【正文】 （ 2）第二自由度傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的步驟，第二自由度的負(fù)載小于第一自由度的負(fù)載，在這里估算所受力為 60N，要求帶傳動(dòng)的最高速度為 ，傳送 的功率 為 400W，帶輪轉(zhuǎn)速 100r/min。 （ 1）第一自由度傳動(dòng)部件的選擇： 第一自 由度帶所受到的力主要上摩擦力，由第一自由度的負(fù)載估算為 80kg，在這里估算所受力為 60N，要求帶傳動(dòng)的最高速度為 ，傳送 的功率 估計(jì)為 500W，帶輪轉(zhuǎn)速 100r/min。 圖 31 結(jié)構(gòu)尺寸 傳動(dòng)部件、驅(qū)動(dòng)部件類(lèi)型及主要參數(shù)的選擇 傳動(dòng)部件參數(shù)的選擇 由于選擇了選擇了滾珠絲杠和同步帶傳動(dòng)方式，應(yīng)設(shè)計(jì)滾珠絲杠和同步帶的主要參數(shù)。所以第一自由度的跨度為 800mm,第二自由度的跨度為 300mm。 直角坐標(biāo)機(jī)器人外形尺寸的確定 在設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)的參數(shù)為 。鑒于以上的原因，選擇了電伺服驅(qū)動(dòng)的方式。最高1m/s 控制性能 可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，達(dá)到較高定位精度 低速時(shí)不易控制，定位精度 步進(jìn)、伺服電機(jī)的定位也較高 使用維護(hù)性能 溫度對(duì)介質(zhì)影響大，間接影響工 作性能，會(huì)有不同程度漏油 適合在惡劣條件下工作，排氣噪聲大 使用維護(hù)方便 體積重量 在同樣輸出力的條件下體積小 壓力小，體積大，輸出力小 電機(jī)本身體積小減速裝置體積大 壽命 潤(rùn)滑性能好，壽命長(zhǎng) 空氣無(wú)潤(rùn)滑性，壽命短 壽命較長(zhǎng) 應(yīng)用 適于抓取重量較大的機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 抓取質(zhì)量不易太大，但要求速度快 可適用于程序復(fù)雜運(yùn)動(dòng)要求嚴(yán)格的機(jī)器人 通過(guò)以上的比較可以看出，液壓驅(qū)動(dòng)方式具有輸出力大 、 速度快 、 易控制 、 定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是液壓系統(tǒng)較為復(fù)雜，同時(shí)對(duì)環(huán)境要求高。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式有三種：液壓、電動(dòng)和氣壓。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 直角坐標(biāo)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式的選擇 直角坐標(biāo)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是直接驅(qū)動(dòng)使各運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，對(duì)于機(jī)器人的性能的功能影響很大。在設(shè)計(jì)中選擇了滾珠絲杠傳動(dòng)方式與同步帶傳動(dòng)方式主要是因?yàn)闈L珠絲杠具有精度高、摩擦阻力小、定位精度高，而同步帶具有傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性能好的特點(diǎn)。在這里需要指出的是，兩種結(jié)構(gòu)還存 在 一個(gè)共同的缺點(diǎn)就是一臺(tái)機(jī)器人只能對(duì)應(yīng)唯一的工作空間。一種是門(mén)式直角坐標(biāo)機(jī)器人，另一種是臂式直角坐標(biāo)機(jī)器人。為了使讀者更好的了解直角坐標(biāo)機(jī)器人的 結(jié)構(gòu)，依據(jù) 實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程為主線來(lái)安排本章的結(jié)構(gòu)。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 三 直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本章主要系統(tǒng)的介紹直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程。 通過(guò)以上的分析，同時(shí)考慮本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇回轉(zhuǎn)式手臂和直型 指 的結(jié)構(gòu)。 ⑤手部結(jié)構(gòu) 應(yīng) 能適應(yīng)工作環(huán)境提出的特殊要求。 ③應(yīng)無(wú)可否認(rèn)工件能準(zhǔn)確定心或定位。 （ 2） 對(duì)手 指式手部的基本要求 ①手指加緊力大小適宜，力量過(guò)大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)也龐大，不經(jīng)濟(jì)，甚至損壞工件；力量過(guò) 小 則夾持不 住 或產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。 ③按指端形狀可分為： V 型指，主要夾持圓柱形工件；平面指，夾持方形、板狀和細(xì)小棒類(lèi)工件；其它形狀如圓形、鉤型、尖型及其它與工件相適應(yīng)特型指。無(wú)關(guān)節(jié)指是一個(gè)平指構(gòu)件，固定關(guān)節(jié) 是 指本件是一個(gè)具有固定彎曲角度的構(gòu)件，一般成折線狀。