【正文】 I、II、III 、IV ，則: IV 輪轉(zhuǎn)速:n 1 =150/s=II、III 輪轉(zhuǎn)速 :n2 =n3 =2n4 ==5r/minI 輪 轉(zhuǎn) 速: n1= in4= =25r/min設(shè)中心距:L,=100mm, L2=250mm 求出設(shè)計功率 Pd由文獻(xiàn)[12]表 查得載荷修正系數(shù) ko=，因?yàn)槲词褂脧埦o輪，又是減速運(yùn)動，故文獻(xiàn)[12]中表 的附加修正系數(shù)均為零。步距角 : 第三自由度步進(jìn)電機(jī)的選擇 絲杠螺母傳動,實(shí)現(xiàn)腕部的升降，設(shè)絲杠軸向承載總和為:Q= N 。設(shè)小臂轉(zhuǎn)速 w2= 150/s，角速度從 0 加到 w2 所需加速時間△t = ，則同步帶應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩為:T2==()=設(shè)安全系數(shù)為 2，同步帶減速比 i=10，同步帶傳動效率為: =85% (單級傳動)。下面估算一下繞機(jī)器人臂的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。 各自由度步進(jìn)電機(jī)的選擇本機(jī)器人前兩個自由度是平面旋轉(zhuǎn)，若軸承是光滑的，則旋轉(zhuǎn)所需的靜轉(zhuǎn)矩比較小。第三關(guān)節(jié)采用了具有自鎖功能的絲杠螺母傳動。第一個關(guān)節(jié)傳動采用小體積、大轉(zhuǎn)矩、高減速比的諧波減速器。又通過以上比較，由于步進(jìn)電機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)，初選上述方案中的步進(jìn)電機(jī)方案進(jìn)行詳細(xì)的計算和選擇，并在此基礎(chǔ)上參考同類機(jī)器人的驅(qū)動方案，最后確定一種適合我國國情的實(shí)施方案。SCARA 機(jī)器人負(fù)載并不大，決定了機(jī)器人必須重量輕(1020Kg)，另外其作業(yè)范圍也不大，所以機(jī)器人必須體積小。但是，其費(fèi)用較高，其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。三倍過載輸出扭矩可以實(shí)現(xiàn)很大的啟動功率，提供很高的響應(yīng)速度。隨著可關(guān)斷晶閘管 GTO，大功率晶閘管 GTR 和場效應(yīng)管MOSFET 等電力電子器件、脈沖調(diào)寬技術(shù)(PWM)和計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使交流伺服電機(jī)在調(diào)速性能方面可以與直流電機(jī)媲美。若使用直流伺服電機(jī)，還要考慮電刷放電對實(shí)際工作的影響。:直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動力矩，相對功率大及快速響應(yīng)等特點(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。位置誤差不會積累 。通常的機(jī)器人驅(qū)動方式有以下四種::可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好，而且成本低廉 。7. 對環(huán)境無污染，噪聲要小。，不產(chǎn)生沖擊。 第一關(guān)節(jié)軸 第二關(guān)節(jié)軸 圖 22 SCARA 機(jī)器人手臂的重量分布該機(jī)器人的基本技術(shù)參數(shù)如下:大臂回轉(zhuǎn) :+900，30 0/s小臂回轉(zhuǎn) :1600，15 0/s手腕升降:l00mm手腕回轉(zhuǎn) :土 1800，60 0/s負(fù)載重量:3 吸盤式 Scara 機(jī)械臂驅(qū)動設(shè)計 機(jī)器人驅(qū)動方案的對比分析及選擇對機(jī)器人驅(qū)動裝置的一般要求如下: ，單位重量的輸出功率(即功率/ 重量比)要高，效率也要高。2 小臂的第二和第三關(guān)節(jié)軸之間的距離為 200 mm，質(zhì)量為 m,(0 .8 k g 左右)，其重心在距離第二關(guān)節(jié)軸 100m m 處。SCARA 機(jī)器人為平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，四個自山度包括大臂、小臂的旋轉(zhuǎn)，腕部的升降及旋轉(zhuǎn)，為了使機(jī)器人的臂轉(zhuǎn)動，所需要的最大轉(zhuǎn)矩是當(dāng)臂呈水平狀態(tài)，如圖 21 所示。，不配光電碼盤。3. 第三個自由度采用絲杠螺母傳動。方案一具有以下特點(diǎn):，適合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，減速比大、體積小、重量輕、精度高、回差小、承載能力大、噪音小、效率高、定位安裝方便，由于使用標(biāo)準(zhǔn)件，價格也不高。 SCARA 機(jī)器人傳動方案的確定根據(jù)課題特點(diǎn)，參考《國內(nèi)典型工業(yè)機(jī)器人圖冊》，初步確定以下方案:圖 21 傳動原理圖 如圖所示:大臂轉(zhuǎn)動采用諧波減速，小臂轉(zhuǎn)動采用二級同步帶減速，升降軸采用絲杠螺母傳動，手腕轉(zhuǎn)動采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動。