【文章內容簡介】 引進美國的“ Versatran” ,川崎重工公司引進“ Unimate”，并獲得迅速發(fā)展。通過引進技術、仿制、改造創(chuàng)新。很快研制出國產化機器人，技術水平很快趕上美國并超過其他國家。經過大約 10 年的實用化時期以后，從 1980 年開始進入廣泛的普及時代。 我國雖然開始研制工業(yè)機器人僅比日本晚 56 年，但是由于種種原因，工業(yè)機器人技術的發(fā)展比較慢。目前我國已開始有計劃地從國外 引進工業(yè)機器人技術，通過引進、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機器人將會獲得快速的發(fā)展。 機器人 發(fā)展趨勢 國內各行各業(yè)對機器人的需求將越來越多，國內市場將穩(wěn)步增長，根據目前的現狀，我國機器人近幾年發(fā)展的形式將會怎樣呢？根據我們的分析將會呈現如下幾個特點： 1．從國際市場來看，機器人工業(yè)是一種高投入低贏利的產業(yè)，市場競爭極為激烈，機器人工業(yè)必須上一定規(guī)模才有利潤可言，才有必需的開發(fā)投入，才能走上良性循環(huán)的發(fā)展道路。世界上機器人產量最大的三家公司年產機器人數均超千臺以上，其山東大學機 電一體化工程專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 6 中 ABB 公司達到 9000 臺，安川電機公 司近 2500 臺， KUKA 公司近 2021 臺，從國內現狀來看，大公司、大企業(yè)通過與外國機器人公司合資合作，引進技術和資金，逐步規(guī)?；a機器人，把國內機器人產業(yè)推向一個新的階段，其中有代表性的，如首鋼集團公司與安川電機公司合資的首鋼莫托曼公司、唐山電子設備廠與松下電器公司合資的唐山松下產業(yè)機器有限公司、東風汽車公司與德國 KUKA 公司合作、濟南二機床公司與美國 ISI 機器人公司合作等等。這些合資合作的開展，將會有效地推動中國機器人工業(yè)的進步，全面促進中國機器人工業(yè)水平的提高，但是它也會和其他外國機器人公司一樣，沖擊 中國機器人市場，影響具有自主開發(fā)能力的中國機器人產業(yè)的形成，也會使國內其他的機器人生產廠家面臨一種嚴峻的挑戰(zhàn)。 2．由注重機器人單機開發(fā)過渡到成套開發(fā)機器人應用系統(tǒng) 生產機器人多的大型公司，可以憑借規(guī)模優(yōu)勢，占據較大的市場份額，形成規(guī)模效益，而一些中小公司要想在激烈的市場競爭中求得生存，必須具有自己的特色。國外許多中小公司把自己的市場定位在機器人系統(tǒng)集成或某些有特長領域，從而形成自己的局部優(yōu)勢，在市場中求得生存和發(fā)展，如奧地利 IGM 公司以向用戶提供大型機器人焊接系統(tǒng)著稱，機器人在系統(tǒng)中只占售價的 1/3 左右， 賣單臺機器人贏利甚微，而賣機器人系統(tǒng)卻贏利可觀。意大利 COMAU 公司以承接壓機生產線見長，在這里，機器人系統(tǒng)是促銷售的關鍵。我國國內機器人生產廠家規(guī)模大都較小，甚至談不上規(guī)模，而國內一般企業(yè)又沒有能力將機器人有效地集成到生產系統(tǒng)中去，因此，那些進行系統(tǒng)集成并向用戶提供一條龍服務的公司，在機器人市場中將有較強的競爭力。國內機器人生產廠家中北京機械工業(yè)自動化研究所，以承接涂裝自動化生產線見長，累計產值近 2021 萬元，中國科學院沈陽自動化研究所承接焊接生產線，累計產值近 5000 萬元，哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所的機 器人碼垛生產線正在產業(yè)化，累計產值超千萬元。 3．機器人開發(fā)走開放型科研之路 國內通過 “ 七五 ” 機器人技術攻關，已具備了生產國產機器人的基礎，但國產機器人無論在技術上，還是可靠性上，都與國外機器人差相當一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開放型的自主科研道路。 1）多方籌措開發(fā)資金，通過政府部門投資、用戶單位投資、自我積累、外商投資、銀行貸款等形式，籌措國產機器人的開發(fā)資金。 2）消化和利用國外機器人技術、資料、樣機和關鍵元器件，為我所用。 3）選擇引進國外質量可靠的機器人零部件和元器件。 山東大學機 電一體化工程專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 7 4）大力開展國 內合作，利用國內技術優(yōu)勢，開發(fā)具有中國技術特色的國產機器人產品。 5）注意機器人產品的高可靠性，使國產機器人的可靠性與國外機器人具有可比性，同時要做到低成本、易操作 。 山東大學機電一體化工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 8 第 2 章 工業(yè)機器人的總體設計 工業(yè)機器人總體方案擬定 本設計為三自由度工業(yè)機器人，其工作方向為兩個直線方向和一個旋轉方向。