這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形狀小巧，但夾持不同工 件 會(huì)產(chǎn)生定位誤差?；剞D(zhuǎn)型指部的張開(kāi)和閉合靠指根部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 在夾持 不同的圓棒工件時(shí)，不會(huì)引起中心位置的偏移。 （ 1） 手指式手部的分類(lèi) ①按運(yùn)動(dòng)形式可分為平穩(wěn)型和回轉(zhuǎn)型兩種。 手指式手部的工作原理 手指式手部是由手指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng) 裝置 三部分組成，它對(duì)抓取工件的形狀具有較大的適用性，可以抓取軸盤(pán)套類(lèi)零件，一般情況下多采用二指，少數(shù)為三指或多指。 在某種場(chǎng)合，一臺(tái)機(jī)器人可以 備 有多 種 形狀 、 用途和機(jī)能不同的數(shù)種可換手爪。例如，是否使用傳感器，有無(wú)力學(xué)反饋等。 操作性是指手爪能夠抓取的物件的幾何特性，包括極限尺寸形狀以及在抓取不同形式圓棒時(shí)能否保持同一中心線的 同心特性。如果施加一個(gè)較大的軸向外力，工件就可能從手指中滑落出去。 [1] 約束性是指手爪對(duì)工件的約束和握緊程度。例如，當(dāng)確定手部大小、形狀，手指?jìng)€(gè)數(shù)以及動(dòng)作自由度時(shí)，必須考 慮被抓取物件的大小、形狀、重量、材質(zhì)、外力的物理?xiàng)l件以及旋轉(zhuǎn)環(huán)境等。按其抓取方式主要分為以下兩種： [3] 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) （ 1）吸附式 ①空氣負(fù)壓吸盤(pán) ②磁力吸盤(pán) （ 2） 手指式 ①平移式 ②回轉(zhuǎn)式 針對(duì)眾多的結(jié)構(gòu)形式，選擇的方法其實(shí)很簡(jiǎn)單。工作介質(zhì)對(duì)周?chē)鷹l件反映敏感，直接影 響定位精度 氣壓傳 動(dòng) 瞬間產(chǎn)生很大軸向力，傳動(dòng)速度快 對(duì)傳動(dòng)時(shí)間要求不易過(guò)長(zhǎng)，密封困難 通過(guò)以上的分析，在本次設(shè)計(jì)中采用選擇滾珠絲桿傳動(dòng)與同步帶傳動(dòng)方式。 能夠?qū)崿F(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的原理有很多，在機(jī)械產(chǎn)品中得到應(yīng)用的有以下幾種，下表 為 它們之間傳動(dòng)性能 的 比較： 表 21 傳動(dòng)性能對(duì)比表 方案 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 滾珠 絲 杠 傳動(dòng)精度高，且速度平穩(wěn)。由笛卡爾坐標(biāo)系的知識(shí)可知空間中的任意一點(diǎn)可以分別由X、 Y、 Z 方向三個(gè)點(diǎn)的集合來(lái)表示。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 二 直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作 原理 實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的 基本 原理 直角坐標(biāo)機(jī)器人的主要功能就是能夠使得末端執(zhí)行器到達(dá)空間指定位置。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展工業(yè)機(jī)器人得到了更為廣泛的應(yīng)用，特別是直角坐標(biāo)機(jī)器人在數(shù)控加工中心中應(yīng)用十分廣泛，它已經(jīng)成 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 為自動(dòng)化生產(chǎn)的重要組成總部分。其三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)基本原理很相似，在設(shè)計(jì)時(shí)為了使設(shè)計(jì)更加的多樣化，采用不同的傳動(dòng)方式，第一、二自由度采用同步帶傳動(dòng)，而第三自由自由度采用絲 杠 傳動(dòng)。 （ 4） 融入我的設(shè)計(jì)思想使設(shè)計(jì)更具有特色 由于直角坐標(biāo)機(jī)器人相對(duì)其它各類(lèi)的機(jī)器人應(yīng)用較為廣泛，并已是成型的產(chǎn)品，為了培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力，在設(shè)計(jì)時(shí)提出了自己的設(shè)計(jì)思想使結(jié)構(gòu)更 加的合理。 （ 3） 根據(jù)用途運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于在畢業(yè)實(shí)習(xí)的時(shí)候沒(méi)有看到過(guò)直角坐標(biāo)機(jī)器人的具體結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì) CA6140 機(jī)床刀架的觀察和分析，根據(jù)其運(yùn)動(dòng)原理進(jìn)行直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，了解機(jī)器人的基本組成形式，各機(jī)器人都有什么樣的特點(diǎn)，并且在工業(yè)生產(chǎn)中的具體工作形式。