摘 要

高速拾取并联机器人是应用于化妆品、食品和药品的包装以及电子产品的装配等行业且具四个自由度的的一种闭环的并联机器人，在工业流水线上尤其是在需要重复搬运的生产线上总能看到它的缩影。在上述这些行业中普遍的存在分拣、搬运、装箱、包装等工序这些工作都是繁琐无味的，如果由人工完成的话，不仅效率低成本也会增加，而且产品的质量也很难保证，同时也会对环境造成污染。针对上述的问题，我根据我国目前对高速并联机器的需求，对其进行了结构的设计及计算并进行了三维建模，实现了机器人对运转传送带上的物品的连续自动地拾取、摆正的功能。

在本文中主要对机器人的主动臂、从动臂的长度和电机的选择进行了设计计算。首先我用Solidworks对机器人的零件的结构和总体的设计进行建模，然后用AutoCAD对机器人的零件图和装配图进行绘制。

并联拾取机器人主要由主动臂、从动臂、静平台、动平台、伺服电机、减速器、PLC等部件通过一些连接部件装配而成。其中主动臂和伺服电机是通过法兰来连接的，而主动臂和从动臂、从动臂和静平台都是通过球铰链连接的。

本文设计的高速拾取机器人具有具有刚度大,承载能力强,精度高,末端件惯性小等优点。适用多种行业，特别是食品、医药、电子装配行业等。

关键词：并联机构 拾取机器人 伺服电机 结构设计

Abstract

High-speed pick up parallel robot is used in cosmetics, food and drug packaging and assembly of electronic products and other industries and with a closed loop of four degrees of freedom parallel robot, especially in the need to be repeated on the industrial line handling on the line always see it in miniature. In these industries generally exist in sorting, handling, packing, packaging and other processes of these work are cumbersome tasteless, if done by artificial, not only the efficiency of low cost will increase, and it is also hard to guarantee the quality of product, at the same time also can cause pollution to the environment. According to the above problem, I according to the demand for high-speed parallel machine in our country, the design and calculation on the structure and the 3 d modeling, realized the robot to run continuous automatically pick up the items on the conveyor belt, straighten functions.

In this paper, the design calculation is made for the robot's active arm, the length of the moving arm and the choice of the motor. First, I modeled the structure and the overall design of the parts of the robot with solidworks, and then plotted the parts and assembly drawings of the robot with AutoCAD.

Parallel to pick up the robot is mainly composed of active arm, the slave arm, static platform and moving platform, PLC, servo motor, reducer and other parts assembled by some connection parts. The active arm and the servo motor are connected through the flanges, while the active arm and the moving arm, the moving arm and the stationary platform are connected through the ball hinges.

The high speed pick-up robot has the advantages of high stiffness, high bearing capacity, high precision and low inertia. Suitable for various industries, especially food, medicine, electronic assembly industry etc.

Key words: Parallel mechanism Pickup robot servo motor Structural design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 目的与意义 1

1.2 高速拾取并联机器人的研究现状 1

1.3 本次毕业设计的内容 3

第2章 设计的基本内容 5

2.1 设计的要求 5

2.2 功能的实现方法 5

2.3 总体方案 5

2.4 机器人的整体参数 6

第3章 主要零部件的设计 7

3.1 主、从动臂长度的确定 7

3.2 静平台的设计 8

3.3 主动臂的设计 9

3.4 从动臂的设计 9

3.5 动平台的设计 10

3.6 旋转轴的设计 10

3.7 本章小结 10

第4章 元件的选型 11

4.1 轴承的选取 11

4.2 电机的选取 12

4.3 减速器的选取 15

4.4 机械手的选取 16

第5章 总结 18

5.1 产品特色 18

5.2 设计心得 18

致 谢 20

绪论

目的与意义

在食品、医药、电子、农业等一些的轻工业中，都需要一些分拣、拾取、包装等一些枯燥无味繁琐的重复性工作。在以前的工厂中，此类工作基本上都是由人工完成，具有枯燥无味，耗时耗力，并且人工成本也很高。这就需要我们去设计一种代替人工操作的机器去帮助我们完成这些劳动。

早些年被工厂所使用的是串联机器人，然而串联机器人远远不能满足现代工厂的生产要求，而后出现的联机器人凭借其结构刚度大、承载能力强、精度高、动负荷小的特点能很好的解决这些问题。

并联机器人是采用的闭环的结构而串联机器人采用的是开环结构，，并联机器人的动平台由3到6根从动杆支撑，而串联机器人采用的是悬臂梁的结构，相比之下，并联机器人的稳定性好、刚度高、承载能力大，在质量相同的情况下并联的机器人要比串联的承载能力强。串联机器人各关节上的误差最终会累积到末端执行件上，使其精度变低，误差变大。而并联机器人各部分的误差是不会累积的，它总的误差是所有杆件的平均值，所以它的精度高误差小。串联机器人的伺服电机和它的传动部件基本上都放在了它的运动臂上，使得系统的运动惯性变大，系统的动力性能变差；而并联机器人都是把伺服电机放在动平台上，减轻了静平台的运动负荷，增强了了系统的动力性能。在位置求解上，串联机器人的正解计算起来比较容易，反解的计算十分的复杂，并联机器人正好相反，并联机器人正解困难而反解很容易算出。由于机器人的需要的计算是反解，所以从计算上来说并联机器人比肩容易实现。相对于串联机器人，同样的机构尺寸，并联机器人的工作空间较小，并且并联机构动力学特性具有高度非线性、强耦合的特点，使得其控制变得困难。通过分析，串并连机器人各有优劣，但是随着电子和计算机的发展，通过与计算机的结合，并联机器人的优势更加明显。于是我设计了一种具有定位精度高、运行速度快、负载能力强等特点的四自由度的高速拾取的并联机器人并对其各方面进行了仿真，这些对我国的各大包装行业具有积极作用。

