【正文】 機器人的控制系統(tǒng)和各種檢測原件來實現(xiàn)的，這里尤其要強調的是機器人對工件的定位夾緊的準確性，這是本次設計成敗之關鍵所在。 b．機器人的工作空間和機械結構類型 （1）工作空間 工作空間是指機器人正常運行時，手部參考點能在空間活動的最大范圍，是機器人的主要技術參數(shù)，工作空間圖如圖32。步進電機驅動 單片機控制腰部機構長680mm，伸縮運動，升降范圍450mm，步進電機驅動 單片機控制手臂機構長826mm，伸縮運動，伸縮范圍50mm，液壓缸驅動 行程開關控制末端執(zhí)行器液壓缸驅動 行程開關控制第3章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)設計 工業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析 機器人的運動概述 工業(yè)機器人的運動，可從工業(yè)機器人的自由度，工作空間和機械結構類型等三方面來討論。F、 定位精度和重復定位精度：定位精度和重復定位精度是衡量機器人工作質量的一項重要指標。它與抓取重量、定位精度等參數(shù)密切有關，互相影響。D、 運動行程范圍：指執(zhí)行機構直線移動距離或回轉角度的范圍，即各運動自由度的運動量。主要技術參數(shù)有如下：A、 抓取重量：抓取重量是用來表明機器人負荷能力的技術參數(shù)，這是一項主要參數(shù)。這兩項功能實現(xiàn)的技術基礎是精巧的機械結構設計和良好的伺服控制驅動。原始數(shù)據(jù)：自動線上有Ａ，需設計工業(yè)機器人將一零件從A帶送到B帶。常用的機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。（2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調整或改變手部的工作方位。這種機器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應用。其控制方式較第一代工業(yè)機器人要復雜得多，這種機器人從1980年開始進入了實用階段，不久即將普及應用。工業(yè)機器人的發(fā)展，由簡單到復雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代：第一代工業(yè)機器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人，它主要由手部、臂部、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。最近聯(lián)合國國際標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給工業(yè)機器人下的定義：工業(yè)機器人是一種可重復編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運材料，傳遞工件。關鍵詞：三自由度，圓柱坐標，工業(yè)機器人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 三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人設計專業(yè)：機械設計制造及其自動化，學號：2001121622，姓名：小三 指導老師：孫二娘第一章 緒論機器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學科。本科生畢業(yè)論文題目三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人設計目　錄 中文摘要 ……………………………………………………………………………………… 2Abstract ……………………………………………………………………………………… 2第1章 緒論 ……‥………………………………………………………………………… 3第2章 工業(yè)機器人的總體設計 …………………………………………………………… 3 工業(yè)機器人的組成及各部分關系概述 …………………………………………… 3 工業(yè)機器人的設計分析 ……………………………………………………………… 4 設計要求 ………………………………………………………………………… 5 總體方案擬定 …………………………………………………………………… 5 工業(yè)機器人的主要技術參數(shù) ………………………………………………… 5第3章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)設計 ……………………………………………………… 6 工業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析 ……………………………………………………… 6 機器人的運動概述 ……………………………………………………………… 6 機器人的運動過程分析 ……………………………………………………… 7 工業(yè)機器人的執(zhí)行機構設計 ……………………………………………………… 8 末端執(zhí)行機構設計 ……………………………………………………………… 8 手臂機構設計 ………………………………………………………………… 11 腰部和基座設計 ………………………………………………………………… 12 工業(yè)機器人的機械傳動裝置設計 ‥……………………………………………… 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)機器人的計算機控制系統(tǒng)概述 ……………………………………………… 20 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點及對控制功能的基本要求 ‥……………………… 21 計算機控制系統(tǒng)的設計方案 ……………………………………………………… 22 硬件電路的組成 ………………………………………………………………… 22第5章 工業(yè)機器人運行時應采取的安全措施 …………………………………………… 22 安全要求 ………………………………………………………………………… 22 實施方法 …………………………………………………………………………… 23鳴謝 ……………………………………………………………………………………… 23參考文獻 ………………………………………………………………………………… 24附外文翻譯中文摘要在工業(yè)上，自動控制系統(tǒng)有著廣泛的應用，如工業(yè)自動化機床控制，計算機系統(tǒng)，機器人等。