自由曲面研拋微小機(jī)器人設(shè)計(jì)【開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報(bào)告</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　自由曲面研拋微小機(jī)器人設(shè)計(jì) </p><p>　　一、選題的背景與意義：</p><p><b>　　1.1背景 </b></p><p>　　模具是機(jī)械、

2、汽車、電子、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)工藝裝備。作為基礎(chǔ)工業(yè)，模具的質(zhì)量、精度、壽命對(duì)其它工業(yè)的發(fā)展起著十分重要作用，在國際上被稱為“工業(yè)之母”，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著無可置疑的關(guān)鍵作用。自由曲面的加工和成型技術(shù)在現(xiàn)代制造工業(yè)中具有舉足輕重的地位。在汽車、電子、航空航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，對(duì)模具自由曲面的加工質(zhì)量和效率的要求越來越高，高質(zhì)、高效、低成本的自由曲面加工技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)面臨的關(guān)鍵性問題之一.。</p><p&

3、gt;<b>　　1.2意義</b></p><p>　　本課題的技術(shù)思路是實(shí)現(xiàn)用小型裝備對(duì)大型自由曲面進(jìn)行精整加工的目標(biāo)。本課題設(shè)計(jì)的是框架式移動(dòng)機(jī)器人，以真空吸盤作為腳部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)和加工曲面的定位，以兩根滾珠絲杠構(gòu)成十字交叉結(jié)構(gòu)作為機(jī)器人的框架，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)。利用微小機(jī)器人研拋加工大型復(fù)雜模具自由曲面，更新了大型自由曲面研拋加工技術(shù)的觀念，提高了模具制造整體水平，突破了研拋大型自由曲

4、面必須用大型設(shè)備的傳統(tǒng)模式，對(duì)我們汽車工業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義。 </p><p>　　二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題：</p><p>　　本課題的基本內(nèi)容是：</p><p>　?。?）通過查詢文獻(xiàn)資料，了解國內(nèi)外移動(dòng)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的研究發(fā)展現(xiàn)狀，如車輪式，履帶式，足腳式等。</p><p>　　（2）自由曲面研拋機(jī)器人的主要

5、構(gòu)件工作過程分析。</p><p>　　（3）確定吸盤式微小研拋機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，完成行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）完成工具端的設(shè)計(jì)及裝配圖。</p><p>　　（5）初步設(shè)計(jì)控制流程，完成總體小機(jī)器人的設(shè)計(jì)及總裝配圖。</p><p>　?。?）對(duì)整個(gè)研究課題和本論文加以總結(jié)。</p><

6、p>　　本課題解決的主要問題是：</p><p>　　如何設(shè)計(jì)機(jī)器人的直線行走及越障功能，使機(jī)器人具有一定的跨越障礙的能力。</p><p>　　研拋工具端上下移動(dòng)自由度的設(shè)計(jì)，使工具頭能夠根據(jù)曲面形狀上下移動(dòng)進(jìn)行研拋。</p><p>　　如何設(shè)計(jì)吸盤式微小研拋機(jī)器初步控制流程，使通過控制實(shí)現(xiàn)行走與研拋的功能。</p><p>　　三

7、、研究方法與技術(shù)路線</p><p>　　四、研究的總體安排與進(jìn)度：</p><p>　?。?）2010年12月24日完成調(diào)研，收集資料，確定設(shè)計(jì)方案，撰寫開題報(bào)告;</p><p>　　（2）2011年1月10日之前完成文獻(xiàn)綜述、文獻(xiàn)翻譯;</p><p>　?。?） 2011年2月3日之前完成自由曲面研拋機(jī)器人的主要構(gòu)件工作過程分析<

8、;/p><p>　?。?）2011年2月25號(hào)前完成吸盤式微小研拋機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，完成行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　（5）2011年3月15號(hào)前完成工具端的設(shè)計(jì)及裝配圖</p><p>　?。?）2011年4月20號(hào)前完成設(shè)計(jì)控制流程，完成總體小機(jī)器人的設(shè)計(jì)及總裝配圖。</p><p>　?。?）211年5月1號(hào)前完成論

9、文初稿，對(duì)整個(gè)研究課題和本論文加以總結(jié)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 黃軍英．日本機(jī)器人技術(shù)發(fā)展淺議[J]．科技管理研究，2008（2）：165．</p><p>　　[2] 蘇東海，李懷東．機(jī)器人在先進(jìn)制造業(yè)應(yīng)用與研究[J]．2005（11）：82-84．</p><p>

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18、thodby Robotfor Free-form Surfaces.Int.J.Mach.Tools Manufact.,2000,40(6):795-808</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　自由曲面研拋微小機(jī)器人設(shè)計(jì)</p><p>

19、;　　1、國外機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀：</p><p>　　自從20世紀(jì)60年代機(jī)器人在美國誕生以來，世界各發(fā)達(dá)國家競(jìng)相競(jìng)爭(zhēng)這個(gè)象征機(jī)電一體化最高成就領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。日本在1967年由川崎重工業(yè)公司從美Unimation公司引進(jìn)了機(jī)器人和機(jī)器人技術(shù)，建立起生產(chǎn)車間，并于1968年試制出第一臺(tái)川崎的“尤尼曼特”機(jī)器人，從那時(shí)起， 日本有了自己的機(jī)器人技術(shù)， 并開始向這個(gè)高技術(shù)領(lǐng)域的制高點(diǎn)進(jìn)攻。80年代中期, 日本一躍成為

20、“機(jī)器人王國”，其機(jī)器人的產(chǎn)量和安裝的臺(tái)數(shù)在國際上躍居首位。1961年，美國Consolidated Control Corp和AMF公司聯(lián)合制造了第一臺(tái)實(shí)用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，迄今為止，世界上對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研究已經(jīng)經(jīng)歷了四十余年的歷程，日本、美國、法國、德國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已日趨成熟和完善。</p><p>　　1.11吸盤式機(jī)器人研究方面的成果</p><p>　　美國密歇根州立大學(xué)研

21、制了兩種雙足結(jié)構(gòu)的小型爬壁機(jī)器人，均采用真空吸附方式。1997美國西雅圖的Henry R Seem ann由波音公司的資助研制出一種真空吸附履帶式爬壁機(jī)器人“Auto Crawler”。機(jī)器人兩條履帶上各裝有數(shù)個(gè)微小吸附室，隨著履帶的移動(dòng),吸附室連續(xù)地形成真空腔而使得履帶貼緊壁面行走。2006年，Carnegie Mellon University基于壁虎爬行的原理研究制造一種爬壁機(jī)器人，它可以完成檢查、監(jiān)督、探測(cè)、和清洗等特定工作。1

