搬运机器人的设计方案大全

下面主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在内的机械结构设计。此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。

搬运机器人的组成

搬运机器人由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。

搬运机器人的设计原理

该型搬运机器人为可移动门架式结构：

手臂承载机构可沿着导轨进行移动，导轨安装与立柱上，位于被看管设备上方。

该机器人共有五个自由度：

1 手臂承载机构沿导轨移动，由安装于承载机构上的双作用气缸驱动装置，保证操作机手臂实现600mm的往复运动;

2 手臂在肩关节中的转动，由安装于承载机构上的双作用气缸驱动装置，运动传递机构和安装于肩部的滚珠丝杠实现;

3 手臂在肘关节中的转动，由安装于小臂上的双作用气缸驱动装置，运动传递机构实现;

搬运机器人的总体设计的思路

设计机器人大体上可分为两个阶段：

1、系统分析阶段

①根据系统的目标，明确所采用机器人的目的和任务;

②分析机器人所在系统的工作环境;

③根据机器人的工作要求，确定机器人的基本功能和方案。如机器人的自由度、信息的存储量、计算机功能、动作精度的要求、所能抓取的重量、容许的运动范围、以及对温度、震动等环境的适应性。

2、技术设计阶段

①根据系统的要求确定机器人的自由度和允许的空间工作范围，选择机器人的坐标形式;

②拟订机器人的运动路线和空间作业图;

③确定驱动系统的类型;

④选择各部件的具体结构，进行机器人总装图的设计;

⑤绘制机器人的零件图，并确定尺寸。

搬运机器人的机械系统设计

1搬运机器人的驱动方式

机器人的方式有电动、液压和气动三种方式。一个机器人只有一种驱动方式，也可以有几种方式的联合。以下是三种驱动方式的特点：

(1)液压传动。具有较大功率体积比，常用于大负载的场合;压力、流量均容易控制，可无级调速;反应灵敏，可实现连续轨迹控制，维修方便;但液体对温度变化敏感，油液泄漏易着火;中小型专用机械手或机器人都有应用，重型机械手多为液压驱动;液压元件成本较高，油路也比较复杂。

(2)气压传动。气动系统简单，成本低，适合于节拍快、负载小且精度要求不高的场合，常用于点位控制、抓取、弹性握持和真空吸附，可高速，但冲击较严重，精确定位困难;维修简单，能在高温、粉尘等恶劣环境中使用，泄漏无影响;中小型专用机械手或机器人都有应用。

(3)电动。有异步电机、直流电机、步进或伺服电机等电动驱动方式。适合于中等负载，特别是适合动作复杂、运动轨迹严格的工业机器人和各种微型机器人。

2搬运机器人的关节驱动方式

搬运机器人的关节驱动方式分为直接驱动和间接驱动两种方式。

1).直接驱动

直接驱动的机器人也叫DDR，一般指驱动电机通过机械接口直接与关节连接。关节直接驱动的特点是驱动电机和关节之间没有速度和转矩的转换。这种驱动方式具有一下特点：

(1)机械传动精度高;

(2)振动小，结构刚性好;

(3)结构紧凑，可靠性高;

(4)电机的重量会增加转动负担。

2). 间接驱动

大部分机器人是间接驱动方式。由于驱动器的输出转矩大大小于驱动关节所要求的转矩，所以必须要使用减速器。

间接驱动的特点：

(1)可以获得一个比较大的力矩;

(2)可以减轻关节的负担;

(3)可以把电机作为一个平衡质量;

(4)增加了传动误差;

(5)结构庞大。

间接驱动方式的形式多样，一般通过钢丝、滑轮连杆等器件实现间接驱动。

搬运机器人机械手

工业机器人的手又称为末端执行器，它使机器人直接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、扳手、焊具、喷头等)进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几类：

(1) 夹钳式取料手

(2) 吸附式取料手

(3) 专用操作器及转换器

(4) 仿生多指灵巧手

搬运机器人材料的选择

选择机器人本体的材料，应从机器人的性能要求出发，满足机器人的设计和制造要求。一般搬运机器人材料的选择要遵循以下原则：

(1)机器人的臂和机器人整体是运动的，则要求采用轻质材料。

(2)精密机器人，则要求材料具有较好的刚性。

(3)还要考虑材料的可加工性等。

(4)机器人常用的材料有：碳素结构钢、铝合金、硼纤维增强合金、陶瓷等。

搬运机器人的手部的设计

1、手部的功能

机器人的手部是机器人最重要的部件之一，从其功能和形态上看，分为工业机器人的手部和类人机器人的手部。目前前者应用较多，也较成熟，后者正在发展中。

工业机器人的手部夹持器(亦称抓取机构)是用来握持工件或工具的部件，由于被握持工件的形状、尺寸、重量、材料及表面状态的不同。其手部结构也是多种多样的，大部分的手部结构都是根据特定的工件要求而专门设计的，按握持原理的不同，常用的手部夹持器分为如下两类：

1)夹持式：包括内撑式与外夹式，常用的还有勾托式和弹簧式等。 2)吸附式：包括气吸式与磁吸式等。

在设计机器人末端执行器时，应注意以下问题：

1)机器人末端执行器是根据机器人作业要求来设计的。一个新的末端执行器的出现，就可以增加一种机器人新的应用场所。因此，根据作业的需要和人们的想象力而创造的新的机器人末端执行器，将不断的扩大机器人的应用领域。

2)机器人末端执行器的重量、被抓取物体的重量及操作力的总和机器人容许的负荷力。因此，要求机器人末端执行器体积小、重量轻、结构紧凑。

3)机器人末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。万能末端执行器在结构上很复杂，甚至很难实现，例如，仿人的万能机器人灵巧手，至今尚未实用化。因为这种万能的执行器的结构复杂且造价昂贵。

2、手部设计的基本要求：

1)应具有适当的夹紧力和驱动力;

2)手指应具有一定的开闭范围;

3)应保证工件在手指内的夹持精度;

4)要求结构紧凑，重量轻，效率高;

根据任务要求并考虑到实际操作中手部的工作方式本次设计选择的手部夹持器为：双支点连杆杠杆式手部结构。

3、手爪部分设计

机械手部结构选择：

设计手部时应该考虑的几个问题：

具有足够的握力(即夹紧力)

手指间应具有一定的开闭角

应保证工件准确定位

具有足够的强度和刚度

应考虑被抓取对象的要求

搬运机器人的腕部设计