【正文】 的工作 環(huán) 境中解脫出來?；谶@種原因，中國 對(duì)機(jī)器人的市場(chǎng)需求越來越大。 隨著中國國民經(jīng)濟(jì)的 發(fā)展、工業(yè)自動(dòng)化水平的提升，中國機(jī)器人市場(chǎng)潛力日益 增大，到 20xx 年，中國機(jī)器人市場(chǎng)容量將達(dá)十幾萬臺(tái)（套）。接下來 就是對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真部分的工作了。如圖 圖 裝配機(jī)器人手腕 整體結(jié)構(gòu)安裝完成后，對(duì)機(jī)器人前臂和后臂上的帶輪進(jìn)行傳送帶安裝。如圖 圖 調(diào)取帶輪 進(jìn)行帶輪的裝配。如圖 圖 裝配后臂 進(jìn)行機(jī)器人后臂上帶輪的裝配。如圖 圖 裝配電機(jī)和前端蓋調(diào)取 安裝完成后將此裝配圖保存。如 圖 圖 調(diào)取卡軸 機(jī)器人立柱部分就裝配完成了。如圖 圖 調(diào)取立柱 安裝 已經(jīng)選好的電機(jī) 5。 機(jī)器人底座設(shè)計(jì) 圖 、 機(jī)器人底座是承載機(jī)器人以上所有關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)，立柱的旋轉(zhuǎn)連接也是連接 在底 座上，底座還有固定機(jī)器人的作用，使機(jī)器人更穩(wěn)定的工作。 圖 23 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 圖 機(jī)器人立柱設(shè)計(jì) 圖 、圖 機(jī)器人立柱是連接機(jī)器人后臂和機(jī)器人底座的連接機(jī)構(gòu)。 機(jī)器人前臂外端蓋是對(duì)機(jī)器人前臂內(nèi)電機(jī)、減速器、同步傳送帶、帶輪等保護(hù) 的裝置，也方便于日后的檢修和維護(hù)。 機(jī)器人手腕的后端是安裝電機(jī)和與后端機(jī)器人前臂連接的機(jī)構(gòu)。 (2) 設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)械臂最前端的抓舉重量為 5kg，依此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算出機(jī)械 臂每個(gè)關(guān)節(jié)的具體參數(shù)。＜ 3 得 R＞ 104 輸出轉(zhuǎn)速 =,滿足要求。/8 =5850kg 所以選松下 MSMA系列（小慣量） 100w型電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。cm178。 14 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 =MD178。＜ 3 得 R＞ 80 輸出轉(zhuǎn)速 n=,滿足 要求。 =36+648 =684kg （ 3）電機(jī) 3（電機(jī) 3為控制機(jī)器 人前臂旋轉(zhuǎn)的電機(jī)）及減速器選型，如圖 尺寸圖 M=8kg D=6cm n=30r/min 電機(jī)軸與控制軸的距離 d=9cm I=Ic+md178。 按照負(fù)載慣量＜ 3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 JM的原則 13 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 如果選擇 50w電機(jī)，查松下 A系列伺服電機(jī)手冊(cè)（圖 ）得： JM= 則 513/R178。 =636/8+69178。 根據(jù)減速比選擇能配合松下 MSMA系列的 ECT行星減速機(jī) PB系列 PB40減速機(jī) 減速器的減速比為 40。 假設(shè)減速比為 R，則折算到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載慣量為 178。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的 精度（線數(shù)）。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各 種環(huán)境。有刷電 機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大， 調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì) 環(huán)境有要求。分為直流和交流伺服 電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增 加而勻速下降。（ 2）工作介質(zhì)粘度很低，流動(dòng)阻力很小，壓 力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送，所以本設(shè)計(jì)機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式選擇 氣壓方式。氣動(dòng)控制閥用來調(diào)節(jié)氣流的方向、壓力和流量， 相應(yīng)地分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥。 傳遞動(dòng)力的系統(tǒng)是將壓縮氣體經(jīng)由管道和控制閥輸送給氣動(dòng)執(zhí)行元件，把壓縮氣體 的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而作功；傳遞信息的系統(tǒng)是利用氣動(dòng)邏輯元件或射流元件以 實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算等功能，亦稱氣動(dòng)控制系統(tǒng)。平型帶的截面尺寸都有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，可選取任意長度，用 10 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 膠合、縫合或金屬接頭聯(lián)接成環(huán)形。膠帶是平型帶中用得最 多的一種。 平型帶傳動(dòng)工作時(shí)帶套在平滑的輪面上，借帶與輪面間的摩擦進(jìn)行傳動(dòng)。 ⑤ 機(jī)座 機(jī)器人機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝 于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn) 力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)、制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動(dòng)部件受力狀態(tài) 簡(jiǎn)單。 