22、966年，日本大阪府立大學(xué)工學(xué)部的西亮講師成功研制了利用風(fēng)扇進(jìn)氣側(cè)低壓作用作為吸附力的垂直移動(dòng)機(jī)器人的原理樣機(jī)，并且于1975年制作了以實(shí)用化為目標(biāo)的第二號(hào)樣機(jī)，采用單吸盤結(jié)構(gòu)，這也是世界上出現(xiàn)最早的爬壁機(jī)器人。日本東京工業(yè)大學(xué)制做了一種爬壁機(jī)器人“NINJA”，可以在不同表面(地面、墻壁、桌面)上爬行并且具有較高的靜載荷能力。腳步為三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，安裝了真空吸盤，用來吸附在工作表面。1999年，意大利的Cassino大學(xué)機(jī)器人制造實(shí)

23、驗(yàn)室的Giorgio Figliolini等人研制了一種電動(dòng)氣動(dòng)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的雙足行走機(jī)器人EP-WAR</p><p>　　1.12其他類型機(jī)器人的研究</p><p>　　美國不僅僅致力于服務(wù)機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人的研究，其對(duì)軍用機(jī)器人的發(fā)展更是格外的重視。施樂公司的帕洛·阿爾托研究中心正在研究一種可變形狀的機(jī)器人，大小像網(wǎng)球，外形為12面體，眾多的表面使得它們便于相互連結(jié)，從而使得

24、機(jī)器人可以選擇最適合環(huán)境的外形配置，呈現(xiàn)不同的形狀。軍工企業(yè)巨頭BAE系統(tǒng)公司正在為美軍打造的這支“電子昆蟲”部隊(duì)將會(huì)成為士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上的耳目，用來挽救數(shù)千人的性命。在美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局和海軍裝備研究局的贊助下iRobot公司研制出了“羚羊”—Ⅱ型海底機(jī)器人。這種海底機(jī)器人有六條腿，每條腿都有一個(gè)兩自由度的關(guān)節(jié)，這樣的設(shè)計(jì)使它能夠比較輕松地越過海底障礙和裂縫?！傲缪颉薄蛐退须娮悠骷挤胖迷谝粋€(gè)耐壓防水殼體內(nèi)，能夠承受很大的壓力，可

25、以放心大膽地在淺水區(qū)進(jìn)行排雷清障工作而不必?fù)?dān)心爆炸和沖擊對(duì)它所造成的影響。同時(shí)美國北卡羅萊納州立大學(xué)設(shè)計(jì)出了一種跳躍機(jī)器人。</p><p>　　對(duì)于日本方面，目前日本在機(jī)器人的生產(chǎn)、出口和使用上都居世界榜首，日本國內(nèi)裝配有41萬臺(tái)各類機(jī)器人，產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類企業(yè)中，就連許多中小企業(yè)也將機(jī)器人用于生產(chǎn)；據(jù)日本機(jī)器人工業(yè)會(huì)的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，2004年工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)值5768億日元，其中日本國內(nèi)銷售為2724億

26、日元，國外銷售3045億日元。表1.1是世界主要一些國家機(jī)器人研究的情況</p><p>　　資料來源: 日本 國家科技政策研究所, ISSN 1349 – 3663</p><p>　　2、我國機(jī)器人的發(fā)展概況</p><p>　　機(jī)器人最初出現(xiàn)是傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。從1959年美國第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人到本世紀(jì)80年代初，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期緩

27、慢的發(fā)展過程。到了90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。制造的價(jià)格不斷降低，而且其質(zhì)量與性能在迅速提高，開拓了機(jī)器人行業(yè)的新進(jìn)展。當(dāng)前，機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、信息和傳感技術(shù)、機(jī)構(gòu)學(xué)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代十分活躍的研究開發(fā)領(lǐng)域，它包括了正在逐步深入的機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)研究，同時(shí)也包括了對(duì)國民經(jīng)濟(jì)有著重要作用的機(jī)器人工程應(yīng)用技術(shù)研究。</p&g

28、t;<p>　　我國的機(jī)器人研究開發(fā)工作始于上世紀(jì)70年代初，到現(xiàn)在已經(jīng)歷了21年的歷程前31年處于研究單位自行開展研究工作狀態(tài)，主要是沒有成型的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，發(fā)展比較緩慢。七五攻關(guān)計(jì)劃將工業(yè)機(jī)器人和水下焊接機(jī)器人的研究和開發(fā)列人計(jì)劃，由機(jī)械部等部門組織了點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、搬運(yùn)等型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人攻關(guān)，取得了一定的成績(jī)1986年，國家863計(jì)劃機(jī)器人技術(shù)主題在“發(fā)展高技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”方針的指導(dǎo)下面向國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，開展了工業(yè)

29、機(jī)器人與應(yīng)用工程的研究與開發(fā)，在短短幾年內(nèi)取得了重大進(jìn)展。先后開發(fā)了點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運(yùn)、自動(dòng)導(dǎo)引車在內(nèi)的全系列工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，并在汽車、摩托車、工程機(jī)械、家電等制造業(yè)得到成功的應(yīng)用，對(duì)我國制造業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步起到了促進(jìn)作用。90年代，確定了特種機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程并重，以應(yīng)用帶動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展的方針，研制出了有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人系列產(chǎn)品，并小批試產(chǎn)，完成了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)

30、器人在20余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用。</p><p>　　但總體說來。我國仍是一個(gè)機(jī)器人設(shè)備的消費(fèi)市場(chǎng)，行業(yè)市場(chǎng)處于發(fā)展壯大中。“九五”期間，國家“863”高技術(shù)計(jì)劃已將沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限責(zé)任公司、一汽集團(tuán)涂裝技術(shù)開發(fā)中心、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所、上海機(jī)電一體工程有限公司、四川綿陽四維焊接自動(dòng)化設(shè)備有限公司等確立為智能機(jī)器人主題產(chǎn)業(yè)化基地。大連組合機(jī)床所

31、、上海富安工廠自動(dòng)化公司、東風(fēng)汽車公司、昆明船舶公司、哈爾濱焊接研究所、安川北科公司等單位也都憑借自己開發(fā)生產(chǎn)的特色機(jī)器人或應(yīng)用工程項(xiàng)目活躍在當(dāng)今國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)上。</p><p>　　在機(jī)器人微型化的進(jìn)程中，我國也有長(zhǎng)足的發(fā)展。浙江大學(xué)研制出了無損傷醫(yī)用微型機(jī)器人的原理樣機(jī)，該微型機(jī)器人以懸浮方式進(jìn)入人體內(nèi)腔(如腸道,食道)，可避免對(duì)人體內(nèi)腔有機(jī)組織造成損傷,運(yùn)行速度快,速度控制方便。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在國家

32、自然科學(xué)基金的資助下研制出了基于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的多節(jié)蛇行游動(dòng)腹腔手術(shù)術(shù)微型機(jī)器人，該機(jī)器人將CCD攝像系統(tǒng)，手術(shù)器械及智能控制系統(tǒng)分別安裝在微型機(jī)器人的端部,通過開在患者腹部的小口，伸入腹腔進(jìn)行手術(shù)。其特點(diǎn)是響應(yīng)速度快,運(yùn)動(dòng)精度高，作用力與動(dòng)作范圍大，每一節(jié)可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度方向上±60°范圍內(nèi)迅捷而靈活的動(dòng)作。</p><p>　　但總的來看我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定

