【正文】 的軟硬件方面應(yīng)盡可能地增加有關(guān)功能，以確保安全。g、 示教作業(yè)時應(yīng)降低工業(yè)機器人的運動速度，并且要另有一人專門監(jiān)護，一但發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停機。如運轉(zhuǎn)、調(diào)試、停止等。當(dāng)操作者在此處上、下料或裝卡工作時，控制系統(tǒng)要有相應(yīng)的安全對策。按下此開關(guān)，工業(yè)機器人和有關(guān)的設(shè)備立即停止運轉(zhuǎn)。這時，工業(yè)機器人及周邊設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，并且將工業(yè)機器人鎖定在示教模式。b、 在護欄出入口的門上必須設(shè)置插拔式電接點點開關(guān)，其插座有導(dǎo)線與控制系統(tǒng)的電路連接。 對工業(yè)機器人應(yīng)用工程的安全要求有如下幾條：a、 必須為工業(yè)機器人和周邊設(shè)備安裝安全護欄，以防止人靠近而造成傷害。這是工業(yè)機器人安全管理的最為重要的一條原則。 安全要求 工業(yè)機器人能代替人在危險有害的環(huán)境中作業(yè)。在工業(yè)機器人的生產(chǎn)廠家，有嚴(yán)格的管理規(guī)定和詳盡的技術(shù)保障體系。41 機器人控制系統(tǒng)框圖 硬件電路的組成 圖31是采用MCS51系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。還可以連接軟驅(qū)，CRT終端。第二級機負(fù)責(zé)位置伺服控制軟件的計算，位置檢測等工作，根據(jù)插補算出的各關(guān)節(jié)位置增量做位置給定。 計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計方案 控制系統(tǒng)采用二級計算機控制方式，選用IBMPC，80C51系列CPU。所以工業(yè)機器人的動作是通過示教—存儲—再現(xiàn)的過程實現(xiàn)的。B、存儲和示教功能 要使機器人具有完成預(yù)定作業(yè)的功能，須先將要完成的作業(yè)示教給機器人，這個操作過程稱為示教，將示教內(nèi)容記錄下來，稱為存儲。這種連續(xù)軌跡運動，可看成是若干密集軌跡曲線。而對達(dá)到目標(biāo)點的運動軌跡（包括移動的路徑和運動的姿態(tài)）則不作任何規(guī)定，這種控制方式易于實現(xiàn)，但不易達(dá)到較高的定位精度，適用于上下料、搬運、點焊和在電路板上安插元件等只要求在目標(biāo)點保持末端執(zhí)行器準(zhǔn)確的位姿的作業(yè)中。A、實現(xiàn)對位姿、速度、加速度等的控制功能 在機器人的各類作業(yè)中，運動和控制方式主要有兩種。在運動中或在規(guī)定的某點位執(zhí)行作業(yè)規(guī)定的操作。控制系統(tǒng)的功能是控制機器人操作機的運動和操作以滿足作業(yè)的要求。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般要用計算機來實現(xiàn)。 這種聯(lián)軸器定心性好，承載能力高，傳遞功率大、轉(zhuǎn)速高、使用壽命長，具有過載保護能力，能在受振動和沖擊載荷等惡劣環(huán)境下連續(xù)工作，安裝、使用和維護方便，作用于系統(tǒng)中的載荷小、噪聲低。圖212所示為采用錐環(huán)（錐環(huán)夾緊環(huán)）無鍵消隙聯(lián)軸器，可使動力傳遞沒有反向間隙。 型號XB18010023/3機型號100，既柔輪的公稱內(nèi)徑為80mm減速比100 三大件訂貨精度等級，最大空回小于3分（角）/最大傳動誤差小于3分（角） 聯(lián)軸器的選擇該機構(gòu)利用錐環(huán)對之間的磨擦實現(xiàn)與轂之間的無間隙連接傳遞轉(zhuǎn)矩，且可任意調(diào)節(jié)兩面聯(lián)接件之間的角度位置。本設(shè)計中的諧波齒輪采用帶杯形柔輪的諧波傳動組合件。傳動比小于35時不能采用諧波傳動。在承載能力和傳動比相同的條件下，比一般齒輪減速器的體積和重量約減少1/2～1/3。c、 運動誤差小，無沖擊，齒的磨損小，傳動精度高，傳動平穩(wěn)。b、 這種傳動同時嚙合的齒數(shù)多，可達(dá)總齒數(shù)的30%～40%。一級諧波齒輪減速比可以在50～500之間，在只傳遞運動的裝置中可達(dá)1000。