【正文】 是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。 連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。 日本在 1967 年從美國(guó)引進(jìn)第一臺(tái)機(jī)器人， 1976 年以后，隨著微電子的快速 7 發(fā)展和市場(chǎng)需求急劇增加，日本當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力顯著不足，工業(yè)機(jī)器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎，使其日本工業(yè)機(jī)器人得到快速發(fā)展，現(xiàn)在無(wú)論機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一，素有“機(jī)器人王國(guó)”之稱(chēng)。 英國(guó)紀(jì) 70 年代末開(kāi)始，推行并實(shí)施了一系措施列支持機(jī)器人發(fā)展的政策，使英國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步比當(dāng)今的 機(jī)器人大國(guó)日本還要早，并曾經(jīng)取得了早期的輝煌。隨著 20世紀(jì) 70 年代世界科技快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在世界掀起了一個(gè)高潮，在這種背景下，我國(guó)于 1972 年開(kāi)始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。從傳統(tǒng)的汽車(chē)制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。 工業(yè)機(jī)器人除了在汽車(chē)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，在電子，食品加工，非金屬加工，日用消費(fèi)品和木材家具加工等行業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求也快速增長(zhǎng)。如今我國(guó)正從一個(gè)“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”邁進(jìn)，中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌、參與國(guó)際分工的巨大挑戰(zhàn)，對(duì)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會(huì)加大對(duì)機(jī)器人的資金投入和政策支持，將會(huì)給工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力。鑒于以上這些缺陷，本 機(jī)器人 擬采用氣壓傳動(dòng)， 氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn) : (1)介質(zhì)提取和處理方便。 (5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。為了使通用性更強(qiáng)，手部設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，不僅可以應(yīng)用于夾持式手指來(lái)抓取棒料工件，在工業(yè)需要的時(shí)候還可以用氣流負(fù)壓式吸盤(pán)來(lái)吸取板料工件。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 21所示。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。機(jī)器人的立 I因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱(chēng)為可移式立柱。由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)器人采用氣壓傳動(dòng)方式。操作節(jié)拍對(duì) 機(jī)器人 速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍。大部分機(jī)器人 設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) : 表 11 機(jī)器人技術(shù)參數(shù) 機(jī)構(gòu)形態(tài) 平面關(guān)節(jié)型 自由度 4 負(fù)載能力 5kg 動(dòng)作范圍 關(guān)節(jié)Ⅰ轉(zhuǎn)動(dòng) 110176。在整個(gè)分析過(guò)程中，我們將機(jī)器人建模成輪子上的一個(gè)剛體，運(yùn)行在水平面上。 如圖 31 所示，為工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。 (四 )具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到 機(jī)器人 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。單葉氣缸的壓力 P驅(qū)動(dòng)力矩 M的關(guān)系為 : 2 )( 22 rRpbM ?? , 或 )( 2 22 rRb Mp ?? 28 圖 44 四杠汽缸桶圖 圖中： M=回轉(zhuǎn)汽缸的驅(qū)動(dòng)力矩 P=回轉(zhuǎn)汽缸的工作壓力 R=缸體內(nèi)壁半徑 r=輸出軸半徑 b=動(dòng)片寬度 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 mmb 100? ,氣缸內(nèi)徑為 1D =96mm,半徑 mmR 48? ,軸徑mmD 262 ? 2D =26mm,半徑 mmR 13? ,氣缸運(yùn)行角速度 ? = s/90? ，加速度時(shí)間t? =, 壓強(qiáng) MPaP ? , 則力矩 2 )( 22 rRpbM ?? ).( 2)0 2 4 ( 226mN????? (1) 測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量 kgm 101 ? ,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑 mmr 50? 的圓盤(pán)上， 那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 29 221rmJ? 2 2?? ? （ ） 工件的質(zhì)量為 5kg ,質(zhì)量分布于長(zhǎng) mml 100? 的棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ).(1212222mkgmlJc???? 假如 工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合， 對(duì)于長(zhǎng) mml 100? 的棒料來(lái)說(shuō)，最大偏心距 mme 501 ? ， 其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 : ).(0 1 6 0 4 22211mkgemJJ c?????? 慣M tJJ ??? ?)( 1 ).( 90)0 1 6 1 2 (mN??? 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 為 M 偏 ，考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合， 01?e ，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線mme 503 ? ,則 ?偏M 11eG + 33eG ).( mN? ?????? 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩 為 摩M ，對(duì)于滾動(dòng)軸承 ?f ，對(duì) 30 于滑動(dòng)軸承 f =， 1d ， 2d 為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑， mmd 301 ? , mmd 202 ? , AR , BR 為軸頸處的支承反力 ，粗略估計(jì) NRA 300? , NRB 150? , 摩M ? )(2 12 dRdRf BA ? ? ) 0( ??? ? ).( mN 4． 回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M 封，與選用的密襯裝置的類(lèi)型有關(guān)，應(yīng)根據(jù) 具體情況加以分析。對(duì)工業(yè)機(jī)器人的控制功能大致有如下的基本要求和特點(diǎn)。使工業(yè)機(jī) 器人按照存儲(chǔ)的示教內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)作，稱(chēng)為再現(xiàn)。 二級(jí)機(jī)接口電路將計(jì)算機(jī)輸出數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，驅(qū)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，選用速度單元，伺服電機(jī)及光電編碼盤(pán)等伺服調(diào)速系統(tǒng)。此外，除了通用的工業(yè)安全規(guī)程外，還要注意工業(yè)機(jī)器人的特殊性，采取相應(yīng)可靠的對(duì)策。 34 4) 在人機(jī)結(jié)合部設(shè)置傳感器。例如，用軟極限的功能可設(shè)定工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)（本體）的實(shí)際動(dòng)作小于標(biāo)稱(chēng)最大動(dòng)作范圍。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問(wèn)題，有的是知識(shí)方面的不足導(dǎo)致的，有的是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面不足導(dǎo)致的。感謝父母 、家人，感謝所有關(guān)心我的朋友和老師，感謝 廣東海洋 大學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境。 行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過(guò)設(shè)定 PLC 程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，可以將工業(yè)機(jī)器人本體的動(dòng)作限制在實(shí)際作業(yè)的領(lǐng)域內(nèi)。 5) 在生產(chǎn)設(shè)備旁邊的顯著位置用大型指示燈箱表示生產(chǎn)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作范圍不能超越護(hù)欄。電路的組成如下： 1) 主從 CPU 都采用 8031 芯片； 2) 主從 CPU 各擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 27256 一片，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 62256 一片； 3) 主 CPU 擴(kuò)展可編程串行通信接口芯片 8251A一片；可編程 多功能接口芯片 8155 一片；電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 一片； 4) 從 CPU 擴(kuò)展可編程多功能接口芯片 8155 六片； D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832 六片；運(yùn)算放大器 μ A741六片； PWM功率放大器六片；光電編碼器六片； 33 5) 地址鎖存器、譯碼器各兩片； 6) 鍵盤(pán)電路，顯示電路； 7) 光電編碼電路，功率放大電路； 8) 報(bào)警電路，暫停、急停電路，復(fù)位電路； 第 六 章 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)應(yīng)采取的安全措施 有 些國(guó)家已經(jīng)頒布了關(guān)于機(jī)器人的安全法規(guī)和相應(yīng)的規(guī)程 ,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)也有業(yè)機(jī)器人安全規(guī)范 (ISO/TC184/SC2/WG3DP10218)。 C、對(duì)外部環(huán)境的檢測(cè)和感覺(jué)功能。 1）點(diǎn)位控制方式（ PTP 控制） 這種控制方式考慮到末端執(zhí)行器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只在某些規(guī)定的點(diǎn)上進(jìn)行操作，因此只要求末端執(zhí)行器在目標(biāo)點(diǎn)處保證準(zhǔn)確的位姿以滿足作業(yè)質(zhì)量要求。 