【正文】 計(jì) 2 第 1 章 概述 機(jī)器人概述 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適應(yīng)性較差。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)器人，也即本文所研究的對象。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機(jī)器人來進(jìn)行探測月球等。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動－傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 11 所示。驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各 關(guān)節(jié)所需要的動力，傳動系統(tǒng)則將驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動所要求的驅(qū)動力或力矩。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)器人。 目前工業(yè)機(jī)器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開環(huán)式，沒有識別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。 第三代機(jī)器人（機(jī)器人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。 目前，工業(yè)機(jī)器人主要用于裝卸、搬運(yùn)、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)器人本身的損壞。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)器人系統(tǒng)具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。 美國工業(yè)機(jī)器 人技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： （ 1） 19631967 年為試驗(yàn)定型階段。這一時(shí)期，工業(yè)機(jī)器人在美國進(jìn)入應(yīng)用階段，例如，美國通用汽車公司 1968 年訂購了 68 臺工業(yè)機(jī)器人； 1969 年該公司又自行研制出 SAM 新工業(yè)機(jī)器人，并用 21組成電焊小汽車車身的焊接自動線；又如，美國克萊斯勒汽車公司 32條沖壓自動線上的 448 臺沖床都用工業(yè)機(jī)器人傳遞工件 。據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)，美國大約 200 臺工業(yè)機(jī)器人，工作時(shí)間共達(dá) 60 萬小時(shí)以上，與此同時(shí)，出現(xiàn)了所謂了高級機(jī)器人，例如：森德斯蘭德公司（ Sundstrand）發(fā)明了用小型計(jì)算機(jī)控制 50 臺機(jī)器人的系統(tǒng)。就日本來說， 1967年，日本豐田織機(jī)公司 引進(jìn)美國的“ Versatran” ,川崎重工公司引進(jìn)“ Unimate”，并獲得迅速發(fā)展。 我國雖然開始研制工業(yè)機(jī)器人僅比日本晚 56 年，但是由于種種原因，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展比較慢。這些合資合作的開展，將會有效地推動中國機(jī)器人工業(yè)的進(jìn)步，全面促進(jìn)中國機(jī)器人工業(yè)水平的提高，但是它也會和其他外國機(jī) 器人公司一樣，沖擊中國機(jī)器人市場，影響具有自主開發(fā)能力的中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的形成，也會使國內(nèi)其他的機(jī)器人生產(chǎn)廠家面臨一種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。我國國內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)廠家規(guī)模大都較小，甚至談不上規(guī)模，而國內(nèi)一般企業(yè)又沒有能力將機(jī)器人有效地集成到生產(chǎn)系統(tǒng)中去，因此，那些進(jìn)行系統(tǒng)集成并向用戶提供一條龍服務(wù)的公司，在機(jī)器人市場中將有較強(qiáng)的競爭力。 2）消化和利用國外機(jī)器人技術(shù)、資料、樣機(jī)和關(guān)鍵元器件，為我所用。 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 2 章 總體設(shè)計(jì) 機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 機(jī)器人的組成圖 它主要由機(jī)械系統(tǒng) (執(zhí)行系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng) )、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。 （ 3） 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負(fù)荷，并把它傳遞到預(yù)定的位置。本設(shè)計(jì)使用的是電傳動。在控制器的作用下，它執(zhí)行將工件從一個(gè)位置放到另一個(gè)位置，以實(shí)現(xiàn)自動化，減少人力勞動。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動。 