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工业机器人的创新设计.doc
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工业机器人的创新设计.doc
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摘 要
本次设计模仿月球车的基本功能和设计思路,根据给定的规定动
作顺序,综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业
知识,完成月球车理论方案的创新设计,并绘制必要的零部件图,其
中包括机器装置的原理方案构思和拟定;原理方案的实现、传动方案
的设计;3D 虚拟装配,运动仿真及关键技术的分析与实现、主要结构
的设计简图;设计计算与说明、设计小结。
月球车机械设计要求:月球车以收起机械臂计,其长度小于或等
于 300mm、宽度小于或等于 300mm、高度小于或等于 300mm;月球车的
驱动可采用各种形式的原动机,不允许使用人力直接驱动,若使用电
动机驱动,其电源应为安全电源。
月球车机械设计的主要技术关键问题为:夹持机构的夹紧与翻转;
行走机构的转向与越障;提升机构的提升;3D 虚拟装配、运动仿真动
画的制作。
关键词:工业机器人、行走、CAXA、动画
目录
摘 要 ......................................................2
第一章 概述................................................4
1.1 工业机器人简介..........................................4
1.2 世界机器人的发展........................................4
1.3 我国工业机器人的发展....................................5
1.4 要设计的机器人..........................................6
第二章 月球车原理方案构思和拟定 ...........................7
第三章 相关计算...........................................15
3.1 月球车的行走速度 .....................................15
3.2 提升箱的提升速度 .....................................15
3.3 夹持机构翻转速度 .....................................16
3.4 提升架辅助定位移动的速度 .............................16
第四章 基于 CAXA 的实体设计和动画制作.....................17
4.1 CAXA 实体设计概述 .....................................17
4.2 关键零件的实体设计.....................................18
4.3 动画制作...............................................23
4.4 工业机器创新设计的网页制作.............................27
第五章 结束语 ............................................29
参考文献 ..................................................30
致 谢 ....................................................32
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第一章 概述
1.1 工业机器人简介
几千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器,以便将人类从繁重的劳动中
解脱出来。如古希腊诗人 Homeros 的长篇叙事诗 《伊利亚特》中的冶炼之神瘸腿
海倍斯特司 ,就用黄金铸造出一个美丽聪颖的侍女;希腊神话《阿鲁哥探险船》
中的青铜巨人泰洛斯(Taloas);犹太传说中的泥土巨人等等,这些美丽的神话时
刻激励着人们一定要把美丽的神话变为现实,早在两千年前就开始出现了自动木
人和一些简单的机械偶人。
到了近代 ,机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人问世之后,不同功
能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域,从天上到地下,从工业拓广到 农
业、林、牧、渔,甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多,应用之广,影响之
深,是我们始料未及的。
工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构
成,是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机
电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、
提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重
要的作用。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动,而是综合了人的特长和机器特
长的一种拟人的电子机械装置,既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力,
又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力,从某种意义上说它
也是机器的进化过程产物,它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备,也
是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
1.2 世界机器人的发展
国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:
1. 工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维
修),而单机价格不断下降,平均单机价格从 91 年的 10.3 万美元降至 97 年的
6.5 万美元。
2.机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、
检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外
已有模块化装配机器人产品问市。
3.工业机器人控制系统向基于 PC 机的开放型控制器方向发展,便于标准化、
网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构;大大提高了系
统的可靠性、易操作性和可维修性。
4.机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传
感器外,装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机器人则采用
视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多
传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
5.虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如
使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
6.当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者
与机器人的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统,
使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器
人就是这种系统成功应用的最著名实例。
7.机器人化机械开始兴起。从 94 年美国开发出“虚拟轴机床”以来,这种
新型装置已成为国际研究的热点之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域。
1.3 我国工业机器人的发展
有人认为,应用机器人只是为了节省劳动力,而我国劳动力资源丰富,发展机
器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国,社会主义制度的优越性决定
了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和
巨大的经济效益,而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的
发展做出卓越的贡献。
我国的工业机器人从 80 年代“七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下,
通过“七五”、“八五”科技攻关,目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技
术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人
关键元器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有 130 多台
套喷漆机器人在二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用,
弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看,我国的工业机器人技
术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,如:可靠性低于国外产品;机
器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距;在应用
规模上,我国已安装的国产工业机器人约 200 台,约占全球已安装台数的万分之
四。以上原因主要是没有形成机器人产业,当前我国的机器人生产都是应用户的
要求,“一客户,一次重新设计”,品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、
供货周期长、成本也不低,而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化
前期的关键技术,对产品进行全面规划,搞好系列化、通用化、模化设计,积极
推进产业化进程。
我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下,也取得了不少成果。
其中最为突出的是水下机器人,6000 米水下无缆机器人的成果居世界领先水平,
还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机
种;在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作,
有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统
遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步,与
国外先进水平差距较大,需要在原有成绩的基础上,有重点地系统攻关,才能形
成系统配套可供实用的技术和产品,以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。
1.4 要设计的机器人
一、目标
模仿月球车的基本功能和设计思路,设计可完成规定动作的月球车,完成理
论方案的设计,运用 CAXA 等软件进行的实体造型和对所设计月球车的进行模拟装
配和运动仿真,并做出相应的动画。
二、月球车机械设计要求
(1)月球车以收起机械臂计,其长度小于或等于 300mm、宽度小于或等于
300mm、高度小于或等于 300mm。
(2)月球车的驱动可采用各种形式的原动机,不允许使用人力直接驱动,若
使用电动机驱动,其电源应为安全电源。
(3)月球车前进方式不限,拾取木块的方式和每次拾取木块的数量不限。
(4)月球车的控制可采用有线或无线遥控方式
三、工作场地及用品规格
(1)本月球车工作场地采用木质地板,场地尺寸: 4000mm × 2000mm,四周
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omyligaga
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