本 SCARA 機(jī)器人采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，速度要求不高，故減速比可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，只要能滿足轉(zhuǎn)矩即可。要實(shí)現(xiàn) SCARA 機(jī)器人的四個自由度，內(nèi)部零件應(yīng)盡量小巧，結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能緊湊。這樣，結(jié)構(gòu)大大簡化，成本也隨之降低。故機(jī)器人的外形應(yīng)巧妙設(shè)計，部分外殼應(yīng)采用透明材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單明了，另外，機(jī)器人的動作應(yīng)連續(xù)，速度適中。 SCARA 機(jī)器人的特點(diǎn)根據(jù)工作環(huán)境、工作特點(diǎn)等要求，本 SCARA 機(jī)器人應(yīng)具備以下幾個特點(diǎn):，適于觀察。究其原因，除了經(jīng)濟(jì)因素的制約外，很重要的一點(diǎn)是有關(guān)機(jī)器人的教育跟不上，知道機(jī)器人的人很多，但真正了解、懂機(jī)器人的人少而又少，這就使我國的機(jī)器人發(fā)展缺乏智力支持，加強(qiáng)機(jī)器人技術(shù)教育，緩解人才危機(jī)迫在眉睫。在應(yīng)用方面，一汽等大型企業(yè)己開始使用機(jī)器人自動化生產(chǎn)線。1972 年我國開始研制機(jī)器人，但發(fā)展緩慢，受經(jīng)濟(jì)、觀念等因素的制約，基本沒有什么應(yīng)用，直到 1986 年，沈陽機(jī)器人研究所成立，中國的機(jī)器人才向?qū)嵱秒A段發(fā)展。隨 著 社 會需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步，裝配機(jī)器人將會得到迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，將是推動裝配機(jī)器人發(fā)展的直接動力。家用電器及儀器儀表的組裝作業(yè) :小型電器開關(guān)、接觸器等電器產(chǎn)品的組裝作業(yè)。其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娮与姎鈽I(yè)、家用電器業(yè)、精密機(jī)械業(yè)。拒統(tǒng)計資料介紹，在這些裝配機(jī)器人中，平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人是應(yīng)用數(shù)量最多且較為廣泛的一種裝配機(jī)器人。2 SCARA 機(jī)器人的研究意義和原理設(shè)計 SCARA 機(jī)器人的研究意義目前，國外已有各種專用和通用的裝配機(jī)器人在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，主要類型大致有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型三大類。 SCARA 機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)數(shù)學(xué)模型，得到了運(yùn)動學(xué)方程的正解和反解，并在運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)上，求得了 SCARA 機(jī)器人的雅可比矩陣。該論文涉及計算機(jī)技術(shù)、電子、機(jī)械、檢測技術(shù)及傳感器技術(shù)等多學(xué)科的知識，主要完成了以下的工作:，用 AutoCAD 等計算機(jī)圖形輔助設(shè)計軟件完成了 SCARA 機(jī)器人的機(jī)械本體結(jié)構(gòu)設(shè)計。該機(jī)器人的突出特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)承載能力強(qiáng)，具有較好的通用性，重復(fù)定位精度高，動作速度快，應(yīng)用范圍廣。 本文的研究內(nèi)容SCARA 機(jī)器人為平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，一般采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，控制簡單，編程方便。綜上所述，我國機(jī)器人發(fā)展已跨過了起步階段，走上了進(jìn)步和發(fā)展的道路。進(jìn) 入 90 年代，在國內(nèi)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動下，確定了特種機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程并重、以應(yīng)用帶動關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展方針，實(shí)現(xiàn)了高技術(shù)發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場的密切銜接，研制出有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人系列產(chǎn)品，并小批試產(chǎn)，完成了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，建立了 9 個機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地和 7 個科研基地。