【正文】 料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)。5 采用模塊化組合式機(jī)器人結(jié)構(gòu)： 提高機(jī)器人快速維修性能，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，制造出多種不同尺寸和規(guī)格的手臂和連接器模塊，用少量的可組合成多種機(jī)器人配置。例如：在核電站工作的機(jī)器人也要求其具有高靈活度的機(jī)器人手臂。1 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)性能的提高 進(jìn)一步提高工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度。在搬運(yùn)機(jī)械手的控制方面出現(xiàn)了多種控制方式。機(jī)器人控制性能的提高，也進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人本身性能的提高并擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。１ 驅(qū)動(dòng)方式的改變２０世紀(jì)７０年代后期，日本安川電動(dòng)機(jī)公司研制出了第一臺全自動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人而此前的工業(yè)機(jī)器人基本上采用液壓驅(qū)動(dòng)方式。本文將設(shè)計(jì)一臺圓柱坐標(biāo)型的工業(yè)機(jī)器人，用于給沖壓設(shè)備運(yùn)送物料。首先，本文將設(shè)計(jì)機(jī)器人的大臂、小臂、底座和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，然后選擇合適的傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式，搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺：在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡和伺服放大器的選擇、反饋方式和反饋元件的選擇、以及控制元件的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)器人運(yùn)行過程的安全性，最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：關(guān)節(jié)的伺服控制和制動(dòng)問題、實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況、機(jī)器人的示教編程和在線修改程序、設(shè)置參考點(diǎn)和回參考點(diǎn)。但與采用液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人相比，采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人在響應(yīng)速度、精度、靈活性等方面都有很大的提高。近年來，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了多臺機(jī)器人通過網(wǎng)絡(luò)共享信息并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的技術(shù)趨勢。如、有原始的電控機(jī)械手，較先進(jìn)的基于工控機(jī)控制的，基于ＰＣ控制的，進(jìn)一步的嵌入式ＰＣ控制技術(shù)，還采用PLC可編程控制的。機(jī)器人是一種多關(guān)節(jié)開鏈結(jié)構(gòu)，因此機(jī)器人手臂的剛度一般都不高，另外由于構(gòu)件的尺寸誤差和傳動(dòng)間隙的存在，以及機(jī)器人手臂末端誤差的放大作用，是當(dāng)前機(jī)器人的定位與運(yùn)動(dòng)還不能達(dá)到很高的精度。為了提高工業(yè)機(jī)器人手臂的靈活度，主要采用具有冗雜自由度的機(jī)器人手臂和在機(jī)器人手臂機(jī)構(gòu)上采用膨脹膠關(guān)節(jié)及雙向彎曲手臂。這種機(jī)器人能進(jìn)行快速維修，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)。部分發(fā)達(dá)國家已制定出人工搬運(yùn)的最大限度，超過限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來完成。人是采用以上方式組合的組合式機(jī)器人。 按機(jī)器人具有的運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)分類機(jī)器人的自由度數(shù)的定義是：操作機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目之和。（4）對個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行粗估完成對手爪的夾緊氣缸、小臂、大臂、絲杠的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及腰部、腕部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的計(jì)算選型。夾持式是執(zhí)行手：夾持方式由外夾式和內(nèi)撐式之分；吸附式得分為空氣負(fù)壓式和電磁式兩種。2 大臂大臂長度230mm,具體尺寸如圖所示：3 小臂小臂長度180mm,具體尺寸如圖所示： 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機(jī)器人直接用于抓取和握緊（吸附）專用工具（如噴槍、扳手、焊具、噴頭等）進(jìn)行操作的部件。（只畫出了一半，另一半關(guān)于中心線對稱）。這三種方法各有所長，：　液壓驅(qū)動(dòng)：（1）輸出功率 很大，壓力范圍為50140Pa，利用液體不可縮性，控制精度較高。（4） 結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。（3） 響應(yīng)速度很高。 