FPD玻璃基板搬运机器人

FPD 玻璃基板搬运机器人

摘要：作者以我国公开发表的有关玻璃基板搬运机器人的论文为基础，以搬运机器人技术为主题，从它的原理、构造、应用、使用、优越性等几个方面，对我国1988-2010年玻璃基板搬运机器人的技术情况做了综合性的分析和总结，并且在此基础上对玻璃基板搬运机器人进行了设计。

关键词: 玻璃基板搬运机器人;模块;转矩匹配;转动惯量匹配

平板显示(Flat Panel display ，FPD)是继集成电路（IC ）之后发展起来的又一大型产业，它与IC 一起成为电子信息产业的核心与基础。目前，FPD 产业的世界销售额已达到1000亿美元，并仍将以15%的年增长率快速发展，所以FPD 有望成为世界上最具发展潜力的产业之一。 玻璃基板是FPD 产业的关键基础材料之一，其对于FPD 的重要性不亚于硅晶圆在半导体产业中的地位。在FPD 产品生产过程中，玻璃基板不仅要承受强酸强碱和高温的制程环境，还要具备较精密的表面平整度与平面起伏度。同时，FPD 产业的制造过程要求高度自动化、无人化。因此，搬运机器人被引入到FPD 产业中，代替人工搬运，实现玻璃基板的平稳搬运和精确定位。玻璃基板搬运机器人是一种应用于无尘或真空环境下的传输用工业机器人，它主要应用在FPD 产业中，联结前后段制程，并在各过程中实现玻璃基板的交换与传递。与传统工业机器人相比，玻璃基板搬运机器人具有高刚度、高速度、高精度、高平稳性和高洁净度的特点。因此，玻璃基板搬运机器人现已成为FPD 产业关键设备之一。 1 玻璃基板搬运机器人

1.1 玻璃基板搬运机器人概述

随着FPD 产业的技术革新，玻璃基板的生产尺寸按摩尔定律逐年增大，至今玻璃基板的尺寸已经历了10代的变化。按玻璃基板的尺寸大小，我们可将其大致分为小型（1代-5代）、中型（6代-9代）和大型（10代及以后）玻璃基板三大类别，因此玻璃基板搬运机器人也相 应分为小型、中型和大型玻璃基板搬运机器人。

上世纪90年代以前，玻璃基板基本上处于1、2代，其尺寸小、质量轻，FPD 产业的制造工艺相对简单，因此玻璃基板在FPD 各制程间的传输大都以人工搬运方式或一些简单设备来完成。这种传输方式不仅严重制约了FPD 产业生产效率的提高，还对玻璃基板造成很大程度的污染。

上世纪90年代末，玻璃基板的尺寸和质量开始增大，FPD 产业的生产效率逐渐提高，人工搬运方式不再适应FPD 产业的发展需求。在这种情况下，国外一些自动化设备生产厂家开始研发适用于玻璃基板搬运的机器人，因此，出现了小型玻璃基板搬运机器人。这种机器人负载承受能力低，但其大大提高了玻璃基板的传输效率，减少了传输过程中对玻璃基板的污染。 21世纪初，FPD 产业迅猛发展，玻璃基板尺寸再度扩大，同时厚度逐渐减小。为满足玻璃基板的高平稳性、高速度和高洁净度的传输需求，国外又先后推出了各种类型的中型玻璃基板搬运机器人，并研究了适合玻璃基板搬运机器人的关键技术和关键部件，申请了一些有关 玻璃基板搬运机器人结构设计方面的专利。

近年来，玻璃基板出现了两个明显的发展趋势：玻璃基板尺寸的大型化和中型玻璃基板生产效率的提高。因此，国外科研单位在努力提高中型玻璃基板搬运机器人各种性能指标的同时，积极开展对大型玻璃基板搬运机器人的研究。目前已成功研发一些大型玻璃基板搬运 机器人产品和关键技术。

国内FPD 产业起步较晚，其自动化传输技术与国外还有很大的差距，对面向FPD 产业的玻璃基板搬运机器人的研究还停留在对国外成熟产品的仿造上，这些都严都重制约着我国FPD 产业的发展。因此，研究玻璃基板搬运机器人的关键技术和部件对提高我国FPD 产品市场 竟争力有很重要的现实意义。

1.2 玻璃基板搬运机器人的典型结构

的高平稳性、高速度和高洁净度传输。它应该具备能够承受较高负载，传输速度与FPD产业前后段制程同步，抓取装置不损伤、不污染玻璃基板以及传输过程中不产生冲击和震动的能力。因此，玻璃基板搬运机器人要求具有结构刚性好、运动速度高、占地面积小、操作空间大等特点。目前，在FPD产业中广泛应用的玻璃基板搬运机器人从构型上大致可分为圆柱坐标型机器人、多关节型机器人和直角坐标型机器人。圆柱坐标型玻璃基板搬运机器人又称极坐标型玻璃基板搬运机器人，该类机器人具有3个自由度，即垂直升降、圆周回转和水平伸缩。该类型机器人运动机理简单、轨迹规划和运动控制均相对容易，但其负载承受能力和空间利用率相对较低。

多关节型玻璃基板搬运机器人又可分为垂直多关节型和平面多关节型玻璃基板搬运机器人。垂直多关节型玻璃基板搬运机器人通常具有6个自由度，每个自由度都由相对独立的驱动机构驱动，因此可以自由地实现三维的各种位姿，特别适用于玻璃基板搬运过程中位姿发生变化的场合。平面多关节型玻璃基板搬运机器人有4个自由度，即3个回转运动和1个升降运动。该类型机器人运动速度和定位精度较高，运动快捷、准确，同时由于玻璃基板在FPD产业的主要制造装备间以平面方式传输，故使得这种构型玻璃基板搬运机器人在当前FPD

产业中使用最多。直角坐标型玻璃基板搬运机器人通常具有2~3个自

由度，具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置[10]，因此其动作空间常为一长方体。直角坐标型玻璃基板搬运机器人虽然空间利用率较低，但其结构简单、刚性好、定位精度高、空间轨迹易于求解，且负载承受能力高，故特别适用于大型玻璃基板的传输。

2 玻璃基板搬运机器人研究现状

目前，玻璃基板搬运机器人的研究主要集中在日本、韩国、台湾等发达国家和地区，其中以日本的研究最为突出，其安川电机（Yaskawa）、日电三协（Sankyo）、三菱电机（Mitsubishi Electric）、平田机工（Hirata）与大阪变压器（Daihen）五家公司占据全球玻璃基板搬运机器人市场供应量的90%左右。经过几十年的发展，玻璃基板搬运机器人已形成了传输不同代玻璃基板的系列产品，根据这些产品应用环境不同，可将其分为大气环境用和真空环境用玻璃基板搬运机器人。

2.1 大气环境用玻璃基板搬运机器人

大气环境用玻璃基板搬运机器人包括应用于一般大气环境下和洁净大气环境下的玻璃基板搬运机器人。该类型机器人腔内外气压相等，较少产生空气流动，且各运动关节处具有较好的密封装置。由于FPD产业大多数制程均为大气环境，故大气环境用玻璃基板搬运机器人的

应用较多。

图1是daihen公司的SPR-902S玻璃基板搬运机器人。该类型机器人为3轴圆柱坐标型机器人，具有3个自由度，可在大气环境中传输第2代玻璃基板. 机器人采用S曲线加减速，并经良好的轨迹规划，使得轨迹精度达到±2.0mm以下，重复定位精度达到±0.2mm以下，该机器人运动速度快，耐振动性好（4.9m/s2），且可在10级洁净度、+15oC~+35oC的环境下工作。