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單的動作,本文是對整個設計工作較全面的介紹和總結。目前，工業(yè)機器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。工業(yè)機器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當高，它可以根據(jù)外部來的信號，自動進行各種操作。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進行反饋的能力。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應工作環(huán)境的功能。（1） 手部：又稱手爪或抓取機構，它直接抓取工件或夾具。B、 驅動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅動其動力的裝置。圖22 各部分關系圖 設計要求綜合運用所學知識,搜集有關資料獨立完成三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人操作機和驅動單元的設計工作。 總體方案擬定 在工業(yè)機器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。圖23 機器人外形圖　工業(yè)機器人主要技術性能參數(shù)工業(yè)機器人的技術參數(shù)是說明其規(guī)格和性能的具體指標。C、 坐標形式和自由度：說明機器人機身、手部、腕部等共有的自由度數(shù)及它們組成的坐標系特征。通常所指的運動速度是機器人的最大運動速度。/s。表11機械手類型三自由度圓柱坐標型抓取重量自由度3個（1個回轉2個移動）機座長120mm，回轉運動，回轉角180176。 本設計的工業(yè)機器人具有四轉動副和移動副兩種運動副，具有手臂伸降，旋轉，前后往復三自由度。 機器人的運動過程分析 工業(yè)機器人的運動過程中各動作如圖33和表31。 設計時要注意的問題：a. 末端執(zhí)行機構應有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工件的重力外，還應考慮工件在傳送過程中的動載荷。d. 結構盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結構設計。該種夾持器多用于內孔薄壁零件的夾持。 取p=500(N).按《液壓傳動與氣壓傳動》公式 415 D為汽缸的內徑(m)，P為工作壓力（Pa）,由《液壓傳動與氣壓傳動》表91負載F/N 50005000～1000010000～2000020000～3000030000～5000050000工作壓力p/MPa～1～2～33～44～55～7取p=。當彈性手工作時，由于夾緊過程具有彈性，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其關節(jié)回轉軸的轉動慣量和偏重力矩，以減小驅動裝置的負荷；減少運動的動載荷與沖擊，提高手臂運動的響應速度。它的結構如下圖。工件重量為：。LAB － Q采用了雙導柱導向，以防止手臂在滾珠絲杠上轉動，確保手臂隨機座一起轉動。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，而無單獨的外殼（這種結構有利于傳動系統(tǒng)的小型化、輕型化）。表34 各種驅動方式比較比較內 容驅動方式機械傳動電機 驅動氣壓傳動液壓傳動異步電機，直流電機步進或伺服電機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，結構尺寸過大液體壓力高，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構控制，定位精度高，可與主機嚴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)復雜可高速，氣體壓縮性大，阻力效果差，沖擊較嚴重，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，可無級調速，反應靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制應用范圍適用于自由度少的專用機械手，高速低速均能適用適用于抓取重量大和速度低的專用機械手可用于程序復雜和運動軌跡要求嚴格的小型通用機械手中小型專用通用機械手都有中小型專用通用機械手都有，特別時重型機械手多用由上表可知步進電機應用于驅動工業(yè)機器人有著許多無可替代的優(yōu)點，如控制性能好，可精確定位，體積較小可用于程序復雜和運動軌跡要求嚴格的小型通用機械手等，下面就對步進電機的型號進行選取。m(Kgf最后，要計算整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉動慣量，即傳動系統(tǒng)等效轉動慣量。步進電機的名義啟動轉矩與最大靜轉矩的關系為： 見《機電綜合設計指導》公式（229）P32查《機電綜合設計指導》表212 P35得＝。（3）、附加摩擦力矩 見《機電綜合設計指導》公式（235）P35式中：為滾珠絲杠預緊力；為滾珠絲杠未預緊時的傳動效率，現(xiàn)?。?。升速啟動是步進電機從靜止狀態(tài)開始逐漸升速，在零時刻，啟動頻率為零。查《機電綜合設計指導》表211 P34，步進電機150BF002啟動頻率，所以所選電機不會丟步。算得：。 b、絲杠下部裝有圓錐滾子軸承，型號為30204， 它的有關參數(shù)如下：軸承代號 基本額定 極限轉速 r/min動載荷Ca /KN靜載荷C0a /KN 脂潤滑油潤滑 30204800010000 工業(yè)機器人的機械傳動裝置的選擇 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級精度。 C、剛度驗算 按最不利情況考慮，即在螺距(導程)內受軸向力引起的彈性變形與受轉矩引起彈性變形方向一致，此時變形量為最大，計算公式為： = + 式中 T1 = D、計算效率 η= = = = 96% 諧波齒輪的選擇諧波齒輪的特點，與一般齒輪傳動相比，有如下特點：a、 傳動比大。故承載能力大。e、 缺點是起動力矩大，柔輪易疲勞損壞，故柔輪的材料和熱處理