【正文】 1 緒論 工業(yè)機器人研究的目的和意義 工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。 ２０世紀８０年代以來，工業(yè)機器人技術逐漸成熟、并很快得到推廣，目前已經在工業(yè)生產的許多領域得到應用。因此它逐步代替了采用液壓驅動的機器人成為工業(yè)機器人驅動方式的主流。為了是機器人完成各種復雜動作，機器人控制器需要進行大量計算并在此基礎上向機器人的各個環(huán)節(jié)的驅動電動機發(fā)出必要的控制指令。 工業(yè)機器人在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 目前， 工業(yè)機器人有很大一部分應用于制造業(yè)的物流搬運中，極大的促進物流自動化，隨著生產的發(fā)展，搬運機器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。驅動方面 采用了一臺工業(yè)機器人多種驅動方式情況，由液壓驅動、氣壓驅動、步進電機驅動、伺服電機的驅動等等。 在物料搬運方面，近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化 。 當代工業(yè)機器人技術發(fā)展一方面表現(xiàn)在工業(yè)機器人應用領域的擴大和機器人的種類 增多；另一方面表現(xiàn)在機器人機械系統(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)控機床相比，機器人在工作精度上大為遜色。例如：當時噴涂機器人噴涂車身內表面時，要求機器人能將車身內表面的各個角落都噴上漆，必須要有高靈活度機器人手才行。 3 提高機器人的運動速度和響應頻率： 為了提高機器人作業(yè)頻率以及提高具有感知功能機器人的反應速度就必須提高機器人運動速度和響應頻率。機器人就必須有一個運動靈活和動作靈敏的手腕和手爪。所以這種機器人結構最適用于空間機器人、核工業(yè)機器人等 。搬運作業(yè)是指用一種設備握持工件，是指從一個加工位置移到另一個加工位 置。 機器人自動搬運系統(tǒng)主要由搬運機器人、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，提高生產效率和自動化程度。 １ .３ .２ 按 操作機的運動形態(tài)分類 按工業(yè)機器人操作機運動部件的運動坐標把機器人區(qū)分為：直角坐標式機器人、極坐標式機器人，圓柱坐標式機器人和關節(jié)式機器人，另外還有少數(shù)復雜的機器。 中型機器人――負荷為１００－１０００Ｎ。 以上所謂機器人的負荷是指在機器人的規(guī)定性能條件下，機器人所能搬移的重量中包括了機器人末端執(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構特點，選取驅動系統(tǒng)并確定驅動電機的驅動方式和傳統(tǒng)方式。 2 總體設計方案的確定 結構設計概述 一個機器人系統(tǒng)結構有下列互相作用的部分組成：機械手、環(huán)境、任務。工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器是安裝在腕端的附加裝置 機器人的手部可分為夾持式和吸附式兩大類。 環(huán)境是指機器人所處的周圍環(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。本文采用回轉型傳動機構。 圖中的黑線和藍線表示機構運行的兩個極限位置。 機器人常用的驅動方式有液壓驅動、氣壓驅動和電機驅動三種類型。 （ 6）在工業(yè)機器人中應用范圍 適用于重載、低速驅動，電液伺服系統(tǒng)適用于 噴涂機器人、點焊機器人和托運機器人。 （ 3） 響應速度 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)復雜。 （ 6） 對環(huán)境的影響 無。 基于上述驅動系統(tǒng)的缺點和機器人驅動系統(tǒng)的設計要求，本文選用直流伺服電機驅動的方式對機器人進行驅動。第三個自由度即就是升降機結構采用電機步進電機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加減速器的驅動模式，故此結構較為簡單。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)生運動，從而保證了結構的安全 。大臂與回轉關節(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。當步進電機工作在低 頻的時候一般還采用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象。 （ 3）過載能力不同 不僅電機一般不具有過載能力，交流伺服電機具有較強的過載能力而步進電機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矩的電機，而機 器人正常工作時又不需要這麼大的轉矩，所以便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。此次的搬運機器人對工件的抓取，對其驅動系統(tǒng)的要求就是要能夠較為準確的完成對位置和速度的控制，這樣 選取交流伺服電機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，這樣會在整體結構簡單的情況下將小臂回轉關節(jié)的電機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，另外對大臂的設計也采用了增加強度的處理，從而盡可能電機和減速器所產生的附加彎矩對機構的影響。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。 它們的重量可以做一下粗估：工件 40N，手爪 20N，驅動氣缸 20N，手爪與氣缸的連接套筒 20N，俯仰電機 55N，減速器 5N,絲杠套杯與 L 型支架 40N 等組成。 ２、自適應控制系統(tǒng)：當外界條 件變化時，為保證所要求的品質或為了隨著經驗的積累而自行改善控制品質，其過程是基于操作機的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再在調整非線性 模型參數(shù)，一直到誤差消失為止。 主 CPU 實現(xiàn)管理、坐標變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從ＣＰＵ實現(xiàn)所有關節(jié)的動作控制。控制系統(tǒng)使被控機械實現(xiàn)精確的位置控制、速度控制、加速度控制 、轉矩或力的控制，以及這些被空機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 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、自恢復等使之具有很淺的抗干擾能力。 ５、體積小、結構緊湊，安裝、維護方便； 可編程控制器體積小、質量小，便于安裝。 交流伺服系統(tǒng)由交流伺服電動機和伺服電動機驅動器組成，它已經成為無刷直流伺服系統(tǒng)的代替品。 機器人各關節(jié)由電機輸出動力，通過各種傳動方案，帶動各關節(jié)運動，傳感器、編碼器將檢測記錄到得運動不見的運動狀況并以開關量形式傳遞給 I/O,PLC接收 到這些信號并經過處理后，發(fā)出指令，傳遞給 I/O,系統(tǒng)進入下一道命令執(zhí)行中。 PLC 接收機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、工件識別傳感信號和執(zhí)行機構的位置信號等，實現(xiàn) PLC 對搬運機器人的狀態(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： 單元號設置開關 單元號的設置確定了 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 經過一個月的學習， 本次畢業(yè)設計 已經接近尾聲。她不僅治學嚴謹而且為人師表，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習和工作，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，就是團結和友誼。在這里，我要感謝那些曾經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。