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年以來(lái)所學(xué)的知識(shí)的一個(gè)總結(jié)，也是發(fā)揮自己的理論與實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，為以后的工作打下了一個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是在為今后的就業(yè)做一次很好 的 準(zhǔn)備，因此，畢業(yè)設(shè)計(jì)有十分重要的意義。適用 上下 裝卸工件和傳送物料，易于成行排列布置與傳送帶配合使用。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的發(fā)展情況 直角坐標(biāo)機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的一種 ， 它已經(jīng)廣泛的 應(yīng)用 于自動(dòng)化生產(chǎn)中，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)直觀性強(qiáng)，坐標(biāo)方向位置精度容易控制，漂浮物精度較高；制造安裝高速方便，容易實(shí)現(xiàn)數(shù) 字 控制。 ④機(jī)器人的通用性靈活性好，能滿足產(chǎn)品品種迅速變化的要求，更重要的是對(duì)產(chǎn)品品種多樣化，而且是層出不窮，不斷發(fā)展。 ③機(jī)器人動(dòng)作準(zhǔn)確性高，可保證穩(wěn)定的 提高產(chǎn)品質(zhì)量。只有根據(jù)工作環(huán)境條件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選用適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，工業(yè)機(jī)器人就可以在惡劣環(huán)境中工作。 (4)發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的意義 ①機(jī)器人對(duì)外部環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)有害的操 作。而面向先進(jìn)制造環(huán)境的機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)和機(jī)器人加工系統(tǒng)中，不僅有多機(jī)器人的集成，還有機(jī)器人與生產(chǎn)、線周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及人的集成。隨著先進(jìn) 制造技術(shù)的，工業(yè)機(jī)器人已從當(dāng)初的柔性上、下料裝置正在成為高度柔性、高效率和可重組的裝配制造的加工系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。 ④研究機(jī)器人協(xié)作控制。在多品種，小批量生產(chǎn)的柔 性自由行自動(dòng)化生技術(shù)中，要求工業(yè)機(jī)器人對(duì)外部環(huán)境和對(duì)象物體有處適應(yīng)能力，具有一定的“智能”，機(jī)器人的智能化是批機(jī)器人具有感覺(jué)、知覺(jué)等，既有很強(qiáng)的檢測(cè)功能的判斷功能。隨著工業(yè)機(jī)器人作業(yè)精度的 提 高 、 作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化，應(yīng)開(kāi)發(fā)新型微動(dòng)機(jī)構(gòu)保證動(dòng)作精度，開(kāi)發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和手指，研制新型的機(jī)構(gòu)等以適應(yīng)復(fù)雜作業(yè)的需要。若想提高運(yùn)動(dòng)速度的運(yùn)動(dòng)精度，減輕重量和減安裝占用空間，必將導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化的模塊化，以降低制造成本的提高可靠性。 90 年代后半期是實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的商品化，為產(chǎn)業(yè)化奠定打基礎(chǔ)的時(shí)期，目前我國(guó)（指大陸地區(qū)，不包括港、澳、臺(tái)）工業(yè)機(jī)器人 數(shù)量只有約 2500 臺(tái)，還沒(méi)達(dá)到 1997 年新加坡（ 3000 多臺(tái)）的我國(guó)臺(tái)灣省（ 5000 多臺(tái)）的水平產(chǎn)。 90 年代中期，國(guó)家已選擇以焊接機(jī)器人的工程應(yīng)用為重點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，從而迅速掌握焊接機(jī)器人的應(yīng)用工程成套開(kāi)發(fā)技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備制造、工程配套、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行等技術(shù)。經(jīng)過(guò)五年攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)（包括機(jī)械手、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)單元、測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造應(yīng)用的小批量生產(chǎn)的工藝技術(shù)等）的開(kāi)發(fā)，研制出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊的搬運(yùn)等作業(yè)機(jī)器人整機(jī)，幾類(lèi)專用和能耐通用控制系統(tǒng)及幾類(lèi)關(guān)鍵元部件的主要性能指標(biāo)達(dá)到 80 年代初國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水平，并且形成小批量生產(chǎn)能力。