【正文】 人手才行。另外，在有限空間及有障礙的復(fù)雜環(huán)境中作業(yè)的機(jī)器人 。例如：在核電站工作的機(jī)器人也要求其具有高靈活度的機(jī)器人手臂。為了 提高工業(yè)機(jī)器人手臂的靈活度，主要采用具有冗雜自由度的機(jī)器人手臂和在機(jī)器人手臂機(jī)構(gòu)上采用膨脹膠關(guān)節(jié)及雙向彎曲手臂。 3 提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度和響應(yīng)頻率： 為了提高機(jī)器人作業(yè)頻率以及提高具有感知功能機(jī)器人的反應(yīng)速度就必須提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度和響應(yīng)頻率。這一點(diǎn)對(duì)裝配機(jī)器人來(lái)說(shuō)尤為重要。為此一方面可以通過(guò)采用高強(qiáng)度材料和輕質(zhì)材料（如碳纖維復(fù)合材料）制造機(jī)器人手臂 以達(dá)到減輕手臂重量和提高手臂動(dòng)態(tài)特性的目的；另一方面也可以通過(guò)采用直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)或其他高性能驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從控制和驅(qū)動(dòng)方面提高機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度與響應(yīng)頻率。 4 提高機(jī)器人手爪或手腕的操作能力、靈活性與快速反應(yīng)能力： 為了使機(jī)器人能像人一樣進(jìn)行各種復(fù)雜作業(yè)如裝配作業(yè)、維修作業(yè)及設(shè)備操作。機(jī)器人就必須有一個(gè)運(yùn)動(dòng)靈活和動(dòng)作靈敏的手腕和手爪。這一點(diǎn)對(duì)裝配作業(yè)機(jī)器人、核工業(yè)機(jī)器人和在空間上作業(yè)的空間機(jī)器人來(lái)說(shuō) 是特別重要的。 5 采用模塊化組合式機(jī)器人結(jié)構(gòu)： 提高機(jī)器人快速維修性能，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，制造出多種不同尺寸和規(guī)格的手臂和連接器模塊，用少量的 可組合成多種機(jī)器人配置。這種機(jī)器人能進(jìn)行快速維修，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)。所以這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)最適用于空間機(jī)器人、核工業(yè)機(jī)器人等 。如這種基本結(jié)構(gòu)能推廣于一般工業(yè)機(jī)器人將使工業(yè)機(jī)器人的成本下降，生產(chǎn)周期及維修周期縮短。 工業(yè) 搬運(yùn) 機(jī)器人的分類 搬運(yùn)機(jī)器人【 transfer robot】是可以進(jìn)行自動(dòng)化搬運(yùn)作業(yè)的 工業(yè)機(jī)器人 。最早的搬運(yùn)機(jī)器人出現(xiàn)在 1960 年的美國(guó)， Versatran 和 Unimate 兩種機(jī)器人首次用于搬運(yùn)作業(yè)。搬運(yùn)作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件，是指從一個(gè)加工位置移到另一個(gè)加工位 置。搬運(yùn)機(jī)器人可安裝同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動(dòng)。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人愈 10 萬(wàn)臺(tái)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)。部分發(fā)達(dá)國(guó)家已制定出人工搬運(yùn)的最大限度，超過(guò)限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來(lái)完成。 機(jī)器人自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)主要由搬運(yùn)機(jī)器人、工件自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、自動(dòng)啟動(dòng)裝置、自動(dòng)傳輸裝置組成，適合于工件自動(dòng)搬運(yùn)的場(chǎng)合，尤其適合自動(dòng)化程度較高的流水線等工業(yè)場(chǎng)合，提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。 機(jī)器人自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)可根據(jù)用戶的要求配備不同的手爪（如機(jī)械手爪，真空吸盤(pán)，電磁吸盤(pán)等），可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工件的抓取搬運(yùn)，具有定位準(zhǔn)確，工作節(jié)拍可調(diào)，工作空 間大，性能優(yōu)良，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，維修方便等特點(diǎn)。 物料搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)： １ .３ .１ 按作業(yè)用途分類 如前所述，各類工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍非常廣泛，而且還有一種機(jī)器人多種用途的情況。通常我們依據(jù)其具體的作業(yè)用途來(lái)稱呼它，如一條自動(dòng)生產(chǎn)線上使用了相同結(jié)構(gòu)的數(shù)臺(tái)機(jī)器人，有的用于點(diǎn)焊就稱為 點(diǎn)焊機(jī)器人，有的用于搬運(yùn)工件就稱為搬運(yùn)機(jī)器人，以此類推，便有噴漆機(jī)器人、涂膠機(jī)器人、裝配機(jī)器人和測(cè)量機(jī)器人等有的作業(yè)具有一定范圍，如潛入水下作勘查、采礦和鋪４管道的機(jī)器人，就統(tǒng)稱為水下機(jī)器人，類似還有宇航機(jī)器人等。 １ .３ .２ 按 操作機(jī)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)分類 按工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)把機(jī)器人區(qū)分為：直角坐標(biāo)式機(jī)器人、極坐標(biāo)式機(jī)器人，圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人和關(guān)節(jié)式機(jī)器人，另外還有少數(shù)復(fù)雜的機(jī)器。