【正文】 比設(shè)計(jì)和調(diào)試?yán)^電器控制系統(tǒng)所花的時(shí)間要少得多。 搬運(yùn)機(jī)器人的手部、小臂、大臂的動(dòng)作都是通過(guò)控制 系統(tǒng)來(lái)控制的，所以控制系統(tǒng)是搬運(yùn)機(jī)器人的重要組成部分，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)而言至關(guān)重要。其構(gòu)成框圖如圖３所示。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時(shí)間和條件自動(dòng)改變?？紤]到實(shí)際的影響因素，可以估計(jì)出絲杠的真實(shí)負(fù)載約為 F=230N。在滑動(dòng)絲杠的外螺母 上連接導(dǎo)向桿，這樣可以對(duì)螺母起到導(dǎo)向作用，同時(shí)可以減少負(fù)載產(chǎn)生的附加彎矩對(duì)滑動(dòng)絲杠的影響，進(jìn)一步提高了機(jī)械手抓取時(shí)的抓取精度。小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用了電機(jī)減速器后直接驅(qū)動(dòng)小 臂關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)小臂的旋轉(zhuǎn)。電機(jī)和減速器通過(guò)外殼 內(nèi)部的 凸臺(tái)進(jìn)行安裝，這樣使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和安裝方便。 通過(guò)對(duì)上面的方案的比較，綜合分析后我認(rèn)為方案二有更多的優(yōu)勢(shì)， 而且結(jié)構(gòu)合理，能夠比較好的完成本次的輸送線出貨臺(tái)的物料搬運(yùn)工作。 (4)運(yùn)行性能不同 步進(jìn)電機(jī)的控制一般為開(kāi)環(huán)控制，速度過(guò)快 或負(fù)載過(guò)大都會(huì)出現(xiàn)失轉(zhuǎn)或堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。交流 伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。滾珠絲杠的造價(jià)高，重量也較重，因此在滾珠絲杠的材料選擇方面而要求加工材料要較輕，并且滾珠絲杠需要電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也較大，自身減速比較小 。小臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)考慮到它的重量會(huì)對(duì)大臂造成較大的附加彎矩則把小臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在大臂的回轉(zhuǎn)軸的軸線方向，電機(jī)輸出軸與小臂的回轉(zhuǎn)軸之間通過(guò)同步齒形帶相連接，保證了小臂回轉(zhuǎn)的精度。第四自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也是采用電機(jī)加諧波減速器的結(jié)構(gòu)形式。電機(jī)和小臂的關(guān)節(jié)軸是同一方向的。同步齒形帶具有精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比恒定等特點(diǎn)。 傳動(dòng)方案的確定 傳動(dòng)方案分析 ： 1 方案一： 第一、二、自由度均采用伺服電機(jī)加減 速器的結(jié)構(gòu)形式。 （ 7）在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于中小負(fù)載、要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。 （ 3） 響應(yīng)速度 很高。 （ 7） 在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用范圍 適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人，如沖壓器機(jī)器人本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)器人氣動(dòng)夾具。 （ 4） 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。 （ 7）成本維修及使用 液壓元件成本較高方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求 。這三種方法各有所長(zhǎng)，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見(jiàn)表２ .１： 表２ .１三 種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照 液壓驅(qū)動(dòng)： （ 1）輸出功率 很大，壓力范圍為 50140Pa，利用液體不可縮性，控制精度較高。 為便于手指的順利合攏，可以在兩個(gè)手指之間設(shè)置一個(gè)彈簧，這樣還可以提供適當(dāng)?shù)膴A緊力。圖 為初步設(shè)計(jì)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （只畫(huà)出了一半，另一半關(guān)于中心線對(duì)稱(chēng)）。手指松開(kāi)和加緊工件是通過(guò)手指的張開(kāi)與閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 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(chēng)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(zhuān)用工具（如噴槍、扳手、焊具、噴頭等）進(jìn)行操作的部件。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。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。 機(jī)械手 是由具有傳動(dòng)執(zhí)行裝置的機(jī)械。 （ 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。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。 按機(jī)器人具有的運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)分類(lèi) 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。工作空間為０ .１－１立方米。人是采用以上方式組合的組合式機(jī)器人。 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)。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(lèi)繁重的體力勞動(dòng)。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。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。這一點(diǎn)對(duì)裝配機(jī)器人來(lái)說(shuō)尤為重要。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 。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(yùn)動(dòng)精度。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。無(wú)論是我國(guó)還是國(guó)外，物料搬運(yùn)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)。越來(lái)越多的搬運(yùn)機(jī)器人是采用混合驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)，避免缺點(diǎn)并在它的控制精度方面和搬運(yùn)效率方面有了很大的提高。氣動(dòng)機(jī)械手大量應(yīng)用到物流搬運(yùn)機(jī)器人領(lǐng)域。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展， CPU 的計(jì)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(shí)控制２０多個(gè) 關(guān)節(jié)。在此過(guò)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(méi)。在工業(yè)機(jī)器人逐漸得到推廣和普及工程中，下面三個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)步起著非常重要的作用。自從 1962 年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，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(dòng)化工廠（ＦＡ）、計(jì)算機(jī) 集成制造系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）的自動(dòng)化工具。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)程度極大的工作，工作方式一般采取示教在線的方式。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(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平。 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(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) …………………… .. 工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi) 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(jì)概述 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 工作空間的分析 驅(qū)動(dòng)方 式 傳動(dòng)方式確定 3 搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手爪驅(qū)動(dòng)氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 進(jìn)給絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算 手臂強(qiáng)度校核 4 搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng) 機(jī)器人控制系統(tǒng)分類(lèi) 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(yùn)動(dòng)控制單元選型 5 結(jié)論與展望 致謝