图2是daihen公司的SPR-9505玻璃基板搬运机器人。该类型机器人为5轴圆柱坐标型机器人，含有2个末端执行器，具有4个自由度，可在洁净大气环境中传输第5代玻璃基板。机器人本体质量约1040kg，可承受约25kg的负载，水平方向运动范围约2300mm。机器人结构刚性好，承受负载时震动低，轨迹精度和重复定位精度均较高。

图3是hirata公司的A R -S550AE玻璃基板搬运机器人[13]。该类型机器人为平面多关节型机器人，多应用于一般大气环境中。大臂

由750W的伺服电机驱动，长约550mm，小臂由200W伺服电机驱动，长约400mm，两臂的重复定位精度可达±0.05mm以内。机器人运动速度高、运动惯量小，可承受12kg的负载。

图4是Yaskawa公司的MOTOMAN-CR20玻璃基板搬运机器人[14]。该类型机器人为垂直多关节型机器人，具有6个自由度，可承受45kg的负载。机器人利用结构拓扑优化方法进行结构刚度优化，并采用特殊的运动控制系统，使得机器人运动平稳，反应迅速。机器人运用新

的材料防止尘埃粒子的产生，并采用表面抛光技术、喷漆技术以及良好的密封结构使机器人具有较高的洁净度。

图5是Sankyo公司的SR8882玻璃基板搬运机器人。

该类型机器人应用在大气环境中，可传输第10代玻璃基板。与其他

类型机器人不同，该机器人可以在滑道内滑行，增大了机器人运动空间，Z轴采用阶梯状结构，避免了Z轴结构重接引起的不稳定。机器人末端执行器采用带蜂窝的锥形结构，减轻了末端执行器的质量。同时，机器人还具有节约能源、运动速度高的特点。

2.2 真空环境用玻璃基板搬运机器人

与大气环境用玻璃基板搬运机器人不同，真空环境用玻璃基板搬运机器人不仅要满足洁净

环境的要求，还要考虑到真空环境的特殊要求，如散热、保压等。目前，对真空环境用玻璃基板搬运机器人的研究较少。

图6 是Ya s k a w a 公司的XU-RV 1 3 1 5 S 6玻璃基板搬运

机器人。该类型机器人为平面多关节型机器人，可在真空度为1.33310-6Pa的环境下传输第4代玻璃基板。机器人采用真空马达作动力源，并利用直接驱动技术和绝对编码器前通道反馈技术使机器人运动平稳、定位精确。另外，机器人还在大气与真空的结合面上采用磁流体密封技术，提高了机器人洁净度。

图7是Hirata公司的CRZQ玻璃基板搬运机器人。该类型机器人为直角坐标型机器人，具有3个自由度，可在真空中传输第8代玻璃基板。机器人手臂采用实心高刚性结构，提高了机器人可靠性和运动平稳性以及承受高负载的能力，机器人采用交流伺服电机作为动力源，并用绝对编码器作为检测系统，提高了机器人定位精度和运动速度。

3,研究方法

几十年来，国内外科研机构在玻璃基板搬运机器人领域进行了大量的研究，研发出许多

相对成熟的系列产品，并形成了一整套的玻璃基板搬运机器人研究方法，具体体现在玻璃基板搬运机器人构型综合、模块化设计、结构优化、位姿误差分析与补偿和轨迹规划与运动控制等相关理论，对这些理论的深入研究有助于研发更高性能的玻璃基板搬运机器人。

3.1 玻璃基板搬运机器人构型综合

玻璃基板搬运机器人构型综合是一种运用科学理论对适合在无尘室或真空室搬运玻璃基板的机器人构型和结构进行研究的方法。当前机器人构型和结构多样，但每一种结构都有其特定的适用范围，因此机器人开发时盲目选择构型或结构，不仅会造成人力、物力的浪费，

还会延长机器人的开发时间，不利于新产品的研发。机器人构型综合一直受到各国机构学家的关注，最初人类凭借经验和直觉进行构型综合，直到上世纪60年代，国外学者将拓扑图论方法引入机器人结构综合，才为机器人构型综合提供数学理论基础，并取得了一些成果。杨廷力等将机器人机构组成符号化，为机器人串联机构拓扑结构的研究提供了重要的依据。宫金良等提出一种基于运动基与GF集的机器人构型分析方法，从构件携带的运动信息出发，研究机器人的构型综合问题。

3.2 玻璃基板搬运机器人模块化设计

模块化设计方法起源于上世纪20年代，正式提出于60年代，并于80年代被引入到工业机器人设计当中。模块化机器人是由标准的相互独立的模块组成，每个模块有驱动部分、动力源等[21]。自该概念提出以后，科学家们不仅在理论上做了详尽的研究，有的还运用到实际的产品设计当中，如Hirata、Yaskawa等公司均采用模块化设计方法开发玻璃基板搬运机器人或机器人关键部件。机器人模块化设计并未将机器人简单看作硬件和软件的叠加，而是根据设计产品的不同作用将机器人分成多种功能模块，通过对不同模块的组合，开发出具有不同功能的机器人构型来。对于工业机器人来讲，其本体结构主要可分为基础单元模块、末端件模块、连杆模块、关节模块等。另外，机器人的模块化设计还包括电气部件模块化设计、接口模块设计等。对玻璃基板搬运机器人进行模块化设计研究不仅有利于机器人维修，还

能提高机器人的设计效率，加快机器人标准化、系列化进程。

3.3 玻璃基板搬运机器人结构优化

玻璃基板搬运机器人结构优化的目的在于以最少的材料、最低的造价或最简单的工艺实现机器人结构的最佳性能。根据玻璃基板搬运机器人的任务性质和工作特点，机器人结构优化应以轻质量、高刚性为目的，通过合理地分布材料密度，使机器人的总刚性或局部刚性

最好，总质量或局部质量最轻，进而减少机器人的运动惯量，提高各关节的耐震性以及末端执行器的抗弯曲能力。机器人各关节和末端执行器是影响机器人完成任务优劣的关键部件，其动、静态性能直接关系到机器人的运动精度。因此，从机器人诞生起，人们就开始研究提高机器人结构刚性的方法，且取得了许多成果， 1993年提出的渐进结构优化方法就是其中的典型代表。该方法通用性好，不仅可以实现各类结构的尺寸优化，还可以实现结构形状优化和拓扑优化。双向渐进结构优化是针对渐进结构优化方法的不足提出的[24]，它能在删除结构材料的同时增补高刚性单元。因此，该方法不仅提高了结构的优化速度，还使得结构的刚性分布更合理。

3.4 玻璃基板搬运机器人位姿误差分析与补偿

玻璃基板搬运机器人的位姿误差可分为静态误差和动态误差。静态误差分析是在机器人各构件的原始结构参数误差及各关节的运动变量误差确定的条件下，研究机器人末端执行器的位姿误差变化规律。动态误差分析是在研究机器人运动过程中系统质心位置、转动惯量以及构件弹性变形等非几何参数变化规律的前提下，分

析机器人末端执行器位姿误差的变化规律。静态误差分析在表达形式上大都采用传递矩阵法和矢量法。动态误差分析大都需要建立数学模型，通过对模型进行有限元分析来研究机器人末端执行器的动态位姿误差。目前，国外机器人的误差补偿方法可以归纳为：关节空间补偿、微分误差补偿、基于神经网络的实时误差补偿。但这些补偿方法几乎都没有考虑非几何参数