33、的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。</p><p>　　3、機(jī)器人在模具自由曲面精整加工中的應(yīng)用</p><p>　　近年來的研究中，在研磨拋光加工方法中還出現(xiàn)了利用振動(dòng)、超聲波扭振等進(jìn)行研磨的加工方法。在超精密研磨加工方法中，除了特種加工和在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)形成的各種研磨方法之外，還有許多與現(xiàn)代科技交叉形成的新技術(shù)，比較典

34、型的有機(jī)械電解拋光、彈性發(fā)射加工、浮動(dòng)拋光。以及復(fù)合加工技術(shù)。如：將激光加工與切削加工相結(jié)合，可以解決高硬度、高強(qiáng)度等難加工材料的切削加工問題；將電火花加工與超聲加工相結(jié)合，可以提高加工效率和加工質(zhì)量；磨削復(fù)合加工主要用于獲得高的形狀精度和表面質(zhì)量，尤其是大規(guī)模集成電路的發(fā)展；化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工可以有效地加工陶瓷、單晶藍(lán)寶石和半導(dǎo)體晶片，可防止通常機(jī)械加工用硬磨料引起的表面脆性裂紋和凹痕，獲得光滑無缺陷的表面等。</p>&

35、lt;p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中以機(jī)械拋光為主，其他的拋光方法應(yīng)用不多，而且其他的拋光方法對(duì)拋光的設(shè)備要求也不盡相同，其中化學(xué)拋光和電解拋光主要是對(duì)化學(xué)介質(zhì)成分的要求較高，對(duì)其設(shè)備并無太多的要求，磁研磨拋光主要是對(duì)拋光材料及磁場(chǎng)的作用有一定的要求以保證加工的精度及效果。</p><p>　　早在上世紀(jì)70年代末，日本學(xué)者就進(jìn)行了機(jī)器人的研拋實(shí)驗(yàn)，目前，日本在機(jī)器人輔助拋光模具自動(dòng)化加工方面居世界領(lǐng)先地位。隨后美國

36、、西班牙、德國、韓國、新加坡等國家和我國臺(tái)灣、香港也陸續(xù)開展了這方面的研究。雖然機(jī)器人的機(jī)構(gòu)剛度較低，難以在數(shù)控機(jī)床模具加工中發(fā)揮作用，但由于拋光加工可以看作是一種少無切削加工，刀具與工件接觸表面之間的法向力很小，機(jī)器人具有如人類手腕一般的自由活動(dòng)能力，使得它非常適合于模具的自動(dòng)拋光加工。</p><p>　　早期的研究主要集中在模仿手工拋光軌跡，隨后又引入了CAD/CAM自動(dòng)進(jìn)行軌跡規(guī)劃。上世紀(jì)80年代日本學(xué)者

37、Satio、Miyoshi、Jeong在手工拋光的基礎(chǔ)上，展開了機(jī)器人拋光工藝的研究，如切削深度、進(jìn)給速度、材料去除率、刀具、作用力、拋光軌跡等對(duì)拋光質(zhì)量的影響。隨著傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、智能技術(shù)，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人拋光系統(tǒng)正向智能化、網(wǎng)絡(luò)化過渡，如韓國釜山大學(xué)開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人自動(dòng)拋光系統(tǒng)，新加坡開發(fā)了智能型機(jī)器人拋光系統(tǒng)。圖1.5所示為典型的機(jī)器人輔助模具拋光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。研拋機(jī)器人的末端執(zhí)行器和拋光工具的研究也漸漸的

38、深入，柔性工具被普遍使用，硬質(zhì)工具拋光的效率高，但是質(zhì)量低于軟質(zhì)工具。各國研究學(xué)者陸續(xù)提出了磁力、空氣活塞和彈簧對(duì)拋光過程進(jìn)行控制，以減小微小的位置誤差對(duì)加工表面質(zhì)量造成的影響。</p><p>　　國內(nèi)對(duì)此研究相對(duì)比較晚，上世紀(jì)90年代，國內(nèi)華中科技大學(xué)以PUMA-562機(jī)器人為平臺(tái)開發(fā)了機(jī)器人拋光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；吉林工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了機(jī)器人超聲彈性研拋研究。北京航空航天大學(xué)的機(jī)器人研究所提出了一種用于復(fù)雜空間曲面拋光加

39、工的機(jī)器人柔性拋光系統(tǒng)；中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化所對(duì)機(jī)器人研磨拋光工藝，研磨拋光參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。</p><p>　　機(jī)器人拋光比數(shù)控機(jī)床拋光更具優(yōu)越性，機(jī)器人柔性大，非常適合涉及復(fù)雜曲面加工的拋光操作。同時(shí),拋光作用力小，精度要求低，正好避開了機(jī)器人剛性弱、精度差的缺點(diǎn)。文獻(xiàn)即論述了研拋機(jī)器人代替手工和大型設(shè)備加工大型模具的理論和嘗試。研究資料表明，由于機(jī)器人靈活性和可編程性充分體現(xiàn)了自動(dòng)化裝備的優(yōu)點(diǎn)，

40、特別是智能性、適應(yīng)性、機(jī)器作業(yè)的準(zhǔn)確性以及在各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在通過編程可重組的生產(chǎn)單元進(jìn)行敏捷制造的裝備中，機(jī)器人化機(jī)器將占據(jù)非常重要的地位。實(shí)踐研究表明，在自由曲面的精整加工中，機(jī)器人能夠提供更廣闊、更可靠的控制手段。將對(duì)我國的模具制造行業(yè)增添更大的活力，具有很大的研究發(fā)展空間和市場(chǎng)潛力。</p><p>　　1.4 結(jié)論及課題內(nèi)容</p><p>　　本課題提出技術(shù)思路以實(shí)現(xiàn)

41、用小型裝備對(duì)大型自由曲面進(jìn)行精整加工的目標(biāo)。本課題設(shè)計(jì)的是框架式移動(dòng)機(jī)器人，以真空吸盤作為腳部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與加工曲面的定位，用兩根滾珠絲杠構(gòu)成十字交叉結(jié)構(gòu)作為機(jī)器人的框架，實(shí)現(xiàn)微小機(jī)器人的移動(dòng)。利用微小機(jī)器人研拋加工大型復(fù)雜模具自由曲面，可以更新大型自由曲面自動(dòng)研拋加工技術(shù)的觀念，也可以提高模具制造整體水平，對(duì)我們汽車工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&l

42、t;/p><p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　自由曲面研拋微小機(jī)器人設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　摘要：本課題設(shè)計(jì)了吸盤式微小機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)用

43、小型裝備對(duì)大型自由曲面進(jìn)行精整加工的目標(biāo)。用微小設(shè)備研拋加工大型復(fù)雜模具自由曲面，改善了研拋大型自由曲面必須用大型設(shè)備的傳統(tǒng)模式，可以解決研拋裝備加工范圍的問題。</p><p>　　機(jī)器人移動(dòng)結(jié)構(gòu)運(yùn)用了吸附能力大，承載力強(qiáng)，能跨越規(guī)則障礙的框架式移動(dòng)結(jié)構(gòu)，利用電動(dòng)推桿結(jié)合吸盤的足腳設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了控制的過程。研拋工具端設(shè)計(jì)了上下移動(dòng)的自由度，能夠根據(jù)曲面的形狀上下移動(dòng)進(jìn)行研拋。</p><p&g