mm 磨擦系數(shù)f = , 當(dāng)量磨擦角 = ，剪切彈性模量 G= N/mm2所以：= + = μm 其中，危險截面= ，E = 每米螺桿長度上的螺矩的彈性變形 = = /m ()p = 15/m因為滾球絲桿精度要求為3級精度，由表158查得()p = 15/m所以其剛度滿足要求。38′ 螺桿不長，無需驗算穩(wěn)定性。 A、 計算載荷 Fc = 查機電液設(shè)計手冊 上冊，表1521得 = ， = ，= ， = 1 Fc = = = 1771 N = = = 19559 N B、 選擇滾珠絲桿副的型號主要尺寸為： 按= 19559N，查《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》表29，選用漢江機床廠C1型滾珠絲杠。 軸承的選取 a、環(huán)形軸承3作為機座的支承原件，是為機器人研制的專用軸承，具有寬度小、直徑大、精度高、剛度大、承載能力高（可承受徑向力、軸向力和傾覆力矩）、裝置方便等特點價格高。查看《機電綜合設(shè)計指導(dǎo)》圖222 P36，從90BF001運行矩頻特性圖中，可知：快進(jìn)力矩＝對應(yīng)的允許快進(jìn)頻率；所以,所用的電機都滿足快速進(jìn)給運行矩頻特性要求?？爝M(jìn)力矩的計算公式： 見《機電綜合設(shè)計指導(dǎo)》公式（237）P37式中： 為附加摩擦力矩， 為快進(jìn)時，折算到電機軸上的摩擦力矩。D、運行矩頻特性校核步進(jìn)電機的最高快進(jìn)運行頻率可按下式計算： 見《機電綜合設(shè)計指導(dǎo)》公式（236）P36式中：為運動部件最大快進(jìn)速度。查看《機電綜合設(shè)計指導(dǎo)》圖221 P36，從90BF001矩特性圖中，可查得：縱向：空載啟動力矩＝對應(yīng)的允許啟動頻率。在一段時間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。突跳啟動很少使用。所以，步進(jìn)電機所需空載啟動力矩：初選電機型號應(yīng)滿足步進(jìn)電機所需空載啟動力矩小于步進(jìn)電機名義啟動轉(zhuǎn)矩，即 見《機電綜合設(shè)計指導(dǎo)》公式（231）P32從上式可知電機初步滿足要求。（2）、空載摩擦力矩 見《機電綜合設(shè)計指導(dǎo)》公式（234）P35式中：為運動部件的總重量；為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；齒輪傳動降速比；為傳動系數(shù)總效率，取＝；為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程。所以，步進(jìn)電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。所以： （5）系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算B、驗算矩頻特性步進(jìn)電機最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機的定位轉(zhuǎn)矩，從《機電綜合設(shè)計指導(dǎo)》表221中查得。（1）、電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量的折算由《機電綜合設(shè)計指導(dǎo)》表218查出=㎏?cm2（2）、聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量的折算 式中：為圓柱質(zhì)量（Kg），D為圓柱體直徑（cm）,L為圓柱體長度。由于傳動系統(tǒng)的各傳動部件并不都與電機軸同軸線，還存在各傳動部件轉(zhuǎn)動慣量向電機軸折算的問題。cm)最高空載啟動頻 率/HZ運行頻率/HZ轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量10Kg）電壓/V最大靜轉(zhuǎn)矩/N初選電機為BF反應(yīng)式步進(jìn)電機，型號為：90BF001。1——支座，2——步進(jìn)電機，3——諧波齒輪，4——轉(zhuǎn)動機座5——支承工字梁，6——滾珠絲杠，7——導(dǎo)向柱，8——錐環(huán)無鍵聯(lián)軸器 圖310 腰部和基座結(jié)構(gòu)圖 1——支座，2——電機，3——軸承，4——帶傳動，5——殼體6——位置傳感器，7——柔輪，8——波發(fā)生器，9——剛輪 圖311 環(huán)形軸承的機器人機座 步進(jìn)電機的選取 工業(yè)機器人的旋轉(zhuǎn)和上下移動采用了步進(jìn)電機驅(qū)動，下面就給出各種驅(qū)動方式的比較，以作為選取步進(jìn)電機作為驅(qū)動方式的依據(jù)。