【正文】 工 業(yè) 機(jī) 器 人 摘 要 在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動化生產(chǎn)線上重要的成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復(fù)性并且勞動程度極大的工作，工作方式一般采取示教在線的方式。 本文將設(shè)計一臺圓柱坐標(biāo)型的工業(yè)機(jī)器人，用于給沖壓設(shè)備運送物料。首先，本文將設(shè)計機(jī)器人的大臂、小臂、底座和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，然后選擇 合適的傳動方式、驅(qū)動方式 ，搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺：在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計該機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡和伺服放大器的選擇、反饋方式和反饋元件的選擇、以及控制元件的設(shè)計，重點加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)器人運行過程的安全性，最終實現(xiàn)的目標(biāo)包括：關(guān)節(jié)的伺服控制和制動問題、實時監(jiān)測機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)的運動情況、機(jī)器人的示教編程和在線修改程序、設(shè)置參考點和回參考點。 目 錄 摘要 1 緒論 …………… …………………………………………………… 1 工業(yè)機(jī)器人研究的目的和意義 ………………………………… 1 工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 …………………… .. 工業(yè)機(jī)器人的分類 本課題研究的主要內(nèi)容 2 總體方案的確定 結(jié)構(gòu)設(shè)計概述 基本設(shè)計參數(shù) 工作空間的分析 驅(qū)動方 式 傳動方式確定 3 搬運機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計 驅(qū)動和傳動系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 手爪驅(qū)動氣缸設(shè)計計算 進(jìn)給絲杠的設(shè)計計算 驅(qū)動電機(jī)的選型計算 手臂強(qiáng)度校核 4 搬運機(jī)器人的控制系統(tǒng) 機(jī)器人控制系統(tǒng)分類 控制系統(tǒng)方案分析 機(jī)器人的控制系統(tǒng)方案確定 PLC 及運動控制單元選型 5 結(jié)論與展望 致謝 1 緒論 工業(yè)機(jī)器人研究的目的和意義 工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從 1962 年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng) （ FMS）、自動化工廠（ＦＡ）、計算機(jī) 集成制造系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人、不僅提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量而且也保障人身安全、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強(qiáng)度、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。與計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。 ２０世紀(jì)８０年代以來，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)逐漸成熟、并很快得到推廣，目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。在工業(yè)機(jī)器人逐漸得到推廣和普及工程中，下面三個方面的技術(shù)進(jìn)步起著非常重要的作用。 １ 驅(qū)動方式的改變 ２０世紀(jì)７０年代后期，日本安川電動 機(jī)公司研制出了第一臺全自動的工業(yè)機(jī)器人而此前的工業(yè)機(jī)器人基本上采用液壓驅(qū)動方式。但與采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人相比，采用伺服電動機(jī)驅(qū)動機(jī)器人在響應(yīng)速度、精度、靈活性等方面都有很大的提高。因此它逐步代替了采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人成為工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動方式的主流。在此過程中，諧波減速器、ＲＶ減速器等高性能減速機(jī)構(gòu)的發(fā)展也功不可沒。近年來，交流伺服驅(qū)動 已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動方式，直線電動機(jī)等新型驅(qū)動方式在許多應(yīng)用領(lǐng)域也有了長足發(fā)展。 ２ 信息處理速度的提高 機(jī)器人的動作通常是通過機(jī)器人的各個環(huán)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)的運動而實現(xiàn) 的。為了是機(jī)器人完成各種復(fù)雜動作，機(jī)器人控制器需要進(jìn)行大量計算并在此基礎(chǔ)上向機(jī)器人的各個環(huán)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)發(fā)出必要的控制指令。