【正文】 第一、二、自由度均采用伺服電機加減 速器的結構形式。 （ 3） 響應速度 很高。 （ 4） 結構性能及體積 結構適當，執(zhí)行機構可標準化、模擬化，以實現(xiàn)直接驅動。這三種方法各有所長，各種驅動方式的特點見表２ .１： 表２ .１三 種驅動方式的特點對照 液壓驅動： （ 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。圖 為初步設計的機械手機構簡圖 （只畫出了一半，另一半關于中心線對稱）。 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： 機械手的設計 工業(yè)機器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機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）進行操作的部件。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壓式和電磁式兩種。 （ 4）對個結構的質(zhì)量進行粗估完成對手爪的夾緊氣缸、小臂、大臂、絲杠的驅動電機以及腰部、腕部的旋轉驅動電機的計算選型。 按機器人具有的運動自由度數(shù)分類 機器人的自由度數(shù)的定義是：操作機各運動部件獨立運動數(shù)目之和。人是采用以上方式組合的組合式機器人。搬運機器人可安裝同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動。這一點對裝配作業(yè)機器人、核工業(yè)機器人和在空間上作業(yè)的空間機器人來說 是特別重要的。另外，在有限空間及有障礙的復雜環(huán)境中作業(yè)的機器人 。前者指的是應用領域的橫向拓寬，后者是在性能及水平上的縱向提高，又使擴大機器人應用領域的拓寬和性能水平的提高，又使擴大機器人應用領域成為可能。越來越多的搬運機器人是采用混合驅 動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅動方式的優(yōu)點，避免缺點并在它的控制精度方面和搬運效率方面有了很大的提高。隨著信息技術的不斷發(fā)展， CPU 的計算能力有了很大的提高，機器人控制器的性能也有了很大提高，高性能機器人控制器甚至可以同時控制２０多個 關節(jié)。在工業(yè)機器人逐漸得到推廣和普及工程中，下面三個方面的技術進步起著非常重要的作用。目前，工業(yè)機器人主要承擔著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復性并且勞動程度極大的工作，工作方式一般采取示教在線的方式。 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 。 機器人自動搬運系統(tǒng)主要由搬運機器人、工件自動識別系統(tǒng)、自動啟動裝置、自動傳輸裝置組成，適合于工件自動搬運的場合，尤其適合自動化程度較高的流水線等工業(yè)場合，提高生產(chǎn)效率和自動化程度。 中型機器人――負荷為１００－１０００Ｎ。一般為 2— 7 個，簡易型的 2— 4個自由度，復雜型的 5—— 7 個自由度。 2 總體設計方案的確定 結構設計概述 一個機器人系統(tǒng)結構有下列互相作用的部分組成：機械手、環(huán)境、任務。 環(huán)境是指機器人所處的周圍環(huán)境。 手指是直接與工件接觸的部件。 圖中的黑線和藍線表示機構運行的兩個極限位置。 （ 6）在工業(yè)機器人中應用范圍 適用于重載、低速驅動，電液伺服系統(tǒng)適用于 噴涂機器人、點焊機器人和托運機器人。 （ 6） 對環(huán)境的影響 排氣時有噪 聲。 （ 6） 對環(huán)境的影響 無。第三個自由度即就是升降機結構采用電機步進電機加同步齒形帶的傳動方案。同時選擇單頭的滑動絲杠具有很好的自鎖性能，從而在系統(tǒng)突然斷電的情況下，不致使此自由度方向上發(fā)生運動，從而保證了結構的安全 。但滾珠絲杠必須附加自鎖裝置以確保能夠做到斷電保護。 （ 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。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。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。 ２、自適應控制系統(tǒng)：當外界條 件變化時，為保證所要求的品質(zhì)或為了隨著經(jīng)驗的積累而自行改善控制品質(zhì)，其過程是基于操作機的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再在調(diào)整非線性 模型參數(shù)，一直到誤差消失為止?？刂葡到y(tǒng)使被控機械實現(xiàn)精確的位置控制、速度控制、加速度控制 、轉矩或力的控制，以及這些被空機械量的精確綜合控制。 ３、抗干擾能力強 可編程控制器采用了一系列硬件和軟件的抗干擾能力措施，如濾波、隔離、屏蔽、自診斷器、自恢復等使之具有很淺的抗干擾能力。 交流伺服系統(tǒng)由交流伺服電動機和伺服電動機驅動器組成，它已經(jīng)成為無刷直流伺服系統(tǒng)的代替品。 PLC 接收機器人的各種工作狀態(tài)信號、指令及傳感系統(tǒng)，包括各指令開關、工件識別傳感信號和執(zhí)行機構的位置信號等，實現(xiàn) PLC 對搬運機器人的狀態(tài)信息的獲取。各個部分的分布如圖 45所示： 單元號設置開關 單元號的設置確定了 CPU 單元專用 I/O 單元區(qū)的那些字分給 MC 單元。 致 謝 經(jīng)過一個月的學習， 本次畢業(yè)設計 已經(jīng)接近尾聲。正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學到了本次課題所涉及的新知識，更讓我得到了知識以外的東西，就是團結和友誼。