【正文】 however, where some slip is not much of a problem, like in some wheel and track drives. Figure 21 shows the cross sectional shape of each belt. In spite of the warnings on the possibility of problems using variable speed drives, here are some examples of methods of varying the speed and torque by using variable diameter sheaves. Figure 22 (from Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook, as are many of the figures in this book) shows how variable speed drives work. They may have some applications, especially in teleported vehicles. Figure 21 Flat, Oring, and Vbelt profiles and pulleys Figure 22 Variable Belt SMOOTHER DRIVE WITHOUT GEARS 35 The transmission in the motor scooter in Figure 23 is torquesensitive。 在完成設(shè)計(jì)的過程中，遇到了各種各樣自己難以解決的問題，認(rèn)識到了自己知識的 缺憾，從而影響了工作的順利進(jìn)行，所以我每次都及時(shí)向我的指導(dǎo)老師王 30 仲民老師請教，王老師犧牲了他業(yè)余的時(shí)間向我耐心地解答，經(jīng)過老師細(xì)心地指導(dǎo)，這些問題也得到了圓滿的解決，沒有對我的工作造成任何的影響，在此我對王老師表示我衷心地感謝。利用這些模塊可以快速實(shí)現(xiàn)模塊化工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)建。39。1 1879 260RF ?? 39。在另一個工作腔注入油時(shí)，軸 15 則換向轉(zhuǎn)動。向液壓缸 10 的工作腔中注入油，此時(shí)，若向液壓缸一個工作腔注入油，則液壓缸相應(yīng)的另一個腔與排油端相連。襯套 6 上開有緩沖器 5用的槽。 見裝備圖第 2張， 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)體 4 中，在滾動軸承 14 上安裝與齒條 3相嚙合的出輪 17 的軸。為拉出手臂，受壓空氣通過節(jié)流閥進(jìn)入氣缸的活塞腔，而其活塞桿腔與大氣相通。在軸承上安裝帶法蘭的軸 7，在其上用螺母 10固定夾持裝置。從而滿足手臂三個自由度數(shù)的要求。 3 手臂模塊的具體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)只針對工業(yè)機(jī)器人手臂模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采用的工業(yè)機(jī)器人組合形式為 TNTMCNPB2KHP。工業(yè)機(jī)器人輔助機(jī)械模塊有裝料臺、可換夾持器庫和壓緊裝置及其 它用于毛坯和被加工零件的中間存貯和定向，夾持器的更換以及其它輔助功能。 各種結(jié)構(gòu)形式的模塊 工業(yè)機(jī)器人組合模塊設(shè)計(jì)的重要步驟是研制標(biāo)準(zhǔn)化得結(jié)構(gòu)模塊（機(jī)械模塊、信息檢測模塊和控制模塊）和配套件（驅(qū)動裝置的、傳感器的、程序控制裝置的及其它附屬配件和夾具等）下面列出工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)模塊設(shè)定的符號表。這種機(jī)器人可用于機(jī)械加工機(jī)械（如金屬切削機(jī)床）的裝料和卸料、工序之間的傳送裝置和毛坯及零件堆垛、焊接、涂漆、切割、裝配及其它操作等。工業(yè)機(jī)器人的組合式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究正是基于模塊基礎(chǔ)上的有機(jī)集成 (耦合 )和集成基礎(chǔ)上的模塊分解 (解耦 )。其集成不僅是機(jī)械結(jié)構(gòu)按一定坐標(biāo)體系集成，更是控制模塊、伺服模塊與執(zhí)行模塊間的有機(jī)集成。一個用作實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動或是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的部件，要成其為“執(zhí)行模塊”，一般情況下必須具備以下基本功能：在伺服模塊傳送的“物質(zhì)流”驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)動作；以“信息流”方式反映部件自身的位置 (速度 、壓力 )狀態(tài)。環(huán)境對系統(tǒng)的作用為輸入，系統(tǒng)對環(huán)境的作用為輸出。組合式工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)特定的目的而存在，具有一定的功 11 能。構(gòu)成系統(tǒng)的模塊之間具有相互聯(lián)系，這意味著其中的一個模塊發(fā)生變化，都會對其他模塊產(chǎn)生影響，因此，要研究各模塊的影響范圍、影響方式和影響程度。在對各功能模塊分解的基礎(chǔ)上，再將各功能模塊有機(jī)集成到一個系統(tǒng)中去，完成功能模塊的整體集成，最終形成工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。把控制模 塊 、伺服模 塊 、 關(guān)節(jié) 模 塊 、 連 桿模 塊和傳 感器有機(jī) 地結(jié)合 起 來 ， 實(shí)現(xiàn) 整體功能的集成， 就形成模 塊化 工業(yè) 機(jī)器人。因此， 連 桿模 塊 不但要求 簡單 可靠 ，還 必 須 能 夠在 模 塊之間傳遞動 力或信息。 對 于同一 類 型 關(guān)節(jié) 模 塊 可以配用不同的 驅(qū)動 機(jī)構(gòu)，以 適應(yīng) 不同 運(yùn)動學(xué) 與 動 力 學(xué) 的要求。通常由各種 電 機(jī)、集成 減 速機(jī)構(gòu)和控制器等 組 成，主要包括 單 自由度 關(guān)節(jié) 模 塊 、二自由度 關(guān)節(jié) 模 塊 、三自由度 關(guān)節(jié) 模 塊 三種。