引起的误差，因此对玻璃基板搬运机器人位姿误差分析与补偿的研究需要进一步深入。

3.5 玻璃基板搬运机器人轨迹规划与控制技术

机器人轨迹规划就是在满足给定机器人动力学方程、各关节驱动力、速度和加速度等约束条件下，计算机器人的末端位姿、各关节速度和加速度等相关参数，并使所规定的代价函数最小化[28]。机器人轨迹规划算法有很多的性能优化指标，如能量最优、时间最优和路径

最优等。针对玻璃基板搬运机器人，为了配合FPD产业玻璃基板的传输节拍，时间最优的运动轨迹规划算法应用最为广泛。运动控制技术是指对机械运动部件的位置、速度和加速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的数值进行运动。目前，运动控制技术的研究主要集中在美国和日本，并形成了成熟的产品，但是，玻璃基板搬运机器人轨迹算法精度高，约束条件复杂，市场上成熟的运动控制器产品无法直接应用到玻璃基板搬运机器人上，因此还应结合玻璃基板搬运机器人的自身特点提出符合玻璃基板搬运机器人功能需求的运动控制策略。

玻璃基板搬运机器人构型方案的确定

目前, FPD产业中玻璃基板搬运机器人常用构型有多关节型机器人、直角坐标型机器人和圆柱坐标型机器人。多关节型机器人通常含有4～6个自由度,定位精确度高,灵活性大,但其运动控制和轨迹规划较复杂,手臂结构刚性较低,且设计制造该类型机器人成本较高。直角坐标型机器人通常具有2～3个自由度,其运动空间常为长方体,该类型机器人结构简单,结构刚性好,定位精度高,但其体积大,运动时的空间利用率低。圆柱坐标型机器人具有3个自由度,即: R (径向运动) 、θ(旋转运动) 和Z (升降运动) , 该类型机器人定位精度较低,但运动控制简单、手臂刚性好、制造成本低,且运动时末端执行器始终指向机器人轴心,有利于玻璃基板的传输。故本文在满足玻璃基板快速、平稳、洁净传输的基础上,以结构紧凑、成本适中为原则,选择圆柱坐标型机器人的设计方案。

按照圆柱坐标型玻璃基板搬运机器人的构型特点,玻璃基板机器人大致可以分为执行模块、R 向伸缩模块、θ向旋转模块、Z向升降模块、控制模块和机座模块等六个模块。图1是模块间结构关系,其中单向箭头表示前一模块是后一模块的支撑, 双向箭头表示模块间控制流和信息流的交换。

玻璃基板搬运机器人结构设计

总体结构设计

玻璃基板搬运机器人应用于FPD产业的加工生产线上,为满足洁净度要求,将产生尘埃的污染源(如电机、减速装置等) 置于机座模块中,并利用传动机构驱动各模块运动。机器人控制系统采用开放式PC +MC02运动控制卡控制模式,该模式使得机器人控制系统操作简单、兼容性强、网络性好。如图2所示为玻璃基板搬运机器人结构外型图。

1. 机座模块、控制模块

2. Z向升降模块、θ向旋转模块

3. R向伸缩模块

4. 执行模块

图2 玻璃基板搬运机器人结构外型图

2. 2 R 向伸缩模块

该模块实现玻璃基板搬运机器人的直线伸缩运动,包括大臂小臂两部分结构。图3为R 向伸缩模块结构图,其传动机理如下:

R向伺服电机1经谐波减速器3减速后直接驱动R轴4和与其固联的大臂体5绕谐波减速器座2中心轴旋转。大臂大带轮6与谐波减速器座2固联,大臂小带轮8通过两副深沟球轴承与固联在大臂体上的大臂轴承座16相联,因此大臂大带轮6、大臂小带轮7和大臂同步齿型带8构成一组行星周转轮系。由于大臂小带轮7通过螺栓与小臂体9相联,因而大臂的旋转不仅带动了大臂小带轮11运动,还带动小臂体9绕小臂轴承座15的中心轴旋转。同理小臂小带轮10、小臂大带轮12和小臂同步齿型带11也构成一组行星周转轮系。由于小臂大带轮12通过过渡板13与执行模块4 (见图2) 固联,因而小臂体的转动不仅带动小臂大带轮16旋转,还带动执行模块4绕执行器轴承座14的中心轴旋转。

大臂行星周转轮系和小臂行星周转轮系的传动比分别为2: 1和1: 2,且大、小臂两个同步齿型带轮的中心距离相等, 因此上述R 向伸缩模块在两组行星圆周轮系的共同作用下使执行模

块始终保持直线运动。

θ向旋转模块

该模块实现机器人旋转(θ向) 运动, 位于机器人的外筒(见图2) 内。其结构如图4所示,传动机理如下:

θ向伺服电机1经谐波减速器4减速后直接驱动θ轴8旋转,θ轴8的旋转直接驱动与其固联R向直线伸缩机构Ⅲ、末端执行器Ⅳ(见图2) 等部件旋转,完成机器人的θ向旋转运动。θ向伺服电机1通过电机连接板2、谐波减速器连接板3与θ轴外筒6相联,以保证伺服电机相对于旋转部件静止。θ轴8通过一对正装的圆锥滚子轴承5与θ轴外筒相联6,并将其所承受的轴向载荷传递到θ轴外筒6上。θ轴外筒6用螺栓固联在外筒(见图5) 上,并与轴承盖7围成一个半封闭空腔,以减少θ轴旋转所产生粉尘外泄, 有利用减少机器人对环境的污染。

Z向升降模块

该模块实现机器人的垂直升降( Z 向) 运动, 位于机器人的机座Ⅰ内。其结构如图5所示, 传动机理如下:

R 向伺服电机9带动与与其固联小同步齿型带轮10旋转,经同步齿型带3驱动大同步齿型带轮2旋转。大同步齿型带轮2经键驱动滚珠丝杠6旋转,滚珠丝杠6经滚珠丝杠副带动滚珠丝杠螺母5、螺母座4、下筒8、外筒7、旋转部件Ⅱ、R向直线伸缩机构Ⅲ和末端执行器Ⅳ (见图2) 作垂直升降运动。一对圆锥滚子轴承反装在丝杠支架1上以支撑丝杠所承受的轴向力。为使

机器人升降运动平稳, 两根起导向作用的直线导轨11布置在机座侧壁上,并通过滑块支架12

固联到下筒8上。

2玻璃基板搬运机器人电机与负载的匹配校核

电机与负载的匹配是指转矩匹配、转动惯量匹配和速度匹配,转矩匹配是指驱动负载所需的转矩或力在电机的驱动能力范围之内,即:ηTL ≤ [ T ],其中η为安全系数,依使用工况而定; TL 为折算到电机输出轴的等效负载; [ T ]为电机的额定输出转矩。转动惯量匹配是指惯性负载值在电机转动惯量匹配范围内, 即: IL≤ k [ I ],其中IL 为折算到电机输出轴上的等效转动惯量; k为安全系数,依电机型号而定; [ I ]为电机输出转动惯量。速度匹配是指负载所需的最大速度不大于电机的最高转速,即: nLmax ≤ nmax / i,其中nLmax为负载所需的最大速度; nmax 为电机的最高转速; i是系统减速比。由于速度匹配很容易满足, 故本文只对玻璃基板搬运机器人R 向伸缩模块的电机作转矩匹配校核和转动惯量匹配校核。