手臂運(yùn)動(dòng) 直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 的組合（即螺旋運(yùn)動(dòng)）。手臂的作用是帶動(dòng)手指 去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。 用負(fù)壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附 的物件形狀、尺寸和重量大小而定。 對(duì)于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。指 數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故 應(yīng)用較廣泛。 ① 手部 機(jī)器人手部即與物件接觸的部件。 后臂是帶動(dòng)前端手抓、手腕、前臂和連接立柱的機(jī)構(gòu)，所以為了制造方便把控 制前端和后臂本身的電機(jī)和帶輪等部件安裝在后臂內(nèi)。 7 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 第二章 設(shè)計(jì)選型 機(jī)構(gòu)選型 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)機(jī)器人的手抓、手腕、前臂、后臂 、立柱和底座關(guān)節(jié)等結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)、控制電機(jī)的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)的設(shè)計(jì)來進(jìn)行的。但目前僅 有 ABB一家歐洲機(jī)器人供應(yīng)商在中國建廠，另有一家日本機(jī)器人供應(yīng)商宣布計(jì)劃在 中國建廠。如，水 下機(jī)器人、拋光 機(jī)器人、打毛刺機(jī)器人、擦玻璃機(jī)器人、高壓線作業(yè)機(jī)器人。自從 20 世紀(jì) 60 年代初人類創(chuàng)造了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人 以后，工業(yè)機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，在短短 50 年的時(shí)間中，工業(yè)機(jī)器人 技術(shù)得到了迅速的發(fā)展 ［ 17］ 。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)主體的發(fā)展目標(biāo)是： 瞄準(zhǔn)國際前沿高科技發(fā) 展方向， 創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)、產(chǎn)品技術(shù)和系統(tǒng) 技術(shù)。金屬行業(yè)和制 藥及化妝品行業(yè)中機(jī)器人的應(yīng)用稍有增加。潔凈機(jī)器 人主要用于電子零部件行業(yè)，用于電氣 /電子行業(yè)（包括通信）的機(jī)器人約占 10% 至 15%。雖然從 20xx年開始 每年的供應(yīng)持續(xù)增加，但數(shù)量仍較小。而密封和涂膠機(jī)器人下降了 38%（ 61臺(tái)）。物料搬運(yùn)機(jī)器人在 20xx年到 20xx年期間有大幅增長，而在 20xx年下降了 31%，降至 563臺(tái)，占總供應(yīng)量的 10%。裝卸和上下料機(jī)器人數(shù)量下降 了 46%，約為 1600臺(tái)。點(diǎn)焊應(yīng)用也從 20xx年開始增加， 20xx年激增 126%，增至 1600臺(tái)，占工業(yè)機(jī)器人 4 。 幾乎全部行業(yè)都從增長的需求（包括各種消費(fèi)品）中受益。 可以預(yù)見，在 21世紀(jì)各種先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，成 為人類良好的助手和親密的伙伴 ［ 12］ 。 （ 7）軍用機(jī)器人：近年來，美、英、法、德等國已研制出第二代軍用智能機(jī) 器人。 （ 6）建筑機(jī)器人：日本已研制出 20多種建筑機(jī)器人。目前日、美、德等發(fā)達(dá)國家已研制出了地下管道和石油、天然氣等 大型管道檢修用的機(jī)器人，各種采機(jī)器人及自動(dòng)化系統(tǒng)正在研制中。 （ 3）核工業(yè)用機(jī)器人：國外的研究主要集中在機(jī)構(gòu)靈巧，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反 應(yīng)快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手，以及半自主和自主移動(dòng) 機(jī)器人。 （ 2）空間機(jī)器人：空間機(jī)器人一直是先進(jìn)機(jī)器人的重要研究領(lǐng)域。 近年來，人類的活動(dòng)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)用也從制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域發(fā) 展。這種轉(zhuǎn)變促使企業(yè)認(rèn)識(shí)到必須通過改進(jìn)機(jī)器設(shè)備，提高技術(shù) 和資金的密集度以盡量減少用工量， 其中工業(yè)機(jī)器人成為應(yīng)對(duì)這一轉(zhuǎn)變的主要手 段 ［ 10］ 。除了 汽車行業(yè)， IT 行業(yè)、材料處理等行業(yè)的發(fā)展也給工業(yè)機(jī)器人發(fā)展提供者巨大的動(dòng) 力。首先是我國汽車工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì) 汽車制造裝配提出了大量的需求。如，水下機(jī)器人、拋光機(jī)器人、打毛刺機(jī)器人、擦玻璃機(jī)器人、高壓 線作業(yè)機(jī)器人。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī) 器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器 人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。 