【文章內(nèi)容簡介】 一些可供選擇的標準化模塊拼裝而成的，并已系列化。(二) 1．第一代機器人 第一代機器人具有示教再現(xiàn)功能，或具有可編程的NC裝置，但對外部信息不具備反饋能力。2．第二代機器人 第二代機器人不僅具有內(nèi)部傳感器而且具有外部傳感器，能獲取外部環(huán)境信息。雖然沒有應用人工智能技術，但是能進行機器人環(huán)境交互，具有在線自適應能力。例如，機器人從運動著的傳送帶上送來的零件中抓取零件并送到加工設備上。因為送來的每一個零件具體位置和姿態(tài)是隨意的、不同的，要完成上述作業(yè)必須獲取被抓取零件狀態(tài)的在線信息。3．第三代機器人 第三代機器人具有多種智能傳感器，能感知和領會外部環(huán)境信息，包括具有理解像人下達的語言指令這樣的能力。能進行學習，具有決策上的自治能力。 機器人的應用領域機器人的應用領域 自從20世紀60年代初人類創(chuàng)造了第一臺機器人以后，機器人就顯示出它極大的生命力，在短短40多年的時間中，機器人技術得到了迅速的發(fā)展，機器人已在工業(yè)發(fā)達國家的生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。目前，機器人已廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、六自由度弧焊機器人及搬運機器人等機器人已被大量采用。在眾多制造業(yè)領域中，應用機器人最廣泛的領域是汽車及汽車零部件制造業(yè)。2005年美洲地區(qū)汽車及汽車零部件制造業(yè)對機器人的需求占該地區(qū)所有行業(yè)對機器人需求的比例高達61%；同樣，亞洲地區(qū)的該比例也達到33%，位于各行業(yè)之首；雖然2005年由于德國、意大利和西班牙三國對汽車工業(yè)投資的趨緩直接導致歐洲地區(qū)汽車工業(yè)對機器人需求占所有行業(yè)對機器人需求的比例下降到了46%，但汽車工業(yè)仍然是歐洲地區(qū)使用機器人最普及的行業(yè)。目前，汽車制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有機器人密度最高的行業(yè)，如，2004年德國制造業(yè)中每1萬名工人中擁有機器人的數(shù)量為162臺，而在汽車制造業(yè)中每1萬名工人中擁有機器人的數(shù)量則為1140臺；意大利的這一數(shù)值更能說明問題，2004年意大利制造業(yè)中每1萬名工人中擁有機器人的數(shù)量為123臺，而在汽車制造業(yè)中每1萬名工人中擁有機器人的數(shù)量則高達1600臺。機器人還廣泛應用于電子電氣行業(yè)、金屬制品業(yè)(包括機械)、橡膠及塑料工業(yè)和食品工業(yè)等領域。2005年，亞洲地區(qū)電子電氣行業(yè)對機器人的需求僅次于汽車及汽車零部件制造業(yè)，其占所有行業(yè)總需求的比例為31%；而在歐洲地區(qū)橡膠及塑料工業(yè)對機器人的需求則遠遠超過電子電氣行業(yè)而排名第二位；美洲地區(qū)由于汽車及汽車零部件制造業(yè)對機器人的需求遙遙領先，所以金屬制品業(yè)(包括機械)、橡膠及塑料工業(yè)以及電子電氣行業(yè)對機器人的需求比例相當，均在7%左右。隨著科學與技術的發(fā)展，機器人的應用領域也不斷擴大。目前，機器人不僅應用于傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦、冶金、石油、化學、船舶等領域，同時也已開始擴大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領域以及家庭清潔、醫(yī)療康復等服務業(yè)領域中。如，水下機器人、拋光機器人、打毛刺機器人、擦玻璃機器人、高壓線作業(yè)機器人、服裝裁剪機器人、制衣機器人、管道機器人等特種機器人以及掃雷機器人、作戰(zhàn)機器人、偵察機器人、哨兵機器人、排雷機器人、布雷機器人等軍用機器人都廣泛應用于各行各業(yè)。而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來各種專業(yè)服務機器人和家庭用消費機器人將不斷貼近人類生活，其市場將繁榮興旺。 應用機器人的優(yōu)點綜上所述，機器人的應用給人類帶來了許多好處，如：(1) 減少勞動力費用；（應用機器人代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。）