工业机器人研究毕业答辩ppt.pptx

课题毕业答辩答辩人：指导教师：班级：日期：CONTENTS目录课题综述1主要内容3研究过程2成果总结4目前在我国的许多中小型重工业以及轻工业生产中，往往流水线上的作业工作还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。而随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用以及机电一体化技术的成熟，机器人的研制和生产已成为先进制造技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。选题背景国内外现状国外工业机器人主要的生产国家或地区为美国、欧洲和日本，世界机器人产业形成了以日本FANUC、Yaskawa、瑞典ABB和德国KUKA的机器人四大家族。国内1972年，我国第一台自主研发的机器人在上海拖拉机厂研制成功，先后经历了七十年代的萌芽时期，八十年代的开发时期以及九十年代的实用化期，到现在已经具备了一定的规模。背景及现状国外研究现状美国机器人产业的重点仍是系统的开发与应用，它将整体的研发设计与对外采购相结合欧洲德国是一家厂商一条龙服务，从机器人本体的产生，到客户要求的系统设计，全部交由一家企业完成日本工业机器人王国，将整条产业链一齐推进国外机器人产业态势国内研究现状哈尔滨2012年，四种新型工业机器人在中国哈尔滨研制成功专家们认为这标志着我国已经掌握了第一代工业机器人的生产技术中国科学院中国科学院自动化所自行设计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统成功浙江大学2011年，浙江大学成功研制出仿人机器人“悟”和“空”清华大学2003年，清华大学成功研制THMR-V智能车国内机器人产业态势选题理由结合负载重量和机器人的姿势进行速度调节，使其能够恒定发挥最佳性能选题理由二能够进行小部件的组装、控制、检查作业等对工业机器人有严格要求的作业，应用广泛选题理由三兼容了以往产品的小型性，可以自如地安装于地面，天花板或墙壁上选题理由一川崎机器人简介作为机器人行业的知名企业的川崎重工，在1969年，开发出了日本第一台工业机器人。从此川崎公司便一直保持着机器人工业的领先地位，新世纪初，更是将它近40年的经验和技术，融入小型到中型的“F系列”机械手中。F系列是结合了轻量苗条的手臂设计和高速度的终极工人。首先，它有更短的循环时间，其次，它有更紧凑的工作单元布置，最后，川崎F系列机械手的手臂结构更符合系统需要。而FS型，则是指应用于装配、搬运或密封的小型机器人。选题理由总体思路010203川崎机器手结构是什么样的?怎么对机器人结构进行设计？设计完成了又怎么对其进行运动分析？提出问题分析问题就是要清楚自己课题做什么，完成什么任务，并知道怎么去做。分析问题通过查阅资料，以及利用所学知识，去开始完成自己的课题并努力解决在这过程中的问题解决问题成果形式研究过程01preview02understand03design04analyze二2.在对机械手结构原理有一定的理解之后，拟定总体设计方案，并撰写开题报告四对机器手进行运动分析，并绘制机械手装配图，撰写论文三.对机械手各具体结构进行设计计算，如完成机械手机身、臂部、手部、腕部等结构的具体设计一1查阅相关资料，了解国内外机械手研究现状，清楚机械手结构与工作原理，保证后续设计顺利进行实施过程研究过程总体结构设计方案根据设计相关要求，首先确定机器手的自由度及配置，然后布置相应电机各结构设计分析对机器人机械系统各结构进行设计分析，建立三维模型伺服电机选择根据设计的各结构负载力矩等关系，确定使用的伺服电机雅克比矩阵分析通过对机器人速度雅克比矩阵的分析计算，可以有效地分析其速度正逆运动学求解机器人运动学的核心，建立运动坐标系，求解正逆运动学并验证臂部有限元分析设计完成后，利用有限元分析法对主要结构(臂部）进行应力应变分析主要内容自由度确定及配置川崎FS系列有六个自由度，故确定其为六自由度，并为关节型机器人。由于关节型机器人机身只有一个回转自由度，臂部一般为两个自由度，而腕部常为三自由度手腕。故确定腰部一个回转自由度（机身），臂部一个俯仰和一个伸缩自由度，腕部三自由度，并且为RBR结构。该机器人结构示意图如右边所示：关节及电机布置从右图看出，J1、J2、和J3、这三个关节是该机器人的定位关节，它们决定了机器人手腕在空间的工作位置和区域；而J4、J5、J6这三个关节则是机器人的定向关节，机器人手腕的方向和姿态取决于它们。同时，我们可以看出，J1、J4、J6这三个关节做回转运动，旋转范围较大；J2、J3、J5绕轴做摆动，摆动幅度有限。从关节布置角度看，J2关节向前偏置，偏移量为d，所以，机器人的向前的灵活程度得到了提高，工作区域得到了扩大。为了使运动惯量尽可能小，J4关节电机尽可能后置，使得J3、J4关节的轴线在空间交叉垂直，产生a的偏移量。为了求解运动学方便同时能准确定位，J4、J5、J6三个关节的轴线汇交一点，形成了前面所述的RBR三自由度手腕结构。从电机布置角度看，对于负载不大的轻小机器人，J1、J2、J3、三个关节电机轴线与减速器轴线同轴放置，J4、J5、J6三个关节电机放置于小臂内；对于负载较大的重型机器人，J1、J2、J3三个关节电机轴线与减速器的轴线成一定角度放置，中间再通过齿轮传递运动，J4、J5、J6三个关节电机后置于小臂尾端，这样便可减小机器人的运动惯量。