由柔輪7輸出低速的回轉(zhuǎn)運動帶動與之固聯(lián)的機座回轉(zhuǎn)殼體5實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動。它由電動機2直接驅(qū)動一杯形柔輪諧波減速器。支撐梁采用槽鋼，以減輕重量和節(jié)省材料，它的結(jié)構(gòu)如圖210。 腰部和基座設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計 通過安裝在支座上的步進(jìn)電機和諧波齒輪直接驅(qū)動轉(zhuǎn)動機座轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)運動，通過安裝在頂部的步進(jìn)電機和聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動實現(xiàn)手臂的上下移動。LAC=0求得支反力為： R1= R2= 以A點為坐標(biāo)原點，得剪力圖和彎矩圖如下：由[]表得活塞桿[τ]=140MPa, [σ]=240MPa.則在B處橫截面上的剪應(yīng)力為：τB= RB/A= 安全。LBC=0 ΣMA=0 R2由靜力平衡方ΣMB=0 R1 表33 冶金設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓油技術(shù)規(guī)格缸 徑 /mm活塞桿直徑 /mm油口直徑速度比通徑/mm聯(lián)接螺紋 2 50283610 活塞桿的強度校核末端執(zhí)行器的重量為：。圖38 手臂結(jié)構(gòu)圖選用軸向腳架型液壓缸，活塞桿末端為外螺紋結(jié)構(gòu)，手臂與末端執(zhí)行器連同活塞桿一起轉(zhuǎn)動。 本設(shè)計中手臂由滾珠絲杠驅(qū)動實現(xiàn)上下運動，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，還設(shè)計有兩根導(dǎo)柱導(dǎo)向，以防止手臂在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)動，確保手臂隨機座一起轉(zhuǎn)動。d、 要設(shè)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。 手臂機構(gòu)的設(shè)計 手臂的設(shè)計要求a、 手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機器人完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求b、 根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點，合理選擇手臂截面形狀和高強度輕質(zhì)材料。工件與彈簧片間的力：由上節(jié)可知F=100N。 彈性爪的強度校驗 彈性爪的結(jié)構(gòu)形式如圖37： 圖37 彈性爪結(jié)構(gòu)圖 這種結(jié)構(gòu)是在手爪外側(cè)用螺釘固定彈簧板兩端固定。由《液壓系統(tǒng)設(shè)計》可查得：=～, 所以由以上計算可知液壓缸能產(chǎn)生的推力F=565N大于夾緊工件所需的推力P=500N。所以 取N=100（N）由《機械制造裝備》式460可知驅(qū)動力的計算公式為： 為斜面傾角，為傳動機構(gòu)的效率，這里為平摩擦傳動，查《機械零件手冊》表22 這里取 , b=,c=29mm。圖34 末端執(zhí)行器 液壓油缸的選擇和夾緊力的校驗a． 初選油缸型號 考慮到所要夾持的是很小的薄壁零件，最大工作載荷很小，故初選液壓缸型號為YHG1C40/2225LF2HL1Q，它的主要技術(shù)參數(shù)如表22。內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器采用四連桿機構(gòu)傳遞撐緊力，即當(dāng)液壓缸1工作時，推動推桿2向下運動，使兩鉗爪3向外撐開，從而帶動彈性爪4夾緊工件。e. 根據(jù)應(yīng)用條件考慮通用性。c. 應(yīng)能保證工件在末端執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)準(zhǔn)確定位。b. 末端執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)有一定的開閉范圍。手部抓持工件的迅速、準(zhǔn)確和牢靠程度都將直接影響到工業(yè)機械手的工作性能，它是工業(yè)機械手的關(guān)鍵部件之一。 