电机转矩匹配校核

文献对R 向伸缩模块进行了详细的运动学和动力学分析,论证了该模块的非线性运动机理。运用该文献基本原理, 我们推导出R 向伸缩模块运动所需的转矩TR 为:

分别为机器人大臂、小臂和执行模块的质量; l为大臂大小同步齿型带轮的中心距离;θ1 为大臂的旋转角度,θ1 、¨θ1 分别为大臂旋转的角速度和角加速度。

通过对机器人三维实体建模可求得m1 =6362 g, m2 = 3025 g, m3 = 3027 g, 由设计参数l = 390mm, 并将大臂旋转角速度和角加速度约束的边界条件( ?θ1 ≤ 0164 rad / s,θ¨1 ≤312 rad / s2 ) 代入( 1 )

式可求得:

TR ≤ 17154N2m

故

其中, [ TR ]为R向电机SGAM202AAA41的额定转矩,其值为01637N2m, i1 为R 向伸缩模块的减速比。故由(2) 式可知玻璃基板搬运机器人R 向伸缩模块所选电机具有良好的转矩匹配性能。

电机转动惯量匹配校核

为简化数学模型, 将大小臂视为匀质体并忽略谐波减速器的转动惯量, 选取电机的输出轴作为等效构件,依据等效转动惯量的一般公式 :

求得等效到R 向伸缩模块电机输出轴上的等效转动惯量I R :

将已知数据代入(4) 可得:

由于

其中, [ IR ]为R向电机SGAM202AAA41的转动惯量,其值为01106 310- 4 kg2m2

因此R 向伸缩模块所选电机也具有良好的转动惯量匹配性能,同时由式(4) 还可看出R向伸缩模块的转动惯量具有周期性变化的规律。

动力学计算

（1）X 轴动力学计算公式

所需伺服电机转矩计算：

为确保机器人运动平稳和高速动态响应性，选择伺服电机时保证Ix燮5I电、Iz燮5I电。其中， I电—伺服电机的惯量。所选电机特性，如图1～图4 所示。

1.4 机械结构

如图5 所示，机器人采用两组框架式立柱结构作为整个设备

的固定和支撑，两组框架式立柱1 之间跨度8.8 米。横梁组件两

端通过螺栓联接方式分别与两组框架式立柱1 连接为一体，横梁

组件2 采用两根矩形方钢管拼焊，并在矩形方钢管上下表面焊接

钢板加固。横梁组件2 上安装X 导轨4，X 导轨4 上安装有支架

8，支架8 为焊接的框架结构，X 导轨4 与支架8 通过滑块连接。X 同步齿型带5、14 与支架8 连接，并带动支架8 上的Z 轴运动。Z 轴本体11 采用两根矩形管拼焊，重量轻，刚度高。同时，安装平衡气缸12，有利于提高Z 轴伺服减速电机15 的响应速度。

1.5 技术特点

由于X 轴行进速度需132 米/分钟，两组框架式立柱之间跨度大，因此要求X 轴大梁具有高刚性，两滑块之间高度差为0.04mm，结构中采用两根矩形方钢管拼焊，同时，在矩形方钢管上下表面焊接钢板加固，提高刚性。采用导轨与滑块间滚动摩擦导向方式，通过同步齿型带传动，伺服减速电机驱动，实现高速度、高精度和自动化，减少人工参与和降低人工劳动强度。通过端拾器快换装置与端拾器连接，便于不同规格的超薄玻璃的生产时快速更换端拾器，适应多品种生产需要。横梁组件两侧（纵向）开设容脂槽，使来自导轨与滑块的多余的润滑脂留到容脂槽内，避免滴到玻璃上。满足了超薄玻璃生产洁净度的要求。

X 轴大梁的有限元分析

受设备布局的限制，X 轴大梁中间不能加辅助支撑，X 轴跨距比较大（跨距8.8m），自重产生的变形也就大，并且运动速度快（2.2m/s），加速度大（4.4m/s2），定位精度要求高、动态响应快，所以对其结构刚度的设计有很高的要求。在设计时要分析其自重产生的变形。本论文所用的分析软件为SOLIDWORKS 软件的COSMOSWORKS插件对大梁进行有限元分析。通过SOLIDWORKS 软件建立X 轴大梁的受力分析型[4]。使用的力学模型为两个支撑底面固定，梁的上表面均匀承受压力8000N/m2，方向沿垂直于所选面的方向，所选材料为普通碳钢。经过运算，可以得到位移图解，变形图解，设计检查图解，如图6～8 所示。

气动伺服机械手的预测模糊自整定PID 控制

气动伺服机械手作为机电一体化设备中很重要的一种自动控制装置，需要在生产过程中具有各种速度，以快速、准确地完成各种任务，因而必须具有高定位精度、频响高、有一定的承载能力等特点。虽然在高速范围内，人们已取得一定的研究成果，但在低速运动状态，由于摩擦等因素影响，气缸容易出现“爬行”等现象，因而在较宽速度范围内，难以实现气动技术的应用，再加上系统呈现典型的不确定性和非线性特性，不能建立精确的数学模型。因此采用适当的控制方法和控制策略实现全行程内任意点的速度和位置控制，以提高气动伺服机械手的稳定性和精确性，就成了当前气动伺服控制技术的主要研究方向之一。尝试用预测模糊自整定PID 控制的方法，在气动伺服机械手上进行试验，取得了较为满意的效果。

1 气动伺服机械手构成

采用的是以德国博世力士乐公司的LA25 型气缸和气动换向阀、比例伺服阀、位移传感器、A/D、D/A 转换装置和计算机等组成的气动系统，系统结构组成，如图1所示。

该系统工作原理是：通过计算机控制软件、伺服阀、无杆气缸的调节作用，使输入电压信号uu 与气缸反馈信号uf 之差△u 减小，在达到稳定时△u 趋于零，即：

从图解上可以看出：合力位移最小是0m，最大为0.00048522m，最小安全系数为12。自重变形使X 导轨4 上运动的两滑块产生的高度差为0.025mm，不会影响X 轴的运动。综上所述，可以看出该大梁的设计满足设计要求。

2 手臂运动分析

211 机器人手臂运动原理

洁净搬运机器人手臂是平面关节三连杆结构, 其伸缩运动会使结构发生变化, 导致转动惯量和转矩都要发生变化。而转动惯量和转矩是直接影响运动控制系统动态性能的重要参数, 有必要对作为负载的洁净搬运机器人手臂的转动惯量和转矩进行分析计算, 以确定它对运动控制系统的动态性能影响程度。手臂机构由三个关节组成, 其末端要求完成水平直线伸缩运动,这就要求绕每个关节旋转轴的旋转角度要有一定的比率, 这样才能够使洁净搬运机器人末

端实现上述运动。图4是洁净机器人手臂机构简图以及相应的坐标系。

电机带动L1 绕A 轴旋转( 0≤θ≤π) ,同时通过带轮带动L2 绕B 轴旋转, 再通过带轮

带动L3 绕C轴旋转。A, B , C三处带轮的传动比为1∶2∶1。其合成运动为L1 绕A 轴转动, L3 沿本身直线平动。因此, 工作中三杆的相对位置要不断的发生变化, 其转动惯量也要不断发生变化。而折算到A 轴的总转动惯量很难直接计算,不能通过各连杆转动惯量单独计算然后叠加的方法来直接计算,因L2 和L3 都存在合成运动。下面将利用动能公式进行等效转动惯量的计算[ 6 ] 。

