【正文】 而且還有一種機(jī)器人多種用途的情況。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)。 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 。 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。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。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。 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(wú)障傳動(dòng)的減速機(jī)構(gòu)，采用直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)標(biāo)定機(jī)器人的。 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(yùn)動(dòng)精度。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(duì)物料的搬運(yùn)系統(tǒng)也提出了新的要求，其特點(diǎn)是力求減少庫(kù)存、 壓縮等待和輔助時(shí)間，使多品種、少批量的物料準(zhǔn)時(shí)到達(dá)要求的地點(diǎn)。在搬運(yùn)機(jī)械手的控制方面出現(xiàn)了多種控制方式。在手爪的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場(chǎng)合的不同以及對(duì)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(lái)完成對(duì)工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。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(lái)，交流伺服驅(qū)動(dòng) 已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動(dòng)方式，直線電動(dòng)機(jī)等新型驅(qū)動(dòng)方式在許多應(yīng)用領(lǐng)域也有了長(zhǎng)足發(fā)展。 １ 驅(qū)動(dòng)方式的改變 ２０世紀(jì)７０年代后期，日本安川電動(dòng) 機(jī)公司研制出了第一臺(tái)全自動(dòng)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(dòng)方式。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(dòng)環(huán)境、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)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。 本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)圓柱坐標(biāo)型的工業(yè)機(jī)器人，用于給沖壓設(shè)備運(yùn)送物料。 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(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上重要的成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。首先，本文將設(shè)計(jì)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(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式 ，搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺(tái)：在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)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(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程的安全性，最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：關(guān)節(jié)的伺服控制和制動(dòng)問(wèn)題、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況、機(jī)器人的示教編程和在線修改程序、設(shè)置參考點(diǎn)和回參考點(diǎn)。與計(jì)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。但與采用液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人相比，采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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。 ２ 信息處理速度的提高 機(jī)器人的動(dòng)作通常是通過(guò)機(jī)器人的各個(gè)環(huán)節(jié)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn) 的。近年來(lái)，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(tái)機(jī)器人通過(guò)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(shì)。在針對(duì)同樣的目標(biāo)任務(wù)，采取多種運(yùn)動(dòng)方式相結(jié)合的方式來(lái)達(dá)到預(yù)定的目的。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。這一趨勢(shì)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(yùn)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。機(jī)器人是一種多關(guān)節(jié)開(kāi)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(dòng)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(yùn)動(dòng)還不能達(dá)到很高的精度。 2 誤差補(bǔ)償 通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)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(diǎn)時(shí)，手臂可能采取的姿態(tài)是有限的，有時(shí)要有很大的靈活度和很強(qiáng)的避障能力。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。 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。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)。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)。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。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。 大型機(jī)器人 —— 負(fù)荷１－１０ＫＮ，工作空間為１－１０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。工業(yè)機(jī)器人的自由度數(shù)。 （ 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。 （ 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。機(jī)械手用于執(zhí)行指定的作業(yè)業(yè)務(wù)。例如 SCARH 機(jī)器人就非常適合平面上的工件的抓取。 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。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多樣的，大致可分為以下幾類： （ 1）夾鉗式取料手 （ 2）吸附式取料手 （ 3）專用操作器及轉(zhuǎn)換器 （ 4）仿生多指靈巧手 本文設(shè)計(jì)對(duì)象為物料搬運(yùn)機(jī)器人，并不需要復(fù)雜的多指人工指，只需 要設(shè)計(jì)能從不同角度抓取工件的鉗形指。根據(jù)手指開(kāi)合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移形。通過(guò)兩個(gè) 機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使電機(jī)最終驅(qū)動(dòng)ＤＥ的來(lái)回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)。 ２ .３．３ 驅(qū)動(dòng)方式 該機(jī)器人一共具有四個(gè)獨(dú)立的傳動(dòng)關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，一共需要五個(gè)動(dòng)力源。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較大 . (5)安全性 防爆性能好，用液壓做傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn)。 （ 2） 控制性能 不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度連續(xù)軌跡控制。 （ 5） 安全性 防爆性能好，高于 1000kPa(10 個(gè)大氣壓 )時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)： （ 1） 輸出功率 較大控制精度，功率較大， 能精確定位，反應(yīng)靈敏。 （ 5） 安全性 設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī) 換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境防爆性能較差。 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有： （ 1） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高； （ 2） 反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁的起、制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)切換； （ 3） 驅(qū)動(dòng)盡可能靈活， 位移偏 差 和速度偏差要??； （ 4） 安全可靠；