(2) 提高生產(chǎn)率；(3) 改進產(chǎn)品質(zhì)量；(4) 增加制造過程的柔性；(5) 減少材料浪費；(6) 控制和加快庫存的周轉(zhuǎn)；(7) 降低生產(chǎn)成本；(8) 消除了危險和惡劣的勞動崗位。（在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。）我國機器人的應用前景是十分廣泛的。但是，由于我國工業(yè)基礎比較薄弱，勞動力比較豐富低廉，給機器人的發(fā)展和應用帶來了一定的困難。只有符合我國的國情，才能推動和加快我國機器人的發(fā)展和應用。因此，要注意三個問題：(1) 發(fā)展經(jīng)濟型機器人。企業(yè)可望盡早取得投資效益；(2) 發(fā)展特種機器人。在一些人力無法工作的領域里使用機器人，市場潛力大；(3) 走企業(yè)技術改造道路。用機器人技術和其它高新技術去改造舊企業(yè)，促進機器人技術自身的發(fā)展和應用。第2章 六自由度弧焊機器人的總體設計 腕部設計 電機的選擇手腕部分的電機的安裝：帶動噴槍旋轉(zhuǎn)的減速電機1安裝在回轉(zhuǎn)套內(nèi)帶動噴槍夾做旋轉(zhuǎn)運動，從而使噴槍時刻正對被加工。在回轉(zhuǎn)套外，帶動回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)的減速電機2安裝在回轉(zhuǎn)套支架的外側(cè)，帶動整個回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運動。帶動整個腕部旋轉(zhuǎn)的減速電機3與安裝在回轉(zhuǎn)套外側(cè)的帶有法蘭盤的空心軸通過脹緊套連接在也一起，這個安裝面與電機2的安裝面垂直，減速電機3帶動整個腕部做回轉(zhuǎn)運動。電機1帶動噴頭做旋轉(zhuǎn)運動，故此電機應小巧靈便以減輕電機2的負擔，因此電機1應該質(zhì)量輕、體積小且能滿足功率滿要求。同時電機軸要與噴槍夾末端的空心軸通過脹緊套連接在一起，因此電機輸出端的軸要進行適當?shù)募哟旨娱L?；剞D(zhuǎn)套的質(zhì)量也要盡量的小，所以材料為鋁合金類材料。假設噴頭的尺寸為φ50200 的圓柱體，由已知條件知質(zhì)量為3 kg。圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量為：J =m(3 R2+L2) =3(3+) = 取噴槍的轉(zhuǎn)動角速度為ω=2rad/s，n=60r/min由此轉(zhuǎn)動角加速度=20rad/s2計算力矩T為：T=J=P=Tω=2=故訂做的減速電機1的額定電壓為220V，輸出功率至少為4w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為23。電機輸出軸端進行適當?shù)募哟旨娱L。電機2帶動回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運動。設回轉(zhuǎn)套為200200200的立方體。設回轉(zhuǎn)套、電機、減速器、短軸、鍵、噴槍及噴槍夾的質(zhì)量共5kg。長方體的轉(zhuǎn)動慣量公式為：J=m()由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故b=h= 所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為：J=5()= 取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動角速度為ω=2rad/s, n=60 r/min由此轉(zhuǎn)動角加速度=20rad /s2計算力矩T為：T=J=P=Tω=2= w故訂做的減速電機2的額定電壓為220V，輸出功率至少為12w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為23。電機輸出軸端進行適當?shù)募哟旨娱L，并且在末端開鍵槽。電機3帶動整個腕部做回轉(zhuǎn)運動。電機通過脹緊套連接空心軸，所以電機輸出軸也要進行適當?shù)募哟旨娱L。設回轉(zhuǎn)套為232100350的立方體。設整個腕部、回轉(zhuǎn)套支架、聯(lián)軸器、短軸、電機、減速器等部件的質(zhì)量估算為12kg。