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【正文】 0? ,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型有關(guān)，應(yīng)根據(jù) 具體情況加以分析。 在此處估計(jì) 封M 為 摩M的 3 倍， 封M ? 3? 摩M ? ? ? ).( mN ? 封摩偏慣驅(qū) MMMMM ???? ? ??? ? ).(29 mN MM〈驅(qū) ?設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。 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)。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般要用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，機(jī)器人控制系統(tǒng)也是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 。 工業(yè)機(jī)器人控制基本要求 控制系統(tǒng)的功能是控制機(jī)器人操作機(jī)的運(yùn)動(dòng)和操作以滿足作業(yè)的要求。在作業(yè)中機(jī)器人的工作任務(wù)是要求操作機(jī)的末端執(zhí)行器按點(diǎn)位或軌跡運(yùn)動(dòng)，并保持設(shè) 定的姿態(tài)。在運(yùn)動(dòng)中或在規(guī)定的某點(diǎn)位執(zhí)行作業(yè)規(guī)定的操作。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)。 A、實(shí)現(xiàn)對(duì)位姿、速度、加速度等的控制功能 在機(jī)器人的各類作業(yè)中，運(yùn)動(dòng)和控制方式主要有兩種。 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。而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡（包括移動(dòng)的路徑和運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)）則不作任何規(guī)定，這種控制方式易于實(shí)現(xiàn)，但不易達(dá)到較高的定位精度，適用于上下料、搬運(yùn)、 點(diǎn)焊和在電路板上安插元件等只要求在目標(biāo)點(diǎn)保持末端執(zhí)行器準(zhǔn)確的位姿的作業(yè)中。 2）連續(xù)軌跡控制方式（ CP 控制） 這種控制方式要求末端執(zhí)行器嚴(yán)格按規(guī)定的軌跡和速度在一定精度要求內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以完成作業(yè)要求，這種必須保證機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。這種連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)，可看成是若干密集軌跡曲線。若設(shè)定的點(diǎn)足夠密，就能用點(diǎn)位控制的方法實(shí)現(xiàn)所需精度的連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)。 32 B、存儲(chǔ)和示教功能 要使機(jī)器人具有完成預(yù)定作業(yè)的功能，須先將要完成的作業(yè)示教給機(jī)器人，這個(gè)操作過(guò)程稱為示教，將示教內(nèi)容記錄下來(lái)，稱為存儲(chǔ)。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，稱為再現(xiàn)。所以工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作是通過(guò)示教 — 存儲(chǔ) — 再現(xiàn)的過(guò)程實(shí)現(xiàn)的。 C、對(duì)外部環(huán)境的檢測(cè)和感覺(jué)功能。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 控制系統(tǒng)采用二級(jí)計(jì)算機(jī)控制方式，選用 IBMPC， 80C51 系列 CPU。 第一級(jí)機(jī)擔(dān)負(fù)管理，示教編程，控制再現(xiàn)，軌跡正逆運(yùn)算，機(jī)器人語(yǔ)言的編輯和編譯，通過(guò)串行通訊方式傳送給二級(jí)機(jī)做位置給定。第二級(jí)機(jī)負(fù)責(zé)位置伺服控制軟件的計(jì)算，位置檢測(cè)等工作，根據(jù)插補(bǔ)算出的各關(guān)節(jié)位置增量做位置給定。 一級(jí)機(jī)與示教盒通訊采用串行 RS232 接口，既接收示教盒 信息，完成示教動(dòng)作，又向示教盒發(fā)送信息，顯示示教情況。還可以連接軟驅(qū)， CRT 終端。 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)及光電編碼盤等伺服調(diào)速系統(tǒng)。 51 機(jī)器人控制系統(tǒng)框圖 硬件電路的組成 圖 41 是采用 MCS51 系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。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)。在工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)廠家，有嚴(yán)格的管理規(guī)定和詳盡的技術(shù)保障體系。 在機(jī)器人應(yīng)用工程中，要參照有關(guān)規(guī)程、規(guī)范以及工業(yè)機(jī)器人的說(shuō)明資料，注意落實(shí)安全措施，杜絕發(fā)生機(jī)器人傷人或其它事故。 安全要求 工業(yè)機(jī)器人 能代替人在危險(xiǎn)有害的環(huán)境中作業(yè)。但又給人另一種危險(xiǎn)，即機(jī)器人傷人事故。這是工業(yè)機(jī)器人安全管理的最為重要的一條原則。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。 對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的安全要求有如下幾條： 1) 必須為工業(yè)機(jī)器人和周邊設(shè)備安裝安全護(hù)欄，以 防止人靠近而造成傷害。工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作范圍不能超越護(hù)欄。 2) 在護(hù)欄出入口的門上必須設(shè)置插拔式電接點(diǎn)點(diǎn)開(kāi)關(guān)，其插座有導(dǎo)線與控制系統(tǒng)的電路連接。只有拔下開(kāi)關(guān)的插頭，才能打開(kāi)對(duì)應(yīng)的門。這時(shí)，工業(yè)機(jī)器人及周邊設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并且將工業(yè)機(jī)器人鎖定在示教模式。 3) 在距操作者的地方設(shè)置緊急停止開(kāi)關(guān)。