【正文】 祝愿他們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)和工作中身體健健康康、順順利利。各位老師教給我的知識(shí)將伴隨我以后的工作生涯。第一個(gè)關(guān)節(jié)采用行星齒輪減速器傳動(dòng)，這種減速器具有減速比大、精度高、定位安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 圖22 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂球坐標(biāo)型機(jī)械臂總體裝配圖結(jié) 論我國機(jī)器人的研究和應(yīng)用起步較晚，雖已取得較大發(fā)展，但較之發(fā)達(dá)國家的水平仍有較大距離，應(yīng)積極探索適合我國國情的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用思路，開發(fā)低成本、高性價(jià)比的實(shí)用型工業(yè)機(jī)器人，而且隨著國內(nèi)外機(jī)器人的快速發(fā)展、社會(huì)需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步，裝配機(jī)器人得到了迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，是推動(dòng)裝配機(jī)器人發(fā)展的直接動(dòng)力。側(cè)面厚度為5mm左右。軸承選為單列向心球軸承，軸承型號(hào)為0000. 伸縮軸設(shè)計(jì) 伸縮軸上螺母與絲杠配合，故需設(shè)計(jì)成空心軸，主要承受軸向拉力，取內(nèi)徑d=12mm，外徑D=20mm，用兩光杠與一直線軸承導(dǎo)向。w [ w]絲杠的螺紋所受的剪切應(yīng)力: =ps/πd1bLZ=()=鋼的許用剪切強(qiáng)度為[]=120N/mm 2，故: ［］ 以上校核表明，絲杠和螺母的螺紋牙強(qiáng)度足夠。絲杠基本參數(shù)選擇:螺紋牙形:梯形螺紋，B= 300螺 距:P=2mm公稱直徑:d=10mm,中 徑: d2=摩擦系數(shù):f=螺旋升角為:=arctg（P/πd2）= arctg（2/）= （35）當(dāng)量摩擦角為:： ’=tg1f’=arctg(f’/cos150)= （36）螺紋阻力矩為:T1=d2Qtg(+’)/2=(+)= （37）螺紋所受摩擦力矩:T2=ftQDm/2 （38）式中: I一摩擦系數(shù)， Dm 一支撐面平均直徑，此例中取螺母內(nèi)外徑和的一半，即( 10+40) 12=25 mm。第二關(guān)節(jié)采用了同步齒形帶的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以獲得較大的輸出轉(zhuǎn)矩。因此在當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，如電梯驅(qū)動(dòng)、錄像機(jī)中的伺服電動(dòng)機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器和軟盤驅(qū)動(dòng)器里的主軸電動(dòng)機(jī)等，均數(shù)以百萬計(jì)的運(yùn)行無刷電動(dòng)機(jī)。從目前來看，機(jī)械臂用關(guān)機(jī)電機(jī)關(guān)于采用永磁無刷直流電機(jī)的報(bào)道相對(duì)較少，表明這是一項(xiàng)新興的研究方向，具有良好的應(yīng)用前景。導(dǎo)線越粗發(fā)熱量越少，但成本也越高，線圈也越重（慣性最大），并需要更大的安裝空間。但是，其費(fèi)用較高，其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。：直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)力矩，相對(duì)功率大及快速響應(yīng)等特點(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。，位移偏差和速度偏差要小。電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的同時(shí)兼有減速的作用，一步把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)精度較高，絲杠有自鎖功能，速度不宜過高。本工業(yè)機(jī)器人采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，速度要求不高，故減速比可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，只要能滿足轉(zhuǎn)矩即可。 工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)根據(jù)工作環(huán)境、工作特點(diǎn)等要求，本工業(yè)機(jī)器人應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn):，適于觀察。隨著社會(huì)需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步，裝配機(jī)器人將會(huì)得到迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，將是推動(dòng)裝配機(jī)器人發(fā)展的直接動(dòng)力。4機(jī)械臂模塊的工程設(shè)計(jì)：研究模塊化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出機(jī)械臂及機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)。今后的任務(wù)是把機(jī)器人技術(shù)推廣到更多的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域和其他更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，大力開展跨區(qū)域交流合作，與國際接軌，早日躋身于世界先進(jìn)行列【11】。