長方體的轉(zhuǎn)動慣量公式為：J=m()由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故b=,h=所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為：J=5()=取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動角速度為ω=rad/s，轉(zhuǎn)速為n=30r/min由此轉(zhuǎn)動角加速度=10rad /s2計算力矩T為：T=J=P=Tω=2=故訂做的減速電機3的額定電壓為220V，輸出功率至少為7w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為46。電機輸出軸端進行適當?shù)募哟旨娱L[1620]。 小臂的設計 小臂設計的總體要求手臂桿的質(zhì)量應該盡可能的小，從而減輕支撐它的大臂桿及它的驅(qū)動電機的負擔。同時小臂桿還要承受整個手腕的重量以及在運動中產(chǎn)生的動載荷。六自由度弧焊機器人的最大覆蓋范圍與各個手臂的長度、手臂間的關節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍密切相關。因此設計手臂時，該充分考慮根據(jù)機器人所要完成任務而提出設計要求，從而確定手臂桿的大體結(jié)構(gòu)和長度。根據(jù)盡量減小手臂質(zhì)量同時保持一定強度的原則，從而合理的選擇手臂的截面形狀和所用的材料，既滿足強度要求又最大限度的降低自身重量。盡量減少對其關節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量以及偏重力矩，以減少驅(qū)動裝置的負載，同時注意減少運動的動載荷與沖擊。設法減小機械間隙引起的運動誤差提高運動的精確性和運動剛度，可采用緩沖和定位裝置，從而提高定位精度。六自由度弧焊機器人的小臂俯仰機構(gòu)通過鉸鏈四桿機構(gòu)來完成，安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上的直流伺服電機通過鉸鏈四桿機構(gòu)驅(qū)動小臂實現(xiàn)俯仰運動。采用鉸鏈四桿機構(gòu)的目的是把直流伺服電機放到腰部回轉(zhuǎn)盤上面，避免直接放到小臂與大臂的連接處，減輕小臂的重量，降低大臂驅(qū)動裝置的負載，減少運動過程中產(chǎn)生的動載荷與沖擊，提高整個六自由度弧焊機器人的響應速度。 電機的選擇首先計算動態(tài)轉(zhuǎn)矩，計算動態(tài)轉(zhuǎn)矩需計算轉(zhuǎn)動慣量。由于電機安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上所以計算轉(zhuǎn)動慣量需要折算到大臂軸i軸上，我們只需要計算出轉(zhuǎn)動慣量最大時的情況，既當小臂與大臂共線時，小臂可視為繞i軸旋轉(zhuǎn)，此時整個小臂體對i軸的轉(zhuǎn)矩最大。小臂總體質(zhì)量的計算[2125]小臂的大體結(jié)構(gòu)為分段空心圓柱，材料為鋁合金體積V=lA =/4＋178。/4－178。/4 = m3質(zhì)量m=V= =腕部結(jié)構(gòu)對i軸的轉(zhuǎn)動慣量腕部繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為= m(b2+h2) = kgm2平移到i軸上=+m =+5(+＋)2 =回轉(zhuǎn)套支架對i軸的轉(zhuǎn)動慣量回轉(zhuǎn)套支架繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為= m(b2+h2) = kgm2平移到i軸上=+m =+7(＋)2=小臂結(jié)構(gòu)對i軸的轉(zhuǎn)動慣量由于小臂是階梯狀前一段體積= m3質(zhì)量==，此外還要加上電機減速器軸聯(lián)軸器短軸的質(zhì)量共8kg。小臂前段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為=(3 R2+L2) = kgm2平移到i軸上=+m =+8(＋)2 =后一段體積=質(zhì)量==小臂后段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為=(3 R2+L2) =平移到i軸上=+m =+ = 帶動小臂轉(zhuǎn)動的后桿和底桿對i軸的轉(zhuǎn)動慣量兩圓桿為鋁合金材料，圓形實心直桿。后桿的尺寸為1001000，底桿的尺寸為100400。當兩桿共線時，兩桿對i軸的轉(zhuǎn)動慣量最大。兩桿的體積之和=/414==　 = =27kg兩段同一直線時繞兩段質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為：=(3 R2+L2)=平移到i軸上=+m