根據(jù)對 機(jī)器人 的工藝過 程及控制要求分析，機(jī)械手的動作過程如圖所示： 以下是機(jī)械手的視圖表示： 原點(diǎn) 下降 抓緊 X,Y,Z 方向的運(yùn)動 放 松 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 主視圖 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 左視圖 俯視圖 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 三視圖 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 傳動絲桿的設(shè)計(jì) 滑動螺旋的特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單，加工方便；②易于實(shí)現(xiàn)逆行程自鎖，工作安全可靠；③摩擦阻力大，傳動效率低；④容易磨損，軸向剛度較差。因?yàn)槁菥嘁话愫苄?，所以在轉(zhuǎn)角很大的情況下，能獲得很小的直線位移量，可大大縮短機(jī)構(gòu)的傳動鏈，故裝置結(jié)構(gòu)緊湊。 、熱處理及精度 所有軸的制造材料均為 45 號鋼。根據(jù) GB/T 。因此，滑動螺旋傳動的校核通常包括耐磨性、剛度、穩(wěn)定性及強(qiáng)度等方面。 查表 【 1】 ，鋼的摩擦系數(shù) ??? ，因而 a r c ta n 5 5 5c o s 2v?? ???。根據(jù)力的合成原理，得 / ta n 87 9arF F N??? （ 3）耐磨性校核 因?yàn)槟p的速度與螺紋工作表面大小有直接關(guān)系，所以為了提高螺旋傳動壽命，必須限制螺紋工作表面壓強(qiáng)，即：22 0 .7 8 5aFP NP mmd hH? ??? 這里，取梯形螺紋螺紋工作高度 2h P mm??。顯然，有 []pp? 成立，合格。 （ 5）剛度校核 在長度為 1m 的螺紋上，因軸向載荷 aF 和轉(zhuǎn)矩 T 作用而產(chǎn)生的螺距累計(jì)變化量 262 2 424 16( ) 1 0 1 7 . 6 1aF TP md E G d????? ? ? ? 查表 1【 1】 可知， 67[ ] [ ]? ? ??? ，精度等級合格。 因此，由螺桿傳動造成的重復(fù)精度 39。重復(fù)精度被控制在在 20m? 內(nèi)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)導(dǎo)軌材料應(yīng)選用 HT200，它具有較好的耐磨性，灰鑄鐵密度為ρ =。例如既有徑向又有軸向聯(lián)合載荷一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，如徑向載荷大，軸向載荷小，可選深溝球和外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承，如同時(shí)還存在軸或殼體變形大及安裝對中性差，可選用推力調(diào)心滾子軸承；③軸承工作轉(zhuǎn)速；④旋轉(zhuǎn)精度；⑤軸承的剛性；⑥軸向游動。m 瞬間最大轉(zhuǎn)矩 N 經(jīng)綜合考慮，確定采用電力驅(qū)動形式，具有手部的上下左右前后三個(gè)自由度的運(yùn)動，級夾子的松放，使整體的結(jié)構(gòu)小型化， 2．機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研制。 使我真正感受到儀器設(shè)計(jì)在各業(yè)中的廣泛應(yīng)用。 設(shè)計(jì)開始時(shí)，由于缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加之對各方面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不甚了解，我的設(shè)計(jì)曾一度停滯不前。誠然，我的設(shè)計(jì)中可能還存在種種問題，但我相信：我已經(jīng)傾盡了自己的最大努力，而這次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就像是里程 碑一樣，必將見證我今后的不斷成長和進(jìn)步！ 在計(jì)算校核時(shí)，為了弄清一個(gè)陌生的知識點(diǎn)，上網(wǎng)搜索、查詢手冊、求助老師，真是做到了多管齊下。 古人說，千里之行始于足下，一分耕耘一分收獲，我堅(jiān)信，付出的努力總會有回報(bào)，以后我會做的更好！ 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作是在李老師的耐心指 導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。所有這些都將成為我們以后繼續(xù)學(xué)習(xí)的榜樣。在此，也一并對他們的熱心幫助表示感謝！ 參考文獻(xiàn) ［ 1］王曉莉，機(jī)械制圖 北京，科學(xué)出版社 20xx ［ 2］邱士安，機(jī)電一體化技術(shù) 西安，西安電子科技大學(xué)出版社 ［ 3］李華，機(jī)械制造技術(shù) 北京，高等教育出版社 ［ 4］倪兆榮，張海籌，機(jī)械工程材料 北京，科學(xué)出版社 20xx ［ 5］唐劍兵，機(jī)械基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 重慶，重慶大學(xué)出版社 ［ 6］鄭向華，唐劍兵，機(jī)械基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊重慶，重慶大學(xué)出版社 ［ 7］楊好學(xué)，互換性與技術(shù)測量 西安，西安電子科技大學(xué)出版社 ［ 8］王淑英，電氣控制與 PLC 應(yīng)用 北京，機(jī)械工業(yè)出版社 ［ 9］張繼和等，電機(jī)控制與供電基礎(chǔ) 成都，西南交通大學(xué)出版社