44、t;　　關(guān)鍵詞：自由曲面；研拋；微小機(jī)器人；框架式；</p><p>　　Abstract：This topic was little sucker robot design, which can achieve the goal that finishing Large free-form surface with small equipment. The use of tiny equipment machi

45、ning large complex cast mould grind, improved the free-form surface grind with large free throw to the traditional pattern of large equipment, which can solve the grind of machining range cast equipment.</p><p

46、>　　Robot mobile structure using frame type mobile structure which has strong bearing adsorption ability and can cross rules barrier, using the motor-driven push-rod foot combined with chuck feet,can simplify control d

47、esign of process.</p><p>　　Inquiry &polishing tools designed to move up and down the degrees of freedom, can according to move up and down the shape of the surfaces an inquiry throw.</p><p>

48、　　Key words：Free-form surface； Grinds；Tiny robots；Frame type</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要II</b></p><p><b>　　目　錄IV</b></p><p&g

49、t;<b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的背景1</p><p>　　1.1.1模具加工面臨的挑戰(zhàn)1</p><p>　　1.1.2模具自由曲面研拋加工的現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2課題研究的意義2</p><p>　　2機(jī)器人移動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

50、4</p><p><b>　　2.1概況4</b></p><p>　　2.2框架式移動(dòng)機(jī)構(gòu)5</p><p>　　2.2.1滾珠絲桿電機(jī)選擇設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2.2滾珠絲杠軸承選擇6</p><p>　　2.3伸縮的腳部機(jī)構(gòu)7</p><p

51、>　　2.4吸附方式的選擇8</p><p>　　2.4.1 真空發(fā)生器的選擇8</p><p>　　2.4.2電磁閥的選擇11</p><p>　　2.4.3真空吸盤的選擇計(jì)算13</p><p>　　3前進(jìn)與越障功能的實(shí)現(xiàn)15</p><p>　　3.1直線前進(jìn)功能的實(shí)現(xiàn)15</p>

52、<p>　　3.2跨越障礙的實(shí)現(xiàn)16</p><p>　　4工具端的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 工具端設(shè)計(jì)圖19</p><p>　　4.2 研拋工具頭的選擇20</p><p>　　4.3控制工具頭升降的電機(jī)的計(jì)算20</p><p><b>　　5 控制流程22<

53、/b></p><p>　　5.1 PLC接口設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.5 PLC程序流程圖24</p><p><b>　　6總結(jié)26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　致謝28</

54、b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種材料技術(shù)的發(fā)展更加迅速，促使機(jī)械制業(yè)朝著集成化、智能化、敏捷化、虛擬化和潔凈化法方向發(fā)展。有著“永不衰亡工業(yè)”之稱的現(xiàn)代模具工業(yè)，作為機(jī)械制造業(yè)的一大分支，其模具產(chǎn)品也向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)快速方面發(fā)展。然而，模具自由曲面精加工是當(dāng)今模具制造業(yè)的一

55、個(gè)難點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)重點(diǎn)，很多還沒有攻克的精加工難題嚴(yán)重的制約了模具行業(yè)發(fā)展前景。因此，必須加大對(duì)模具精加工的理論和技術(shù)研究的投入。</p><p><b>　　課題研究的背景</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)器人是一種對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)條件的靈活性和適應(yīng)性很高的柔性自動(dòng)化設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用使生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量都得到了很大的提高，在技術(shù)發(fā)達(dá)的國家中，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在

56、生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。之所以它的應(yīng)用大大的縮短了新產(chǎn)品的成熟周期，從而提高了產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，是因?yàn)闄C(jī)器人是一種能夠適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的自動(dòng)化設(shè)備。在當(dāng)代工業(yè)技術(shù)革命當(dāng)中，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)革命中的一個(gè)重要組成部分，而工業(yè)生產(chǎn)也日趨向柔性自動(dòng)化方向發(fā)展。</p><p><b>　　模具加工面臨的挑戰(zhàn)</b></p><p>　　在我國產(chǎn)品制造業(yè)飛速

57、發(fā)展和經(jīng)濟(jì)騰飛的現(xiàn)狀下，特別是加入WTO 之后，我國向著成為世界制造中心的目標(biāo)昂首邁進(jìn)。模具技術(shù)，特別是制造長(zhǎng)壽命、精密、大型、復(fù)雜模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國家制造水平高低的一項(xiàng)重要標(biāo)志。，因?yàn)槟＞呱a(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍，所以模具又稱“ 效益放大器”。因?yàn)樽杂汕婢庸な悄＞咧圃爝^程中關(guān)鍵的部分，所以其水平高低在很大程度上決定著企業(yè)的效益和產(chǎn)品的質(zhì)量。提高升對(duì)自由曲面精加工的技術(shù)，對(duì)于我國制造

58、業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提高具有十分重要的意義。隨著各種加工手段的日趨完善及現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)等相關(guān)科技的快速發(fā)展，對(duì)于模具型腔等自由曲面形狀加工過程的自動(dòng)化已經(jīng)基本可以實(shí)現(xiàn)。模具制造業(yè)面臨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈和周期越來越短的挑戰(zhàn)。在模具制造過程中，表面精加工約占了模具總加工時(shí)間的35%～ 80% 。表面精加工通常分為表面拋光和表面磨削， 而其中表面拋光又約占總加工時(shí)間的50%左右。傳統(tǒng)的模具拋光主要依靠人工進(jìn)行，不僅效率低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 而且還

59、要求操作人員擁有較高的操作技能。操作人員稍有失誤，就會(huì)對(duì)加工表面造成致命損傷， 甚至有可能導(dǎo)致整個(gè)模</p><p>　　模具自由曲面研拋加工的現(xiàn)狀</p><p>　　這種局限性目前已成為了制約模具型腔等自由曲面現(xiàn)代化生產(chǎn)的瓶頸。所以，加深研究利用現(xiàn)代加工工具和先進(jìn)加工理論來改進(jìn)模具自由曲面的加工方法已非常緊迫。為了使加工模具的效率有所提高，避免人為因素對(duì)模具生產(chǎn)造成的不利影響，降低制造

60、模具的成本，20世紀(jì)80年代末，發(fā)達(dá)工業(yè)國家已經(jīng)開展了模具自由曲面研拋加工自動(dòng)化方面的研究工作，主要集中在研拋工藝規(guī)律、控制算法方面的研究、各種試驗(yàn)裝置的開發(fā)和各種新穎研拋方法的提出、研拋軌跡生成與軌跡規(guī)劃、控制策略、研拋干涉檢驗(yàn)等。當(dāng)前，模具自由曲面研拋加工的研究現(xiàn)狀是：（1）關(guān)于各種類研拋裝置和研拋方法的開發(fā)研究較多，這方面的專利技術(shù)也較多。（2）模具曲面的不規(guī)則性要求和多樣化研拋工具隨著加工輪廓形狀的變化而改變自己的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡

