【正文】 提高機器人的智能性和適應性，多種傳感器的使用是這個問題解決的關(guān)鍵。機器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機器人半自主和自主技術(shù)，多機器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。微型和微小機器人技術(shù)：這是機器人研究的一個新的領(lǐng)域和重點發(fā)展方向。仿人和仿生技術(shù)：這是機器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎(chǔ)研究。1．驅(qū)動系統(tǒng) 要使機器人運行起來需給各個關(guān)節(jié)即每個運動自由度安置傳動裝置，這就是驅(qū)動系統(tǒng)。若機身具備行走機構(gòu)便構(gòu)成行走機器人；若機身不具備行走及腰轉(zhuǎn)機構(gòu)，則構(gòu)成單機器人臂（Single Robot Arm）。智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應性和智能化的水準。機器人與外部設(shè)備集成為一個功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。歸納起來為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。根據(jù)控制運動的形式可分為點為控制和軌跡控制。在三維空間中描述一個物體的位置和姿態(tài)(簡稱位姿)需要六個自由度。定位精度是指機器人手部實際到達位置與目標位置之間的差異。4．最大工作速度 最大工作速度，有的廠家指機器人主要自由度上最大的穩(wěn)定速度，有的廠家指手臂末端最大的合成速度，通常都在技術(shù)參數(shù)中加以說明。承載能力不僅決定于負載的質(zhì)量，而且還與機器人運行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。但是，一般很少使用全稱，通常就以機械部分的基本結(jié)構(gòu)來命名，也可直接使用廠家給出的機器人名稱。其坐標軸是指機械臂的三個自由度軸，并未包括手腕上的自由度。哈爾濱工業(yè)大學機器人研究室設(shè)計了一種具有柔軟手腕的六自由度弧焊機器人，用于向任意空間曲面噴漆作業(yè)。2．第二代機器人 第二代機器人不僅具有內(nèi)部傳感器而且具有外部傳感器，能獲取外部環(huán)境信息。3．第三代機器人 第三代機器人具有多種智能傳感器，能感知和領(lǐng)會外部環(huán)境信息，包括具有理解像人下達的語言指令這樣的能力。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、六自由度弧焊機器人及搬運機器人等機器人已被大量采用。機器人還廣泛應用于電子電氣行業(yè)、金屬制品業(yè)(包括機械)、橡膠及塑料工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域。如，水下機器人、拋光機器人、打毛刺機器人、擦玻璃機器人、高壓線作業(yè)機器人、服裝裁剪機器人、制衣機器人、管道機器人等特種機器人以及掃雷機器人、作戰(zhàn)機器人、偵察機器人、哨兵機器人、排雷機器人、布雷機器人等軍用機器人都廣泛應用于各行各業(yè)。）(2) 提高生產(chǎn)率；(3) 改進產(chǎn)品質(zhì)量；(4) 增加制造過程的柔性；(5) 減少材料浪費；(6) 控制和加快庫存的周轉(zhuǎn)；(7) 降低生產(chǎn)成本；(8) 消除了危險和惡劣的勞動崗位。但是，由于我國工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，勞動力比較豐富低廉，給機器人的發(fā)展和應用帶來了一定的困難。在一些人力無法工作的領(lǐng)域里使用機器人，市場潛力大；(3) 走企業(yè)技術(shù)改造道路。帶動整個腕部旋轉(zhuǎn)的減速電機3與安裝在回轉(zhuǎn)套外側(cè)的帶有法蘭盤的空心軸通過脹緊套連接在也一起，這個安裝面與電機2的安裝面垂直，減速電機3帶動整個腕部做回轉(zhuǎn)運動。假設(shè)噴頭的尺寸為φ50200 的圓柱體，由已知條件知質(zhì)量為3 kg。設(shè)回轉(zhuǎn)套為200200200的立方體。電機3帶動整個腕部做回轉(zhuǎn)運動。長方體的轉(zhuǎn)動慣量公式為：J=m()由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故b=,h=所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為：J=5()=取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動角速度為ω=rad/s，轉(zhuǎn)速為n=30r/min由此轉(zhuǎn)動角加速度=10rad /s2計算力矩T為：T=J=P=Tω=2=故訂做的減速電機3的額定電壓為220V，輸出功率至少為7w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為46。