各结构设计分析1.基座部件：基座是一个用于机器人安装的基础件，要求有足够的刚度及稳定性，基座的部件主要由底座、回转部件、驱动电机等构成。驱动电机安装在底座内，并通过一减速器将运动传递到腰部，实现腰部的回转。而基座固定，在实际应用中可安装于地面、天花板或墙壁。2.腰关节部件：关节坐标型机器人的腰部回转自由度属于机身，腰部要支撑整个机身绕基座转动，其受力最大。腰部支架、RV减速器以及驱动电机等是要关节的主要部件。联轴器将腰部驱动电机输出轴与减速器输入轴连接起来，从而腰部在支撑大臂的同时，经过减速器的带动完成自身的回转。3.大臂部件：机器人的臂部通常分为大臂和小臂，一般有两个自由度。机器人臂部除了要具备足够的刚度和承载能力，而且要有足够好的导向性，同时尽量使重量和转动惯量小。在该机器人中，大臂有一个伸缩自由度，扩大了机器人前后作业范围。4.小臂部件：臂部是机器人主要执行部件，小臂不仅要完成自己的运动，同时也支承腕部和手部。该机器人中，小臂完成俯仰运动，扩大了机器人的上下作业范围。臂身、传动件以及驱动手腕运动的电机等构成了小臂部件的主要内容。5.腕部部件：该机器人腕部是三自由度手腕，主要有手腕壳体、传动齿轮和机械接口等，起支撑手部作用。6.手部部件（末端操作器）：手部是机器人中的一个独立部件，与手腕件有机械接口，可拆卸，是机器人中直接与工件接触的部件。手部形式也是多样化的，该机器人手部为吸附十手部结构。伺服电机选择驱动电机是机器人传动系统的基础部件，要使机器人灵活准确地实现动作目标，驱动电机的正确选择至关重要。而直流伺服电机因其精度高、额定转速高以及能构成闭环控制等特点，在机器人控制方面应用广泛。因此，首先选用伺服电机控制。伺服电机选用原则有以下几点：①.连续工作扭矩〈伺服电机额定扭矩②.瞬时最大扭矩〈伺服电机最大扭矩③.负载惯量〈3倍电机转子惯量④.连续工作速度〈电机额定转速通过各力矩分析计算，最终选定10系列额定功率为1.5KW型号为EDSMT-2T110-060C的伺服电机。臂部有限元分析有限元分析法（FiniteElementMethod）是以现代计算机迅速发展为基础而发展起来的一种近似数值分析方法。主要用来解决机械刚体力学以及具有特定临界条件的数学偏微分方程等问题。臂部是机器人中主要的执行部件，其刚性直接反映着机器人的整个性能，因为机器人的臂部结构是比较复杂的，将大臂等效为一维梁模型时难以避免地会产生各种误差。为了实现比较快速地又较为精准地分析大臂都强度校核，在分析臂部的应力应变时采用ansys有限元分析法。首先，我们建立大臂模型，定义弹性模量以及泊松比，再划分网格，如右图：然后施加相应载荷，求解，计算结果如下：通过对应力应变分析，以及后续优化计算，设计较为合理正逆运动学求解正向运动学和逆向运动学的求解问题是机器人运动学的关键，其核心是机器人关节空间与操作空间的坐标变换。正运动学是在给定机器人各关节位置及连杆几何参数下，求末端操作器相对基座的位姿问题，这对开发操作器坐标算法是及其重要的。逆运动学则是在已知机器人末端操作器相对基座的位姿及各连杆的几何参数情况下，求各关节位置的问题。逆运动学是机器人控制系统设计的主要来源。为此，先建立机器人坐标系，建立机器人坐标系采用后置法，如下所述：在每个连杆上固连一个坐标系，对应于连杆i的坐标系就是{i}，规定坐标系{i}的Zi轴沿着关节轴线i，坐标原点在长度线ai和关节轴线的交点处，沿着长度线ai由关节轴线i指向关节轴线i-1是Xi的正方向。Yi按照右手定则确定。于是，根据上述方法，建立该机器人坐标系如下图：从而确定各参数如下：连杆θidiai-1αi-1i=1θ1d100i=2θ20a190°i=3θ30a20i=4θ4d40-90°i=5θ50090°i=6θ6d6090°于是，根据以上各参数，计算出机器人正解如下：与所建坐标系的机器人位姿一致，故正解是正确的。同理，令各参数已知，设连杆参数,并设六个关节角度均为30°，从而求出机器人运动方程，用Matlab计算结果如下：利用逆矩阵法求出各关节角度表达式，并将以上各数据代入表达式，求出各角度如下：由于Matlab在求解三角函数过程中存在误差，故以上角度均是30°，证明所求解角度表达式是正确的。速度雅克比矩阵分析机器人速度雅可比矩阵的计算是分析机器人速度的基础，它揭示了机器人操作空间与关节空间的映射关系。六自由度机器人雅可比矩阵为一6*6的方针，其第i列为：将各数据代入雅可比矩阵计算公式，于是可得速度雅可比矩阵每一列表达式，由于表达式比较复杂，用Matlab计算结果如下：研究结论主要成果060504030201速度雅克比矩阵分析臂部有限元分析伺服电机的选择正逆运动学求解FS型机器人各结构设计分析完成了总体结构设计方案研究总结大学生活即将结束，在此，我要感谢所有教导我的老师和陪伴我一齐成长的同学，他们在我的大学生涯给予了很大的帮助。本论文能够顺利完成，要特别感谢我的导师老师，老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计！最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢！成果总结THANKS!恳请各位老师批评指正！