61、，這給研拋工具運(yùn)動(dòng)的控制帶來很大的不便，目前之所以自動(dòng)研拋技術(shù)向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化需要挑戰(zhàn)一些關(guān)鍵性技術(shù)是因?yàn)殚_發(fā)針對(duì)自由曲面研拋加工的專用控制系統(tǒng)的研究還不夠。（3）大型自由曲面的研拋受到研拋設(shè)備加工范圍的限制。（4）雖然關(guān)于研拋加工單項(xiàng)技術(shù)的研究較多，但是單項(xiàng)技術(shù)之間的交叉融合較少。（5）難以像控制機(jī)床那樣進(jìn)行自由曲面表面生產(chǎn)軌跡的精密</p><p>　　目前迫切需要突破傳統(tǒng)控制機(jī)床與工業(yè)機(jī)器人的束縛和局限，能

62、夠適應(yīng)我國幾大支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，將現(xiàn)代最前沿的多種科技相結(jié)合，尋求一種能夠自動(dòng)的、快速的利用現(xiàn)代加工工具和先進(jìn)加工理論的加工方法。研發(fā)大型模具自由曲面精整加工的新型設(shè)備，可提高我國在世界模具行業(yè)的地位，增加我國模具產(chǎn)品在國際市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。</p><p><b>　　課題研究的意義</b></p><p>　　隨著制造加工業(yè)向自動(dòng)化、高效精密化方向發(fā)展，研拋加工

63、作為模具自由曲面加工的最終工序?qū)I(yè)制品的質(zhì)量起著重要的作用，而機(jī)器人輔助模具研拋是實(shí)現(xiàn)模具研拋?zhàn)詣?dòng)化的重要手段之一，它對(duì)于提高研拋效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面具有重要意義。</p><p>　　本設(shè)計(jì)提出技術(shù)思路以實(shí)現(xiàn)用小型裝備對(duì)大型自由曲面進(jìn)行精整加工的目標(biāo)。用微小設(shè)備研拋加工大型復(fù)雜模具自由曲面，改善了研拋大型自由曲面必須用大型設(shè)備的傳統(tǒng)模式，可以解決研拋裝備加工范圍的問題。</p>

64、;<p><b>　　機(jī)器人移動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　概況</b></p><p>　　機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有（1）足腳式：由多個(gè)腳的反復(fù)吸附、脫落移動(dòng)，機(jī)器人越障及承載能力較強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性較好，具有較強(qiáng)的表面適應(yīng)能力，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，間歇移動(dòng)，速度慢，當(dāng)足數(shù)、關(guān)節(jié)較多時(shí)控制起來較復(fù)雜。（2）履帶式：由電機(jī)驅(qū)動(dòng)履帶，

65、推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)，優(yōu)點(diǎn)是接觸面積大，承載能力大，速度快，壁面適應(yīng)性強(qiáng)，但是履帶磨損大，機(jī)動(dòng)性較差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不容易轉(zhuǎn)向。（3）車輪式：配置多個(gè)車輪，每個(gè)車輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，速度較快，控制簡(jiǎn)單，容易轉(zhuǎn)向，壁面適應(yīng)能力強(qiáng)，但是接觸面積小，越障能力較差（4）框架式：有多層框架組成交替移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，固定吸附，吸附能力大，承載力強(qiáng)，能跨越規(guī)則的障礙，但是移動(dòng)是間歇的，移動(dòng)速度較慢。</p><p>　　與傳統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人相比較，復(fù)

66、合變結(jié)構(gòu)的移動(dòng)機(jī)器人具有更強(qiáng)的非結(jié)構(gòu)化地形適應(yīng)性，不僅可以在地面上行進(jìn)，而且還可以穿越野外崎嶇的地形。具有廣泛的應(yīng)用前景的領(lǐng)域有救災(zāi)排險(xiǎn)、航天科考、軍事偵察等，成為移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)具有挑戰(zhàn)性、充滿活力的發(fā)展方向，日益得到了國內(nèi)外眾多學(xué)者的重視。各國為在保持較高移動(dòng)效率前提下，提高機(jī)器人的越障能力，陸續(xù)研制出一系列輪腿式、輪履帶腿式移動(dòng)機(jī)器人。典型的代表有：Rocky 系列小型機(jī)器人，由美國JPL研發(fā)制造；六輪腿全地形機(jī)器人Shrimp

67、，由瑞士聯(lián)邦學(xué)院EPFL 自主式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室研制，其具有被動(dòng)爬行能力；履帶腿式機(jī)器人PackBot，由 iRobot公司研制；四輪履帶腿式移動(dòng)機(jī)器人，由北京理工大學(xué)研制；復(fù)合運(yùn)動(dòng)模式的四足機(jī)器人，由哈工大研制；六輪腿的移動(dòng)機(jī)器人，由上海交通大學(xué)研制；輪履腿多機(jī)構(gòu)智能移動(dòng)機(jī)器人，由中科院沈陽自動(dòng)化研究所研制。這些復(fù)合結(jié)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人大多是以腿式結(jié)構(gòu)以提高越障能力為輔，而以某種高效移動(dòng)方式為主運(yùn)動(dòng)方式（如輪式）。通常采用通過增加腿式結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性

68、，如多足、被動(dòng)越障機(jī)構(gòu)和通過增加單關(guān)節(jié)擺臂來提高機(jī)器人的越障性能兩種解決方案。前一種方案代價(jià)</p><p><b>　　框架式移動(dòng)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)選用框架式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且采用滾珠絲桿配合滑動(dòng)導(dǎo)軌的形式。滾珠絲桿類型：采用了制造級(jí)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)減少滾珠數(shù)目和承載能力并且可提高傳動(dòng)效率，增強(qiáng)軸向的剛度，縮小徑向尺寸。滾珠在循環(huán)過

69、程中與絲杠始終保持接觸，反向時(shí)沒有空行程死區(qū)，有預(yù)緊力，反向定位精度高。</p><p>　　滾珠絲桿選擇型號(hào)：GZF-1604，規(guī)格如表2.1。</p><p>　　表2.1滾珠絲桿規(guī)格表</p><p>　　滾珠絲桿電機(jī)選擇設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)器人自重14kg，工作當(dāng)中，工具頭對(duì)研拋表面的正壓力為70N，工具頭與模具表面的摩擦系數(shù)

70、約為0.5。抽象出機(jī)器人上層滾珠絲杠框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型如圖2.1。</p><p>　　圖2.1滾珠絲杠框架結(jié)構(gòu)力學(xué)模型</p><p>　　自重產(chǎn)生的載荷FN=W×g×μ=4.116N, μ為滾珠絲杠螺母與滾珠之間的摩擦系數(shù)，這里取值為0.03, W為移動(dòng)部分的重量，可取14kg。</p><p>　　絲杠的外載荷F =70N×0.5