高速拾取并联机器人的研究现状

在工业流水线上完成分拣、拾取、包装等工作的机器人主要有3种: Delta机器人、Par4机器人和Diamond机器人。

1. Delta机器人

如图3-1所示，Delta机器人适用于高速、轻载的加工场合，它是通过示教编程或视觉系统来捕捉目标物体的，三个并联的伺服电机控制杆件进而确定抓取对象的中心的空间位置，实现目标物体的拾取、搬运加工等操作。食品、药品、化妆品和电子产品等加工和装配的工作大都是由Delta机器人来完成的。Delta机器人凭借其质量小、占地面积小、动作迅速、定位精度高、低成本、高效率的特点在各大行业中占有一席之地。Delta机器人是典型的空间三自由度并联机构，整体结构十分紧凑，驱动部分放置于静平台之上，这些特点使它具有如下特性：Delta机器人承载能力强、刚度大、自重负荷比小、动态性能好。 它三自由度机械臂结构，重复定位，使其精度提高。 以很高的速度拾取物体，一秒钟多次节Delta机器人应用系统主要由三个部分组成：机器人、输送线及机器人安装框架又称Delta并联蜘蛛手。 控制系统为传统控制系统主要是为了降低成本也为了安装方便，可操作性强的Delta并联机器人基本功能有： 分拣、抓取、搬运、封装物件。它的结构包括基座固定板，基座固定筒，三叶板，中轴驱动电机模组，中轴电机护罩，摇臂驱动电机模组（3个），摇臂电机护罩（3个），摇臂（3个），摇臂轴中心盖板（3个），拉杆（6根），工具端台，中轴管和滚珠花键。电气线路集成在一块电路板上，减少接线环节，结构紧凑，控制方便。 如图1-1所示。Delta机构是最具代表性的空间三自由度移动的并联机构，很多的空间三自由度并联机构都是从能从Delta机构中看到缩影。

1. Par4机器人

如图3-2所示，Par4机器人是由4条中心对称的运动链组成，它由安装在动平台上的交流伺服电机提供动力。交流伺服电机需要使用配套的行星减速器之后再与主动臂相连接。主动臂和从动臂，以及从动臂和动平台之间都是通过球铰链连接。用弹簧拉紧每对球绞套，这样可以防止球头的脱落。该机器人通过铰链构成的平行四边形结构构成执行机构。执行机构在四个角上都安装了一对球铰链，这些球铰链与从动臂下端的球头绞套配合，从而每个从动臂可以牵引执行机构的一角。在这个牵引的运动过程中，动平台不仅有空间移动而且会产生一个形变。在执行机构的增速机构增速的情况下，这种形变会使动平台产生一个旋转自由度。

1. Diamond机器人

如图1-3所示，Diamond机器人主要由主动臂、从动臂、动平台、静平台组成。其中，伺服电机和其配套的减速器安装在静平台上，每条支链包含由平行四边形机构组成的主动臂组和冲动臂组。主动臂组由一根主动臂和一根连架组成，主动臂的上端与减速器通过法兰连接，下端通过转动副与从动臂组相连接，连架上端与静平台相连接，下端与肘架通过球副相连接。从动臂组由2根内臂和1根外臂组成，内臂上端通过转动副与主动臂相连接，下端通过球副与动平台相连接，并且2条内臂之间为了防止垂直方向上的运动加装了一对连架。外臂上端与肘架相连接，下端与静平台通过球副连接。这样整体保证了动平台的2自由度的平面运动。Diamond机器人它的主要的优点有：具有空间对称性：消除了铰链间隙；机构的精度和刚度较高；避免了运动的奇异性，此外，该机器人的质量很轻从而提高了运动部件的运动精度。

图 1.3 Diamond机器人

本次毕业设计的内容

查阅相关的资料完成对高速拾取并联机器人的零部件外形设计，然后通过计算完成对零部件的尺寸设计，再通过仿真软件对其进行三维建模验证自己所设计的机器人的可行性，再根据自己所设计的机器人经过计算选取电机的类型最后导出二维图用CAD完成装配图的绘制。全文的内容编排如下：

第一章阐述本次设计的目的与意义，综述高速拾取并联机器人的研究现状，并概述本文主要内容。

第二章首先对本次设计的任务进行分析探讨，寻找需要实现的功能的方法，并讨论该方法的可行性。最后得出总体方案并列出基本参数。