【正文】  (36 ?12)???= ent= 6[6](319) 12）基本額定功率 p 0p0=(Ta? mv2)v(320) 由表 查得 Ta1000= , m = kgm 2913）所需帶寬 b 由公式(320)得 s2 ? p =Ps s 0K P7 自由度工業(yè)機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 1000= kw0) (321) (322) 由表 查得 H 型帶 bs0= ， zm= 6 ；因為 zm≥ 6 時， kz= 1 。= ? (315) = v ==240。則， Pd = = (310) = 2）選擇帶型和節(jié)距 pb 1 minXL 型，對應(yīng)節(jié)距為 Pb = 。 設(shè)同步帶傳動裝置的傳動比為 i0 = 3 ，T 腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)角速度 w = 610o s ，由于該關(guān)節(jié)選擇 n = 3000r min ，該關(guān)節(jié)總傳動比 i160ww= 6 3000 247?；↓X同步帶耐磨性能好，工作時噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。 同步帶分為梯形齒型同步帶和弧齒型同步帶。若按傳動和結(jié)構(gòu)特點來劃分，這類減速器有以下五種： （1）齒輪減速器 主要有圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速和圓錐圓柱減速器。在軟件實際編制過程中，我們將不同的輸入輸出操作封裝在不同的類中，控制功能是通過調(diào)用類的一個實例即對象來實現(xiàn)。綜合分析后，采用交流伺服電機驅(qū)動。直流伺服電機具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動力矩，相對功率大及快速響應(yīng)等特點，并且控制技術(shù)成熟。 （1）步進電機驅(qū)動；步進電動機是一種增量運動的電磁執(zhí)行元件，這種元件197 自由度工業(yè)機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 是將數(shù)字脈沖輸入轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的一種裝置，當采用適當?shù)目刂茣r，步進電動機的輸出步數(shù)( 轉(zhuǎn)角位移量)總是和 輸入的電脈沖數(shù)相 等，因此它可以作為開環(huán)位置系統(tǒng)工作。如圖 212 所示。如圖 28 所示。由于動作時不干擾鄰近的機器人、外圍設(shè)備以及電纜，因此，容易進入狹窄場地。在運動學(xué)結(jié)構(gòu)上，這類機器人最像人的手臂，因而結(jié)構(gòu)最緊湊，柔性最好，可達空間最大，它甚至可以繞過障礙物到達目標點，因而是機器人中最有前途的一種。MOTOMANHP6 機器人外形如下圖 23 所示，機器人總體構(gòu)型如圖 24 所示。采用這種方法設(shè)計的機器人可以認為是由定位結(jié)構(gòu)及其后面串聯(lián)的定向結(jié)構(gòu)或手腕組成的。[12] 7 自由度工業(yè)機器人的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計 在確定了機器人的自由度數(shù)之后，必須合理的布置各關(guān)節(jié)來實現(xiàn)這些自由度。由三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)構(gòu)成的關(guān)節(jié)組聯(lián)接在小臂桿的端部，模擬人的手腕，決定末端件的姿態(tài)。 軸 最 大 運 動 范表 21 機器人運動參數(shù) 最大角速度 轉(zhuǎn)速 各 關(guān) 節(jié) 允 許轉(zhuǎn)動慣量 圍 [度] 176。 第三，按驅(qū)動方式分類可分為：(a)氣壓驅(qū)動；(b)液壓驅(qū)動；(c)電氣驅(qū)動。 其次，按機器人的結(jié)構(gòu)分類，可分為四類： (a)直角坐標型：該型機器人前三個關(guān)節(jié)為移動關(guān)節(jié)，運動方向垂直，其控制方案與數(shù)控機床類似，各關(guān)節(jié)之間沒有耦合，不會產(chǎn)生奇異狀態(tài)，剛性好、精度高。本文設(shè)計的機器人是 7DOF機器人。人類的手臂是最優(yōu)秀的操作機，它的性能是機器人設(shè)計追求的目標 。 （3）研究 7 自由度機器人與 6 自由度機器人的相同點和異同點，對機械系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，針對電機、減速器、同步帶進行設(shè)計和選擇。我國在某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，但還缺乏整體核心技術(shù)的突破，具有中國知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人則很少。顯然,為了實現(xiàn)自運動的路徑規(guī)劃，首先需要解決運動學(xué)正問題。從 94 年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。 工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢 機器人是先進制造技術(shù)和自動化裝備的典型代表，是人造機器的“終極”形式。 我國的機器人研究始于二十世紀 70 年代。