71、=35N，</p><p>　　整體的工作載荷 Fa=F+Fn=39.116N，</p><p>　　所以，由外加載荷產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 Mta=Fa×Pho／2000×π×μ=0.0249N·m</p><p>　　η為機(jī)械效率，這里取值0.88，Pho為滾珠絲杠的導(dǎo)程。</p><p>　　下面計(jì)算由預(yù)

72、緊載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩Mte：</p><p>　　預(yù)緊力 Fao=Fa/3=13.04N</p><p>　　Mte=Fao×Pho×Kp／2000×π=0.0025</p><p>　　Kp 為緊螺母內(nèi)的摩擦系數(shù)，一般取0.1~0.3。這里取0.3。</p><p>　　電機(jī)負(fù)荷的總慣性矩:</p>

73、<p>　　JM= JD+ [Js+W×(Pho/2π)]=0.3868×10-4kg·m2</p><p><b>　　滾珠絲杠的慣性矩:</b></p><p>　　Js=π×γ×L×D4 ／32=3.14×7.8×10-3kg/cm3×550mm×

74、164m／32=0.276kg·cm2</p><p>　　L為滾珠絲杠總長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度為550mm。γ為絲杠材料的密度。 D為滾珠絲杠的直徑。 JD是電機(jī)的慣性矩，這里的值為初選值。</p><p>　　上述計(jì)算是在機(jī)器人工作的狀態(tài)下進(jìn)行的，所以框架的移動(dòng)速度為1mm/s，</p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=V/Pho=15r/min</

75、p><p>　　角速度 ω=1.571rad/s</p><p>　　設(shè)計(jì)電機(jī)兩秒從靜止?fàn)顟B(tài)加速到最大速度，所以角加速度為0. 79rad/s2。</p><p><b>　　所以加速驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　M=Mta+Mte+JM ×0.79rad/s2 =0.0277N·m&

76、lt;/p><p>　　電機(jī)的選定，一般來說以平均速度時(shí)的M不超過電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的30%為使用標(biāo)準(zhǔn)。所以電機(jī)的轉(zhuǎn)矩MD ≥ M×10÷3=0.0924</p><p>　　電機(jī)型號(hào)：BS42HB38-01型二相混合式步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　表2.2步進(jìn)電機(jī)規(guī)格表</p><p><b>　　滾珠絲杠軸承選擇<

77、;/b></p><p>　　選用圓錐滾子軸承，由滾子與內(nèi)圈、保持架一起組成的組件與外圈可以分別安裝，圓錐滾子軸承可以分離。滾道和滾子接觸處修正的接觸線可以減少應(yīng)力集中。圓錐滾子軸承可以承受較大的軸向載荷和徑向載荷。為傳遞相反方向的軸向載荷，之所以需要另一個(gè)與其對(duì)稱安裝的圓錐滾子軸承，是因?yàn)閳A錐滾子軸承只能傳遞單向載荷。</p><p>　　單列圓錐滾子軸承是圓錐滾子軸承中用量最多的

78、。四列圓錐滾子軸承主要用在大型熱、冷軋機(jī)等重型機(jī)器中。近年來在轎車的前輪輪轂中也用上了小尺寸的雙列圓錐滾子軸承。</p><p>　　圓錐滾子軸承主要承受的是以徑向?yàn)橹鞯妮S、徑向聯(lián)合載荷。外圈滾道的角度越大承載能力越大。該類軸承屬于分離型軸承，單列、雙列和四列圓錐滾子軸承是根據(jù)軸承中滾動(dòng)體的列數(shù)分的。雙列和四列圓錐滾子軸承游隙已經(jīng)依據(jù)用戶要求在產(chǎn)品出廠時(shí)給定，不須用戶調(diào)整；而單列圓錐滾子軸承游隙需在安裝時(shí)進(jìn)行調(diào)整

79、。</p><p>　　圓錐滾子軸承圓錐滾子排列在外圈和內(nèi)圈滾道兩者之間。這種設(shè)計(jì)使得圓錐滾子軸承能夠適合承受復(fù)合負(fù)荷。軸承的軸向負(fù)荷能力是由接觸角α所決定的；α角度越大，軸向負(fù)荷能力也就越高。同時(shí)角度大小用計(jì)算系數(shù)e來表示；e值越大，接觸角度就越大，軸承承受軸向負(fù)荷也越大。</p><p>　　圓錐滾子軸承通常是由圓錐外圈和圓錐內(nèi)圈組件可以分開安裝。</p><p&g

80、t;<b>　　伸縮的腳部機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　采用了LAM3-S3-50-ROE-DC24型號(hào)電動(dòng)推桿，伸出行程為50mm。電力驅(qū)動(dòng)裝置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成推桿的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)集中控制、距離控制或自動(dòng)控制，在各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的工藝流程中做為執(zhí)行機(jī)械使用。其特點(diǎn)是動(dòng)作靈敏，性能可靠，推拉力相同，運(yùn)行平穩(wěn)，環(huán)境適應(yīng)性好等，能夠使吸盤機(jī)器人很好的適應(yīng)大型自由曲面的加工環(huán)境。</

81、p><p>　　工作原理：利用電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，完成推桿動(dòng)作。通過改變杠桿力臂長(zhǎng)度，可以增大行程。通過各種搖桿、杠桿或連桿等機(jī)構(gòu)可完成搖動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等復(fù)雜動(dòng)作。</p><p>　　行程控制裝置：經(jīng)過電機(jī)齒輪上的渦桿帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由連接板帶動(dòng)限位桿相應(yīng)作軸向移動(dòng)，使渦輪內(nèi)的絲桿作出軸向移動(dòng)，至所需行程時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)（通過調(diào)節(jié)限位塊壓下行程開關(guān)斷電）。</p>

82、<p>　　表2.3電動(dòng)推桿技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　吸附方式的選擇</b></p><p>　　機(jī)器人的設(shè)計(jì)需要針對(duì)工作任務(wù)、環(huán)境，選取合適的吸附方式?，F(xiàn)在，吸附的方式主要有粘結(jié)劑、磁吸附、螺旋槳推力及真空負(fù)壓吸附等幾種。因?yàn)檫@些方式都具有一定的局限性，所以研制出來的機(jī)器人往往針對(duì)性強(qiáng)，較難通用化，只適用于某種特定任務(wù)。機(jī)器人的設(shè)計(jì)就需要針

83、對(duì)工作環(huán)境、任務(wù)而選取合適的吸附方式。本課題設(shè)計(jì)的吸盤式大型自由曲面微小研拋機(jī)器人的工作環(huán)境基本為金屬表面，所以本設(shè)計(jì)可以采用真空吸附的方式。同時(shí)，這樣的設(shè)計(jì)也有利于減輕機(jī)器人整體的重量?？紤]到降低機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及機(jī)器人工作的環(huán)境表面狀況為狀況良好的模具待加工表面，采用單吸盤的真空吸附方式是一種比較可行、合理的方式。</p><p>　　圖2.2真空回路連接圖</p><p>　　2.