在控制器的作用下，它執(zhí)行將工件從一條流水線拿到另一條流水線這一簡單的動作 ，以實現自動化，減少人工勞動量 ,本文是對整個設計工作較全面的介紹和 總結。 如 21 圖所示其為兩傳送帶上的工件搬運：工件經 流水線 1 運送至指定位置，機械手在規(guī)定時間內把工件沿弧線 3 搬運到 流水線 2 上，再有 流水線 2 將工件運走。 圖 21 工件搬運圖 驅動方式的選擇 機器人常用的驅動方式有液壓驅動、氣壓驅動和電機驅動三種類型。這三種方法各有所長，各種驅動方式的特點見表 21 表 21 三種驅動方式的特點對照 內容 驅動方式 山東大學機電一體化工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 9 液壓驅動 氣動驅動 電 機 驅動 輸出功率 很大，壓力范圍為50～ 140Pa 大， 壓 力 范 圍 為48～ 60 較大 控制性能 利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級調速，反應靈敏，可實現連續(xù)軌跡控制 氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應靈敏，可實現高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復雜 響應速度 很高 較高 很高 結構性能及體積 結構適當，執(zhí)行機構可標準化、模擬化，易實現直接驅動。功率 /質量比大，體積小，結構緊湊，密封問題較大 結構適當，執(zhí)行機構可標準化、模擬化，易實現直接驅動。功率 /質量比大，體積小，結構緊湊，密封問題較小 伺服電動機易于標準化，結構性能好，噪聲低，電動機一般 需 配 置 減 速 裝置，除 DD 電動機外，難以直接驅動，結構緊湊，無密封問題 安全性 防爆性能較好，用液 壓 油 作 傳 動 介質，在一定條件下有火災危險 防爆性能好，高于1000kPa(10 個大氣壓 )時應注意設備的抗壓性 設備自身無爆炸和火災危險，直流有刷電動機換向時有火花，對環(huán)境的防爆性能較差 對環(huán)境的影響 液壓系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境有污染 排氣時有噪聲 無 續(xù) 表 21 三種驅動方式的特點對照 適用于重載、低速驅 適用于中小負載驅 適用于中小負載、要山東大學機電一體化工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 10 在工業(yè)機器人中應用范圍 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 動、精度要求較低的有限點位程序控制機器人，如沖壓機器人本體的氣動平衡及裝配機器人氣動夾具 求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機器人，如 AC 伺服噴涂機器人、點焊機器人、弧焊機器人、裝配機器人等 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復雜 機器人驅動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點，通常對機器人的驅動系統(tǒng)的要求有： 1）．驅動系統(tǒng)的質量盡可能要輕，單位質量的輸出功率要高，效率也要高； 2）．反應速度要快，即要求力矩質量比和力矩轉動慣量比要大，能夠進行頻繁地起、制動，正、反轉切換； 3）．驅動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要小； 4）．安全可靠； 5）．操作和維護方便； 6）．對環(huán)境無污染，噪聲要小； 7）．經濟上合理，尤其要盡量減少占地面積。 經上述分析此工業(yè)機器人采用液壓驅動的方式。 其中， 機座 采用 擺動液壓缸同完成 驅動旋轉 動作 ， 小 臂及 手 爪采用 伸縮組合液壓 缸 完成動作，大臂采用柱塞式液壓缸完成升降動作。 第 3 章 工業(yè) 機器人的機械系統(tǒng) 設計 山東大學機電一體化工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 11 手部的設計 手爪的設計 （ 一）、最大夾緊力計算 查表知鋼和鋼之間的摩擦系數為 ?? 物重 10 10 10 0G m g N? ? ? ? （ 31） 最大夾緊力 F 由公式 GF??? 得， （ 32） /FG?? =100/? 手指加緊力計算 4 / 64Id?? （ 33） 其中： K1 為安全系數 ， ，； K2 為工作情況系數，可按 K2=，或 2 1/k a g??估算（ a 為機械手在搬運工件過程的機速度）； K3 位方位系數，即當手爪處在不同位置夾取工件，不同放置位置時的 系數，按 計算； G 為被抓取工件的重量。 (二 )、受力分析 F1F2F3F4F5 圖 31 受力分析圖 如 31 圖，在活塞桿推力 5F