通常可用牛顿力学方法来确定机器人运动学方程,然而由于机器人手臂为质量三维分布的多

自由度机构,所以用牛顿力学非常困难,由于Lagrange力学是基于能量项对系统变量及时间的微分,所以在很多情况下用起来比较容易,本论文采用Lagrange法对机器人手臂进行动力学分析,Lagrange函数为: L = K – P

其中, L 为Lagrange函数; K为系统动能; P为系统势能。

Lagrange力学基本方程为:

其中, F为线运动所有外力之和; T为转动中所有外力矩之和; x为系统变量。由于洁净搬运机器人在水平面上的R、θ向运动和竖直方向上的直线运动是正交解耦的, 所以在运动学分析时,只分析在水平面运动的手臂机构。设手臂所在平面为X —Y平面, Z = 0, 此时大、小臂及末端执行器的势能均为0, 即P = 0。根据动力学基本知识、La2grange函数及前面运动学分析可

得:

由洁净搬运机器人手臂机构传动原理可知, 该径向直线伸缩机构实际为单自由度机构, 驱动力从大臂输入,因此只需求大臂驱动力距T1。根据式( 2)对式(3)求偏导,可得:

由式(5)可以看出只需知道大臂在其轨迹某一位置的角加速度和角速度ω, 就可以得出洁净

机器人手臂在该点所需的驱动力矩。

运动仿真

为了形象准确的得到分析结果, 利用COSMO2

SMotion对行程从0°到180°进行仿真。在0°和180°位置及其附近,根据经验可知手臂组件的转动惯量较小,由此,对手臂组建的运动速度进行规划,从0°到180°行程整个用时0142 s,分别用01128 s加减速,大臂的运行速度如图5所示。

设定机器人手臂三杆长度为L1 =L2 =L3 = 130mm,三杆质量为M1 = 016kg, M2 = 0155kg, M3 = 018kg。利用Comosmotion[ 8 ] ,代入参数值,进行仿真,可得到如图6及图7所示的转矩与转动惯量仿真结果。

通过仿真得到的转矩特性,得到整个行程所需的驱动力矩,为合理选择电机,充分利用电动特性提供参考。同时可知转动惯量在整个行程中变化较大,对运行的平稳性有一定影响,应在控制时应采取一定措施。

本文所述的玻璃基板搬运机器人是应用在洁净室中传输470mm 3400mm玻璃基板的净化机器人,其执行模块采用真空夹持技术,避免了玻璃基板与执行模块机械本体的直接接触,减少了对玻璃基板的污染。本方案R 向伸缩模块和θ向旋转模块的减速装置均采用传动精度较高的谐波减速器, 既简化了机器人的结构设计,又减少了系统的传递误差,提高机器人的运动

精度,是本方案的优点之一。本文还以R 向伸缩模块的电机匹配校核为例, 验证了玻璃基板搬运机器人电机选择的合理性, 同时通过等效转动惯量的分析, 我们还得出在玻璃基板搬运机器人运动过程中R 向伸缩模块转动惯量具有周期性变化的规律,为进一步研究玻璃基板搬运机器人的运动控制和轨迹规划提供了理论指导。

参考文献：1、针对液晶玻璃搬运的洁净机器人技术

2、洁净搬运机器人及其手臂的运动分析与仿真

3、超薄玻璃洁净搬运机器人的设计及有限元分析

4、玻璃基板搬运机器人的设计

5、薄板材料及成型零件机器人搬运_定位_装配与复合加工技术

6、搬运机器人驱动系统的设计与实现

7、FPD玻璃基板搬运机器人研究

搬运机器人外文翻译

外文翻译 专业机械电子工程 学生姓名张华 班级 B机电092 学号 05 指导教师袁健

外文资料名称：Research，design and experiment of end effector for wafer transfer robot 外文资料出处：Industrail Robot：An International Journal 附件： 1.外文资料翻译译文 2.外文原文

晶片传送机器人末端效应器研究、设计和实验 刘延杰、徐梦、曹玉梅 张华译 摘要：目的——晶片传送机器人扮演一个重要角色IC制造行业并且末端执行器是一个重要的组成部分的机器人。本文的目的是使晶片传送机器人通过研究其末端执行器提高传输效率,同时减少晶片变形。 设计/方法/方法——有限元方法分析了晶片变形。对于在真空晶片传送机器人工作,首先,作者运用来自壁虎的超细纤维阵列的设计灵感研究机器人的末端执行器,和现在之间方程机器人的交通加速度和参数的超细纤维数组。基于这些研究,一种微阵列凹凸设计和应用到一个结构优化的末端执行器。对于晶片传送机器人工作在大气环境中,作者分析了不同因素的影响晶片变形。在吸收面积的压力分布的计算公式,提出了最大传输加速度。最后, 根据这些研究得到了一个新的种末端执行器设计大气机器人。 结果——实验结果表明, 通过本文研究应用晶片传送机器人的转换效率已经得到显着提高。并且晶片变形吸收力得到控制。 实际意义——通过实验可以看出,通过本文的研究,可以用来提高机器人传输能力, 在生产环境中减少晶片变形。还为进一步改进和研究末端执行器打下坚实的基础,。 创意/价值——这是第一次应用研究由壁虎启发了的超细纤维阵列真空晶片传送机器人。本文还通过有限元方法仔细分析不同因素在晶片变形的影响。关键词：晶片传送机器人末端执行器、超细纤维数组、晶片 1.介绍

码垛机器人说明书

码垛机器人说明书

前言 本说明书阐述了此四自由度码垛机器人使用方法。请仔细阅读并理解此说明书后使用机器人。打开包装请先对照装箱清单检查配件是否齐全，若有遗漏请尽快与我们联系。

目录 概述............................................... 错误!未定义书签。机器人的搬运及安装................................. 错误!未定义书签。 警告标示....................................... 错误!未定义书签。 机器人安装环境................................. 错误!未定义书签。 机器人运动范围及安全围栏安装................... 错误!未定义书签。 机器人的搬运方法............................... 错误!未定义书签。 基座安装尺寸................................... 错误!未定义书签。 机器人端持器的安装............................. 错误!未定义书签。 气路连接....................................... 错误!未定义书签。机器人控制柜的搬运与安装........................... 错误!未定义书签。 注意事项....................................... 错误!未定义书签。 机器人控制箱安装环境........................... 错误!未定义书签。 机器人控制箱的内部电气接线..................... 错误!未定义书签。 机器人控制箱的搬运............................. 错误!未定义书签。 机器人控制箱的外部连接......................... 错误!未定义书签。机器人系统与生产线的连接........................... 错误!未定义书签。机器人操作方法..................................... 错误!未定义书签。 机器人的开关机.................................. 错误!未定义书签。 操作界面的认识.................................. 错误!未定义书签。 操作界面的使用方法.............................. 错误!未定义书签。常见故障分析及处理................................. 错误!未定义书签。 机器人无法运行................................. 错误!未定义书签。 机器人未按既定规划运行......................... 错误!未定义书签。 机器人系统提示“系统正在运行”................. 错误!未定义书签。机器人保养与维护................................... 错误!未定义书签。 机械部件的养护.................................. 错误!未定义书签。 控制系统的维护.................................. 错误!未定义书签。

搬运机器人结构设计与分析_毕业设计

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 搬运机器人结构设计与分析 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。 本课题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。 关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ Abstract In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts,for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot. Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating

