垂直关节四自由度插件装配机器人设计

垂直关节四自由度插件装配机器人设计 I 摘要随着工业自动化的不断发展，现代机电设备中都存在控制电路板，板上有不少芯片插件需要在装配时准确插入芯片座。在中、大批量生产中，电路板生产线上这种取芯片-插入芯片的装配动作一小时要做数千次，只有装配机器人能满足如此高节奏、高要求的生产任务。机器人具有各种关节的形式，电子插件装配机器人在垂直方向上要求手臂有很高的刚度，而在水平方向动作灵活。工业机器人被广泛应用于工业生产的各个部门,如采掘、喷涂、焊接、医疗等各大领域。由于工业机器人的出现,它不断替代了人们的繁重劳动,大大提高了劳动生产率,减轻了人们的劳动强度,此外,它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作,日益体现出它的优越性。本课题的目的是构思、设计一种形体和功率较小，适合在生产线上按程序指定动作，以要求的装配精度完成电路板插件装配的小型工业机器人，且具有较好的经济性和性能/价格比。本课题所设计的垂直关节四自由度插件装配机器人，也叫SCARA机器人，对于此次机器人设计进行了机械部分设计和控制接口部分的设计。机械部分的设计，根据SCARA机器人结构的特点，三个旋转关节和一个升降关节，完成了设计机器人的整体机械传动结构、交流伺服电机的选型和各个零件的设计计算及校核，并运用AutoCAD绘制了总体装配图和部分零件图。控制部分的设计，设计了以单片机为下位机控制机，PC机为上位控制机的二级体系结构，从而完成对SCARA机器人的闭环控制。在此控制电路中，下位机系统由单片机、锁存器、外部扩展EPROM、译码器、伺服驱动器等组成，并完成了控制电路的硬件配线。下位机和上位机的数据交换，需通过MAX202CPE作为中间元件来完成通讯，从而从PC机中获得动作指令。关键词：SCARA机器人,控制器,单片机,伺服电机垂直关节四自由度插件装配机器人设计 II ABSTRACT With the continuous development of industrial automation, the modern electromechanical equipment can exist control circuit board, board has many chip plugins require accurate in assembling a insert the chip. In mass production, circuit board production line this take chip­insert the chip assembly action an hour to do thousands of times, only to meet such a high assembly robot rhythm, high requirement of production tasks. Robot has all kinds of joints in the form of electronic assembly robot in vertical direction plugin required in the arm has very high rigidity, and flexible motion in a horizontal direction. Industrial robot have been widely used in industrial production of various sectors, such as mining, spraying, welding, medical and so on various fields. With the industrial robot appear, it replaced the people's heavy constantly labor, greatly improving the productivity and reduce the labor intensity of the people, in addition, it can be in high temperature, low temperature, deep water, the universe, radioactive and other toxic, pollution environment conditions operation, increasingly reflects its superiority. The aim of this project is to conceive, design a kind of form and power smaller, suitable for in the production line in a program specified action to demand the assembling accuracy of complete circuit board assembly of small industrial robots plugins, and has the good efficient and performance/price ratio. This subject is the design of vertical joints 4­dof plugin assembly robot, also called SCARA robot, robot design for the mechanical design and control interface part of the design. The design of mechanical part, according to the characteristic of structure of SCARA robot which have three rotating joint and a lift joints, completed the design of robot mechanical transmission structure, the selection of ac servo motors and each part of the design calculation and check, and use AutoCAD mapped the general assembly drawing and part drawing. Control part of the design, design with the single chip microcomputer as the next place machine control machine, the PC for upper secondary system control machine structure, thus completing the SCARA robot closed loop control. In the control circuit, the next place垂直关节四自由度插件装配机器人设计 III machine system by single­chip microcomputer, latches, external expansion EPROM, decoder, servo driver and other components, and completed the control circuit hardware wiring. A machine and the upper machine under the data exchange, need to pass MAX202CPE as components to complete the communication among, thus from PCS get motion commands. Key Words: SCARA Robot, Controller, Single Chip, Servo motor垂直关节四自由度插件装配机器人设计 IV 目录1.绪论........................................................11.1工业机器人的发展及研究现状.............................................................................................1 1.2SCARA机器人概述.................................................................................................................4 1.3本课题研究意义........................................................................................................................4 1.4总体方案.....................................................................................................................................5 2.机械部分设计................................................62.1控制用电机的种类特点和选型..........................................................................................6 2.2伺服电机减速机的配型..........................................................................................................7 2.3升降臂传动的设计及部件的选择与校核计算..................................................................8 2.4大小臂的设计............................................................................................................................17 2.5大小臂关节的设计及校核计算............................................................................................17 2.6末端执行器的设计..................................................................................................................18 2.7机器人的传感器.......................................................................................................................19 3机械标准件的选型与校核......................................213