六自由度弧焊機器人的最大覆蓋范圍與各個手臂的長度、手臂間的關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍密切相關(guān)。設(shè)法減小機械間隙引起的運動誤差提高運動的精確性和運動剛度，可采用緩沖和定位裝置，從而提高定位精度。由于電機安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上所以計算轉(zhuǎn)動慣量需要折算到大臂軸i軸上，我們只需要計算出轉(zhuǎn)動慣量最大時的情況，既當小臂與大臂共線時，小臂可視為繞i軸旋轉(zhuǎn)，此時整個小臂體對i軸的轉(zhuǎn)矩最大。小臂前段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為=(3 R2+L2) = kgm2平移到i軸上=+m =+8(＋)2 =后一段體積=質(zhì)量==小臂后段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為=(3 R2+L2) =平移到i軸上=+m =+ = 帶動小臂轉(zhuǎn)動的后桿和底桿對i軸的轉(zhuǎn)動慣量兩圓桿為鋁合金材料，圓形實心直桿。對i軸總的轉(zhuǎn)動慣量為：=++++= kgm2總力矩和功率的計算取小臂的轉(zhuǎn)動角速度=/2 rad/s，轉(zhuǎn)速為n=15r/min取啟動時間為1 s由此轉(zhuǎn)動角加速度為=/2 rad/s2　慣性力矩T=　　　　　 =/2 =靜態(tài)力矩T：由于小臂的俯仰機構(gòu)采用的鉸鏈四桿機構(gòu)，小臂自身基本可以平衡，所以靜態(tài)力矩可以忽略不計。主要評價的性能指標是功率密度，由于驅(qū)動元件是安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上的，如果驅(qū)動元件過大，就會導致腰部回轉(zhuǎn)盤過大，所以這里要求驅(qū)動元件的功率密度應該盡可能的大些。直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性、調(diào)速平滑、方便、調(diào)速范圍大、轉(zhuǎn)速比可以達到1:200、過載能力大、特殊要求時可以達到10。選定材料、熱處理方式、精度等級及齒數(shù)（1）因為電磁式直流伺服電機是經(jīng)過調(diào)速的，所以輸出端的速度較低，因此低速級選用直齒圓柱齒輪傳動。按齒面接觸疲勞強度設(shè)計mm確定各個參數(shù)數(shù)值（1）T=10=10() =10Nmm（2）初選載荷系數(shù)為=（3）查表取齒寬系數(shù)為=1（4）查表取彈性系數(shù)為ZE=（5）查表取節(jié)點區(qū)域系數(shù)為=（6）根據(jù)齒輪的硬度查表取小齒輪的接觸疲勞強度極限為=1150 MPa，大齒輪的接觸疲勞強度極限為=1120MPa。大臂的傳動形式與小臂相同，都是由直流伺服電機驅(qū)動齒輪組實現(xiàn)大臂的俯仰運動。 電機的選擇大臂總體質(zhì)量的計算大臂的大體結(jié)構(gòu)為長方體并且兩端中空，鉆有小孔。驅(qū)動元件在六自由度弧焊機器人中主要用于回轉(zhuǎn)運動，所以轉(zhuǎn)動慣量要小，同時比功率要大一些。（4）振動小，噪聲小，安全可靠，運行平穩(wěn)。電機需要調(diào)速，調(diào)速后轉(zhuǎn)速為75r/min，減速比為20。（3）取小齒輪齒數(shù)=20，則=520=100，大齒輪齒數(shù)Z2＝100?！⊙P(guān)節(jié)的設(shè)計　腰關(guān)節(jié)設(shè)計的總體要求六自由度弧焊機器人的腰部關(guān)節(jié)的主要作用是承受大臂、小臂、腕部以及驅(qū)動元件和傳動系統(tǒng)的重量。由于測量的是旋轉(zhuǎn)運動的精度，故在這里采用增量編碼器?？梢圆唤?jīng)過齒輪等減速機構(gòu)而直接驅(qū)動負載，并由輸入的控制電壓信號直接調(diào)節(jié)負載的轉(zhuǎn)速?；就庑统叽鐬?6085330。增量型編碼器能夠物體的旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生信號。腰部轉(zhuǎn)速=/2 rad/s，,傳感器線數(shù)為：ns=2/(i)=2/()=9425腰部角位移測量選杭州霍德利電子科技有限公司的HTL系列空心軸編碼器，ns=10800[15]。