物料搬运机器人手的系统设计

天津大学 毕业设计 中文题目：物料搬运机器人手部系统的设计 英文题目：Material handling system design robot Hand department 学生姓名 系别机电 专业班级 2 指导教 成绩评定 2010年6月

目录 1 引言 (1) 1.1 机器人概述 (1) 1.2 机器人的研究历史及现状 (1) 1.3 机器人的发展趋势 (2) 2 手部的设计与计算 (3) 2.1 手部的设计 (3) 2.2 驱动方式 (3) 2.3 手部夹紧力的计算 (5) 2.4 弹簧的计算[6] (5) 2.5 手部电机选择原则【7】........................... 错误！未定义书签。 2.5.1 一般执行电机的选择原则...................... 错误！未定义书签。 2.5.2 电机的选用.................................. 错误！未定义书签。 2.6 手部电机参数计算.............................. 错误！未定义书签。 2.7 电机转速与夹紧力速度几何关系的确定............ 错误！未定义书签。 3 手臂的设计与计算............................... 错误！未定义书签。 3.1 手臂结构设计.................................. 错误！未定义书签。 3.2 手部质量计算.................................. 错误！未定义书签。 3.2.1 爪子的质量计算.............................. 错误！未定义书签。 3.2.2 手部外壳质量计算............................ 错误！未定义书签。 3.2.3 手部主轴的质量计算.......................... 错误！未定义书签。 3.2.4 其它部件的质量估算.......................... 错误！未定义书签。 3.3 手臂计算及电机选择............................ 错误！未定义书签。 4 结论.......................................... 错误！未定义书签。【参考文献】................................... 错误！未定义书签。致谢............................................ 错误！未定义书签。附录1：英文文献 .................................. 错误！未定义书签。附录2：英文文献翻译 .............................. 错误！未定义书签。

AGV搬运机器人

AGV搬运机器人 （Automated Guided Vehicle ） 一、简介 二、引导方式 三、优点 四、引进机器人可实现的功能 五、引进机器人所需做的前期工作

一、简介 AGV即：Automated Guided Vehicle 简称AGV，当前最常见的应用如：AGV搬运机器人或AGV小车，主要功用集中在自动物流搬转运，AGV搬运机器人是通过特殊地标导航自动将物品运输至指定地点，最常见的引导方式为磁条引导，激光引导；目前最先进扩展性最强是由米克力美科技开发的超高频RFID引导。磁条引导的方式是常用也是成本最低的方式，但是站点设置有一定的局限性以及对场地装修风格有一定影响；激光引导成本最高对场地要求也比较高所以一般不采用；RFID引导成本适中，其优点是引导精度高，站点设置更方便可满足最复杂的站点布局，对场所整体装修环境无影响，其次RFID高安全性稳定性也是磁条导航和激光导航方式不具备的。 二、引导方式 1、电磁感应式：也就是我们最常见的磁条导航，通过在地面黏贴磁性胶带，AGV自动搬运车经过时车底部装有电磁传感器会感应到地面磁条地标从而实现自动行驶运输货物，站点定义则依靠磁条极性的不同排列组合设置。（这种成本最低，一台大概在5-6万元人名币） 2、激光感应式：通过激光扫描器识别设置在其活动范围内的若干个定们标志来确定其坐标位置，从而引导AGV运行。 3、RFID感应式：通过RFID标签和读取装备自动检测坐标位置，实现AGV小车自动运行，站点定义通过芯片标签任意定义，即使最复杂的站点设置也能轻松完成。 三、优点 1、自动化程度高——由计算机，电控设备，磁气感应SENSOR,激光反射板等控制。当车间某一环节需要辅料时，由工作人员向计算机终端输入相关信息，计算机终端再将信息发送到中央控制室，由专业的技术人员向计算机发出指令，在电控设备的合作下，这一指令最终被AGV接受并执行——将辅料送至相应地点。

说明书识别搬运机器人汇总

作品名称：识别搬运机器人 指导老师：吴爱梅、刘永平 作者：谢春伟、杜存忠、董航、高军林机器人综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当今世界科学技术发展最活跃的领域之一。 一、作品组成 1.BASIC Stamp 微控制器 BASIC Stamp微控制器是以PBASIC为编程语言，通过解释器对PBASIC应用程序进行解释执行的微型计算机，具有 8路或 16路 I/O 通道，每个 I/O 通道接脚可以直接连接发光二极管、蜂鸣器、颜色识别传感器等各种传感器。通过增加一些额外元器件，可以实现不同的功能。 BASIC Stamp由一个5伏特电压调节器、晶振器、Serial EEPROM、及一个PBASIC 解释器组成。

2.伺服马达伺服马达有三根不同色线，分别为：黑、红、白，其中红色的为电源线； 黑色为地线；白色的为控制信号线，通过对这信号线输入脉冲序列来控制电机的运动， 可以控制电机的运动速度，运动方向。 3.传感器 TCS230 颜色传感器属于图像传感器，图像传感器可分为互补金属氧化物半导体 （CMOS）图像传感器和电荷耦合器件（CCD）图像传感器两类。CMOS型和 CCD 型固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，采用感光元件作为影像捕获的基本手 段，感光元件的核心都是一个感光二极管（photodiode），该二极管在接受光线照射之 后能够产生输出电流，而电流的强度 则与光照的强度对应。每个感光元件对应图像传感器中的一个像点，由于感光元件只能 感应光的强度，无法捕获色彩信息，因此必须在感光元件上方覆盖彩色滤光片。 TCS230颜色传感器是由一个颜色检测器组成，包括一个TAOS TCS230 RGB 的传感器 芯片，白色的发光二极管，瞄准镜，板卡上的插槽和连接线。 TCS230 颜色传感器通过插 槽或直接相连来与其他 BASIC Stamp模块接口，在其固定的范围内对可见光颜色进行检 测。 4■机械手 主要有手爪支架，手爪臂，及手爪组成，用来模拟人手用来抓取已识别的物体，然后进行搬运指定区域。 二、创新来源 该作品启示于生活当中港口码头对不同颜色的集装箱搬运。从而联想到机器 人根据不同颜色自动分拣的目的，以提高搬运工作效率。 三、实现功能 机器人从指定区域启动后，到达设定目的地用机械手对不同色块进行分捡和搬运。 机器人在得到指令后启动，不需再次接触机器人，由机器人自主运行完成任务，每次任务机器人连续运行。 四、调试说明 1.将机器人放置于启动区的中心位置，此位置相对比较重要（此位置关系到整体的运动结果）。保证机器人在第一次行走后能到达正五边行的中间位置。 2.调整传感器的位置，与水平面夹角约为 75度。（可根据实际的情况调整） 3.若机器人经测试未能达到指定位置，可进行参数的调整。

六自由度机械手重载搬运机器人本体结构设计(全套CAD图纸)

全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305 XX学院 毕业设计说明书(论文) 作者: 学号： 学院(系): 专业: 题目: 重载搬运机器人本体结构设计【六自由 度机械手】 2015 年5月

全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305 毕业设计说明书（论文）中文摘要 机械手是一种典型的机电一体化产品，搬运机械手是机械手研究领域的热点。研究搬运机械手需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识，同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。 本文对一种使用在搬运机械手的结构进行设计，并完成总装配图和零件图的绘制。要求对机械手模型进行力学分析，估算各关节所需转矩和功率，完成电机和减速器的选型。其次从电机和减速器的连接和固定出发，设计关节结构，并对机构中的重要连接件进行强度校核。 关键词：结构设计，机器臂，关节型机械手，结构分析

