【正文】 設(shè)計目 錄摘要1 緒論…………………………………………………………………1 工業(yè)機(jī)器人研究的目的和意義…………………………………1 工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢…………………….. 工業(yè)機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計概述 基本設(shè)計參數(shù) 工作空間的分析 驅(qū)動方式 傳動方式確定3 搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計 驅(qū)動和傳動系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 手爪驅(qū)動氣缸設(shè)計計算 進(jìn)給絲杠的設(shè)計計算 驅(qū)動電機(jī)的選型計算 手臂強(qiáng)度校核4 搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng) 機(jī)器人控制系統(tǒng)分類 控制系統(tǒng)方案分析 機(jī)器人的控制系統(tǒng)方案確定 PLC及運(yùn)動控制單元選型5 結(jié)論與展望致謝1 緒論 工業(yè)機(jī)器人研究的目的和意義工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)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(qū)動的機(jī)器人成為工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動方式的主流。 工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢目前，工業(yè)機(jī)器人有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運(yùn)中，極大的促進(jìn)物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，搬運(yùn)機(jī)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(yùn)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(jī)床相比，機(jī)器人在工作精度上大為遜色。3 提高機(jī)器人的運(yùn)動速度和響應(yīng)頻率：為了提高機(jī)器人作業(yè)頻率以及提高具有感知功能機(jī)器人的反應(yīng)速度就必須提高機(jī)器人運(yùn)動速度和響應(yīng)頻率。所以這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)最適用于空間機(jī)器人、核工業(yè)機(jī)器人等。 按機(jī)器人的負(fù)荷和工作范圍分類按照這種分類方法，工業(yè)機(jī)器人分為：超大型機(jī)器人——負(fù)荷為１０ＫＮ以上。這種運(yùn)動只有兩種形態(tài)：直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其腕端的任何復(fù)雜的運(yùn)動都可由這兩種運(yùn)動來合成。（5）根據(jù)電機(jī)的外形尺寸及輸出軸軸徑以及電機(jī)的重量完善結(jié)構(gòu)草圖。 任務(wù)是指機(jī)器人要完成的工作，機(jī)器人的類型是隨著工作任務(wù)的特點(diǎn)而決定的。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。 在圖中，O為電機(jī)輸出軸，曲柄ＯＡ、連桿ＡＢ、滑塊Ｂ和支架結(jié)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：滑塊Ｂ、連桿ＢＣ、搖桿ＣＥ和支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。（2）控制性能 輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制（3）響應(yīng)速度 很高(4)結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行結(jié)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，以實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小。（4） 結(jié)構(gòu)性能及體積伺服電機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動機(jī)外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題。大臂的驅(qū)動電機(jī)和小臂的回轉(zhuǎn)軸共線。這是在充分考慮到小臂的驅(qū)動電機(jī)對大臂所產(chǎn)生的附加彎矩的條件下，對大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計特別做了加強(qiáng)處理。但這樣就使的小臂的傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多段承受彎矩的軸，并且電機(jī)軸也承受了一定的彎矩。（2）矩頻特性不同步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而降低，而且在較高的轉(zhuǎn)速時會急劇下降所以其最高的工作轉(zhuǎn)速在300~600r/min。故此次方案二作為本次設(shè)計的最終設(shè)計方案。這里大、小臂的運(yùn)動具有獨(dú)立性的特點(diǎn)。 考慮到先前方案分析是提到絲杠要求反向自鎖的特點(diǎn)，先根據(jù)其負(fù)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(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從ＣＰＵ實現(xiàn)所有關(guān)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(jié)構(gòu)緊湊，安裝、維護(hù)方便； 可編程控制器體積小、質(zhì)量小，便于安裝。 機(jī)器人各關(guān)節(jié)由電機(jī)輸出動力，通過各種傳動方案，帶動各關(guān)節(jié)運(yùn)動，傳感器、編碼器將檢測記錄到得運(yùn)動不見的運(yùn)動狀況并以開關(guān)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(jìn)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(jié)如下：（1） 根據(jù)各種傳動方式之間的聯(lián)系及特點(diǎn)，通過取長補(bǔ)短，主要考慮了結(jié)構(gòu)緊湊簡單等原則，確定了機(jī)器人的整體設(shè)計方案：（2） 各個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式均采用電機(jī)加減速的方式的傳動設(shè)計，大臂的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與大臂做成一體，大臂的截面形狀采用等強(qiáng)度處理：（3） 在各個關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，充分考慮到附加載荷對電機(jī)軸的影響，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸的載荷通過固定在其兩端的軸承把負(fù)載的附加載荷傳遞到軸承上，從而保護(hù)了電機(jī)和減速器；（4） 在進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計中，滑動絲杠自鎖性可以很好的保護(hù)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(shè)計還存在著一定的不足，還有待進(jìn)步提高，展望如下： 在傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊型和盡量簡單的特點(diǎn)，故把小臂驅(qū)動電機(jī)安裝在小臂的回轉(zhuǎn)關(guān)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(jī)的選擇和減速器的選擇，或盡量減少電機(jī)在懸梁上的結(jié)構(gòu)。 PLC及運(yùn)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?qū)崿F(xiàn)四軸的伺服驅(qū)動，分別對應(yīng)本次SCARA 機(jī)器人的四個伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動。對搬運(yùn)機(jī)器人的控制包括PLC通過I/O接口向機(jī)器人發(fā)出控制指令，以及獲取機(jī)器人的工作狀態(tài)信息等內(nèi)容。它的結(jié)構(gòu)緊湊，與硬件連方式簡單，接線少，易于維護(hù)。２、控制系統(tǒng)簡單，通用性強(qiáng) 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(jié)構(gòu)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(kuò)展性較差，維修困難。4 搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng)４．1 機(jī)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(jī)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(hù)。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(diǎn)。 （3）過載能力不同不僅電機(jī)一般不具有過載能力，交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力而步進(jìn)電機(jī)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(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器人正常工作時又不需要這麼大的轉(zhuǎn)矩，所以便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。