按下此開(kāi)關(guān)，工業(yè)機(jī)器人和有關(guān)的設(shè)備立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 34 4) 在人機(jī)結(jié)合部設(shè)置傳感器。當(dāng)操作者在此處上、下料或裝卡工作時(shí)，控制系統(tǒng)要有相應(yīng)的安全對(duì)策。 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)。如運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)試、停止等。 6) 設(shè)置工 業(yè)機(jī)器人的作業(yè)的作業(yè)原點(diǎn)，并在生產(chǎn)系統(tǒng)的操作盤上設(shè)置相應(yīng)的指示燈，使操作者容易判斷工業(yè)機(jī)器人本體的位置狀態(tài)。 7) 示教作業(yè)時(shí)應(yīng)降低工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，并且要另有一人專門監(jiān)護(hù)，一但發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停機(jī)。 實(shí) 施方法 在 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程中，不僅要注意對(duì)人員的危險(xiǎn)性，而且還要考慮包括工業(yè)機(jī)器人在內(nèi)的設(shè)備的安全性。為此生產(chǎn)廠家在工業(yè)機(jī)器人及控制系統(tǒng)的軟硬件方面應(yīng)盡可能地增加有關(guān)功能，以確保安全。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)稱最大動(dòng)作范圍。當(dāng)控制點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到軟極限位置時(shí)，工業(yè)機(jī) 器人自動(dòng)停止并報(bào)警，不會(huì)超越設(shè)定的區(qū)間。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)。又如對(duì)于弧焊的應(yīng)用，生產(chǎn)廠家可提供一種帶有碰撞傳感器的焊槍把持器及焊槍后，示教作業(yè)及再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一但焊槍撞上工件或其他物體時(shí)，工業(yè)機(jī)器人將立即停機(jī)。為了確保工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程中的安全，必須實(shí)施確保安全要求的具體措施。 35 第 七 章 結(jié)論 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙?lái)所學(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) ，獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書(shū)館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問(wèn)題。這對(duì)我以后的工作有很大的幫助 ,今后我會(huì)在工作中不斷的學(xué)習(xí) ,努力的提高自己的水平。經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)，我切實(shí)體會(huì)到作為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員的艱難性。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。這些問(wèn)題有時(shí)使得我束手無(wú)措，不過(guò)在指導(dǎo)老師幫助和自己的努力下，終于使得我順利完成了設(shè)計(jì)。 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)?？?以根據(jù) 雖然我的設(shè)計(jì)存在很多不足的地方，但在這兩個(gè)多月的時(shí)間里，我學(xué)到了很多有用的知識(shí)，也積累了一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這些對(duì)于我即將要走向社會(huì)工作崗位，將起到很關(guān)鍵的作用。 36 致 謝 本文是在我尊敬的導(dǎo)師悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此，我首先向?qū)煴硎菊\(chéng)摯的感謝，并致以崇高的敬意 !在課題的研究和開(kāi)發(fā)階段，得到了 工程 學(xué)院老師的大力支持和幫助，在此一并向他們表示衷心的感謝。在日常生活和學(xué)習(xí)中， 工程 學(xué)院的各位老師， 俞國(guó)燕 教授，以及全體 同學(xué) 給與我大 力支持和幫助，在此我向他們以及多年來(lái)為我的成長(zhǎng)付出辛勤勞動(dòng)的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝。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。 37 參考文獻(xiàn) [1】 張建民 .工業(yè)機(jī)器人 .北京 :北京理工大學(xué)出版社， 1988 [2】 蔡自興 .機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略 .機(jī)器人技術(shù)， 2021, 4 [3】 金茂青，曲忠萍，張桂華 .國(guó)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展勢(shì)態(tài)分析 .機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 ， 2021, 2 [4】 王雄耀 .近代氣動(dòng)機(jī)器人 (氣動(dòng) 機(jī)器人 )的發(fā)展及應(yīng)用 .液壓氣動(dòng)與密 封，1999, 5 [5】嚴(yán)學(xué)高，孟正大 .機(jī)器人原理 .南京 :東南大學(xué)出版社， 1992 [6】機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1986 [7】黃錫愷，鄭文偉 .機(jī)械原理 .北京 :人民教育出版社， 1981 [8】成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè) .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 [9】 鄭洪生 .氣壓傳動(dòng)及控制 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1987 38 [10】吳振順 .氣壓傳動(dòng)與控制 .哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1995 [11】徐永生 .氣壓傳動(dòng) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1990, 5