【正文】 設計目 錄摘要1 緒論…………………………………………………………………1 工業(yè)機器人研究的目的和意義…………………………………1 工業(yè)機器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢…………………….. 工業(yè)機器人的分類 本課題研究的主要內(nèi)容2 總體方案的確定 結構設計概述 基本設計參數(shù) 工作空間的分析 驅動方式 傳動方式確定3 搬運機器人的結構設計 驅動和傳動系統(tǒng)的總體結構設計 手爪驅動氣缸設計計算 進給絲杠的設計計算 驅動電機的選型計算 手臂強度校核4 搬運機器人的控制系統(tǒng) 機器人控制系統(tǒng)分類 控制系統(tǒng)方案分析 機器人的控制系統(tǒng)方案確定 PLC及運動控制單元選型5 結論與展望致謝1 緒論 工業(yè)機器人研究的目的和意義工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。因此它逐步代替了采用液壓驅動的機器人成為工業(yè)機器人驅動方式的主流。 工業(yè)機器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢目前，工業(yè)機器人有很大一部分應用于制造業(yè)的物流搬運中，極大的促進物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，搬運機器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。在物料搬運方面，近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化。度大、精度高的數(shù)控機床相比，機器人在工作精度上大為遜色。3 提高機器人的運動速度和響應頻率：為了提高機器人作業(yè)頻率以及提高具有感知功能機器人的反應速度就必須提高機器人運動速度和響應頻率。所以這種機器人結構最適用于空間機器人、核工業(yè)機器人等。 按機器人的負荷和工作范圍分類按照這種分類方法，工業(yè)機器人分為：超大型機器人——負荷為１０ＫＮ以上。這種運動只有兩種形態(tài)：直線運動和旋轉運動，其腕端的任何復雜的運動都可由這兩種運動來合成。（5）根據(jù)電機的外形尺寸及輸出軸軸徑以及電機的重量完善結構草圖。 任務是指機器人要完成的工作，機器人的類型是隨著工作任務的特點而決定的。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機器人手臂的前端。 在圖中，O為電機輸出軸，曲柄ＯＡ、連桿ＡＢ、滑塊Ｂ和支架結構曲柄滑塊機構：滑塊Ｂ、連桿ＢＣ、搖桿ＣＥ和支架構成滑塊搖桿機構。（2）控制性能 輸出功率大，可無級調(diào)速，反應靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制（3）響應速度 很高(4)結構性能及體積結構適當，執(zhí)行結構可標準化、模擬化，以實現(xiàn)直接驅動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結構緊湊，密封問題較小。（4） 結構性能及體積伺服電機易于標準化，結構性能好，噪聲低，電動機一般需配置減速裝置，除DD電動機外，難以直接驅動，結構緊湊，無密封問題。大臂的驅動電機和小臂的回轉軸共線。這是在充分考慮到小臂的驅動電機對大臂所產(chǎn)生的附加彎矩的條件下，對大臂的結構設計特別做了加強處理。但這樣就使的小臂的傳動結構復雜，有多段承受彎矩的軸，并且電機軸也承受了一定的彎矩。（2）矩頻特性不同步進電機的輸出力矩隨轉速的升高而降低，而且在較高的轉速時會急劇下降所以其最高的工作轉速在300~600r/min。故此次方案二作為本次設計的最終設計方案。這里大、小臂的運動具有獨立性的特點。 考慮到先前方案分析是提到絲杠要求反向自鎖的特點，先根據(jù)其負載情況粗選滑動絲杠的類型為單頭梯形絲杠。主CPU實現(xiàn)管理、坐標變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從ＣＰＵ實現(xiàn)所有關節(jié)的動作控制。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。５、體積小、結構緊湊，安裝、維護方便； 可編程控制器體積小、質(zhì)量小，便于安裝。 機器人各關節(jié)由電機輸出動力，通過各種傳動方案，帶動各關節(jié)運動，傳感器、編碼器將檢測記錄到得運動不見的運動狀況并以開關量形式傳遞給I/O,PLC接收到這些信號并經(jīng)過處理后，發(fā)出指令，傳遞給I/O,系統(tǒng)進入下一道命令執(zhí)行中。伺服系統(tǒng)的開、停、就緒和急停等狀態(tài)輸出端口通過讀取這些端口的狀態(tài)。３）ＭＰＧ連接器　　用于MPG（手動脈沖發(fā)生器）或同步譯碼器的連接器。論文工作總結如下：（1） 根據(jù)各種傳動方式之間的聯(lián)系及特點，通過取長補短，主要考慮了結構緊湊簡單等原則，確定了機器人的整體設計方案：（2） 各個回轉關節(jié)的驅動方式均采用電機加減速的方式的傳動設計，大臂的回轉關節(jié)與大臂做成一體，大臂的截面形狀采用等強度處理：（3） 在各個關節(jié)的結構設計中，充分考慮到附加載荷對電機軸的影響，回轉關節(jié)軸的載荷通過固定在其兩端的軸承把負載的附加載荷傳遞到軸承上，從而保護了電機和減速器；（4） 在進給機構的設計中，滑動絲杠自鎖性可以很好的保護工件不會在斷電的情況下落，造成意想不到的事故： 由于時間有限，本次設計還存在著一定的不足，還有待進步提高，展望如下： 在傳動系統(tǒng)的結構設計中，由于考慮到結構的緊湊型和盡量簡單的特點，故把小臂驅動電機安裝在小臂的回轉關節(jié)軸上，但這樣會造成大臂附加載荷過大，引起一定的不穩(wěn)定因素，在今后可以盡可能選擇質(zhì)量較小在電機的選擇和減速器的選擇，或盡量減少電機在懸梁上的結構。 PLC及運動控制單元的選型 針對本次控制系統(tǒng)的方案，選擇SYSMAC的CS1系列的PLC，與之配套的MC單元MC421能夠實現(xiàn)四軸的伺服驅動，分別對應本次SCARA 機器人的四個伺服電機的伺服驅動。對搬運機器人的控制包括PLC通過I/O接口向機器人發(fā)出控制指令，以及獲取機器人的工作狀態(tài)信息等內(nèi)容。它的結構緊湊，與硬件連方式簡單，接線少，易于維護。２、控制系統(tǒng)簡單，通用性強 盡管現(xiàn)在世界各個生產(chǎn)可編程控制器的廠家和公司，有著多種品牌和種類，但其基本結構和工作原理大致相同。主從控制方式系統(tǒng)實時性較好，適用于高精度、高速度控制，但其系統(tǒng)擴展性較差，維修困難。4 搬運機器人的控制系統(tǒng)４．1 機器人控制系統(tǒng)分類 程序控制系統(tǒng)：給每一個自由度施加一定規(guī)律的控制作用，機器人就可實現(xiàn)要求的空間軌跡。同時考慮滑動絲杠的原因也是利用了滑動絲杠的反向自鎖的特性，從而實現(xiàn)了斷電保護。外殼材料采用45鋼底座的軸承采用角接觸軸承，使利用了它既能承受軸向力也能承受一定的徑向力的特點。 （3）過載能力不同不僅電機一般不具有過載能力，交流伺服電機具有較強的過載能力而步進電機因為沒有這種過載能力，為了克服啟動時較大的慣性力矩，往往要選取具有較大靜轉矩的電機，而機器人正常工作時又不需要這麼大的轉矩，所以便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。