本文以五自由度機(jī)械手臂為例 , 探討在 solidworks軟件環(huán)境下 , 建立機(jī)械手 臂的三維實(shí)體建模、虛擬裝配、動(dòng)態(tài)模擬、干涉檢查 , 并運(yùn)用 solidworks的 motion 模塊進(jìn)行機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)仿真 , 以期仿真出機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)軌跡及作業(yè)空間 , 實(shí) 現(xiàn) Solidworks軟件環(huán)境下機(jī)械手臂的虛擬設(shè)計(jì)。例如 , 挖掘機(jī)本身就是一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂、汽車 生 產(chǎn) 過 程 中 的 噴 漆 機(jī) 器 人 、 海 洋 水 下 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 安 裝 時(shí) 用 到 的 ROV(Remotely Operated Vehicles)等 , 各種設(shè)備中機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵技術(shù) ［ 4］ ?；菊莆樟瞬僮鳈C(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和 軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、裝配、 搬運(yùn)等機(jī)器人， 目前生產(chǎn)的各類工業(yè)機(jī)器人中有 90%以上用于生產(chǎn)中 ［ 2］ 。 但隨著我國門戶的逐漸開放， 國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨著越來越大的競(jìng)爭(zhēng) 與沖擊。 3D modeling。 本文以 FESTO柔性生產(chǎn)線裝配工作站的三菱工業(yè)機(jī)器人為基礎(chǔ)，針對(duì)五軸工業(yè) 機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)；機(jī) 器人主體機(jī)構(gòu)三維建模；機(jī)器人關(guān)鍵零部件的三維建模 和工程圖繪制；通過機(jī)器人 手腕、前臂、后臂、立柱和底座這幾部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真，探討在 solidworks 軟件環(huán)境下 , 建立了機(jī)械手臂的三維實(shí)體建模、虛擬裝配、動(dòng)態(tài)模擬和干涉檢查 , 并運(yùn)用 solidworks的 motion模塊進(jìn)行機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)仿真 ,實(shí)現(xiàn) Solidworks軟件環(huán) 境下機(jī)械手臂的虛擬設(shè)計(jì)。雖然近年來我 國工業(yè)機(jī)器人的需求量逐年增加，但目前國產(chǎn)的機(jī)器人大多還需要進(jìn)口，這與我國 快速的發(fā)展的工業(yè)水平不相適應(yīng)。s rapid industrial development level. This paper is based on the Mitsubishi industrial robot of FESTO flexible manufacture system assembly workstation based on five axis robot, structure design, including the movement of each joint motor and transmission mechanism design of the robot body mechanism。我國工業(yè)機(jī)器人研究開始于 20 世紀(jì) 80 年代中期，在國家的支持下，通過 “七五 ”、 “八五 ”科技攻關(guān)，已經(jīng)基本 實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)、引進(jìn) 到自主開發(fā)的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了我國制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展 ［ 1］ 。 我國現(xiàn)有的機(jī)器人研究開發(fā)和應(yīng)用的工程單位超過 200家，其中從事工業(yè)機(jī)器 人研究和應(yīng)用的超過 80 家。 現(xiàn)代制造業(yè)中 , 自動(dòng)化程度要求非常高 , 各種機(jī)械手臂在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)線 中扮演著十分重要的角色。這種 方法直觀性強(qiáng) , 但受到自由度數(shù)目的限制 , 當(dāng)關(guān)節(jié)數(shù)較多時(shí)圖解過程就變得非常 復(fù)雜 , 必須進(jìn)行分組處理；數(shù)值法首先計(jì)算機(jī)械手作業(yè)空間邊界曲面上的特征點(diǎn) , 然后用這些點(diǎn)構(gòu)成的線表示機(jī)械手的邊界曲線 , 最后用這些邊界曲線構(gòu)成的面來 1 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 表示機(jī)械手的邊界曲面 , 此方法通用性強(qiáng) ,但計(jì)算量非常大 ［ 5］ 。目前，工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制 造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制 造業(yè)等領(lǐng)域中。目前也已開始 擴(kuò)大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔、醫(yī)療康復(fù)等服 務(wù)業(yè)領(lǐng)域中。 在國內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)勢(shì)頭十分強(qiáng)勁。工業(yè)機(jī)器人是汽車生產(chǎn) 中的一種主要的自動(dòng)化設(shè)備，