采用模塊化的設(shè)計(jì)理念和配置組合、系統(tǒng)集成的制造思路。為此，應(yīng)強(qiáng)調(diào)功能實(shí)用性，不片面追求所謂的高科技和全面先進(jìn)性，先進(jìn)并不等于實(shí)用。就全國來說，目前我國機(jī)器人研究開發(fā)工作做得較好的地區(qū)是:以中科院沈陽自動(dòng)化研究所為首的東北地區(qū)機(jī)器人工程中心，以機(jī)電部廣州機(jī)床所為龍頭的華南地區(qū)的機(jī)器人工程中心。而且這種有感知功能的機(jī)器人開始被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的焊接、裝配及機(jī)械加工等作業(yè)。 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人起源于數(shù)控機(jī)床和遠(yuǎn)程控制器。此外還有摘果實(shí)、擠牛奶、剪羊毛、清理垃圾、監(jiān)護(hù)病人的機(jī)器人等。國外的航空航天工業(yè)中應(yīng)用機(jī)器人也十分廣泛，如鉚接裝配作業(yè)就大量使用了機(jī)器人，此外如電氣插頭的裝配，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇外殼和高壓渦輪的焊接，飛機(jī)座艙蓋和風(fēng)擋鉆孔作業(yè)，飛機(jī)機(jī)身和垂直尾翼鉆孔，都采用了機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人真可謂稱得上是新一代的“藍(lán)領(lǐng)工人”。教給它們什么樣的動(dòng)作，它們就不厭其煩地做上成百上千次。這一類機(jī)器人目前正在研究開發(fā)之中【9】?；『浮娖岷蜋z測(cè)機(jī)器人等均屬連續(xù)軌跡控制方式。它結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插接裝配，如在電子工業(yè)的插接、裝配中應(yīng)用廣泛。它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離，可在各個(gè)坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定位精度高，控制無耦合，結(jié)構(gòu)簡單，但機(jī)體所占空間體積大，動(dòng)作范圍小，靈活性差，難與其他工業(yè)機(jī)器人協(xié)調(diào)工作。 (2)采掘機(jī)器人如海洋探礦機(jī)器人等。它主要由兩部分組成，一部分為感覺系統(tǒng)(硬件)，主要靠各類傳感器來實(shí)現(xiàn)其感覺功能。它是由驅(qū)動(dòng)器、減速器、檢測(cè)元件等組成的組件，是用來為操作機(jī)各部件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。通常由下列部分構(gòu)成。除了專門設(shè)計(jì)的專用機(jī)器人外，一般機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。這些機(jī)器人從外觀上己遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了最初仿人形機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人所具有的形狀，更加符合各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增強(qiáng)，從而為機(jī)器人技術(shù)開辟出更加廣闊的發(fā)展空間【6】。我們可以這樣說:機(jī)器人是一個(gè)在三維空間中具有較多自由度的，并能實(shí)現(xiàn)諸多擬人動(dòng)作和功能的機(jī)器，而工業(yè)機(jī)器人(Industrial Robot)則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)器人。應(yīng)古代社會(huì)需要而形成的古代科學(xué)，對(duì)于古代的社會(huì)發(fā)展，起著不可估量的作用。就是“Robot”（英文），中國名稱是什么頗下了一番苦功的。什么是機(jī)器人，至今尚未有一個(gè)世界公認(rèn)的準(zhǔn)確定義，如果把人們對(duì)機(jī)器人的定義匯總起來，估計(jì)將有近百種說法。要想進(jìn)入廟字內(nèi)求諸神保佑的人們，必須先行由熟知內(nèi)情者引導(dǎo)，方可安全進(jìn)入，并一睹眾神之風(fēng)采。書中對(duì)木牛流馬有相當(dāng)一段描述，這里不用贅述。 機(jī)器人的定義及特點(diǎn)機(jī)器人的研究、開發(fā)和應(yīng)用涉及多剛體動(dòng)力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感技術(shù)、電氣液壓驅(qū)動(dòng)、控制工程、智能控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、人工智能和仿生學(xué)等學(xué)科，機(jī)器人技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性技術(shù)。 機(jī)器人主要有兩大類：用于制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和用于非制造環(huán)境下的服務(wù)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人球坐標(biāo)型機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文1 緒論 課題背景 工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛，作用越來越重要，工業(yè)機(jī)械臂尤為如此，因此設(shè)計(jì)實(shí)用、高效的機(jī)械臂對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)者來說是義不容辭的責(zé)任，對(duì)于畢業(yè)的大學(xué)生也是一個(gè)實(shí)時(shí)、富有意義和挑戰(zhàn)的課題。