【正文】 比設(shè)計和調(diào)試?yán)^電器控制系統(tǒng)所花的時間要少得多。 搬運機器人的手部、小臂、大臂的動作都是通過控制 系統(tǒng)來控制的，所以控制系統(tǒng)是搬運機器人的重要組成部分，控制系統(tǒng)的設(shè)計對于機器人的總體設(shè)計而言至關(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)能隨時間和條件自動改變。考慮到實際的影響因素，可以估計出絲杠的真實負(fù)載約為 F=230N。在滑動絲杠的外螺母 上連接導(dǎo)向桿，這樣可以對螺母起到導(dǎo)向作用，同時可以減少負(fù)載產(chǎn)生的附加彎矩對滑動絲杠的影響，進(jìn)一步提高了機械手抓取時的抓取精度。小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用了電機減速器后直接驅(qū)動小 臂關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動小臂的旋轉(zhuǎn)。電機和減速器通過外殼 內(nèi)部的 凸臺進(jìn)行安裝，這樣使得結(jié)構(gòu)簡單，加工和安裝方便。 通過對上面的方案的比較，綜合分析后我認(rèn)為方案二有更多的優(yōu)勢， 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的物料搬運工作。 (4)運行性能不同 步進(jìn)電機的控制一般為開環(huán)控制，速度過快 或負(fù)載過大都會出現(xiàn)失轉(zhuǎn)或堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。交流 伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。滾珠絲杠的造價高，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的輸出轉(zhuǎn)矩也較大，自身減速比較小 。小臂的驅(qū)動電機考慮到它的重量會對大臂造成較大的附加彎矩則把小臂的驅(qū)動電機安裝在大臂的回轉(zhuǎn)軸的軸線方向，電機輸出軸與小臂的回轉(zhuǎn)軸之間通過同步齒形帶相連接，保證了小臂回轉(zhuǎn)的精度。第四自由度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)也是采用電機加諧波減速器的結(jié)構(gòu)形式。電機和小臂的關(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，傳動比恒定等特點。 傳動方案的確定 傳動方案分析 ： 1 方案一： 第一、二、自由度均采用伺服電機加減 速器的結(jié)構(gòu)形式。 （ 7）在工業(yè)機器人中應(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、速度較高的機器人，如 AC 伺服噴涂機器人、點焊機器人、弧焊機器人、裝配機器人等。 （ 3） 響應(yīng)速度 很高。 （ 7） 在工業(yè)機器人中的應(yīng)用范圍 適用于中小負(fù)載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機器人，如沖壓器機器人本體的氣動平衡及裝配機器人氣動夾具。 （ 4） 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，以實現(xiàn)直接驅(qū)動。 （ 7）成本維修及使用 液壓元件成本較高方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求 。這三種方法各有所長，各種驅(qū)動方式的特點見表２ .１： 表２ .１三 種驅(qū)動方式的特點對照 液壓驅(qū)動： （ 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，可以在兩個手指之間設(shè)置一個彈簧，這樣還可以提供適當(dāng)?shù)膴A緊力。圖 為初步設(shè)計的機械手機構(gòu)簡圖 （只畫出了一半，另一半關(guān)于中心線對稱）。手指松開和加緊工件是通過手指的張開與閉合來實現(xiàn)的。 2 大臂 大臂長度 230mm,具體尺寸如圖所示 ： 3 小臂 小臂長 度 180mm,具體尺寸如圖所示： 機械手的設(shè)計 工業(yè)機器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機器人直接用于抓取和握緊（吸附）專用工具（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。 機械手 是由具有傳動執(zhí)行裝置的機械。 （ 4）對個結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行粗估完成對手爪的夾緊氣缸、小臂、大臂、絲杠的驅(qū)動電機以及腰部、腕部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的計算選型。自由度數(shù)越多，機器人的柔性越大，結(jié)構(gòu)和控制也就越復(fù)雜，所以并非越多越好。 按機器人具有的運動自由度數(shù)分類 機器人的自由度數(shù)的定義是：操作機各運動部件獨立運動數(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器人。 機器人自動搬運系統(tǒng)可根據(jù)用戶的要求配備不同的手爪（如機械手爪，真空吸盤，電磁吸盤等），可實現(xiàn)對各種工件的抓取搬運，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，運行平穩(wěn)可靠，維修方便等特點。搬運機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)的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動。如這種基本結(jié)構(gòu)能推廣于一般工業(yè)機器人將使工業(yè)機器人的成本下降，生產(chǎn)周期及維修周期縮短。這一點對裝配作業(yè)機器人、核工業(yè)機器人和在空間上作業(yè)的空間機器人來說 是特別重要的。這一點對裝配機器人來說尤為重要。另外，在有限空間及有障礙的復(fù)雜環(huán)境中作業(yè)的機器人 。因此，至今工業(yè)機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)要求高精度機器人以外，采用離線編程的工業(yè)機器人系統(tǒng)也要求該機器人要具有足夠高的定位精度和運動精度。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，又使擴大機器人應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和性能水平的提高，又使擴大機器人應(yīng)用領(lǐng)域成為可能。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 走向系統(tǒng)。越來越多的搬運機器人是采用混合驅(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。氣動機械手大量應(yīng)用到物流搬運機器人領(lǐng)域。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，機器人控制器的性能也有了很大提高，高性能機器人控制器甚至可以同時控制２０多個 關(guān)節(jié)。在此過程中，諧波減速器、ＲＶ減速器等高性能減速機構(gòu)的發(fā)展也功不可沒。在工業(yè)機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。自從 1962 年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術(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 集成制造系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）的自動化工具。目前，工業(yè)機器人主要承擔(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。工業(yè)機器人的技術(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 錄 摘要 1 緒論 …………… …………………………………………………… 1 工業(yè)機器人研究的目的和意義 ………………………………… 1 工業(yè)機器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 …………………… .. 工業(yè)機器人的分類 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)動電機的選型計算 手臂強度校核 4 搬運機器人的控制系統(tǒng) 機器人控制系統(tǒng)分類 控制系統(tǒng)方案分析 機器人的控制系統(tǒng)方案確定 PLC 及運動控制單元選型 5 結(jié)論與展望 致謝