31 第五章 四自由度工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人具有多個(gè)自由度，每個(gè)自由度一般包括一個(gè)伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來(lái)，組成一個(gè)多變量控制系統(tǒng)。手腕自由度的選用與 機(jī)器人 的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。 23 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 本課題氣動(dòng) 機(jī)器人 的手部結(jié)構(gòu)如圖 32所示， 圖 42 齒輪齒條式手部 其工件重量 G=5公斤， V形手指的角度 ?1202 ?? ， mmRmmb 24120 ??? ,摩擦系數(shù)為 ?f (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為 : Rbp 2? N (2)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計(jì)算公式 : )( ?? ?? tgN )(25 )42560(39。 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè) 問(wèn)題 (一 )具有足夠的握力 (即夾緊力 ) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 本設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人具有四轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副兩種運(yùn)動(dòng)副，具有手臂伸降，旋轉(zhuǎn)，前后，上下往復(fù)四自由度。 DH坐標(biāo)系的建立 A） 中間連桿坐標(biāo)系的建立： Zi—— 與關(guān)節(jié) i+1 的軸線重合，方向任意 Oi—— 關(guān)節(jié) i 和 i+1 軸線的公垂線與關(guān)節(jié) i+1軸線的交點(diǎn)。 關(guān)節(jié)Ⅱ轉(zhuǎn)動(dòng) 90176。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝 16 置為好。該 機(jī)器人 最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為 sm/ 。目前工業(yè)機(jī)手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。滾輪式布為有軌的和無(wú)軌的兩種。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。 手部 即與物件接觸的部件。 (5)對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行研究，提高繪圖效率，改善繪圖質(zhì)量。 (6)成本低廉。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。 現(xiàn)在的 機(jī)器人 大多采用液壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn) : (1)液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失 (摩擦損失、泄露損失等 ):液壓傳動(dòng)易泄漏，不僅污染工作場(chǎng)地，限制其應(yīng)用范 圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性。在歐洲地區(qū)，據(jù)統(tǒng)計(jì) 2021 年與 2021 年相 l： tI 業(yè) 9 機(jī)器人在食品加工行業(yè)的應(yīng)用增長(zhǎng)了 17％左右，在非金屬加工行業(yè)的應(yīng)用增長(zhǎng)了 20％左右，在日用品消費(fèi)行業(yè)增長(zhǎng)了 32％，在木材家具加工行業(yè)增長(zhǎng)了 18％左右。在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越多。國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃開(kāi)始實(shí)施，經(jīng)過(guò)幾年研究，取得了一大批科研成果。這個(gè)錯(cuò)誤導(dǎo)致英國(guó)的機(jī)器人工業(yè)一蹶不振，在西歐幾乎處于末位。此外，在德國(guó)規(guī)定，對(duì)于一些危險(xiǎn)、有毒、有害的工作崗位，必須以機(jī)器人來(lái)代替普通人的勞動(dòng)。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 隨著科技的不斷進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程可分為三代，第 — 代，為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它主要由機(jī)器手控制器和示教盒組成，可按預(yù)先引導(dǎo)動(dòng)作記錄下信息重復(fù)再現(xiàn)執(zhí)行，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。 電力傳動(dòng) 機(jī)器人 即有特殊 結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的 械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。若 機(jī)器人 采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使 機(jī)器 人 的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。 (一 )按用途分 機(jī)器人 可分為專(zhuān)用 機(jī)器人 和通用 機(jī)器人 兩種 : 專(zhuān)用 機(jī)器人 5 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。 工業(yè) 機(jī)器人 的介紹 工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人的一種， 由操作機(jī) (機(jī)械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自 動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)