最后根據(jù)六自由度弧焊機器人的定位精度，合理選擇了各個關(guān)節(jié)的傳感元件。支架的下端帶有滾柱沿著導軌運動，它可防止滑桿轉(zhuǎn)動?；瑮U行程長度依手臂伸縮機構(gòu)的機構(gòu)形式而定。滾動螺旋結(jié)構(gòu)復雜、制造較難，但摩擦阻力小，傳動效率高(一般在90%以上)、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，啟動時無顫動，低速時不爬行，具有傳動可逆性；螺母和螺桿經(jīng)調(diào)整預緊，可得到很高的定位精度和重復定位精度，并可以提高軸向剛度。故綜合考慮，選擇滾動螺旋傳動(絲杠轉(zhuǎn)動，螺母移動；2級精度)。絲杠需提供的功率，則帶輪需提供的功率。同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)形帶及具有相應吻合的帶輪所組成。允許線速度可達50，傳遞功率從幾瓦到幾百千瓦。 (6－4)選定帶型和節(jié)距 ，節(jié)距小齒輪齒數(shù)根據(jù)帶型H和小帶輪轉(zhuǎn)速，此處取小帶輪節(jié)圓直徑大帶輪齒數(shù)大帶輪節(jié)圓直徑帶速初定軸間距，取帶長及其齒數(shù) (6－5) ，其節(jié)線長，節(jié)線長上的齒數(shù)60。第一部分確定機器人的主要參數(shù)及外形；第二部分通過計算機繪圖使讀者對本設(shè)計所設(shè)計出的機器人有一個非常直觀的認識，這部分主要是二維設(shè)計。致 謝本文是在王燕老師直接關(guān)懷和悉心指導下完成的，在撰寫論文期間李克旺老師認真負責的態(tài)度，嚴以巨細的精神使我受益匪淺，在這里謹向王老師致以崇高的敬意和最衷心的感謝。這里，對所有曾經(jīng)傳授我知識的老師，給過我?guī)椭耐瑢W們說一聲謝謝。同時，這也是一次完全不同于以往的設(shè)計，它需要我們在獨立完成的同時，對過去所學的知識進行完善和總結(jié)。在二維設(shè)計中，本課題采用了常用的設(shè)計軟件—AutoCAD，對主要零部件進行了二維建模，最后繪制了機器人的裝配圖，使得本機器人的尺寸直觀。，應選帶寬代號150的H型帶，其。鑒于同步帶的優(yōu)點，此傳動選擇梯形同步帶。傳動時，通過帶輪與帶齒的齒槽相嚙合來傳遞動力。螺母選用，滲碳淬火；硬度62HRC。手臂伸縮機構(gòu)由直流電機通過齒形帶傳到滾珠絲杠副的絲杠上。滾動螺旋與靜壓螺旋在傳動實現(xiàn)上，都是可行的。根據(jù)螺紋副的摩擦情況，可分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋。緩沖器用于減小手臂滑桿行程終點的沖擊。電動機旋轉(zhuǎn)通過齒形帶傳到滾珠絲杠副的絲杠上，滾珠絲杠副的螺母與支架相連。然后計算各個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量，根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量得出計算力矩和功率，從而選擇合理的驅(qū)動元件。小臂轉(zhuǎn)速=/2 rad/s，, 傳感器線數(shù)為：ns=2/(i)=2/()=418小臂選用南京中科天文儀器有限公司的增量編碼器YGM610，ns=480。 傳感器的選擇為保證六自由度弧焊機器人位置精度需要為各關(guān)節(jié)選擇傳感器。因此腰部回轉(zhuǎn)部分的驅(qū)動元件選用永磁式力矩電機，這樣做既可以省去用于減速的齒輪組，降低整個六自由度弧焊機器人的質(zhì)量，節(jié)省空間，而且可以提高腰部的響應速度。所以=== kgm2故=+=取大臂的轉(zhuǎn)動角速度=/2 rad/s，轉(zhuǎn)速為n=15r/min由此轉(zhuǎn)動角加速度為=rad/s2慣性力矩T=　　　　　 = =摩擦力矩T：綜上所述總力矩T=T= Nm取電機的轉(zhuǎn)速為=150r/min，即角速度為=5rad/s則總的傳動比為:=/n=157/=10故電機輸出端的負載力矩為T= T/ = =電機輸出端的功率為P= T =5 =電機型號的選擇力矩電機是一種具有軟機械特性和寬調(diào)速范圍的特種電機。因為六自由度弧焊機器人的主體部分都安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤，所以要求整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及手臂運行過程中的平衡。（7）取工作壽命為15年，每年工作250天，2班制小齒輪的應力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60751525016=大齒輪的應力循環(huán)次數(shù)N2=N1/5=（8）