【正文】 1 緒論 工業(yè)機(jī)器人研究的目的和意義 工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。 ２０世紀(jì)８０年代以來，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)逐漸成熟、并很快得到推廣，目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。因此它逐步代替了采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人成為工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動方式的主流。為了是機(jī)器人完成各種復(fù)雜動作，機(jī)器人控制器需要進(jìn)行大量計算并在此基礎(chǔ)上向機(jī)器人的各個環(huán)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)發(fā)出必要的控制指令。 工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 目前， 工業(yè)機(jī)器人有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運(yùn)中，極大的促進(jìn)物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，搬運(yùn)機(jī)器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。驅(qū)動方面 采用了一臺工業(yè)機(jī)器人多種驅(qū)動方式情況，由液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、伺服電機(jī)的驅(qū)動等等。 在物料搬運(yùn)方面，近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化 。 當(dāng)代工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展一方面表現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和機(jī)器人的種類 增多；另一方面表現(xiàn)在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化。度大、精度高的數(shù)控機(jī)床相比，機(jī)器人在工作精度上大為遜色。例如：當(dāng)時噴涂機(jī)器人噴涂車身內(nèi)表面時，要求機(jī)器人能將車身內(nèi)表面的各個角落都噴上漆，必須要有高靈活度機(jī)器人手才行。 3 提高機(jī)器人的運(yùn)動速度和響應(yīng)頻率： 為了提高機(jī)器人作業(yè)頻率以及提高具有感知功能機(jī)器人的反應(yīng)速度就必須提高機(jī)器人運(yùn)動速度和響應(yīng)頻率。機(jī)器人就必須有一個運(yùn)動靈活和動作靈敏的手腕和手爪。所以這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)最適用于空間機(jī)器人、核工業(yè)機(jī)器人等 。搬運(yùn)作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件，是指從一個加工位置移到另一個加工位 置。 機(jī)器人自動搬運(yùn)系統(tǒng)主要由搬運(yùn)機(jī)器人、工件自動識別系統(tǒng)、自動啟動裝置、自動傳輸裝置組成，適合于工件自動搬運(yùn)的場合，尤其適合自動化程度較高的流水線等工業(yè)場合，提高生產(chǎn)效率和自動化程度。 １ .３ .２ 按 操作機(jī)的運(yùn)動形態(tài)分類 按工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)運(yùn)動部件的運(yùn)動坐標(biāo)把機(jī)器人區(qū)分為：直角坐標(biāo)式機(jī)器人、極坐標(biāo)式機(jī)器人，圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人和關(guān)節(jié)式機(jī)器人，另外還有少數(shù)復(fù)雜的機(jī)器。 中型機(jī)器人――負(fù)荷為１００－１０００Ｎ。 以上所謂機(jī)器人的負(fù)荷是指在機(jī)器人的規(guī)定性能條件下，機(jī)器人所能搬移的重量中包括了機(jī)器人末端執(zhí)行器的重量。一般為 2— 7 個，簡易型的 2— 4個自由度，復(fù)雜型的 5—— 7 個自由度。 （ 2）由第二步所給定的條件和第三步的結(jié)構(gòu)特點，選取驅(qū)動系統(tǒng)并確定驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動方式和傳統(tǒng)方式。 2 總體設(shè)計方案的確定 結(jié)構(gòu)設(shè)計概述 一個機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有下列互相作用的部分組成：機(jī)械手、環(huán)境、任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器是安裝在腕端的附加裝置 機(jī)器人的手部可分為夾持式和吸附式兩大類。 環(huán)境是指機(jī)器人所處的周圍環(huán)境。接線盒子外面有一個引入線出口和一個引出線出口。 手指是直接與工件接觸的部件。本文采用回轉(zhuǎn)型傳動機(jī)構(gòu)。 圖中的黑線和藍(lán)線表示機(jī)構(gòu)運(yùn)行的兩個極限位置。 機(jī)器人常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動三種類型。 （ 6）在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于 噴涂機(jī)器人、點焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人。 （ 3） 響應(yīng)速度 較高。 （ 6） 對環(huán)境的影響 排氣時有噪 聲。 （ 2） 控制性能 可實現(xiàn)高速、高精度連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜。 （ 6） 對環(huán)境的影響 無。 