【正文】 機(jī)器人的控制系統(tǒng)和各種檢測(cè)原件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這里尤其要強(qiáng)調(diào)的是機(jī)器人對(duì)工件的定位夾緊的準(zhǔn)確性，這是本次設(shè)計(jì)成敗之關(guān)鍵所在。 b．機(jī)器人的工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型 （1）工作空間 工作空間是指機(jī)器人正常運(yùn)行時(shí)，手部參考點(diǎn)能在空間活動(dòng)的最大范圍，是機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)，工作空間圖如圖32。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)控制腰部機(jī)構(gòu)長(zhǎng)680mm，伸縮運(yùn)動(dòng)，升降范圍450mm，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)控制手臂機(jī)構(gòu)長(zhǎng)826mm，伸縮運(yùn)動(dòng)，伸縮范圍50mm，液壓缸驅(qū)動(dòng) 行程開(kāi)關(guān)控制末端執(zhí)行器液壓缸驅(qū)動(dòng) 行程開(kāi)關(guān)控制第3章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)概述 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，可從工業(yè)機(jī)器人的自由度，工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型等三方面來(lái)討論。F、 定位精度和重復(fù)定位精度：定位精度和重復(fù)定位精度是衡量機(jī)器人工作質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。它與抓取重量、定位精度等參數(shù)密切有關(guān)，互相影響。D、 運(yùn)動(dòng)行程范圍：指執(zhí)行機(jī)構(gòu)直線移動(dòng)距離或回轉(zhuǎn)角度的范圍，即各運(yùn)動(dòng)自由度的運(yùn)動(dòng)量。主要技術(shù)參數(shù)有如下：A、 抓取重量：抓取重量是用來(lái)表明機(jī)器人負(fù)荷能力的技術(shù)參數(shù)，這是一項(xiàng)主要參數(shù)。這兩項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的伺服控制驅(qū)動(dòng)。原始數(shù)據(jù)：自動(dòng)線上有Ａ，需設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人將一零件從A帶送到B帶。常用的機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)。（2） 腕部：又稱(chēng)手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用。其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從1980年開(kāi)始進(jìn)入了實(shí)用階段，不久即將普及應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由初級(jí)到高級(jí)逐步完善，它的發(fā)展過(guò)程可分為三代：第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。關(guān)鍵詞：三自由度，圓柱坐標(biāo)，工業(yè)機(jī)器人Abstract Industrially, automatic control systems are found in numerous applications, such as automation machine tool control, puter systems and robotics. Industrial robots are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry. This scheme introduced a cylindrical robot for three degree of freedom. It is posed of two linear axes and one rotary axis current control only allows these devices move from one assembly line to other assembly line in space, perform relatively simple taskes. This paper is more prehensive introduction and summingup for the for the whole design work.Key words ：three degrees of freedom, cylindrical, Industrial robot 三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，學(xué)號(hào)：2001121622，姓名：小三 指導(dǎo)老師：孫二娘第一章 緒論機(jī)器人工程是近二十多年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的綜合學(xué)科。本科生畢業(yè)論文題目三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)目　錄 中文摘要 ……………………………………………………………………………………… 2Abstract ……………………………………………………………………………………… 2第1章 緒論 ……‥………………………………………………………………………… 3第2章 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 3 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 …………………………………………… 3 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析 ……………………………………………………………… 4 設(shè)計(jì)要求 ………………………………………………………………………… 5 總體方案擬定 …………………………………………………………………… 5 工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) ………………………………………………… 5第3章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 6 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析 ……………………………………………………… 6 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)概述 ……………………………………………………………… 6 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析 ……………………………………………………… 7 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 8 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………………… 8 手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 11 腰部和基座設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 12 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) ‥……………………………………………… 18 滾珠絲杠的選擇 ………………………………………………………………… 18 諧波齒輪的選擇 ………………………………………………………………… 19 聯(lián)軸器的選擇 ………………………………………………………………… 20第4章 工業(yè)機(jī)器人的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 ……………………………………………… 20 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及對(duì)控制功能的基本要求 ‥……………………… 21 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 ……………………………………………………… 22 硬件電路的組成 ………………………………………………………………… 22第5章 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)應(yīng)采取的安全措施 …………………………………………… 22 安全要求 ………………………………………………………………………… 22 實(shí)施方法 …………………………………………………………………………… 23鳴謝 ……………………………………………………………………………………… 23參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………… 24附外文翻譯中文摘要在工業(yè)上，自動(dòng)控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)器人等。