毕业设计说明书（论文）外文摘要

目录 1 绪论 (1) 1.1 引言 (2) 1.2 搬运机械手研究概况 (3) 1.2.1 国外研究现状 (3) 1.2.2 国内研究现状 (4) 1.4 搬运机械手的总体结构 (5) 1.5 主要内容 (5) 2 总体方案设计 (6) 2.1 机械手工程概述 (6) 2.2 工业机械手总体设计方案论述 (7) 2.3 机械手机械传动原理 (8) 2.4 机械手总体方案设计 (8) 2.5 本章小结 (10) 3 机械手大臂结构设计 (1) 3.1 大臂部结构设计的基本要求 (1) 3.2 大臂部结构设计 (2) 3.3 大臂电机及减速器选型 (2) 3.4 减速器参数的计算 (3) 3.5承载能力的计算 (7) 3.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算 (7) 3.5.2 柔轮疲劳强度的计算 (7) 3.6 轴的计算校核 (8) 3.7 大臂的平衡设计 (11) 3.7.1 弹簧的受力分析 (11) 3.7.2 弹簧的设计计算 (14) 4机械手小臂结构设计 (18) 4.1 腕部设计 (18) 4.2 小臂部结构设计 (31)

自动搬运机器人设计开题报告

本科毕业设计开题报告 题目：自动搬运机器人设计 院（系）：电气与信息工程学院 专业：电子信息工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 开题报告日期：2012年12月25日

填写说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1．研究目的和意义； 2．国内外发展情况(文献综述)； 3．研究/设计的目标； 4．研究/设计主要内容； 5．时间进程； 6．参考文献。 二、开题报告字数应不少于2.5千字。 三、开题报告时间应最迟应于开题答辩后一周上交。 四、若本次开题报告未通过，需在1个月内再次进行开题报告。 五、开题报告结束后，评议小组给出开题报告成绩，由教研室归档。 六、双面打印。 七、此表不够填写时，可另附页。

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告 题目自动搬运机器人设计 1、研究目的和意义 本课题最终目的在于研制机器搬运取代人工搬运工作，由于现代工业的迅猛发展，使得机器人已被越来越多的应用到科技、生产加工、服务等各个领域，并将有着更加广泛的发展，机器人的研制和生产已迅速发殿起来的一门新兴的技术。机器人是提高生产效率、改善产品质量的重要工具。将机器人应用于生产具有如下优点: 以提高生产过程中的自动化程度，有效的完成工业生产的各种操作流程，以及人工所不能完成的一些操作，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本；以改善劳动条件，避免人身事故，在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而搬运机器人即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故；可以减轻人力，并便于有节奏的生产，代替人进行工作，直接减少人力劳作，同时由于还可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产，是现代机械工业发展的必然趋势，通过机器人及搬运机械手结构设计的分析研究，熟悉了机器人设计分析的思路和流程，了解了我国和世界其他各国机器人的发展水平和现状，认知了当今机械行业的最新前沿科技，检测了自己在分析理论和解决实际问题上的能力，为日后的研究工作打下了良好的基础。 2、国内外发展情况(文献综述) 自从20世纪60年代初人类制造出第一台工业机器人以后，机器人就显示出了极强的生命力。经过四十年的迅速发展，在工业发达国家中，工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等诸多领域中。机器人的分类方法有多种，按其应用可分为，工业机器人、军用机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、空间机器人和娱乐机器人。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人是机器人中的一个重要分支，是机器人领域的重要研究发展方向，对工业机器人运动轨迹规划和控制的研究，一直受到人们的普遍关注。工业机器人已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志，搬运机械人的是工业机器人的一个重要分支，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。目前，对机器人技术的发展有最重要影响的国家是日本和美国，美国在机器人技术的综合性水平上仍处于领先地位，日本生产的机器人数量和种类则居世界首位。 我国发展机器人技术起步于20世纪70年代末，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。但是我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离。总体来说，我国仍是一个机器人设备的消费市场，行业市场处于发展壮大中，因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，搬运机器人就是为实现这些工序的自动化而产生的。搬运机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。国外在这方面的运用不仅在单机、专机上采用，以减轻工人的劳动强度，并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。同时研究采用摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到准确搬运的目的。所以搬运机器人以及搬运机械手的研究发展是我国现代化工业发展的必然趋势。

关节型搬运机器人设计..

关节型搬运机器人设计 摘要 随着现代工业机器人技术的发展，工业机器人的使用迅速增长。本文通过对国内外工业机器人的分析，并结合搬运所需要的条件，设计出了工厂自动化生产和生产线使用的搬运机器人。 本文着重对搬运机器人的总体设计方案、机构及控制系统从理论上进行了详细的分析和设计。在搬运机器人总体设计中，采用了应用最为广泛的平面关节型；在机构设计中，主要设计了搬运机器人末端执行器、手腕、手臂和腰的机械结构；在末端执行器设计上采用了一种具有接近觉、接触觉及滑动觉的初级智能机械手；在控制系统的设计中，采用可编程控制器（PLC）进行控制，并对控制系统的硬件原理做了分析，对PLC 的程序也进行了编译；在驱动系统设计中，采用了气动和电机两种驱动方式，主要动作采用电机驱动。 关键词：搬运机器人，三感觉机械手，可编程序控制器 Design of the joint transporting robot Abstract Under the development of the modern industrial robot’s technology , the use of industrial robot increases rapidly. Through analyzing the domestic and foreign industrial robots, combing the conditions of the transportation, the transporting robot for the factory automation produce and the production line is designed in this article. The emphasis on this article is to analyze and design the transporting robot in theory. The analytical objects include the total scheme, the mechanism design, and the control system design. In the total scheme design, the most wildly applied plane joint type is chosen. In the mechanism, the transporting robot’s end-effector, the wrist, the arm and the waist are mainly designed. A kind of the approaching sense, the contact sense and the skidding sense primary intelligence manipulator is adopted in the end-effector; In the control system, the programmable controller (PLC) is used, the principle of hardware is analyzed and the programs in PLC are compiled. In the actuating system, two driving types are used which include the pneumatic operation and the motor. The main movement is driven by the motor. Key words: Transporting robot, three feelings manipulators, programmable controller （PLC）