因此，劃分模 塊 既要 照顧 制造管理方便，具有 較 大的 靈 活性，避免 組 合 時(shí)產(chǎn) 生混 亂 ，又要考 慮 到 該 模 塊 系 列將來的擴(kuò)展和向 專用 、 變 型 產(chǎn) 品的 輻 射?？梢姡诠I(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中，采用組合式、模塊化設(shè)計(jì)思路可以很好地解決產(chǎn)品品種、規(guī)格與設(shè)計(jì)制造周期和生產(chǎn)成本之間的矛盾。這啟發(fā)我們在設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，可充分利用能夠?qū)崿F(xiàn)直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的通用部件 (氣、液、電等 )來進(jìn)行功能組合，也就是說可以將經(jīng)過合適選擇的通用部件作為模塊來進(jìn)行集成。以具備高可靠性的工控機(jī)為核心，控制模塊和伺服模塊可根據(jù)機(jī)器人及相應(yīng)接口設(shè)備的工作要求，綜合運(yùn) 9 用步進(jìn)驅(qū)動技術(shù)、交流伺服控制技術(shù)、微機(jī)氣動控制技術(shù)及變頻技術(shù)等，為機(jī)器人提供了充 分的柔性。能適應(yīng)工廠用戶的急需，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，快速制造出功能實(shí)用的滿足用戶要求的機(jī)器人產(chǎn)品。 綜上所述，工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)總體技術(shù)原理是：在成組技術(shù)指導(dǎo)下，針對多品種小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，面對生產(chǎn)在線的機(jī)臺和單元間的物品移置的工藝要求或是裝配、噴涂等作業(yè)的工藝要求，利用模塊化設(shè)計(jì)手段，選擇質(zhì)量優(yōu)良的控制模塊以及執(zhí)行模塊，按一定的坐標(biāo)體系進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的快速制 造。 (3)高質(zhì)量 ： 能夠生產(chǎn)出質(zhì)量優(yōu)良的機(jī)器人產(chǎn)品，機(jī)器人配置中關(guān)鍵部件必要時(shí)可采用進(jìn)口產(chǎn)品，只有質(zhì)量好的機(jī)器人產(chǎn)品 才能贏得用戶。 組合式工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)思路 目前機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的研究工作從智慧化程度來區(qū)分，主要分 2個方向：一是全功能通用機(jī)器人的研究，追求高智能化，即在計(jì)算機(jī)控制下的視、觸、聽、嗅覺與肢體動作協(xié)調(diào)一致、高度擬人化的機(jī) 器人；二是不過于強(qiáng)調(diào)機(jī)器人的智能化，提供價(jià)格和性能都能令人滿意的簡易型機(jī)器人。 工業(yè)機(jī)器人組合式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究 工業(yè)機(jī)器人自 20世紀(jì) 60年代問世以來，其研究和開發(fā)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中一 8 直備受青睞。 進(jìn)入 80 年代后，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持。 70 年代是世界科技發(fā)展的一個里程碑：人類登上了月球，實(shí)現(xiàn)了金星、火星的軟著陸。示教輸入程序的工業(yè)機(jī)器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人。 工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。 工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動形式分為四種。 由于工業(yè)機(jī)器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)， 70 年代 起，常與數(shù)字控制機(jī)床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。它們通常配備有機(jī)械手、刀具或其它可裝配的 加工工具，以及能夠執(zhí)行搬運(yùn)操作與加工制造的任務(wù) ??1 。模塊的合理劃分與重構(gòu)是機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)的重要研究內(nèi)容。 Tianjin University of Technology and Education 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班級 學(xué)號 ： 機(jī)自 0603— 41 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 副教授 二 〇 一 〇 年 六 月 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人組合模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 三自由度手臂結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì) Design of Modular System to an Industrial Robot —— ThreeDOF Arm Module Design 專業(yè)班級： 機(jī)自 0603 班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 院 別： 機(jī)械工程學(xué)院 2021 年 6 月 3 摘 要 模塊化機(jī)器人系統(tǒng)不僅包括模塊化的機(jī)械硬件， 而且還包括模塊化電氣硬件、控制算法和軟件。手臂包括手臂伸縮模塊、手臂的回轉(zhuǎn)模塊和定位模塊，實(shí)現(xiàn)手臂模塊的三個自由度。 