在控制器的作用下，它執(zhí)行將工件從一條流水線拿到另一條流水線這一簡(jiǎn)單的動(dòng)作,本文是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的介紹和總結(jié)。目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類(lèi)也不盡相同。工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來(lái)的信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。它具有尋力覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)等進(jìn)行反饋的能力。并且能跟蹤工作對(duì)象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。（1） 手部：又稱(chēng)手爪或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。B、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置。圖22 各部分關(guān)系圖 設(shè)計(jì)要求綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),搜集有關(guān)資料獨(dú)立完成三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)工作。 總體方案擬定 在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動(dòng)是最主要的功能。圖23 機(jī)器人外形圖　工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)性能參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是說(shuō)明其規(guī)格和性能的具體指標(biāo)。C、 坐標(biāo)形式和自由度：說(shuō)明機(jī)器人機(jī)身、手部、腕部等共有的自由度數(shù)及它們組成的坐標(biāo)系特征。通常所指的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)器人的最大運(yùn)動(dòng)速度。/s。表11機(jī)械手類(lèi)型三自由度圓柱坐標(biāo)型抓取重量自由度3個(gè)（1個(gè)回轉(zhuǎn)2個(gè)移動(dòng)）機(jī)座長(zhǎng)120mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角180176。 本設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人具有四轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副兩種運(yùn)動(dòng)副，具有手臂伸降，旋轉(zhuǎn)，前后往復(fù)三自由度。 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各動(dòng)作如圖33和表31。 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問(wèn)題：a. 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工件的重力外，還應(yīng)考慮工件在傳送過(guò)程中的動(dòng)載荷。d. 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該種夾持器多用于內(nèi)孔薄壁零件的夾持。 取p=500(N).按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》公式 415 D為汽缸的內(nèi)徑(m)，P為工作壓力（Pa）,由《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表91負(fù)載F/N 50005000～1000010000～2000020000～3000030000～5000050000工作壓力p/MPa～1～2～33～44～55～7取p=。當(dāng)彈性手工作時(shí)，由于夾緊過(guò)程具有彈性，就可以避免易損零件被抓傷，變形和破損。c、 盡量減小手臂重量和相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和偏重力矩，以減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷；減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。它的結(jié)構(gòu)如下圖。工件重量為：。LAB － Q采用了雙導(dǎo)柱導(dǎo)向，以防止手臂在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。這種諧波減速器只有剛輪柔輪7和諧波發(fā)生器8三大件，而無(wú)單獨(dú)的外殼（這種結(jié)構(gòu)有利于傳動(dòng)系統(tǒng)的小型化、輕型化）。表34 各種驅(qū)動(dòng)方式比較比較內(nèi) 容驅(qū)動(dòng)方式機(jī)械傳動(dòng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)氣壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)異步電機(jī)，直流電機(jī)步進(jìn)或伺服電機(jī)輸出力矩輸出力矩較大輸出力可較大輸出力矩較小氣體壓力小，輸出力矩小，如需輸出力矩較大，結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大液體壓力高，可以獲得較大的輸出力控制性能速度可高，速度和加速度均由機(jī)構(gòu)控制，定位精度高，可與主機(jī)嚴(yán)格同步控制性能較差，慣性大，步易精確定位控制性能好，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜可高速，氣體壓縮性大，阻力效果差，沖擊較嚴(yán)重，精確定位較困難，低速步易控制油液壓縮性小，壓力流量均容易控制，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制應(yīng)用范圍適用于自由度少的專(zhuān)用機(jī)械手，高速低速均能適用適用于抓取重量大和速度低的專(zhuān)用機(jī)械手可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手中小型專(zhuān)用通用機(jī)械手都有中小型專(zhuān)用通用機(jī)械手都有，特別時(shí)重型機(jī)械手多用由上表可知步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人有著許多無(wú)可替代的優(yōu)點(diǎn)，如控制性能好，可精確定位，體積較小可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手等，下面就對(duì)步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)進(jìn)行選取。m(Kgf最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： 見(jiàn)《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（229）P32查《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表212 P35得＝。（3）、附加摩擦力矩 見(jiàn)《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（235）P35式中：為滾珠絲杠預(yù)緊力；為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，現(xiàn)?。健Ｉ賳?dòng)是步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始逐漸升速，在零時(shí)刻，啟動(dòng)頻率為零。查《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表211 P34，步進(jìn)電機(jī)150BF002啟動(dòng)頻率，所以所選電機(jī)不會(huì)丟步。算得：。 b、絲杠下部裝有圓錐滾子軸承，型號(hào)為30204， 它的有關(guān)參數(shù)如下：軸承代號(hào) 基本額定 極限轉(zhuǎn)速 r/min動(dòng)載荷Ca /KN靜載荷C0a /KN 脂潤(rùn)滑油潤(rùn)滑 30204800010000 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械傳動(dòng)裝置的選擇 滾珠絲杠的選擇估算：等效載荷 Fm = 1000 N , 絲桿有效行程420 mm , 等效轉(zhuǎn)速 nm = 1500 r/min , 要求使用壽命Lh = 15000 h 左右，工作溫度低于100℃，可靠度95%，精度為3級(jí)精度。 C、剛度驗(yàn)算 按最不利情況考慮，即在螺距(導(dǎo)程)內(nèi)受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向一致，此時(shí)變形量為最大，計(jì)算公式為： = + 式中 T1 = D、計(jì)算效率 η= = = = 96% 諧波齒輪的選擇諧波齒輪的特點(diǎn)，與一般齒輪傳動(dòng)相比，有如下特點(diǎn)：a、 傳動(dòng)比大。故承載能力大。e、 缺點(diǎn)是起動(dòng)力矩大，柔輪易疲勞損壞，故柔輪的材料和熱處理