【正文】 按照工作要求以操縱 工件進(jìn)行加工，大大降低了勞動力，并且大大增加了工作效率和降低了產(chǎn)品的成本，對現(xiàn)代社會發(fā)展起到非常重要的作用，但現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人只是在危險(xiǎn)作業(yè)（廣義的）、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工作業(yè)的環(huán)境。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場合和多品種、小批 量的生產(chǎn)過程。修改封閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。 國內(nèi)通過 “ 七五 ” 機(jī)器人技術(shù)攻關(guān)，已具備了生產(chǎn)國產(chǎn)機(jī)器人的基礎(chǔ)，但國產(chǎn)機(jī)器人無論在技術(shù)上，還是可靠性上，都與國外機(jī)器人差相當(dāng)一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開放型的自主科研道路 。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。 “工業(yè)機(jī)器人”（ Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。 簡而言之，機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第三類是專業(yè)機(jī)器人，主要附屬于自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。 山東大學(xué)機(jī) 電一體化工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機(jī)構(gòu) —— 執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像 肌肉那樣 使手臂運(yùn)動的驅(qū) 動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動－傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī) (Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。 日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。 隨著工業(yè)機(jī)器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動開展很多。 在國外機(jī)械制造業(yè)中 ，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較多，發(fā)展較快。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場合和多品種、小批量的生產(chǎn)過程。修改封閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。 1967 年，該公司生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人定型為 1900 型。 19701972 年，工業(yè)機(jī)器人處于技術(shù)發(fā)展階段。麻省理工學(xué)院研制了具有有“手眼”系統(tǒng)的高識別能力微型機(jī)器人。很快研制出國產(chǎn)化機(jī)器人，技術(shù)水平很快趕上美國并超過其他國家。 機(jī)器人 發(fā)展趨勢 國內(nèi)各行各業(yè)對機(jī)器人的需求將越來越多，國內(nèi)市場將穩(wěn)步增長，根據(jù)目前的現(xiàn)狀，我國機(jī)器人近幾年發(fā)展的形式將會怎樣呢？根據(jù)我們的分析將會呈現(xiàn)如下幾個特點(diǎn)： 1．從國際市場來看，機(jī)器人工業(yè)是一種高投入低贏利的產(chǎn)業(yè)，市場競爭極為激烈，機(jī)器人工業(yè)必須上一定規(guī)模才有利潤可言，才有必需的開發(fā)投入，才能走上良性循環(huán)的發(fā)展道路。國外許多中小公司把自己的市場定位在機(jī)器人系統(tǒng)集成或某些有特長領(lǐng)域，從而形成自己的局部優(yōu)勢，在市場中求得生存和發(fā)展，如奧地利 IGM 公司以向用戶提供大型機(jī)器人焊接系統(tǒng)著稱，機(jī)器人在系統(tǒng)中只占售價(jià)的 1/3 左右， 賣單臺機(jī)器人贏利甚微，而賣機(jī)器人系統(tǒng)卻贏利可觀。 3．機(jī)器人開發(fā)走開放型科研之路 國內(nèi)通過 “ 七五 ” 機(jī)器人技術(shù)攻關(guān)，已具備了生產(chǎn)國產(chǎn)機(jī)器人的基礎(chǔ)，但國產(chǎn)機(jī)器人無論在技術(shù)上，還是可靠性上，都與國外機(jī)器人差相當(dāng)一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開放型的自主科研道路。 山東大學(xué)機(jī) 電一體化工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 4）大力開展國 內(nèi)合作，利用國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢，開發(fā)具有中國技術(shù)特色的國產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)品。 如 21 圖所示其為兩傳送帶上的工件搬運(yùn)：工件經(jīng) 流水線 1 運(yùn)送至指定位置，機(jī)械手在規(guī)定時間內(nèi)把工件沿弧線 3 搬運(yùn)到 流水線 2 上，再有 流水線 2 將工件運(yùn)走。