該公司工業(yè)機器人年產(chǎn)量接近10000臺，至今已在全球安裝了60000臺工業(yè)機器人。 日本素有“機器人王國”之稱，其工業(yè)機器人的發(fā)展令人矚目，無論機器人的27 自由度工業(yè)機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 [4][5]數(shù)量還是機器人的密度都位居世界第一。據(jù)UNECE (聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會)和IFR (國際機器人聯(lián)合會)統(tǒng)計，從20世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭，進入90年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年銷售量增長率平均在10%左右；2004年增長率達到了創(chuàng)記錄的20%，其中,亞洲機器人增長幅度最為突出,增長43%，如圖11所示?！笆濉逼陂g是我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點。國外專家預(yù)測機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。由于有一個冗余自由度，很容易在確保最佳焊接姿勢的同時，避免工件以及夾具對機器人工作臂的干擾。 關(guān)鍵詞 ：7自由度，工業(yè)機器人，機械結(jié)構(gòu) I7 自由度工業(yè)機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 Abstract 7 dof industrial robots with large scope of work, flexible, pact structure, can grab the object near the base are famous among so much designers and users. Because there is a redundant freedom, it is easy to ensure the best welding position at the same time, avoid workpiece and fixture work on the robot arm interference. In this thesis, according to the robot puts up 3kg , the scope of work is 1434mm , body weight is 150kg ,establish 7 dof joint structure of arcwelding robot including S waist, L arm swing, E arm rotation, U pitching arm, R wrist turn, B wrist pitch, T wrist rotation. Analysis of the various robot joints in moment of inertia, angular velocity, acceleration and other technical indicators of the work under the conditions identified seven joints driven by AC motor, the robot arm dedicated reducer drive, while B, T wrist joint is also used in synchronous belt drive. Required by calculating the joint motor power and torque, reduction ratio reducer, belt requirements and selection。因此,通 過增加自由度的 辦法來提高它 的靈活性，大大 地克服了六自由度機器人受到奇異構(gòu)形空間、障礙物、關(guān)節(jié)運動極限和電機的轉(zhuǎn)矩極限等一系列運動學(xué)和動力學(xué)問題的限制。 由于常年以來發(fā)達國家對我國的技術(shù)封鎖，尤其是對我國的工業(yè)技術(shù)部門。 亞洲51400臺,主要在日本,但中國市場增長迅速(比2003年增長24%)。該公司是將工業(yè)機器人應(yīng)用到半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域的最早廠商之一。沈陽新松機器人自動化股份有限公司是由中國科學(xué)院沈陽自動化所為主發(fā)起人投資組建的高技術(shù)公司，是機器人國家工程研究中心、國家八六三計劃智能機器人主題產(chǎn)業(yè)化基地、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃成果產(chǎn)業(yè)化基地、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃成果產(chǎn)業(yè)化基地。我國的高等院所，如長沙國防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、沈陽自動化研究所等在步行機器人、精密裝配機器人及 7 自由度機器人研制等前沿領(lǐng)域內(nèi)做出了可喜的成績，正在逐步縮短在機器人技術(shù)方面與世界先進水平的差距。 （3）工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。