圖33 表31機器人開機，處于A位工步一手臂上升工步二，工步七，工步十三旋轉(zhuǎn)至B位工步三手臂伸出工步四, 工步十手臂下降工步五，工步十一夾緊工件工步六手臂收縮工步八，工步十四旋轉(zhuǎn)至C位工步九放松工件工步十二實現(xiàn)運動過程中的各工步是由工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)和各種檢測原件來實現(xiàn)的，這里尤其要強調(diào)的是機器人對工件的定位夾緊的準(zhǔn)確性，這是本次設(shè)計成敗之關(guān)鍵所在。它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的工作條件下，機體占體積小，而運動范圍大。 b．機器人的工作空間和機械結(jié)構(gòu)類型 （1）工作空間 工作空間是指機器人正常運行時，手部參考點能在空間活動的最大范圍，是機器人的主要技術(shù)參數(shù)，工作空間圖如圖32。圖31 機構(gòu)簡圖a．工業(yè)機器人的運動自由度 所謂機器人的運動自由度是指確定一個機器人操作位置時所需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，它是表示機器人動作靈活程度的參數(shù)。步進(jìn)電機驅(qū)動 單片機控制腰部機構(gòu)長680mm，伸縮運動，升降范圍450mm，步進(jìn)電機驅(qū)動 單片機控制手臂機構(gòu)長826mm，伸縮運動，伸縮范圍50mm，液壓缸驅(qū)動 行程開關(guān)控制末端執(zhí)行器液壓缸驅(qū)動 行程開關(guān)控制第3章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計 工業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析 機器人的運動概述 工業(yè)機器人的運動，可從工業(yè)機器人的自由度，工作空間和機械結(jié)構(gòu)類型等三方面來討論。 本設(shè)計中的三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機器人的有關(guān)技術(shù)參數(shù)見表11。F、 定位精度和重復(fù)定位精度：定位精度和重復(fù)定位精度是衡量機器人工作質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。/s，一般為50186。它與抓取重量、定位精度等參數(shù)密切有關(guān)，互相影響。E、 運動速度：是反映機器人性能的重要參數(shù)。D、 運動行程范圍：指執(zhí)行機構(gòu)直線移動距離或回轉(zhuǎn)角度的范圍，即各運動自由度的運動量。B、 抓取工件的極限尺寸：抓取工件的極限尺寸是用來表明機器人抓取功能的技術(shù)參數(shù)，它是設(shè)計手部的基礎(chǔ)。主要技術(shù)參數(shù)有如下：A、 抓取重量：抓取重量是用來表明機器人負(fù)荷能力的技術(shù)參數(shù)，這是一項主要參數(shù)。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機器人，利用步進(jìn)電機驅(qū)動和諧波齒輪傳動來實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)運動；利用另一臺步進(jìn)電機驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實現(xiàn)上下運動；考慮到本設(shè)計中的機器人工作范圍不大，故利用液壓缸驅(qū)動實現(xiàn)手臂的伸縮運動；末端夾持器則采用內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動夾緊。這兩項功能實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的伺服控制驅(qū)動。零件材料：45鋼。原始數(shù)據(jù)：自動線上有Ａ，需設(shè)計工業(yè)機器人將一零件從A帶送到B帶。D、 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機構(gòu)的運動情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進(jìn)行比較，以保證運動符合要求。常用的機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。（4） 機身：是