傳動(dòng)方案的確定 傳動(dòng)方案分析：1 方案一： 第一、二、自由度均采用伺服電機(jī)加減速器的結(jié)構(gòu)形式。電機(jī)和小臂的關(guān)節(jié)軸是同一方向的。小臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)考慮到它的重量會對大臂造成較大的附加彎矩則把小臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在大臂的回轉(zhuǎn)軸的軸線方向，電機(jī)輸出軸與小臂的回轉(zhuǎn)軸之間通過同步齒形帶相連接，保證了小臂回轉(zhuǎn)的精度。交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。通過對上面的方案的比較，綜合分析后我認(rèn)為方案二有更多的優(yōu)勢，而且結(jié)構(gòu)合理，能夠比較好的完成本次的輸送線出貨臺的物料搬運(yùn)工作。小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用了電機(jī)減速器后直接驅(qū)動(dòng)小臂關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)小臂的旋轉(zhuǎn)?？紤]到實(shí)際的影響因素，可以估計(jì)出絲杠的真實(shí)負(fù)載約為F=230N。４．２．２ 控制系統(tǒng)特點(diǎn)１、編程方法簡單 可編程控制器的梯形圖語言程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。４、可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸電，連線復(fù)雜，各觸點(diǎn)在吸合和斷開時(shí)容易受到電弧的損傷，所以壽命多，工作可靠性差，而可編程控制器以軟件代替硬件，許多繼電器的觸點(diǎn)和繁雜的連線可以用程序來實(shí)現(xiàn)，大量開關(guān)動(dòng)作可以用無觸電的電子電路來完成，因此壽命長，可靠性大大的提高。完整的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括：伺服控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電動(dòng)機(jī)以及至少一個(gè)檢測元件，所有這些部件都在一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中運(yùn)行：驅(qū)動(dòng)器接收控制控制器的指令信息，然后將電流送給電動(dòng)機(jī)，通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成扭矩，然后帶動(dòng)負(fù)載；檢測元件測量負(fù)載位置（角度、直線位移）、速度、加速度等參數(shù)，輸入控制器實(shí)現(xiàn)指令信息值與實(shí)際位置的值比較，然后通過閉環(huán)控制是實(shí)際位置值和指令信息值保持一致。通過這些控制端口PLC可以對焊接機(jī)器人進(jìn)行上述的控制，同時(shí)也提供了搬運(yùn)機(jī)器人所處的運(yùn)行模式。２）示教盒連接器　　用于連接示教盒。 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師李燕老師，老師平日里工作繁多，但在本次設(shè)計(jì)中無論從選題、開題還是從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)及制圖等過程中都給予了我悉心指導(dǎo)。 知識是人類進(jìn)步的階梯，而傳授知識的各位老師則是我們登上階梯的領(lǐng)路人，沒有各位老師的辛勤教育，便不會有我們今天的累累果實(shí)。 最后還要感謝我的母?！嵵葺p工業(yè)學(xué)院輕工職業(yè)學(xué)院三年來對我的培養(yǎng)。感謝你們在此此間對我的關(guān)懷和幫助，這份幫助使我在這段日子里可以專心于設(shè)計(jì)，使我真正體會到師生之間的友誼，這種感覺是那嘛的美好，再次感謝老師的鼓勵(lì)和幫助。5 結(jié)論與展望 搬運(yùn)機(jī)器人在工業(yè)機(jī)器人的領(lǐng)域中扮演著非常重要的角色，本次設(shè)計(jì)的主要目的是圍繞實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，設(shè)計(jì)與實(shí)地環(huán)境相符的搬運(yùn)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)輸送線出貨臺上的工件到AGV小車上的搬運(yùn)，從而實(shí)現(xiàn)工件的傳送和運(yùn)輸這一環(huán)節(jié)的自動(dòng)化操作。PLC就能獲知機(jī)器人的搬運(yùn)基本狀態(tài)。 PLC是要對搬運(yùn)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，控制機(jī)器人對工件的抓取。通?？删幊炭刂破鞫加凶栽\斷、故障報(bào)警、故障顯示的功能，便于操作和維修人員檢查，可以較容易的通過更換模塊插件來迅速排除故障。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖語言程序和調(diào)試程序比設(shè)計(jì)和調(diào)試?yán)^電器控制系統(tǒng)所花的時(shí)間要少得多。其構(gòu)成框圖如圖３所示。大徑d1=39mm,中徑d2=27mm,小徑d3=23mm,螺距Ｐ＝６ｍｍ．螺桿材料為４５鋼，螺母材料為ＺＣｕＳｎ５Ｐｂ５Ｚｎ５，高度Ｈ＝６００ｍｍ．對所選的絲杠進(jìn)行驗(yàn)算：　　（3）升降機(jī)構(gòu) 此處機(jī)械手的升降機(jī)構(gòu)是采用電機(jī)加一級齒輪減速，傳遞動(dòng)力給滑動(dòng)絲杠，利用滑動(dòng)絲杠的大的降速比來完成夾持工件的機(jī)械手上下移動(dòng)，這樣可把電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成絲杠螺母的上下移動(dòng)，并且整體結(jié)構(gòu)較為簡單。3 搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)