不同的自運動可使得機器人有不同的機構(gòu)位形和運動。這對冗余自由度機器人的深入研究有很大影響。針對機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，對此機械系統(tǒng)進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立三維裝配模型，為機器人的機械系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)仿真提供虛擬樣機模型。末端執(zhí)行器的位置、速度、加速度和各個關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩之間的關(guān)系是動力學(xué)分析的主要內(nèi)容，在手臂開鏈結(jié)構(gòu)中，每個關(guān)節(jié)的運動受到其它關(guān)節(jié)運動的影響，作用在每個關(guān)節(jié)上的重力負載和慣性負載隨手臂位姿變化而變化，在高速情況下，還存在哥氏力和離心力的影響。以移動副相連的關(guān)節(jié)稱為移動關(guān)節(jié)。例如機器人在進行點焊時的軌跡控制。以θ,φ,y 為坐標，位置函數(shù)為 P=f(θ,φ,y)，該型機器人的優(yōu)點是靈活性好，占地面積小，但剛度、精度較差。機器人結(jié)構(gòu)為垂直關(guān)節(jié)型。 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相對平移關(guān)節(jié)來講，操作空間大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，關(guān)節(jié)易于密封防塵。其中，7 個自由度在圖中有說明。90 ，對具有 6個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的機器人存在封閉解的充分條件是相鄰的三個關(guān)節(jié)軸線相交于一點。使其成為一臺肩部和腕部各有三個自由度，肘部為一個自由度 的人 臂 型七 自由 度 關(guān)節(jié) 式 機器 人。使其成為一臺肩部和腕部各有三個自由度，肘部為一個自由度的人臂型七自由度關(guān)節(jié)式機器人。 由于很容易避免配置在近處的機器人之間的工作臂干擾，因此，不僅可在狹窄空間內(nèi)設(shè)置多臺機器人，而且用 1 臺機器人即可處理原來需 2 臺機器人負責的2 個工序的工作。 底座交流伺服電機第一關(guān)節(jié)輸出軸齒輪減速器圖 26 S 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 157 自由度工業(yè)機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 （2）L 小臂擺動關(guān)節(jié) 電機安裝在 S 腰部和 L 小臂連接處，其輸出軸先經(jīng)過齒輪傳動，再經(jīng)減速器減速后，由第二關(guān)節(jié)輸出軸帶動 L 小臂擺動。 交流伺服電機U臂部俯仰關(guān)節(jié)齒輪減速器第五關(guān)節(jié)輸出軸R腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)圖 210 R 腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) （6）B 腕部俯仰關(guān)節(jié)電機安裝在 R 腕部里，其輸出軸連接滑輪，先經(jīng)過同步帶傳動，再經(jīng)過減速器減速后，由第六關(guān)節(jié)輸出軸帶動 B 腕部俯仰。其缺點是容易漏油，污染環(huán)境，加之有噪聲，且需要專門的油源。 （2）直流電機驅(qū)動；直流電機驅(qū)動主要有兩種類型，大慣量直流力矩電機直接驅(qū)動和小慣量直流伺服電機通過減速器驅(qū)動負載。采用 16位 CPU+32 位 DSP 三環(huán)(位置、速度、電流)全數(shù)字控制，增量式碼盤的反饋，可達到很高的精度。這些內(nèi)存塊不僅存儲數(shù)據(jù)，而且也存儲代碼，這對保證對象是受保護的這一點很重要，只有局部對象中的代碼才能夠訪問存儲在這個對象中的數(shù)據(jù)，這清楚地限定了對象所具有的功能，并使對象保護它自己不因未知的外部事件的影響而使它的數(shù)據(jù)和功能遭受破壞。根據(jù)調(diào)研和計算初定 B、T、R三個關(guān)節(jié)電機選都選擇 3000 轉(zhuǎn)，200V 的電機，其他關(guān)節(jié)選 1500 轉(zhuǎn)，200V 的電機。轉(zhuǎn) 動 時 ，通 過 帶 齒與 輪 的 齒 槽相 嚙 合 來 傳遞 動 力 。 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒形同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。= (32)rad2 T 腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)交流伺服電機和減速器、同步帶的選擇 腕部旋轉(zhuǎn)由電機通過同步帶和減速器機構(gòu)驅(qū)動。 60 3000 （38） radr3）小帶輪齒數(shù) z綜合考慮，選擇如下電機：型號 SGMPH01AYR；額定輸出轉(zhuǎn)矩： ；額定功率 100w ；額定轉(zhuǎn)速： 3000rpm。= ? (312) = = i ? z1= 312 (313) = 36d2==Z 2Pb240。 ( + )2+( ?)4 100(31