基于上述驅(qū)動系統(tǒng)的缺點和機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計要求，本文選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動的方式對機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動。第三個自由度即就是升降機(jī)結(jié)構(gòu)采用電機(jī)步進(jìn)電機(jī)加同步齒形帶的傳動方案。 2方案二 ： 第一 二自由度均采用交流伺服電機(jī)加減速器的驅(qū)動模式，故此結(jié)構(gòu)較為簡單。同時選擇單頭的滑動絲杠具有很好的自鎖性能，從而在系統(tǒng)突然斷電的情況下，不致使此自由度方向上發(fā)生運(yùn)動，從而保證了結(jié)構(gòu)的安全 。大臂與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之間采用諧波減速器傳遞動力。但滾珠絲杠必須附加自鎖裝置以確保能夠做到斷電保護(hù)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低 頻的時候一般還采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象。 （ 3）過載能力不同 不僅電機(jī)一般不具有過載能力，交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力而步進(jìn)電機(jī)因為沒有這種過載能力，為了克服啟動時較大的慣性力矩，往往要選取具有較大靜轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī) 器人正常工作時又不需要這麼大的轉(zhuǎn)矩，所以便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。此次的搬運(yùn)機(jī)器人對工件的抓取，對其驅(qū)動系統(tǒng)的要求就是要能夠較為準(zhǔn)確的完成對位置和速度的控制，這樣 選取交流伺服電機(jī)就能夠很好的滿足這一點。外殼材料采用 45 鋼底座的軸承采用角接觸軸承，使利用了它既能承受軸向力也能承受一定的徑向力的特點。大臂的長度盡可能做的短一些，這樣會在整體結(jié)構(gòu)簡單的情況下將小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的電機(jī)自身重量和減速器的重量盡 可能多的通過殼體傳遞到地面，另外對大臂的設(shè)計也采用了增加強(qiáng)度的處理，從而盡可能電機(jī)和減速器所產(chǎn)生的附加彎矩對機(jī)構(gòu)的影響。同時考慮滑動絲杠的原因也是利用了滑動絲杠的反向自鎖的特性，從而 實現(xiàn)了斷電保護(hù)。 它們的重量可以做一下粗估：工件 40N，手爪 20N，驅(qū)動氣缸 20N，手爪與氣缸的連接套筒 20N，俯仰電機(jī) 55N，減速器 5N,絲杠套杯與 L 型支架 40N 等組成。 ２、自適應(yīng)控制系統(tǒng)：當(dāng)外界條 件變化時，為保證所要求的品質(zhì)或為了隨著經(jīng)驗的積累而自行改善控制品質(zhì)，其過程是基于操作機(jī)的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再在調(diào)整非線性 模型參數(shù)，一直到誤差消失為止。 主 CPU 實現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從ＣＰＵ實現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動作控制?？刂葡到y(tǒng)使被控機(jī)械實現(xiàn)精確的位置控制、速度控制、加速度控制 、轉(zhuǎn)矩或力的控制，以及這些被空機(jī)械量的精確綜合控制。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。 ３、抗干擾能力強(qiáng) 可編程控制器采用了一系列硬件和軟件的抗干擾能力措施，如濾波、隔離、屏蔽、自診斷器、自恢復(fù)等使之具有很淺的抗干擾能力。 ５、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、維護(hù)方便； 可編程控制器體積小、質(zhì)量小，便于安裝。 交流伺服系統(tǒng)由交流伺服電動機(jī)和伺服電動機(jī)驅(qū)動器組成，它已經(jīng)成為無刷直流伺服系統(tǒng)的代替品。 機(jī)器人各關(guān)節(jié)由電機(jī)輸出動力，通過各種傳動方案，帶動各關(guān)節(jié)運(yùn)動，傳感器、編碼器將檢測記錄到得運(yùn)動不見的運(yùn)動狀況并以開關(guān)量形式傳遞給 I/O,PLC接收 到這些信號并經(jīng)過處理后，發(fā)出指令，傳遞給 I/O,系統(tǒng)進(jìn)入下一道命令執(zhí)行中。 PLC 接收機(jī)器人的各種工作狀態(tài)信號、指令及傳感系統(tǒng)，包括各指令開關(guān)、工件識別傳感信號和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號等，實現(xiàn) PLC 對搬運(yùn)機(jī)器人的狀態(tài)信息的獲取。伺服系統(tǒng)的開、停、就緒和急停等狀態(tài)輸出端口通過讀取這些端口的狀態(tài)。各個部分的分布如圖 45所示： 單元號設(shè)置開關(guān) 單元號的設(shè)置確定了 CPU 單元專用 I/O 單元區(qū)的那些字分給 MC 單元。 ３）ＭＰＧ連接器 用于 MPG（手動脈沖發(fā)生器）或同步譯碼器的連接器。 致 謝 經(jīng)過一個月的學(xué)習(xí)， 本次畢業(yè)設(shè)計 已經(jīng)接近尾聲。她不僅治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而且為人師表，教給我們的不僅是書本上的知識，還有為人處世的積極態(tài)度 ， 這些寶貴知識將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作，再次表示衷心感謝。正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識，更讓我得到了知識以外的東西，就是團(tuán)結(jié)和友誼。在這里，我要感謝那些曾經(jīng)孜孜不倦傳授我們知識的各位恩師，衷心祝愿你們桃李滿天下。