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小 伺服電動機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動機(jī)一般 需 配 置 減 速 裝置，除 DD 電動機(jī)外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題 安全性 防爆性能較好，用液 壓 油 作 傳 動 介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn) 防爆性能好，高于1000kPa(10 個大氣壓 )時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動機(jī)換向時有火花，對環(huán)境的防爆性能較差 對環(huán)境的影響 液壓系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境有污染 排氣時有噪聲 無 續(xù) 表 21 三種驅(qū)動方式的特點(diǎn)對照 適用于重載、低速驅(qū) 適用于中小負(fù)載驅(qū) 適用于中小負(fù)載、要山東大學(xué)機(jī)電一體化工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人 動、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人，如沖壓機(jī)器人本體的氣動平衡及裝配機(jī)器人氣動夾具 求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)器人，如 AC 伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復(fù)雜 機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有： 1）．驅(qū)動系統(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)動慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁地起、制動，正、反轉(zhuǎn)切換； 3）．驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??； 4）．安全可靠； 5）．操作和維護(hù)方便； 6）．對環(huán)境無污染，噪聲要小； 7）．經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積。 (二 )、受力分析 F1F2F3F4F5 圖 31 受力分析圖 如 31 圖，在活塞桿推力 5F 作用下 1 2 3 4F F F F? ? ?， 由于 5F 為水平方向力，可算出活塞桿推力 F 52 sin 3 0 3 3 3 .5F F F N? ? ? （三）、手部夾緊 V 型塊結(jié)構(gòu)及尺寸 山東大學(xué)機(jī)電一體化工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 32 V 型塊結(jié)構(gòu)圖 如圖 32 其中 1V 塊與支座端用 M10 螺栓連接。 利用抗彎強(qiáng)度校核計(jì)算指座系數(shù) zW , max /zWM ?? （ 34） 而 maxM mmN ?? 11458 選取材料 Q235，其抗彎強(qiáng)度 Mpa140][ ?? ，則 1 1 4 5 8 / 1 4 0 8 0 0zW ?? 對于矩形截面來說 2m a x/ / 6zzW I Y bh?? （ 35） 取指座厚度為 15mm ， 寬度為 20mm ，即能完全能夠滿足工況要求。經(jīng)計(jì)算 2V 塊固定處螺栓受切應(yīng)力最大為 F=150N 選擇材料 Q235， 級螺栓，查表得其抗剪強(qiáng)度為 20Mpa 根據(jù)螺栓抗剪強(qiáng)度計(jì)算螺栓直徑 ? 圓整為 mmd 6? 根據(jù)配合要求取 M6 x 30 的螺栓即完全滿足。伸縮缸逐個伸出時，有效工作面積逐漸減小，當(dāng)輸入流量相同時，外伸速度逐漸增大；當(dāng)負(fù)載恒定時液壓缸的工作壓力逐次增高。 40D mm? 由伸縮套筒液壓缸特點(diǎn)知此液壓缸外缸徑即為小臂外缸的活塞桿 .根據(jù)此特點(diǎn)來設(shè)計(jì)外缸尺寸如下 : 在考慮尺寸配合上內(nèi)徑取 39。 ? 山東大學(xué)機(jī)電一體化工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 立柱的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 立柱的結(jié)構(gòu) 根據(jù)所設(shè)計(jì)機(jī)器人特點(diǎn) ,立柱大臂須帶動橫梁上所有部件及工 件升降 .因此 ,考慮到精簡機(jī)器人元件 ,減低成本 ,將活塞桿端部直接與橫梁托板連接起來 ,這樣既減少了使用元件 ,又減輕了總體重量、節(jié)約了成本 ,同時也減小了立柱活塞桿所承受的壓力 .由于其需要較大的活塞桿來完成這一動作 ,綜合比較各種液壓缸特點(diǎn) ,在此選用柱塞式液壓缸 . 柱塞式液壓缸的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)的橫梁各部分形式通過計(jì)算 ,得出活塞桿工作時所承受的總壓力為 F M M M M? ? ? ?手 部 工 件 橫 梁 托 板 487010053 ???? N281? 由于工作時有液壓油及慣性力的存在，故取 F 時要大些。39。 （三） .緊固及連接方案 上下缸蓋與缸筒之間采用毛氈密封，并用 8 個 M8 的螺釘緊固；至于缸體與底座的連接，用 8 個 M10 的螺栓連接，為防止兩組螺栓孔削弱缸體上端蓋的強(qiáng)度，特將兩組螺栓孔錯開 45176。 機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，從整體布局來看，實(shí)現(xiàn)了模塊化，大量采用標(biāo)準(zhǔn)化通用元配件，從而使成本大為降低，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。 山東大學(xué)機(jī)電一體化工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 謝 辭 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作是在葛老師的耐心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。所有這些都將成為我們以后繼續(xù)學(xué)習(xí)的榜樣。在此，也一并對他們的熱心幫助表示感謝！