工業(yè)機(jī)器人是一種對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性的柔性自動(dòng)化裝備，它主要用于現(xiàn)代制造業(yè)中代替人們從事繁重、重復(fù)單調(diào)、環(huán)境惡劣危險(xiǎn)、人做不了或做不好的工作，從而減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境，并有效地提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。早在20世紀(jì)60年代初，美國就制造出了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，目前己經(jīng)發(fā)展到第三代一智能機(jī)器人。但說起母牛流馬的大致形象和功用，卻叫后人嘆服不已。如果外來者想私自擅入，定會(huì)不識(shí)路徑，誤觸防衛(wèi)機(jī)關(guān)，周圍暗藏機(jī)關(guān)便會(huì)向擅入者即刻噴射火焰，并伴以雷鳴閃電的聲光效應(yīng)，以燒死、嚇?biāo)肋@些違反廟門戒規(guī)的叛逆之徒。這些說法盡管各不相同，但大多數(shù)具有這樣一些共同之處，首先，機(jī)器人是一種機(jī)器，而不是人，它們只是“擬人化”的產(chǎn)物。這是因?yàn)?，一些人按照英文名稱的拼讀聲，覺得叫“羅伯特”好。中國的四大發(fā)明，歐洲的蒸氣機(jī)車、紡織機(jī)械等，都引發(fā)了社會(huì)從一個(gè)歷史階段向另一個(gè)歷史階段的飛躍，到了小科學(xué)時(shí)代，科學(xué)上的發(fā)明由于研究與開發(fā)手段的提高，變得成果累累，繁星點(diǎn)點(diǎn)，一些科學(xué)家憑借雄厚的知識(shí)基礎(chǔ)，可以在一生中作出數(shù)種偉大的發(fā)明，例如牛頓、愛因斯坦、愛迪生等等。美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)()提出的工業(yè)機(jī)器人定義為:“工業(yè)機(jī)器人是用來進(jìn)行搬運(yùn)材料、零件、工具等可再編程的多功能機(jī)械手、或通過不同程序的調(diào)用來完成各種工作任務(wù)的特種裝置。 機(jī)器人的特點(diǎn) 機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)有以下幾個(gè):。比如，更換機(jī)器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。(1)末端執(zhí)行器又稱手部，是操作機(jī)直接執(zhí)行工作的裝置，并可設(shè)置夾持器、工具、傳感器等，是工業(yè)機(jī)器人直接與工業(yè)對(duì)象接觸以完成作業(yè)的機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)器是將電能或流體能等轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力裝置，通常是電動(dòng)機(jī)、液壓或氣動(dòng)裝置。另一部分為決策一規(guī)劃智能系統(tǒng)(軟件)，它包括邏輯判斷、模式識(shí)別、大容量數(shù)據(jù)庫和規(guī)劃操作程序等功能。 (3)軍事用途機(jī)器人 在跨世紀(jì)的軍事活動(dòng)中，機(jī)器人部隊(duì)無疑將會(huì)參戰(zhàn)。圖2 直角坐標(biāo)型機(jī)械臂 （2）圓柱坐標(biāo)型機(jī)械臂其運(yùn)動(dòng)形式是通過一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和兩個(gè)移動(dòng)組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，其工作空間圖形為圓柱，與直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人相比，在相同的工作空間條件下，機(jī)體所占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大，其位置精度僅次于直角坐標(biāo)型機(jī)器人，難與其他工業(yè)機(jī)器人協(xié)調(diào)工作。圖6 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械臂 通過對(duì)常用配置方式（常規(guī)坐標(biāo)型）的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析可看到以下兩點(diǎn)：（1）基本動(dòng)作可分解為體升降、比伸縮、體旋轉(zhuǎn)、臂旋轉(zhuǎn)、腕旋轉(zhuǎn)等；（2）基本運(yùn)動(dòng)形式可分為直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩類。 按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓驅(qū)動(dòng)式、氣動(dòng)式、電力驅(qū)動(dòng)式(這是目前用得最多的一類)。 機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展 機(jī)器人的應(yīng)用 在發(fā)達(dá)國家，機(jī)器人己廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個(gè)領(lǐng)域。如果需要叫它們執(zhí)行新的任務(wù)，只需要重新教它們一遍就行了。減少了工人的危險(xiǎn)程度，做到了一些人不能做到的任務(wù)。