运动分析 (26)4.3.2 关节型机器人运动反解 (29)5 结论 (34)参考文献 (35)附录 (36)1前言1.1 题目来源与分析题目《关节型机器人腰部结构设计》来源于生产实践中。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920465577.8(22)申请日 2019.04.09(73)专利权人 徐伟锋地址 312000 浙江省绍兴市越城区罗门西村36幢102室(72)发明人 徐伟锋 (74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙) 11350代理人 汤东凤(51)Int.Cl.B25J 19/00(2006.01)(54)实用新型名称一种机器人的腰部旋转机构(57)摘要本实用新型公开了一种机器人的腰部旋转机构,包括安装在安装台板上端的旋转底座和带动旋转底座旋转的底座旋转电机,旋转底座包括旋转座体和位于旋转座体两侧且平行分布的底座左臂和底座右臂,旋转座体上端面安装底座旋转电机,安装台板上端面固定连接第一减速机内圈,旋转座体的外沿下端面固定连接可沿着第一减速机内圈外壁旋转的第一减速机外圈。
本实用新型整体结构稳固,装配简单可靠、运转轻快灵活,安全可靠。
权利要求书1页 说明书6页 附图21页CN 209633078 U 2019.11.15C N 209633078U权 利 要 求 书1/1页CN 209633078 U1.一种机器人的腰部旋转机构,其特征在于:包括安装在安装台板(12)上端的旋转底座(2)和带动旋转底座(2)旋转的底座旋转电机(3),所述旋转底座(2)包括旋转座体(21)和位于旋转座体(21)两侧且平行分布的底座左臂(23)和底座右臂(24),所述旋转座体(21)上端面安装有底座旋转电机(3),所述安装台板(12)上端面固定连接有第一减速机内圈(37),所述旋转座体(21)的外沿下端面固定连接有可沿着第一减速机内圈(37)外壁旋转的第一减速机外圈(36),所述底座旋转电机(3)的下端穿过旋转座体(21)并同步连接有第一齿轮(31),所述第一齿轮(31)啮合第二齿轮(32),所述第二齿轮(32)安装在第一齿轴上,所述第一齿轴上位于第二齿轮(32)的下方设有与第二齿轮(32)同步旋转的第三齿轮(33),所述第三齿轮(33)上啮合多个第四齿轮(34),所述第四齿轮(34)安装在第一减速机内圈(37)上端面,所述第一齿轴的上下端外壁均过盈配合安装有第一轴承(38),两个第一轴承(38)的外圈分别安装在旋转座体(21)和第一减速机内圈(37)上,所述底座左臂(23)上设有小臂电机安装台(25),所述底座右臂(24)上设有大臂电机安装台(27),所述安装台板(12)的上端中心连接有内筒(35),所述内筒(35)的上端延伸贯穿旋转座体(21)的中心,内筒(35)的外壁和旋转座体(21)的中心之间通过密封圈(39)进行密封。