工業(yè) 機(jī)器人 的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作 ??2 。 工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個直角坐標(biāo)移動；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和 伸縮動作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。編程輸入 7 型是將計(jì)算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件，通過 RS232 串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。 具有觸覺或簡單的視覺的工業(yè)機(jī)器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。我國也發(fā)射了人造衛(wèi)星?！捌呶濉逼陂g，國家投入資金，對工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。盡管各國對機(jī)器人的定義不盡相同，但都有可編程、擬人化、通用性等特點(diǎn)，是一種融機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)等多學(xué)科為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。根據(jù)我國的實(shí)際情況，我們認(rèn)為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)開發(fā)的思路應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行考慮： (1)實(shí)用性 ： 應(yīng)能開發(fā)出市場急需的、功能實(shí)用的、滿足用戶要求的機(jī)器人。 (4)低價(jià)格 ： 價(jià)格往往是用戶購置機(jī)器人時(shí)考慮的首要因素。 其明顯的優(yōu)點(diǎn)在于： (1)簡化了結(jié)構(gòu)，兼顧了使用上的專用性和設(shè)計(jì)上的通用性。 (3)提高了性能價(jià)格比。 工業(yè)機(jī)器人組合式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)配置方式及分析 圖 1l列出了幾種常規(guī)的工業(yè)機(jī)器人配置方式，按不同的坐標(biāo)進(jìn)行配置可歸納為以下幾種：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型和平面關(guān)節(jié)型等。這些部件可以作為一個獨(dú)立的基本模塊，也可以將幾個部件組合為一個復(fù)合模塊。工業(yè)機(jī)器人的組合式模塊化設(shè)計(jì)也為機(jī)器人產(chǎn)品快速更新?lián)Q代、提高產(chǎn)品質(zhì)量、方便維修、增強(qiáng)競爭力提供了條件。 總 的 來說 ，劃分前必 須對 系 統(tǒng)進(jìn) 行仔 細(xì) 的、系 統(tǒng)的功能分析和 結(jié) 構(gòu)分析，并要注意以下 幾點(diǎn) ：①模 塊 在整 個系統(tǒng) 中的作用及其更換 的可能性和必要性；②保持模 塊 在功能及 結(jié) 構(gòu)方面有一定的 獨(dú) 立性和完整性；③模 塊間 的接合要素要便于 聯(lián) 接與分離；④模 塊的 劃分不能影 響 系 統(tǒng) 的主要功能??8 。 單 自由度 關(guān)節(jié) 模 塊又可分 為 旋 轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 模 塊和 移 動關(guān)節(jié) 模 塊兩 種。 連 桿模 塊 。 控制模 塊和 伺服模 塊 。 這 種集成 不僅 是機(jī) 械結(jié) 構(gòu)按一定坐 標(biāo) 系集成，更是在控制模 塊 、伺服模 塊聯(lián) 系下的有機(jī)集成。從系統(tǒng)工程角度研究其集成，可見集成的組合式工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)具有以下屬性： 集合性。 整體性。集成并不是簡單地將各組成模塊聯(lián)接起來，而是模塊間的有機(jī)組合 。作為移置機(jī)臺或物品的組合式工業(yè)機(jī)器人，物品對系統(tǒng)的作用為輸入，系統(tǒng)對物品的作用為輸出。具備以上功能，部件才能作為“執(zhí)行模塊”直接參與集成 。只有這樣，形成的整體才稱其為組合式模塊化工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。在此研究基礎(chǔ)上，開發(fā)了用于轎車中立柱噴膠的氣動機(jī)器人，與國外引進(jìn)可用于噴膠的機(jī)器人相比，具有優(yōu)越的性價(jià)比。 功能要求 根據(jù)總體設(shè)計(jì)思路，制定工業(yè)機(jī)器人所需要的功能要求如下： （ 1）移動要求：啟動平穩(wěn)，加速性好 ； （ 2） 機(jī)構(gòu)運(yùn)動要求：對于機(jī)械手的運(yùn)動應(yīng)平穩(wěn)、柔和，避免突然啟動而產(chǎn)生的沖擊，造成不必要的失誤 ； （ 3） 機(jī)械結(jié)構(gòu)自身要求：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要簡潔，執(zhí)行簡單。 見表2 2 2 24所示。由組合模塊構(gòu)成的工業(yè)機(jī)器人各種模塊的技術(shù)水平?jīng)Q定于所選擇的驅(qū)動裝置的類型（液壓的、電液的、電動的或氣動的）和程序控制裝置的類型（循環(huán)控制、數(shù)字控制、點(diǎn)位控制或輪廓控制）。 配置簡圖和模塊的規(guī) 定符號等如表 2 26 所示： 表 25 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)機(jī)構(gòu)模塊 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)模塊 承載系統(tǒng) 可移動車架 （小車） 轉(zhuǎn)動裝置 手腕模塊 機(jī)械手臂 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （夾持器） TN TM CN KH PB2 P 表 26 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)