连杆体连杆盖装配机器人结构设计开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

本毕业设计题目为连杆自动生产线上专用智能制造设备——连杆体连杆盖装配套螺母、拧紧螺母智能机器人总体结构设计,多功能机械手动力传动与结构设计。

当今时代日新月异,科技飞速发展,制造业自动化水平不断提高。在现代工业产品的制造生产中,智能制造装备的应用越来越普及。智能制造装备是集感知分析、推理、决策、控制等功能于一身的新型制造装备,是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合,是制造业未来长期的发展方向。在现代工业生产中,智能制造设备的应用涉及到了很多领域,尤其是在焊接、装配、喷涂、搬运和码垛等工业应用领域表现出了越来越重要的作用。

智能制造装备的运用能够有效提高生产效率、生产速度及产品质量,降低生产成本,改善劳动关系,保证安全生产和通用化的生产模式。工业机器人作为智能制造装备的一部分,广泛应用于各个工业生产领域,为现代化工业生产提供强大的动力。 本设计主要研究应用于汽车连杆零件的智能装配机器人。装配机器人是专门为装配而设计的机器人,主要应用在装配生产线上,取代手工作业的工序,具有精度高、柔顺性好、工作范围大、末端执行部件能够实现多种复杂工作的特点。在现代制造生产中,几乎所有产品都涉及了装配,装配机器人应用非常广泛。装配机器人的装配对象品种规格繁多,装配任务复杂,并且装配机器人装配效率、速度、精度以及装配线的柔性等影响到所装配产品在国际上的竞争力。[1]而汽车产业作为制造业的代表性产业,在国内最先引进、研发、应用工业机器人,并且现在基本已经实现生产高度自动化,相应的对于配备的工业机器人的要求也更严格。汽车的生产设涉及很多种类零件的装配,对装配机器人工作精度的要求非常高,在保证效率精度的基础上,对工业机器人提出了智能化的要求,从而实现由机器人组成的全自动生产线。智能化是工业机器人未来很长一段时间的发展方向,因此,通过对智能装配机器人结构的研究和设计,能够在接触学习到很多机械制造及自动化方面新知识的同时将大学四年所学知识进行应用,对自身是一个挑战,是很有研究意义的。

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2. 研究的基本内容与方案

通过对老师所给零件图的分析和查阅资料,确定连杆体、连杆盖间的装配分为以下四个步骤。


为了更好地进行装配,机器人工作区域布置如图1:


图1

当连杆体连杆盖通过传送带传至相应位置时,传送带停止,机器人取连杆体,将其挂至工作台上,工作台大圆端移动夹紧。随后机器人取螺栓,并将其装入连杆体,两滑块滑动夹紧,工作台旋转。机器人取连杆盖,装配好,再取螺母进行装配拧紧。装配完成后机器人将连杆取下放入传送带的托盘里,触动传感器,传送带运动。

由于考虑到螺栓、螺母的装配要求连杆体的翻转,所以设想增加一个可旋转辅助工作台,可实现对连杆体的固定与翻转。辅助工作台大致台面设置如下图。挂入连杆体后,滑块一夹紧,进行螺栓装配。完成后滑块2夹紧,工作台旋转180ordm;,装配连杆盖,套入螺母并拧紧。

辅助工作台工作面如图2:


图2

1——固定大头滑块 2——滑块2 3——小头定位块 4——台面载体

方案一 单机械臂结构

通过查阅网站,参考了机器人四大家族的装配机器人大体形状后,提出了5自由度单机械臂机器人。与大多数单臂机器人形状相似,主要由基座、可旋转腰部,大臂、小臂及手腕和末端执行器构成。通过该机械臂可以实现将连杆体竖直挂上辅助工作台、上螺栓、装配连杆盖、垂直拧紧拧紧螺母的动作。末端执行器可以使用组合机械手,也可以通过利用换接器与专用末端操作器库相配合。

方案2 双机械臂结构

由于装配工作有四步,相较于单机械臂结构,双机械臂机器人能够更快地完成装配工作,较大地提高效率。所以最终取双机械臂机器人方案进行结构设计。

机器人总体结构简图如图3:


图3

1——末端执行器 2——腕部 3——小臂 4——大臂 5——腰部

由于机器人主要职能为装配,对机器人工作负重要求不高且机器人关节较多,体型不宜过大,不利于液压和气压驱动装置的安装,所以机器人整体的转动,关节的转动及机械手的工作通过多个伺服电机进行驱动。由于机器人装配件为金属,所以为了减少装配重量对机器人机体的影响,机器人总体结构参考Baxter协作机器人进行设计。机器人底座为固定底座,未设计移动部分。机身为升降回转型机身机构,可实现上身的升降与转动。腰部由两个独立的扭转关节构成,肩部及肘部由旋转关节构成,右臂腕部由两个转动关节构成,接爪形末端执行器,实现抓取功能。左臂腕部则由一个转动关节构成,接拧紧螺母机器,实现夹紧螺栓螺母,拧紧螺母功能。


3. 研究计划与安排

第1 - 3 周:查阅文献,了解毕业设计意义和内容,拟定连杆体连杆盖装配套螺母、拧紧螺母智能机器人技术方案,完成开题报告和相关英文翻译;

第4- 12周:完成方案细化、动态分析、理论计算、结构和控制设计,完成智能机器人总装图、机械手部装图及零件图绘制;

第13-14周:完成毕业设计论文及图纸修改;

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4. 参考文献(12篇以上)

【1】蒋炳翔.工业机器人在我国智能制造中的应用现状分析及建议【j】.中国设备工程,2018(18):95-96.

【2】赵锡芳.智能装配机器人机构的研究和发展【j】.机器人,1990,12卷(4期):60-64.

【3】晓岩.2000年的机器人,机器人情报,1998,1

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