人是采用以上方式組合的組合式機(jī)器人。 １ .３ .３ 按機(jī)器人的負(fù)荷和工作范圍分類 按照這種分類方法，工業(yè)機(jī)器人分為： 超大型機(jī)器人 —— 負(fù)荷為１０ＫＮ以上。 大型機(jī)器人 —— 負(fù)荷１－１０ＫＮ，工作空間為１－１０立方米。 中型機(jī)器人――負(fù)荷為１００－１０００Ｎ。工作空間為０ .１－１立方米。 小型機(jī)器人――負(fù)荷為１－１００Ｎ，工作空間為０ .１立方米。 超小 型機(jī)器人――負(fù)荷小于１Ｎ，工作空間為０ .１立方米。 以上所謂機(jī)器人的負(fù)荷是指在機(jī)器人的規(guī)定性能條件下，機(jī)器人所能搬移的重量中包括了機(jī)器人末端執(zhí)行器的重量。 按機(jī)器人具有的運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)分類 機(jī)器人的自由度數(shù)的定義是：操作機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目之和。 這種運(yùn)動(dòng)只有兩種形態(tài)：直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其腕端的任何復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)都可由這兩種運(yùn)動(dòng)來(lái)合成。工業(yè)機(jī)器人的自由度數(shù)。一般為 2— 7 個(gè)，簡(jiǎn)易型的 2— 4個(gè)自由度，復(fù)雜型的 5—— 7 個(gè)自由度。自由度數(shù)越多，機(jī)器人的柔性越大，結(jié)構(gòu)和控制也就越復(fù)雜，所以并非越多越好。 本課題研究的主要內(nèi)容 （ 1）確定機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及工作行程。 （ 2）根據(jù)工件的負(fù)載情況，工作空間以及各個(gè)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)形式對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行整體方案的設(shè)計(jì)： （ 1）對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的手爪、小臂、大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制各部分的結(jié)構(gòu)草圖。 （ 2）由第二步所給定的條件和第三步的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式和傳統(tǒng)方式。 （ 4）對(duì)個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行粗估完成對(duì)手爪的夾緊氣缸、小臂、大臂、絲杠的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及腰部、腕部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的計(jì)算選型。 （ 5）根據(jù)電機(jī)的外形尺寸及輸出軸軸徑以及電機(jī)的重量完善結(jié)構(gòu)草圖。 （ 6）通過(guò)以確定的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的分析，驗(yàn)算重要零件的受力情況，繪制裝配圖。 2 總體設(shè)計(jì)方案的確定 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有下列互相作用的部分組成：機(jī)械手、環(huán)境、任務(wù)。 機(jī)械手 是由具有傳動(dòng)執(zhí)行裝置的機(jī)械。它有臂、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行裝置構(gòu)成，組合為一個(gè)互相連接，互相依賴的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。機(jī)械手用于執(zhí)行指定的作業(yè)業(yè)務(wù)。工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器是安裝在腕端的附加裝置 機(jī)器人的手部可分為夾持式和吸附式兩大類。夾持式是執(zhí)行手：夾持方式由外夾式和內(nèi)撐式之分；吸附式得分為空氣負(fù)壓式和電磁式兩種。 任務(wù)是指機(jī)器人要完成的 工作，機(jī)器人的類型是隨著工作任務(wù)的特點(diǎn)而決定的。例如 SCARH 機(jī)器人就非常適合平面上的工件的抓取。 環(huán)境是指機(jī)器人所處的周?chē)h(huán)境。環(huán)境不僅由幾何條件（可達(dá)空間）所決定的而且由環(huán)境和它們所包含的每一個(gè)事物的全部自然特性所決定的。 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)次機(jī)械手的應(yīng)用場(chǎng)合和實(shí)地的應(yīng)用要求，其主要的設(shè)計(jì)參數(shù)要求如下： （ 1） 抓取的重物： 2Kg （ 2） 機(jī)械手的自由度數(shù)： 4 個(gè) （ 3） 運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 大臂升降：線速度： 小臂伸縮：線速度： m/s 手腕俯仰：角速度： 腰部旋轉(zhuǎn)：角速度： rad/s （ 4） 運(yùn)動(dòng)行程 大臂升降： 300mm 小臂伸縮： 300 mm 腰部旋轉(zhuǎn)：正負(fù) 90度 手腕俯仰：正負(fù) 90度 工作空間分析 基座及連桿 1 基座 基座是整個(gè)機(jī)器人本體的支撐，為保證機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性，采用兩塊“ Z”字形實(shí)心鑄鐵作為支撐。 基座上面是接線盒子，所有電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和反饋信號(hào)都從中出入。接線盒子外面有一個(gè)引入線出口和一個(gè)引出線出口。 2 大臂 大臂長(zhǎng)度 230mm,具體尺寸如圖所示 ： 3 小臂 小臂長(zhǎng) 度 180mm,具體尺寸如圖所示： 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機(jī)器人直接用于抓取和握緊（吸附）專用工具（如噴槍、扳手、焊具、噴頭等）進(jìn)行操作的部件。它具有模仿人手動(dòng)作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面 狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機(jī)器人末端操作器是多種