而各工程中心_L 作的側(cè)重點(diǎn)又有所不同:東北地區(qū)以特種機(jī)器人、水下機(jī)器人開發(fā)為 L,華北地區(qū)以噴漆 Y1lt 人、焊接機(jī)器人開發(fā)為主，華東地區(qū)以搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、移動機(jī)器人開發(fā)為主。經(jīng)過近 20 年努力，特別是經(jīng)過“七 11.”攻關(guān)、“ 863”計劃，取得了一批重要成果，掌握了機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、機(jī)器人語言等技術(shù)。它經(jīng)歷了第一代工業(yè)機(jī)器人的研究、實(shí)用化、普及，第二代感知功能機(jī)器人的研究、實(shí)用化，以及第三代智能機(jī)器人的研究等各個階段。智能機(jī)器人的研究是一個艱巨而又廣泛的問題，隨著研究的不斷深入，相關(guān)科學(xué)的飛速發(fā)展(如第五代智能計算機(jī))，具有智能的機(jī)器人在不久的將來一定會出現(xiàn)。智能機(jī)器人被人們稱為第三代機(jī)器人，它是能利用感覺和識別功能做決策行動的機(jī)器人。在機(jī)器人視覺、觸覺研究的同時，機(jī)器人其他感覺功能的開發(fā)也已經(jīng)開始，對機(jī)器人的接近覺、聽覺、滑覺以及會話等功能都進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果。與第一代示教再現(xiàn)型機(jī)器人不同，第二代機(jī)器人是具有感覺功能的適應(yīng)控制機(jī)器人。正是由于這個機(jī)械手具有了編程示教再現(xiàn)功能，因此許多人把它作為現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生的標(biāo)志。1954 年，美國的 Gee Devol首先把遠(yuǎn)程控制器的桿結(jié)構(gòu)與數(shù)控銑床的伺服軸結(jié)合起來，研制出了第一臺通用機(jī)械手。機(jī)器人對于改善勞動條件、減少安全事故，減少人受危險環(huán)境的傷害等方面都有顯著的效果。因此，用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式難以滿足人們的需求，當(dāng)前柔性制造系統(tǒng)的飛速發(fā)展正是適應(yīng)了這種發(fā)展趨勢，而機(jī)器人是柔性系統(tǒng)中不可缺少的提高勞動生產(chǎn)率的關(guān)鍵設(shè)各。機(jī)器人工作抗干擾能力強(qiáng)，一心一意按所編程序工作，動作精度、重復(fù)精度高，因此能保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量?？傊?，機(jī)器人的應(yīng)用面相當(dāng)廣泛，機(jī)器人的工作特點(diǎn)是在計算機(jī)控制下離開人的干預(yù)進(jìn)行各項(xiàng)工作。在建筑中，己有一種爬壁機(jī)器人可用來修理墻面，擦洗窗戶。在放射性環(huán)境中，如在核電站里，機(jī)器人可用來檢查、修復(fù)管道、閥門等，如日本東芝公司研制的一種蛇形機(jī)器人，具有八個關(guān)節(jié)，可以在狹小的空間里操作，臂長達(dá) 米，臂頂端裝有電視攝像機(jī)。在海洋開發(fā)方面，美國曾用 Curv 號有纜水下機(jī)器人成功地從西班牙附近 900 米深的海底打撈一顆因 B52 轟炸機(jī)失事掉入水中的氫彈。某些飛機(jī)機(jī)身、機(jī)艙的噴漆作業(yè)，發(fā)動機(jī)零部件等離子噴涂也采用了機(jī)器人。PUMA機(jī)器人是一種典型的裝配機(jī)器人，有 6 個自由度，關(guān)節(jié)式，直流伺服電機(jī)驅(qū)動，微機(jī)控制點(diǎn)位或連續(xù)軌跡，用 VAL 語言示教編程，其手腕機(jī)構(gòu)具有順應(yīng)性，可克服裝配中的誤差。搬運(yùn)物料的作業(yè)包括為機(jī)床上下料，為自動生產(chǎn)線轉(zhuǎn)運(yùn)工件，搬運(yùn)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床一起組成柔性加工系統(tǒng)，一條柔性生產(chǎn)線可配置幾臺至十幾臺搬運(yùn)機(jī)器人，典型的搬運(yùn)機(jī)器人是 T3 和 Funac 機(jī)器人。Unimate, Motoman, ASEA 等都是典型的焊接機(jī)器人。傳統(tǒng)的點(diǎn)焊機(jī)雖然可以減輕人的勞動強(qiáng)度，焊接質(zhì)量也較好，但它適宜少品種大批量的生產(chǎn)環(huán)境，其夾具和焊槍位置不能隨零件的改變而變化，而點(diǎn)焊機(jī)器人可通過重新編程來調(diào)整空間點(diǎn)位，滿足不同零件的需要，故特別適宜于小批量多品種的生產(chǎn)環(huán)境。