搬运机器人

简单介绍一下半导体工厂AMHS系统的搬运机器人 fosb是wafer做好以后送给客户时用的盒子(因为AMD 采用了“前开口运装箱”（FOSB），这样就保证了在大多数加工制作过程中，晶片都是处于密封)。 foup是12寸厂内部生产线上的装lot的盒子(在台湾8吋SMIF晶圆盒(POD)的需求量约有新台币3～5亿元的市场，未来12吋SMIF晶圆盒(FOUP) 的需求量预估为每年6万个)。在超净环境中，晶圆被密封在称作FOUP(front-opening unified pods)的容器中。带有彩色编码的容器代表晶圆将进入不同的制程。每个FOUP有一个序列号以识别晶圆， 写得不好，请大家多多指教。 OHS（Over Head Shuttle ） 可以在安装在天井下轨道上高速移动的自动搬运装置。 一般是用于成膜、洗浄等各个保管设备间FOUP搬运。 OHT（Overhead Hoist Transfer ） 是安装在天井下轨道下高速移动的自动搬运小车。 由升降装置马达驱动BELT，使GRIPPER自动抓取设置在port的foup。 这是300mm晶圆厂运用最广泛的搬运工具。GRIPPER有不同的类型可以搬运不同类型的foup。 从第一代10几年前只能低速走行单线轨道，移载设置于其正下方port的foup，到第二代可以高速走行在分歧轨道，第三代不仅可以走行在分歧轨道，还可以左右移载设置在STS，UTS上的FOUP,再到第四代450mm搬运小车，更新速度可谓非常之快。 中国国内半导体厂商使用第一代，第二代自动搬运小车，目前国内还没有使用第三代自动搬运小车的客户。AGV （Automated Guided Vehicle） 车上安装了多关节手臂机器人，用于搬运保管设备和制造设备之间的foup。 本搬运小车由于安装了大容量的电池，可以自动走行在工厂的地板上，并按照程序设置，可以走行比较复杂的路径。 台湾，韩国有半导体厂商很多使用这种小车的案例。 RGV（Automated Guided Vehicle） 本小车走行在安装在地板上的轨道，可以高速搬运保管设备和制造设备之间的foup。 和AGV同样搭载了多关节手臂机器人，但是小车走行速度大大高于同类型的AGV。 韩国半导体厂商有使用这种小车的案例。 STOCKER 是fab里面的一时自动保管仓库。 可以把半成品的硅片暂时存放于此。 有好几种类型。 其中一种塔形仓库可以实现foup楼层之间的搬运。 以后有空再说说FPD工厂的搬运机器人

说明书—识别搬运机器人

作品名称：识别搬运机器人指导老师：吴爱梅、刘永平 作者：谢春伟、杜存忠、董航、高军林

机器人综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当今世界科学技术发展最活跃的领域之一。 一、作品组成 1.BASIC Stamp微控制器 BASIC Stamp微控制器是以PBASIC为编程语言，通过解释器对PBASIC应用程序进行解释执行的微型计算机，具有8路或16路I/O通道，每个I/O通道接脚可以直接连接发光二极管、蜂鸣器、颜色识别传感器等各种传感器。通过增加一些额外元器件，可以实现不同的功能。 BASIC Stamp由一个5伏特电压调节器、晶振器、Serial EEPROM、及一个PBASIC 解释器组成。 2.伺服马达 伺服马达有三根不同色线，分别为：黑、红、白，其中红色的为电源线；黑色为地线；白色的为控制信号线，通过对这信号线输入脉冲序列来控制电机的运动，可以控制电机的运动速度，运动方向。 3.传感器 TCS230颜色传感器属于图像传感器，图像传感器可分为互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器和电荷耦合器件（CCD）图像传感器两类。CMOS型和CCD型固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，采用感光元件作为影像捕获的基本手段，感光元件的核心都是一个感光二极管（photodiode），该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流，而电流的强度则与光照的强度对应。每个感光元件对应图像传感器中的一个像点，由于感光元件只能感应光的强度，无法捕获色彩信息，因此必须在感光元件上方覆盖彩色滤光片。 TCS230颜色传感器是由一个颜色检测器组成，包括一个TAOS TCS230 RGB 的传感器芯片，白色的发光二极管，瞄准镜，板卡上的插槽和连接线。TCS230颜色传感器通过插槽或直接相连来与其他BASIC Stamp模块接口，在其固定的范围内对可见光颜色进行检测。

搬运机器人设计

搬运机器人 设计 班级: 学号:

搬运机器人能够模仿人手部的部分动作，按照设定的程序、轨迹和要求，代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，实现一些人工不可能完成的工作，这不仅可以使人手避免出 现可能的危险情况，保障生产安全，还能促进工作线的流水化，提高了工作效率，降低了劳动强度，改善了劳动环境，已经成为现代制造业中不可或缺的一种自动化装置。 本机器人用于生产线上工件的自动搬运，下图为机器人动作 示意图，机械手按下述顺序周而复始地工作： 图九朋机械手工也吓意图 根据对机器人的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图所示： 原点__彳下降——彳夹紧——彳上升——彳慢遇I__彳快进I 慢退k—上升k——放松k——下降k—FiSa 快退——慢堪

亠、搬运机械手总体结构设计 （1）该机器人采用圆柱坐标型，具有三个自由度，即手臂的 伸长、缩短，手臂的上升、下降和整体旋转。 （2）该机器人采用液压驱动，其具有体积小、质量轻、结构紧凑、传动平稳、操作简单、安全、经济、易于实现过载保护且液压元件能够自行润滑等一系列优点。 （3）在控制方式选择上，由于其功能只是在两个传送带之间搬移工件，运动简单，控制要求不高，因此采用点位控制方式。 （4）此搬运机器人是在两个工作台之间搬运工件，其动作比较简单，选用电位器进行定位。 （5）此机器人应用于自动生产线上，因此，它应该能够按照控制程序自动运行,即具有自动运行模式。 二、搬运机械手机械结构设计 1、机身设计 因为圆柱坐标式机器人把回转与升降两个自由度归属于机身，所以设计回转与升降机身，选用旋转液压缸与升降液压缸单独驱动的回转型机身，如图1所示，升降液压缸在上，旋转液压缸在下。 2、臂部设计 采用双导向杆的臂部伸缩结构。缸体直接固定在升降立柱上，活塞杆与两根导向杆连接一起组成伸缩臂，由于活塞杆与导 向杆全部藏在缸体内，油管也从活塞杆内部通过，其特点是结构 紧凑，外观整洁。结构如图2所示

4-DOF搬运机器人的结构设计

4-DOF搬运机器人的结构设计

摘要：在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。 本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运机器人的运动机理。在此基础上，确定了四自由度搬运机器人的基本系统结构，对搬运机器人的结构进行了简单的强度计算，完成了搬运机器人机械方面的设计（包括传动部分、执行部分、驱动部分）和简单的三维实体造型工作。本设计为四自由度圆柱坐标型工业机器人，其工作方向为两个直线方向、一个旋转方向和一个气爪运动。机器人的机械结构主要包括由三个电磁阀控制的气缸来实现机器人的上升下降运动及夹紧工件的动作，一个步进电机控制机器人的正反转。 在控制器的作用下，搬运机器人执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作。设计的搬运机器人运用于自动化生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率，本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。 关键词：搬运机器人，强度计算，结构设计 指导老师签名： Structure designing of 4-DOF handling robot Student name: Class: Supervisor:

Abstract：In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. This paper studies the current situation of the development of mechanical hand, by studying the working principle of the robot, familiar with handling robot locomotion mechanism .On this basis, identified 4-DOF of handling robot 's basic system architecture , simple strength calculation was made on handling robot structure ,finish handling robot mechanical design ( including transmission part, operative, driving part ) and simple 3D solid modeling work.This scheme introduced a cylindrical robot for four degree of freedom. It is composed of two linear axes ，one rotary axis and a pneumatic claw movement.The manipulator mechanical structure includes three solenoid valves controlled by air cylinder to achieve the increased decline in sports and workpiece clamping action,a stepper motor control manipulator positive inversion. Controller only allows these devices move from one assembly line to other assembly line in space, perform relatively simple taskes. Designed of the handling robot used in automatic production line, realizing the automatic production, reduce industrial workers much repetitive work, also can improve labor productivity.This paper is more comprehensive introduction and summing-up for the for the whole design work. Keywords：Transfer robot, Strength calculation,Structure design Signature of Supervisor:

搬运机器人结构设计与分析设计说明

搬运机器人结构设计与分析 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。 本课题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。 关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作

Abstract In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts, for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot. Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating