【正文】 祝愿他們在今后的學習和工作中身體健健康康、順順利利。各位老師教給我的知識將伴隨我以后的工作生涯。第一個關節(jié)采用行星齒輪減速器傳動，這種減速器具有減速比大、精度高、定位安裝方便等優(yōu)點。 圖22 工業(yè)機器人機械臂球坐標型機械臂總體裝配圖結 論我國機器人的研究和應用起步較晚，雖已取得較大發(fā)展，但較之發(fā)達國家的水平仍有較大距離，應積極探索適合我國國情的工業(yè)機器人應用思路，開發(fā)低成本、高性價比的實用型工業(yè)機器人，而且隨著國內外機器人的快速發(fā)展、社會需求的增大和技術的進步，裝配機器人得到了迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產方式和為提高產品質量及生產效率的生產工藝需求，是推動裝配機器人發(fā)展的直接動力。側面厚度為5mm左右。軸承選為單列向心球軸承，軸承型號為0000. 伸縮軸設計 伸縮軸上螺母與絲杠配合，故需設計成空心軸，主要承受軸向拉力，取內徑d=12mm，外徑D=20mm，用兩光杠與一直線軸承導向。w [ w]絲杠的螺紋所受的剪切應力: =ps/πd1bLZ=()=鋼的許用剪切強度為[]=120N/mm 2，故: ［］ 以上校核表明，絲杠和螺母的螺紋牙強度足夠。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，此例中取螺母內外徑和的一半，即( 10+40) 12=25 mm。第二關節(jié)采用了同步齒形帶的傳動結構，可以獲得較大的輸出轉矩。因此在當今國民經濟各個領域，如電梯驅動、錄像機中的伺服電動機、自動控制系統(tǒng)、計算機硬盤驅動器和軟盤驅動器里的主軸電動機等，均數(shù)以百萬計的運行無刷電動機。從目前來看，機械臂用關機電機關于采用永磁無刷直流電機的報道相對較少，表明這是一項新興的研究方向，具有良好的應用前景。導線越粗發(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，其費用較高，其液壓系統(tǒng)經常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。：直流伺服電機具有良好的調速特性，較大的啟動力矩，相對功率大及快速響應等特點，并且控制技術成熟。，位移偏差和速度偏差要小。電機直接驅動絲杠螺母傳動的同時兼有減速的作用，一步把旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，傳動精度較高，絲杠有自鎖功能，速度不宜過高。本工業(yè)機器人采用直流伺服電機驅動，速度要求不高，故減速比可在一定范圍內調整，只要能滿足轉矩即可。 工業(yè)機器人的特點根據(jù)工作環(huán)境、工作特點等要求，本工業(yè)機器人應具備以下幾個特點:，適于觀察。隨著社會需求的增大和技術的進步，裝配機器人將會得到迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產方式和為提高產品質量及生產效率的生產工藝需求，將是推動裝配機器人發(fā)展的直接動力。4機械臂模塊的工程設計：研究模塊化機械結構設計方法，設計出機械臂及機械手的整體結構。今后的任務是把機器人技術推廣到更多的工業(yè)自動化生產領域和其他更廣泛的應用領域，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行列【11】。采用模塊化的設計理念和配置組合、系統(tǒng)集成的制造思路。為此，應強調功能實用性，不片面追求所謂的高科技和全面先進性，先進并不等于實用。就全國來說，目前我國機器人研究開發(fā)工作做得較好的地區(qū)是:以中科院沈陽自動化研究所為首的東北地區(qū)機器人工程中心，以機電部廣州機床所為龍頭的華南地區(qū)的機器人工程中心。而且這種有感知功能的機器人開始被應用于工業(yè)生產中的焊接、裝配及機械加工等作業(yè)。 機器人的發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)機器人起源于數(shù)控機床和遠程控制器。此外還有摘果實、擠牛奶、剪羊毛、清理垃圾、監(jiān)護病人的機器人等。國外的航空航天工業(yè)中應用機器人也十分廣泛，如鉚接裝配作業(yè)就大量使用了機器人，此外如電氣插頭的裝配，發(fā)動機風扇外殼和高壓渦輪的焊接，飛機座艙蓋和風擋鉆孔作業(yè)，飛機機身和垂直尾翼鉆孔，都采用了機器人。工業(yè)機器人真可謂稱得上是新一代的“藍領工人”。教給它們什么樣的動作，它們就不厭其煩地做上成百上千次。這一類機器人目前正在研究開發(fā)之中【9】?；『?、噴漆和檢測機器人等均屬連續(xù)軌跡控制方式。它結構簡單，動作靈活，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、裝配中應用廣泛。它在各個軸向的移動距離，可在各個坐標軸上直接讀出，直觀性強，易于位置和姿態(tài)的編程計算，定位精度高，控制無耦合，結構簡單，但機體所占空間體積大，動作范圍小，靈活性差，難與其他工業(yè)機器人協(xié)調工作。 (2)采掘機器人如海洋探礦機器人等。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現(xiàn)其感覺功能。它是由驅動器、減速器、檢測元件等組成的組件，是用來為操作機各部件提供動力和運動的裝置。通常由下列部分構成。除了專門設計的專用機器人外，一般機器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務時具有較好的通用性。這些機器人從外觀上己遠遠脫離了最初仿人形機器人和工業(yè)機器人所具有的形狀，更加符合各種不同應用領域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增強，從而為機器人技術開辟出更加廣闊的發(fā)展空間【6】。我們可以這樣說:機器人是一個在三維空間中具有較多自由度的，并能實現(xiàn)諸多擬人動作和功能的機器，而工業(yè)機器人(Industrial Robot)則是在工業(yè)生產上應用的機器人。應古代社會需要而形成的古代科學，對于古代的社會發(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。什么是機器人，至今尚未有一個世界公認的準確定義，如果把人們對機器人的定義匯總起來，估計將有近百種說法。要想進入廟字內求諸神保佑的人們，必須先行由熟知內情者引導，方可安全進入，并一睹眾神之風采。書中對木牛流馬有相當一段描述，這里不用贅述。 機器人的定義及特點機器人的研究、開發(fā)和應用涉及多剛體動力學、機構學、機械設計、傳感技術、電氣液壓驅動、控制工程、智能控制、計算機科學技術、人工智能和仿生學等學科，機器人技術是一門跨學科的綜合性技術。 機器人主要有兩大類：用于制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和用于非制造環(huán)境下的服務機器人。工業(yè)機器人球坐標型機械臂結構設計畢業(yè)論文1 緒論 課題背景 工業(yè)機器人在現(xiàn)代生產中應用日益廣泛，作用越來越重要，工業(yè)機械臂尤為如此，因此設計實用、高效的機械臂對于機械設計者來說是義不容辭的責任，對于畢業(yè)的大學生也是一個實時、富有意義和挑戰(zhàn)的課題。工業(yè)機器人是一種對生產環(huán)境和生產條件具有較強的適應性和靈活性的柔性自動化裝備，它主要用于現(xiàn)代制造業(yè)中代替人們從事繁重、重復單調、環(huán)境惡劣危險、人做不了或做不好的工作，從而減輕了人們的勞動強度，改善了勞動環(huán)境，并有效地提高了生產的自動化程度，提高了產品質量和勞動生產率。早在20世紀60年代初，美國就制造出了第一臺工業(yè)機器人，目前己經發(fā)展到第三代一智能機器人。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，定會不識路徑，誤觸防衛(wèi)機關，周圍暗藏機關便會向擅入者即刻噴射火焰，并伴以雷鳴閃電的聲光效應，以燒死、嚇死這些違反廟門戒規(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，機器人是一種機器，而不是人，它們只是“擬人化”的產物。這是因為，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，歐洲的蒸氣機車、紡織機械等，都引發(fā)了社會從一個歷史階段向另一個歷史階段的飛躍，到了小科學時代，科學上的發(fā)明由于研究與開發(fā)手段的提高，變得成果累累，繁星點點，一些科學家憑借雄厚的知識基礎，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。美國機器人工業(yè)協(xié)會()提出的工業(yè)機器人定義為:“工業(yè)機器人是用來進行搬運材料、零件、工具等可再編程的多功能機械手、或通過不同程序的調用來完成各種工作任務的特種裝置。 機器人的特點 機器人最顯著的特點有以下幾個:。比如，更換機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。(1)末端執(zhí)行器又稱手部，是操作機直接執(zhí)行工作的裝置，并可設置夾持器、工具、傳感器等，是工業(yè)機器人直接與工業(yè)對象接觸以完成作業(yè)的機構。驅動器是將電能或流體能等轉換成機械能的動力裝置，通常是電動機、液壓或氣動裝置。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)軍事用途機器人 在跨世紀的軍事活動中，機器人部隊無疑將會參戰(zhàn)。圖2 直角坐標型機械臂 （2）圓柱坐標型機械臂其運動形式是通過一個轉動和兩個移動組成的運動系統(tǒng)來實現(xiàn)的，其工作空間圖形為圓柱，與直角坐標型工業(yè)機器人相比，在相同的工作空間條件下，機體所占體積小，而運動范圍大，其位置精度僅次于直角坐標型機器人，難與其他工業(yè)機器人協(xié)調工作。圖6 平面關節(jié)型機械臂 通過對常用配置方式（常規(guī)坐標型）的機器人的運動分析可看到以下兩點：（1）基本動作可分解為體升降、比伸縮、體旋轉、臂旋轉、腕旋轉等；（2）基本運動形式可分為直線運動和旋轉運動兩類。 按驅動方式可分為液壓驅動式、氣動式、電力驅動式(這是目前用得最多的一類)。 機器人的應用與發(fā)展 機器人的應用 在發(fā)達國家，機器人己廣泛地應用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個領域。如果需要叫它們執(zhí)行新的任務，只需要重新教它們一遍就行了。減少了工人的危險程度，做到了一些人不能做到的任務。某些飛機機身、機艙的噴漆作業(yè)，發(fā)動機零部件等離子噴涂也采用了機器人?？傊瑱C器人的應用面相當廣泛，機器人的工作特點是在計算機控制下離開人的干預進行各項工作。1954年，美國的George Devol首先把遠程控制器的桿結構與數(shù)控銑床的伺服軸結合起來，研制出了第一臺通用機械手。智能機器人被人們稱為第三代機器人，它是能利用感覺和識別功能做決策行動的機器人。而各工程中心_L作的側重點又有所不同:東北地區(qū)以特種機器人、水下機器人開發(fā)為L,華北地區(qū)以噴漆Y1lt人、焊接機器人開發(fā)為主，華東地區(qū)以搬運機器人、裝配機器人、移動機器人開發(fā)為主。（2） 快速性。 對所要設計的工業(yè)機器人進行功能分析，劃分并設計出一系列通用的功能模塊，并對這些模塊進行選擇和組合配置，就可以構成不同功能，或功能相近但性能不同、價格不同的機器人產品。 本文的研究內容本文研究的機器人機械臂為球坐標型機器人機械臂，一般采用直流無刷伺服電機驅動，控制簡單，編程方便。2 工業(yè)機器人的研究意義和原理設計 工業(yè)機器人的研究意義目前，國外已有各種專用和通用的裝配機器人在生產中得到應用，主要類型大致有直角坐標型、球坐標型、圓柱坐標型和關節(jié)型四大類。近年來計算機、CIMS及柔性自動裝配系統(tǒng)等的發(fā)展，又為裝配機器人的應用和發(fā)展提供了良好的可能性。如果作為示教用機器人應該讓觀看者賞心悅目，同時能直觀地了解它的構成和動作原理。選擇減速方案可根據(jù)空間結構要求，優(yōu)先選用標準諧波減速器，跨距轉大的傳動可選用同步帶傳動，力求一步到位，傳動簡單。工業(yè)機器人球坐標機械臂的自由度包括大臂、小臂的旋轉運動以及小臂上的伸縮運動，為了使機器人的大臂轉動，所需要的最大轉矩是當小臂呈水平狀態(tài)，如圖21所示。但其結構復雜，成本較高，而且需要外圍轉換電路與微機配合實現(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動方式。所有電機都會發(fā)熱，但重要的是電動機的散熱路徑，因為如果散熱快，那么電動機就可以散去更多的熱量而避免損壞。目前，隨著高科技領域和工業(yè)生產的實際需要，對電動機系統(tǒng)提出了各種各樣的要求。尤其是稀土電機的應用領域，遍及計算機、汽車、工業(yè)機器人、柔性制造系統(tǒng)、新型醫(yī)療設備、自動化儀表、變速制冷技術、防治機械、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機的廣闊前途和強大的生命力。第三關節(jié)采用了具有自鎖功能的絲杠螺母傳動。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，則電機所需輸出最小轉矩為: Tow3=2T==選擇混合式步進電機(北京四通電機公司產品)型 號 :ECmax 30表3 第三自由度無刷伺服電機參數(shù)額定電壓36V空載轉速9500rpm空載電流116mA額定轉速8260rpm額定轉矩額定電流堵轉轉矩522mNm堵轉電流最大效率83%相間電阻相間電感轉矩常數(shù)速度/轉矩常數(shù)機械時間常數(shù)轉子慣量