【正文】 依據(jù)其具體的作業(yè)用途來稱呼它，如一條自動(dòng)生產(chǎn)線上使用了相同結(jié)構(gòu)的數(shù)臺(tái)機(jī)器人，有的用于點(diǎn)焊就稱為 點(diǎn)焊機(jī)器人，有的用于搬運(yùn)工件就稱為搬運(yùn)機(jī)器人，以此類推，便有噴漆機(jī)器人、涂膠機(jī)器人、裝配機(jī)器人和測(cè)量機(jī)器人等有的作業(yè)具有一定范圍，如潛入水下作勘查、采礦和鋪４管道的機(jī)器人，就統(tǒng)稱為水下機(jī)器人，類似還有宇航機(jī)器人等。 4 提高機(jī)器人手爪或手腕的操作能力、靈活性與快速反應(yīng)能力： 為了使機(jī)器人能像人一樣進(jìn)行各種復(fù)雜作業(yè)如裝配作業(yè)、維修作業(yè)及設(shè)備操作。這一趨勢(shì)在機(jī)械工業(yè)方面得到了很大的應(yīng)用，其中采用了機(jī)器人等先進(jìn)的物料搬運(yùn)技術(shù)，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)水平提高。 ２ 信息處理速度的提高 機(jī)器人的動(dòng)作通常是通過機(jī)器人的各個(gè)環(huán)節(jié)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn) 的。 工 業(yè) 機(jī) 器 人 摘 要 在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上重要的成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。近年來，交流伺服驅(qū)動(dòng) 已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動(dòng)方式，直線電動(dòng)機(jī)等新型驅(qū)動(dòng)方式在許多應(yīng)用領(lǐng)域也有了長(zhǎng)足發(fā)展。在制造業(yè)方面，隨著 JIT、 FMS、 CIMS 等現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)物料的搬運(yùn)系統(tǒng)也提出了新的要求，其特點(diǎn)是力求減少庫存、 壓縮等待和輔助時(shí)間，使多品種、少批量的物料準(zhǔn)時(shí)到達(dá)要求的地點(diǎn)。為此一方面可以通過采用高強(qiáng)度材料和輕質(zhì)材料（如碳纖維復(fù)合材料）制造機(jī)器人手臂 以達(dá)到減輕手臂重量和提高手臂動(dòng)態(tài)特性的目的；另一方面也可以通過采用直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)或其他高性能驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從控制和驅(qū)動(dòng)方面提高機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度與響應(yīng)頻率。 物料搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)： １ .３ .１ 按作業(yè)用途分類 如前所述，各類工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍非常廣泛，而且還有一種機(jī)器人多種用途的情況。 本課題研究的主要內(nèi)容 （ 1）確定機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及工作行程。 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)次機(jī)械手的應(yīng)用場(chǎng)合和實(shí)地的應(yīng)用要求，其主要的設(shè)計(jì)參數(shù)要求如下： （ 1） 抓取的重物： 2Kg （ 2） 機(jī)械手的自由度數(shù)： 4 個(gè) （ 3） 運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 大臂升降：線速度： 小臂伸縮：線速度： m/s 手腕俯仰：角速度： 腰部旋轉(zhuǎn)：角速度： rad/s （ 4） 運(yùn)動(dòng)行程 大臂升降： 300mm 小臂伸縮： 300 mm 腰部旋轉(zhuǎn)：正負(fù) 90度 手腕俯仰：正負(fù) 90度 工作空間分析 基座及連桿 1 基座 基座是整個(gè)機(jī)器人本體的支撐，為保證機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性，采用兩塊“ Z”字形實(shí)心鑄鐵作為支撐。 另外，在選用電機(jī)的時(shí)候，要使電機(jī)的功率 足以克服彈簧的收縮和張開，并且提供足夠加緊物體的力。 （ 8） 成本維修及使用 成本方便。但對(duì)安裝的精度要求較高，負(fù)載能力也很有限并且不能實(shí)現(xiàn)反向自鎖，需要另加斷電保護(hù)裝置。機(jī)器人的手爪部分仍然采用較為常用的氣缸配合連桿式氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，其作用與方案一所述的相同。里面部件的材料采用鋁合金位于底部的電機(jī)通過諧波減速器的減速對(duì)頂端軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而帶動(dòng)了大臂回轉(zhuǎn)軸和大臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)，需要注意的是臂回轉(zhuǎn)軸是做成一體的。 ３、人工智能系統(tǒng)：事先無法編制運(yùn)動(dòng)程序，而是要求在運(yùn)動(dòng)過程中根據(jù)所獲得周圍狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)確定控制作用?，F(xiàn)在可編程控制器已經(jīng)被公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制 設(shè)備之一。機(jī)器人伺 服系統(tǒng)開啟停止、重啟、繼續(xù)和回零等輸入控制端口。他們使我在設(shè)計(jì)的過程中不僅學(xué)到了很多知識(shí)，還明白了團(tuán)隊(duì)精神，我們?cè)O(shè)計(jì)組的各位老師和同學(xué)們就是一個(gè)團(tuán)隊(duì)。她使我從一個(gè) 懵懂的女孩轉(zhuǎn)變成為一個(gè)有理想，有抱負(fù)的青年。論文工作總結(jié)如下： （ 1） 根據(jù)各種傳動(dòng)方式之間的聯(lián)系及特點(diǎn)，通過取長(zhǎng)補(bǔ)短，主要考慮了結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單等原則，確定了機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)方案： （ 2） 各個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式均采用 電機(jī)加減速的方式的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，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(gè)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分考慮到附加載荷對(duì)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(jì)中，滑動(dòng)絲杠自鎖性可以很好的保護(hù)工件不會(huì)在斷電的情況下落，造成意想不到的事故： 由于時(shí)間有限，本次設(shè)計(jì)還存在著一定的不足，還有待進(jìn)步 提高，展望如下： 在傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊型和盡量簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，故把小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在小臂的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸上，但這樣會(huì)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)。對(duì)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。 ２、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) 盡管現(xiàn)在世界各個(gè)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。 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(dòng)絲杠的類型為單頭梯形絲杠。 故此次方案二作為本次設(shè)計(jì)的最終設(shè)計(jì)方案。但這樣就使的小臂的傳動(dòng)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。大臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和小臂的回轉(zhuǎn)軸共線。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小 。 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)。 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。 這種運(yùn)動(dòng)只有兩種形態(tài)：直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其腕端的任何復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)都可由這兩種運(yùn)動(dòng)來合成。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人愈 10 萬臺(tái)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、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)。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。在搬運(yùn)機(jī)械手的控制方面出現(xiàn)了多種控制方式。 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(tái)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。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(tái)：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(cè)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)。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(tái)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(shì)。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。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)。 大型機(jī)器人 —— 負(fù)荷１－１０ＫＮ，工作空間為１－１０立方米。 （ 6）通過以確定的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的分析，驗(yàn)算重要零件的受力情況，繪制裝配圖。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面 狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，大致可分為以下幾類： （ 1）夾鉗式取料手 （ 2）吸附式取料手 （ 3）專用操作器及轉(zhuǎn)換器 （ 4）仿生多指靈巧手 本文設(shè)計(jì)對(duì)象為物料搬運(yùn)機(jī)器人，并不