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展， CPU 的計算能力有了很大的提高，機(jī)器人控制器的性能也有了很大提高，高性能機(jī)器人控制器甚至可以同時控制２０多個 關(guān)節(jié)。機(jī)器人控制性能的提高，也進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人本身性能的提高并擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。近年來，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了多臺機(jī)器人通過網(wǎng)絡(luò)共享信息并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的技術(shù)趨勢。 工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 目前， 工業(yè)機(jī)器人有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運中，極大的促進(jìn)物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，搬運機(jī)器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。氣動機(jī)械手大量應(yīng)用到物流搬運機(jī)器人領(lǐng)域。在手爪的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場合的不同以及對工件 夾持的特殊要求，采取了多種形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。在針對同樣的目標(biāo)任務(wù)，采取多種運動方式相結(jié)合的方式來達(dá)到預(yù)定的目的。驅(qū)動方面 采用了一臺工業(yè)機(jī)器人多種驅(qū)動方式情況，由液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、伺服電機(jī)的驅(qū)動等等。越來越多的搬運機(jī)器人是采用混合驅(qū) 動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點，避免缺點并在它的控制精度方面和搬運效率方面有了很大的提高。在搬運機(jī)械手的控制方面出現(xiàn)了多種控制方式。如、有原始的電控機(jī)械手，較先進(jìn)的基于工控機(jī)控制的，基于ＰＣ控制的，進(jìn)一步的嵌入式ＰＣ控制技術(shù)，還采用PLC 可編程控制的。 在物料搬運方面，近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化 。無論是我國還是國外，物料搬運的發(fā)展都是由單一設(shè)備走向成套設(shè)備；由單機(jī) 走向系統(tǒng)。在制造業(yè)方面，隨著 JIT、 FMS、 CIMS 等現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，對物料的搬運系統(tǒng)也提出了新的要求，其特點是力求減少庫存、 壓縮等待和輔助時間，使多品種、少批量的物料準(zhǔn)時到達(dá)要求的地點。這一趨勢在機(jī)械工業(yè)方面得到了很大的應(yīng)用，其中采用了機(jī)器人等先進(jìn)的物料搬運技術(shù)，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)水平提高。 當(dāng)代工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展一方面表現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和機(jī)器人的種類 增多；另一方面表現(xiàn)在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化。前者指的是應(yīng)用領(lǐng)域的橫向拓寬，后者是在性能及水平上的縱向提高，又使擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和性能水平的提高，又使擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域成為可能。 1 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)性能的提高 進(jìn)一步提高 工業(yè)機(jī)器人的運動精度。機(jī)器人是一種多關(guān)節(jié)開鏈結(jié)構(gòu)，因此機(jī)器人手臂的剛度一般都不高，另外由于構(gòu)件的尺寸誤差和傳動間隙的存在，以及機(jī)器人手臂末端誤差的放大作用，是當(dāng)前機(jī)器人的定位與運動還不能達(dá)到很高的精度。度大、精度高的數(shù)控機(jī)床相比，機(jī)器人在工作精度上大為遜色。因此，至今工業(yè)機(jī)器人在精密裝配及其他精密作業(yè)中的應(yīng)用中仍受到了很大的限制，除了精密 作業(yè)要求高精度機(jī)器人以外，采用離線編程的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)也要求該機(jī)器人要具有足夠高的定位精度和運動精度。 進(jìn)一步提高機(jī)器人工作精度的主要辦法：提高機(jī)器人的加工精度與裝配 精度，采用無障傳動的減速機(jī)構(gòu)，采用直接驅(qū)動電機(jī)，通過標(biāo)定機(jī)器人的。 2 誤差補(bǔ)償 通過實驗檢測對機(jī)器人運動誤差進(jìn)行實時修正，提高機(jī)器人手的靈活度和避障能力：當(dāng)前常用機(jī)器人手的靈活度的都不夠高，即手臂末端達(dá)到某一工作點時，手臂可能采取的姿態(tài)是有限的，有時要有很大的靈活度和很強(qiáng)的避障能力。例如：當(dāng)時噴涂機(jī)器人噴涂車身內(nèi)表面時，要求機(jī)器人能將車身內(nèi)表面的各個角落都噴上漆，必須要有高靈活度機(jī)器