某些飛機(jī)機(jī)身、機(jī)艙的噴漆作業(yè)，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件等離子噴涂也采用了機(jī)器人?？傊?，機(jī)器人的應(yīng)用面相當(dāng)廣泛，機(jī)器人的工作特點(diǎn)是在計(jì)算機(jī)控制下離開人的干預(yù)進(jìn)行各項(xiàng)工作。1954年，美國的George Devol首先把遠(yuǎn)程控制器的桿結(jié)構(gòu)與數(shù)控銑床的伺服軸結(jié)合起來，研制出了第一臺(tái)通用機(jī)械手。智能機(jī)器人被人們稱為第三代機(jī)器人，它是能利用感覺和識(shí)別功能做決策行動(dòng)的機(jī)器人。而各工程中心_L作的側(cè)重點(diǎn)又有所不同:東北地區(qū)以特種機(jī)器人、水下機(jī)器人開發(fā)為L,華北地區(qū)以噴漆Y1lt人、焊接機(jī)器人開發(fā)為主，華東地區(qū)以搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人開發(fā)為主。（2） 快速性。 對(duì)所要設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行功能分析，劃分并設(shè)計(jì)出一系列通用的功能模塊，并對(duì)這些模塊進(jìn)行選擇和組合配置，就可以構(gòu)成不同功能，或功能相近但性能不同、價(jià)格不同的機(jī)器人產(chǎn)品。 本文的研究內(nèi)容本文研究的機(jī)器人機(jī)械臂為球坐標(biāo)型機(jī)器人機(jī)械臂，一般采用直流無刷伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制簡單，編程方便。2 工業(yè)機(jī)器人的研究意義和原理設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的研究意義目前，國外已有各種專用和通用的裝配機(jī)器人在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，主要類型大致有直角坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型四大類。近年來計(jì)算機(jī)、CIMS及柔性自動(dòng)裝配系統(tǒng)等的發(fā)展，又為裝配機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展提供了良好的可能性。如果作為示教用機(jī)器人應(yīng)該讓觀看者賞心悅目，同時(shí)能直觀地了解它的構(gòu)成和動(dòng)作原理。選擇減速方案可根據(jù)空間結(jié)構(gòu)要求，優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)諧波減速器，跨距轉(zhuǎn)大的傳動(dòng)可選用同步帶傳動(dòng)，力求一步到位，傳動(dòng)簡單。工業(yè)機(jī)器人球坐標(biāo)機(jī)械臂的自由度包括大臂、小臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及小臂上的伸縮運(yùn)動(dòng)，為了使機(jī)器人的大臂轉(zhuǎn)動(dòng)，所需要的最大轉(zhuǎn)矩是當(dāng)小臂呈水平狀態(tài)，如圖21所示。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，而且需要外圍轉(zhuǎn)換電路與微機(jī)配合實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。為避免本系統(tǒng)也出現(xiàn)同類問題，在可能的前提下，本系統(tǒng)將盡量避免使用該種驅(qū)動(dòng)方式。所有電機(jī)都會(huì)發(fā)熱，但重要的是電動(dòng)機(jī)的散熱路徑，因?yàn)槿绻峥?，那么電?dòng)機(jī)就可以散去更多的熱量而避免損壞。目前，隨著高科技領(lǐng)域和工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要，對(duì)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)提出了各種各樣的要求。尤其是稀土電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，遍及計(jì)算機(jī)、汽車、工業(yè)機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)、新型醫(yī)療設(shè)備、自動(dòng)化儀表、變速制冷技術(shù)、防治機(jī)械、油山礦田等眾多的工業(yè)部門，從而展示了稀土永磁無刷電動(dòng)機(jī)的廣闊前途和強(qiáng)大的生命力。第三關(guān)節(jié)采用了具有自鎖功能的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)。代入數(shù)據(jù)得: T2=絲杠所受力矩為阻力矩與摩擦力矩之和，即: T= T1 +T 2 =+=安全系數(shù)取2，則電機(jī)所需輸出最小轉(zhuǎn)矩為: Tow3=2T==選擇混合式步進(jìn)電機(jī)(北京四通電機(jī)公司產(chǎn)品)型 號(hào) :ECmax 30表3 第三自由度無刷伺服電機(jī)參數(shù)額定電壓36V空載轉(zhuǎn)速9500rpm空載電流116mA額定轉(zhuǎn)速8260rpm額定轉(zhuǎn)矩額定電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩522mNm堵轉(zhuǎn)電流最大效率83%相間電阻相間電感轉(zhuǎn)矩常數(shù)速度/轉(zhuǎn)矩常數(shù)機(jī)械時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)子慣量