84、4.1 真空發(fā)生器的選擇</p><p>　　利用正壓氣源產(chǎn)生負(fù)壓的一種高效、新型、經(jīng)濟(jì)、小型、清潔的真空元器件就是真空發(fā)生器，這使得在一個(gè)同時(shí)需要正負(fù)壓的氣動(dòng)系統(tǒng)的地方獲得負(fù)壓或在有壓縮空氣的地方，變得十分方便和容易。工業(yè)自動(dòng)化中，真空發(fā)生器廣泛應(yīng)用在印刷、機(jī)械、電子、塑料、包裝及機(jī)器人等領(lǐng)域。真空發(fā)生器的傳統(tǒng)用途是進(jìn)行各種材料的吸附、搬運(yùn)，特別適合用來吸附柔軟、易碎、非金屬材料或球型物體。在這類應(yīng)用中，一個(gè)共

85、同特點(diǎn)是真空度要求不高，為間歇工作且所需的抽氣量小。</p><p>　　真空發(fā)生器的工作原理：利用噴管高速噴射壓縮空氣，在噴管的出口處形成射流，在卷吸作用下產(chǎn)生卷吸流動(dòng)，使得噴管出口旁的空氣被不斷地抽吸走，以致吸附腔內(nèi)的壓力降至大氣壓以下，從而形成一定真空度。</p><p>　　真空發(fā)生器的主要性能參數(shù)：</p><p>　?。?）吸入流量：當(dāng)吸入口向大氣敞開時(shí)

86、，吸入流量最大，為最大吸入流量 。 </p><p>　　(2)空氣消耗量：從噴管流出來的流量</p><p>　　(3)吸著響應(yīng)時(shí)間：吸著響應(yīng)時(shí)間是從打開換向閥到系統(tǒng)回路中到達(dá)一個(gè)必要的真空度的時(shí)間。它是一個(gè)重要參數(shù)來表示真空發(fā)生器工作性能的,</p><p>　　(4)吸入口處壓力：記為P

87、當(dāng)吸入流量為零時(shí),即吸入口被完全封閉，吸入口內(nèi)的壓力為最低。</p><p>　　真空發(fā)生器選擇的型號(hào)為SMC公司生產(chǎn)的ZU07S直管型真空發(fā)生器。其特點(diǎn)：</p><p>　?。?）采用樹脂器體，重量較輕。</p><p>　?。?）真空口和供氣口在一直線上，配管容易。</p><p>　?。?）內(nèi)置快換接頭。</p><

88、;p>　?。?）管道型設(shè)計(jì)，不需特別安裝。</p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)配有快換接頭，接管方便</p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)已是無銅規(guī)格。</p><p>　　表2.4真空發(fā)生器規(guī)格表</p><p>　　圖2.3 ZU07S真空發(fā)生器外形尺寸圖</p><p><b>　　排氣口</b&

89、gt;</p><p><b>　　供氣口真空口</b></p><p>　　圖2.4 ZU07S真空發(fā)生器圖形符號(hào)</p><p>　　2.4.2電磁閥的選擇</p><p>　　電磁閥是用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的流量、方向、速度和其他的參數(shù)的電磁控制的工業(yè)設(shè)備。電磁閥利用電磁的效應(yīng)進(jìn)行控制，主要由繼電器控制。這樣，

90、控制的靈活性和精度都能夠保證，電磁閥還可以配合不同的電路用來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制。不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，電磁閥有很多</p><p>　　最常用的是方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥、安全閥、單向閥等。 </p><p><b>　　電磁閥分為類：</b></p><p>　?。?）分步直動(dòng)式電磁閥：它是一種

91、先導(dǎo)式和直動(dòng)相結(jié)合的原理，通電后，當(dāng)入口與出口沒有壓差時(shí)，電磁力直接把主閥關(guān)閉件和先導(dǎo)小閥依次向上提起，閥門打開。通電后，當(dāng)出口與入口達(dá)到啟動(dòng)壓差時(shí)，電磁力先導(dǎo)小閥，上腔壓力下降，主閥下腔壓力上升，利用壓差把主閥向上推開；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥利用介質(zhì)壓力或彈簧力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門。在零壓差或真空、高壓時(shí)亦能可動(dòng)作，要求必須水平安裝，功率大。

92、 </p><p>　　（2）直動(dòng)式電磁閥：電磁線圈通電時(shí)產(chǎn)生電磁力從閥座上把關(guān)閉件提起，閥門打開；電磁力斷電時(shí)消失，關(guān)閉件被彈簧壓在閥座上，閥門關(guān)閉。通徑一般不超過25mm，負(fù)壓、真空、零壓時(shí)能正常工作，。 </p><p>　　（3）先導(dǎo)式電磁閥：電磁力通電時(shí)把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力下降，在電磁閥閉件周圍形成上低下高的

93、壓差，關(guān)閉件被流體壓力推動(dòng)向上移動(dòng)，閥門打開；彈簧力斷電時(shí)把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，關(guān)閉件被流體壓力推動(dòng)向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門?？扇我獍惭b但必須滿足流體壓差條件，流體壓力范圍上限較高。 </p><p>　　電磁閥在選型時(shí)注意事項(xiàng)： </p><p>　　一、

94、適用性 </p><p>　?。?）電磁閥所允許的液體粘度一般在20CST以下，大于20CST的應(yīng)該注明。</p><p>　?。?）流體的溫度必須比選用電磁閥的標(biāo)定溫度小，管路中的流體須與選用的電磁閥系列型號(hào)中標(biāo)定的介質(zhì)一致。

95、 </p><p>　?。?）工作壓差，最低工作壓差大于0.04MPa時(shí)可以選用先導(dǎo)式電磁閥；最高工作壓差應(yīng)小于電磁閥的最大標(biāo)定壓力，管路的最高壓差小于0.04MPa時(shí)應(yīng)選用如2W， ZS，ZQDF，ZCM系列等分步直動(dòng)式和直動(dòng)式；一般電磁閥都是單向工作， 因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。 </p><p>　?。?

96、）流體清潔度不高時(shí)應(yīng)在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁閥對(duì)介質(zhì)要求清潔度要好。 （5）注意流量孔徑和接管口徑；電磁閥一般只有開關(guān)兩位控制；條件允許請(qǐng)安裝旁路管，便于維修；水錘現(xiàn)象時(shí)要定制電磁閥的開閉時(shí)間調(diào)節(jié)。 </p><p>　　

97、（6）注意環(huán)境溫度對(duì)電磁閥的影響 </p><p>　?。?）電源電流和消耗功率應(yīng)根據(jù)輸出容量選取，電源電壓一般允許±10%左右，必須注意交流起動(dòng)時(shí) 值較高。</p><p><b>　　二、可靠性</b></p><p>　　（1）電磁閥分為常閉和常開二種；一般

98、選用常閉型，通電打開，斷電關(guān)閉；但在開啟時(shí)間很長(zhǎng)關(guān)閉時(shí)很短時(shí)要選用常開型了。</p><p>　　（2）壽命試驗(yàn)，工廠一般屬于型式試驗(yàn)項(xiàng)目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此選用時(shí)慎重動(dòng)作時(shí)間很短頻率較高時(shí)一般選取直動(dòng)式，大口徑選用快速系列。</p><p><b>　　三、安全性</b></p><p>　?。?）電磁閥的最高標(biāo)定公稱壓