在 80年代中期，國(guó)家組織了對(duì)工業(yè)機(jī)器人需求的行業(yè)調(diào)研，結(jié)果表明，對(duì)第一代工業(yè)機(jī)器人的需求主要集中在汽車(chē)行業(yè)（占總需求的 60%～ 70%）。 （ 2）國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展情況 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于 20 世紀(jì) 40 年代初期，經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展，大致可分為 3個(gè)階段： 70 年代的萌芽， 80 年代的開(kāi)發(fā)期， 90 年代的實(shí)用化期。使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與控制更加的準(zhǔn)確穩(wěn)定。日本雖起步較晚，但結(jié)合國(guó)情，面向中小企業(yè)，采取了一系列鼓勵(lì)使用機(jī)器人的措施，其機(jī)器人擁有量很快超過(guò)了美國(guó) ，一舉成為 “機(jī)器人王國(guó) ”。 60 年代隨著傳感技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，工業(yè)機(jī) 器人進(jìn)入成長(zhǎng)期，機(jī)器人開(kāi)始向?qū)嵱没l(fā)展，并被用于焊接和噴涂作業(yè)中。 20 世紀(jì) 50 年代是機(jī)器人的萌芽期，其概念是 “一個(gè)空間機(jī)構(gòu)組成的機(jī)械臂，一個(gè)可重復(fù)編程動(dòng)作的機(jī)器 ”。 [2] 當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展 機(jī)器人發(fā)展的概況 （ 1） 世界機(jī)器人的發(fā)展情況 兩院院士宋健曾 說(shuō)過(guò)： “機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用是本世紀(jì)自動(dòng)控制最有說(shuō)服力的成就， 是當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化 ”。 按用途分為：焊接機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、涂膠（點(diǎn)膠）機(jī)器人、檢測(cè)（監(jiān)測(cè)） 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 機(jī)器人、分揀機(jī)器人、裝配機(jī)器人、排爆機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、特種機(jī)器人等。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用及分類(lèi) 因末端操作工具的不同，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用作各種自動(dòng)化設(shè)備，完成如焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類(lèi)、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。在許多領(lǐng)域中用到機(jī)器人搬運(yùn)，如在汽車(chē)制造、食品包裝、化學(xué)醫(yī)藥、電子器件等。其次是非經(jīng)濟(jì)因素造成的，隨著機(jī)器人作業(yè)能力的增強(qiáng)，它們可以完成更加危險(xiǎn)或不可能完成的工作。由于機(jī)器人作業(yè)變得愈加有效，而勞動(dòng)力成本不斷升高，因此工業(yè)中越來(lái)越多的作業(yè)更適合于應(yīng)用機(jī)器人自動(dòng)化。機(jī)器人不僅越來(lái)越便宜，而且它們?cè)诠I(yè)領(lǐng)域變得更加有效 —— 速度更快、操作更準(zhǔn)確、更富有柔性。 機(jī)器人的使 用量增長(zhǎng)的主要原因是價(jià)格不斷降低。工業(yè)機(jī)器人在 20 世紀(jì)60 年代毫無(wú)疑問(wèn)是一種獨(dú)特的設(shè)備，將其和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助制造（ CAM）系統(tǒng)結(jié)合在一起應(yīng)用，這是現(xiàn)代制造業(yè)自動(dòng)化的最新發(fā)展趨勢(shì)。s development. Key words: Straight line Cartesian coordinate Structure 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 III 頁(yè) 目 錄 摘要 ............................................................................................................................................ I Abstract .................................................................................................................................... II 一 緒 論 .........