產(chǎn)業(yè)部門應(yīng)用最多的當(dāng)推汽車工業(yè)和電子工業(yè)，在金屬加工、塑料成型、機(jī)械制造等行業(yè)也有普遍應(yīng)用，并逐漸向纖維加工、食品工業(yè)、家用產(chǎn)品制造等行業(yè)發(fā)展。包括: 模式識別能力、規(guī)劃決策能力、知識庫、專家系統(tǒng)、人機(jī)交互能力等。(3)第三代機(jī)器人即智能機(jī)器人。60 年代以來，工業(yè)中實(shí)際應(yīng)用的絕大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都屬于第一代機(jī)器人，它包括可編程序(用于上下料)的工業(yè)機(jī)器人，具有記憶裝置的示教再現(xiàn)型機(jī)器人，數(shù)控型搬運(yùn)機(jī)器人等。按驅(qū)動方式可分為液壓驅(qū)動式、氣動式、電力驅(qū)動式(這是目前用得最多的一類)。(2)連續(xù)軌跡控制(CP) 機(jī)器人機(jī)器人的各關(guān)節(jié)同時作受控運(yùn)動，準(zhǔn)確控制機(jī)器人末端執(zhí)行器按預(yù)定的軌跡和速度運(yùn)動，并能控制末端執(zhí)行器沿曲線軌跡上各點(diǎn)的姿態(tài)。(1)點(diǎn)位控制(PTP)機(jī)器人就是由點(diǎn)到點(diǎn)的控制方式，這種控制方式只能在目標(biāo)點(diǎn)處準(zhǔn)確控制機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，完成預(yù)定的操作要求。球坐標(biāo)型。、坐標(biāo)系特點(diǎn)分類按機(jī)械結(jié)構(gòu)、坐標(biāo)系特點(diǎn)可分為直角坐標(biāo)型。(2)采掘機(jī)器人如海洋探礦機(jī)器人等。2)可編程序的通用機(jī)器人工作程序可變，以適應(yīng)不同的工作對象，通用性強(qiáng)，適合于以多品種、中小批量生產(chǎn)為特點(diǎn)的柔性制造系統(tǒng)中。這種機(jī)器人(機(jī)械手) 多為氣動或液動，用行程開關(guān)、機(jī)械擋塊來控制其工作位置。 機(jī)器人的分類目前世界各國對處于發(fā)展階段的機(jī)器人還沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，大致有以下幾種分類方法。它主要由兩部分組成，一部分為感覺系統(tǒng)( 硬件 )，主要靠各類傳感器來實(shí)現(xiàn)其感覺功能。如果沒有反饋控制，就是較簡單的開環(huán)控制。控制裝置包括檢測(如傳感器)和控制(如計算機(jī))兩部分，可用來控制驅(qū)動單元，檢測其運(yùn)動參數(shù)是否符合規(guī)定要求，并進(jìn)行反饋控制。驅(qū)動形式不同，傳動裝置也有所不同。它是由驅(qū)動器、減速器、檢測元件等組成的組件，是用來為操作機(jī)各部件提供動力和運(yùn)動的裝置。(4)機(jī)座有時稱為立柱，是工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中相對固定并承受響應(yīng)力的基礎(chǔ)部件。(3)手臂它由操作機(jī)的動力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成，是用于支承和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器位置的部件。(2 )手腕是支承和調(diào)整末端執(zhí)行器姿態(tài)的部件，主要用來確定和改變末端執(zhí)行器的方位和擴(kuò)大手臂的動作范圍，一般具有23個回轉(zhuǎn)自由度以調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)。通常由下列部分構(gòu)成。 機(jī)器人的構(gòu)成及分類 機(jī)器人的構(gòu)成一個機(jī)器人系統(tǒng)，一般由操作機(jī)、驅(qū)動單元、控制裝置和為使機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)而要求的外部設(shè)備組成。機(jī)器人技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，但是歸納起來是機(jī)械學(xué)和微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。比如，更換機(jī)器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)(FMS)中的一個重要組成部分。 機(jī)器人的特點(diǎn)機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)有以下幾個:。對不同任務(wù)和特殊環(huán)境的適應(yīng)性，也是機(jī)器人與一般自動化裝備的重要區(qū)別。隨著人們對機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識的加深，機(jī)器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動的各個領(lǐng)域滲透。我國科學(xué)家對機(jī)器人的定義是:“機(jī)器人是一種自動化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一