99、力一定要超過管路內(nèi)的最高壓力，否則使用壽命會(huì)縮短或產(chǎn)生其它意外情況。</p><p>　?。?）一般電磁閥不防水，在條件不允許時(shí)請(qǐng)選用防水型，工廠可以定做。</p><p>　　（3）有腐蝕性液體的應(yīng)選用全不銹鋼型，強(qiáng)腐蝕性流體宜選用塑料王電磁閥。</p><p><b>　　四、經(jīng)濟(jì)性</b></p><p>　　有很

100、多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點(diǎn)的基礎(chǔ)上應(yīng)選用最經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用的是兩位兩通直動(dòng)式電磁閥。型號(hào)為UD-06 Rc1/4，特點(diǎn)：活塞直動(dòng)式，快速反應(yīng)；可多用途使用；高效率，長(zhǎng)壽命；優(yōu)良的防水性能；配線方向靈活；外形美觀。</p><p>　　表2.5 UD-06型電磁閥技術(shù)參數(shù)表</p><p>　　2.4.3真空吸盤的選擇計(jì)算<

101、/p><p>　　真空吸盤的工作原理：將真空吸盤通過接管與真空設(shè)備接通，然后與待提升物如玻璃、紙張等接觸,起動(dòng)真空設(shè)備抽吸,使吸盤內(nèi)產(chǎn)生負(fù)氣壓，從而將待提升物吸牢，即可開始搬送待提升物。當(dāng)待提升物搬送到目的地時(shí)，平穩(wěn)地充氣進(jìn)真空吸盤內(nèi)，使真空吸盤內(nèi)由負(fù)氣壓變成零氣壓或稍為正的氣壓,真空吸盤就脫離待提升物，從而完成了提升搬送重物的任務(wù)。</p><p><b>　　其特點(diǎn)為：</

102、b></p><p>　　易損耗。由于它一般用橡膠制造，直接接觸物體，磨損嚴(yán)重，所以損耗很快。它是氣動(dòng)易損件。正因如此，它才如此顯著地從眾多氣動(dòng)元件中重點(diǎn)突出出來了。</p><p>　　易使用。不管被吸物體是什么材料做的，只要能密封，不漏氣，均能使用。電磁吸盤就不行，它只能用在鋼材上，其他材料的板材或者物體是不能吸的。</p><p>　　無污染。真空吸盤特

103、別環(huán)保，不會(huì)污染環(huán)境，沒有光、熱，電磁等產(chǎn)生。</p><p>　　不傷工件。真空吸盤由于是橡膠材料所造，吸取或者放下工件不會(huì)對(duì)工件造成任何損傷。而掛鉤式吊具和鋼纜式吊具就不行。在一些行業(yè)，對(duì)工件表面的要求特別嚴(yán)格，他們只能用真空吸盤。</p><p>　　本課程中選用的真空吸盤采用公稱直徑為80mm的吸盤，這種吸盤能夠適應(yīng)15°的傾角，單個(gè)吸盤可以提供大概30Kg的提升能力。&

104、lt;/p><p>　　根據(jù)本課題中的機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)，L可取500mm，α=15 º，根據(jù)上式可以算出曲率半徑R =500mm。所以本微小機(jī)器人可以在曲率半徑大于500mm的曲面上移動(dòng)。真空吸盤的理論吸力可由下面的公式求得：</p><p>　　式中，De為真空吸盤的有效直徑（m），ΔPu為真空度（Pa）。這樣，根據(jù)已</p><p>　　有的真空吸盤，只要通

105、過設(shè)定真空度，就可以調(diào)節(jié)真空吸盤的理論吸力。這里De取0.08m，ΔPu取85 k，可計(jì)算出吸盤的最大吸力。</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　、</b></p><p>　　圖2.5吸盤機(jī)器人在自由曲面上行走原理圖</p><p>　　現(xiàn)在計(jì)算機(jī)器人移動(dòng)過程中絲桿

106、最大位移量時(shí)所需要的吸盤吸引力F的大小。其中為腳部結(jié)構(gòu)的重量，取9.8N；為工具端和絲桿部分重量之和，取49N；F為所需的吸盤吸力；為絲桿長(zhǎng)度，取550mm；d是吸盤的直徑，這里取80mm。根據(jù)力矩平衡列出下面的等式，就可求得所需的吸盤吸引力F。</p><p>　　計(jì)算得F=233N427N，故所選吸盤的吸引力滿足絲桿移動(dòng)的極限位移量要求。</p><p>　　3前進(jìn)與越障功能的實(shí)現(xiàn)&l

107、t;/p><p>　　研拋機(jī)器人既可以直線前進(jìn)又可以跨越障礙。下面來介紹機(jī)器人實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)基本功能的過程。為了敘述的方便，把豎直方向的電機(jī)、滾珠絲杠和吸盤稱為A組，水平方向的稱為B組。</p><p>　　3.1直線前進(jìn)功能的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　機(jī)器人的直線行走實(shí)現(xiàn)形式如圖3.1所示。</p><p>　　（1）研拋機(jī)器人處于初始狀態(tài)。工具頭

108、在中間。吸盤全部處于吸附的狀態(tài)。</p><p>　?。?）首先A組的吸盤不動(dòng)，對(duì)B組吸盤進(jìn)行真空破壞，此時(shí)B組的吸盤打開。A組的電機(jī)工作，B組結(jié)構(gòu)和工具頭沿A組的絲杠向前移動(dòng)一段距離。</p><p>　　（3）當(dāng)移動(dòng)到指定位置時(shí)，停止電機(jī)的工作。B組吸盤與加工的表面接觸，產(chǎn)生真空，從而吸附在表面上。</p><p>　　（4）對(duì)A組的吸盤進(jìn)行真空破壞，吸盤打開。

109、A組的電機(jī)工作，使A組的絲杠向前移動(dòng)，移動(dòng)距離與前過程中工具頭前進(jìn)的位移相同。</p><p>　?。?）A組的吸盤與表面接觸，產(chǎn)生真空吸附，機(jī)器回到了初始的狀態(tài)。</p><p>　　以上便是研拋機(jī)器人向前移動(dòng)的步進(jìn)過程，如此循環(huán)，即可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的不斷向前。但從上述過程中，可以明顯的看出，這種移動(dòng)方式具有間歇性，移動(dòng)速度緩慢，并且在間歇過程中，工具頭一直處于不動(dòng)的狀態(tài)，對(duì)加工效果有較大

110、影響。</p><p>　　圖3.1直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式</p><p>　　3.2跨越障礙的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　在本設(shè)計(jì)的研究中，由于機(jī)器人的腳步機(jī)構(gòu)是由可伸縮的電動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)推桿的行程為達(dá)50mm，所以從理論上來講，機(jī)器人可以跨越高度為50mm的臺(tái)階面。</p><p>　　如圖4.2所示，為小機(jī)器人的越障過程。此示意圖是在側(cè)面觀