【正文】 人中應用范圍 動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機器人、點焊機器人和托運機器人 動、精度要求較低的有限點位程序控制機器人，如沖壓機器人本體的氣動平衡及裝配機器人氣動夾具 求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機器人，如 AC 伺服噴涂機器人、點焊機器人、弧焊機器人、裝配機器人等 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復雜 機器人驅動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點，通常對機器人的驅動系統(tǒng)的要求有： 1）．驅動系統(tǒng)的質量盡可能要輕，單位質量的輸出功率要高，效率也要高； 2）．反應速度要快，即要求力矩質量比和力矩轉動慣量比要大，能夠進行頻繁地起、制動，正、反轉切換； 3）．驅動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??； 4）．安全可靠； 5）．操作和維護方便； 6）．對環(huán)境無污染，噪聲要??； 7）．經(jīng)濟上合理，尤其要盡量減少占地面積。這三種方法各有所長，各種驅動方式的特點見表 21 表 21 三種驅動方式的特點對照 內容 驅動方式 山東大學機電一體化工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 9 液壓驅動 氣動驅動 電 機 驅動 輸出功率 很大，壓力范圍為50～ 140Pa 大， 壓 力 范 圍 為48～ 60 較大 控制性能 利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級調速，反應靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應靈敏，可實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復雜 響應速度 很高 較高 很高 結構性能及體積 結構適當，執(zhí)行機構可標準化、模擬化，易實現(xiàn)直接驅動。 如 21 圖所示其為兩傳送帶上的工件搬運：工件經(jīng) 流水線 1 運送至指定位置，機械手在規(guī)定時間內把工件沿弧線 3 搬運到 流水線 2 上，再有 流水線 2 將工件運走。 山東大學機電一體化工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 8 第 2 章 工業(yè)機器人的總體設計 工業(yè)機器人總體方案擬定 本設計為三自由度工業(yè)機器人，其工作方向為兩個直線方向和一個旋轉方向。 山東大學機 電一體化工程專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 7 4）大力開展國 內合作，利用國內技術優(yōu)勢，開發(fā)具有中國技術特色的國產(chǎn)機器人產(chǎn)品。 2）消化和利用國外機器人技術、資料、樣機和關鍵元器件，為我所用。 3．機器人開發(fā)走開放型科研之路 國內通過 “ 七五 ” 機器人技術攻關，已具備了生產(chǎn)國產(chǎn)機器人的基礎，但國產(chǎn)機器人無論在技術上，還是可靠性上，都與國外機器人差相當一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開放型的自主科研道路。我國國內機器人生產(chǎn)廠家規(guī)模大都較小，甚至談不上規(guī)模，而國內一般企業(yè)又沒有能力將機器人有效地集成到生產(chǎn)系統(tǒng)中去，因此，那些進行系統(tǒng)集成并向用戶提供一條龍服務的公司，在機器人市場中將有較強的競爭力。國外許多中小公司把自己的市場定位在機器人系統(tǒng)集成或某些有特長領域，從而形成自己的局部優(yōu)勢，在市場中求得生存和發(fā)展，如奧地利 IGM 公司以向用戶提供大型機器人焊接系統(tǒng)著稱，機器人在系統(tǒng)中只占售價的 1/3 左右， 賣單臺機器人贏利甚微，而賣機器人系統(tǒng)卻贏利可觀。這些合資合作的開展，將會有效地推動中國機器人工業(yè)的進步，全面促進中國機器人工業(yè)水平的提高，但是它也會和其他外國機器人公司一樣，沖擊 中國機器人市場，影響具有自主開發(fā)能力的中國機器人產(chǎn)業(yè)的形成，也會使國內其他的機器人生產(chǎn)廠家面臨一種嚴峻的挑戰(zhàn)。 機器人 發(fā)展趨勢 國內各行各業(yè)對機器人的需求將越來越多，國內市場將穩(wěn)步增長，根據(jù)目前的現(xiàn)狀，我國機器人近幾年發(fā)展的形式將會怎樣呢？根據(jù)我們的分析將會呈現(xiàn)如下幾個特點： 1．從國際市場來看，機器人工業(yè)是一種高投入低贏利的產(chǎn)業(yè)，市場競爭極為激烈，機器人工業(yè)必須上一定規(guī)模才有利潤可言，才有必需的開發(fā)投入，才能走上良性循環(huán)的發(fā)展道路。 我國雖然開始研制工業(yè)機器人僅比日本晚 56 年，但是由于種種原因，工業(yè)機器人技術的發(fā)展比較慢。很快研制出國產(chǎn)化機器人，技術水平很快趕上美國并超過其他國家。就日本來說， 1967 年，日本豐田織機公司 引進美國的“ Versatran” ,川崎重工公司引進“ Unimate”，并獲得迅速發(fā)展。麻省理工學院研制了具有有“手眼”系統(tǒng)的高識別能力微型機器人。據(jù)當時統(tǒng)計，美國大約 200 臺工業(yè)機器人，工作時間共達 60 萬小時以上，與此同時，出現(xiàn)了所謂了高級機器人，例如：森德斯蘭德公司（ Sundstrand）發(fā)明了用小型計算機控制 50 臺機器人的系統(tǒng)。 19701972 年，工業(yè)機器人處于技術發(fā)展階段。這一時期，工業(yè)機器人在美國進入應用階段，例如，美國通用汽車公司 1968 年訂購了 68 臺工業(yè)機器人； 1969 年該公司又自行研制出 SAM 新工業(yè)機器人，并用 21 組成電焊小汽車車身的焊接自動線；又如，美國克萊斯勒汽車公司 32 條沖壓自動線上的 448 臺沖床都用工業(yè)機器人傳遞工件。 1967 年，該公司生產(chǎn)的工業(yè)機器人定型為 1900 型。 山東大學機 電一體化工程專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 5 美國工業(yè)機器人技術的發(fā)展，大 致經(jīng)歷了以下幾個階段： （ 1） 19631967 年為試驗定型階段。修改封閉系統(tǒng)的代價是非常昂貴的，如果不進行重新設計，多數(shù)情況下技術上是不可能的。研究人員為了提高機器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機器人系統(tǒng)具有開放結構和集成各種外部傳感器的能力。制造業(yè)要求機器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強大的編程環(huán)境，適應不同的應用場合和多品種、小批量的生產(chǎn)過程。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機器人本身的損壞。 在國外機械制造業(yè)中 ，工業(yè)機器人應用較多，發(fā)展較快。 目前，工業(yè)機器人主要用于裝卸、搬運、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 隨著工業(yè)機器人研究制造和應用領域不斷擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。 第三代機器人（機器人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它設有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。 目前工業(yè)機器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進行控制；控制方式則為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是降低成本和提高精度。 日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快、應用最多的國家。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機器人。其中的機械系統(tǒng)又叫操作機 (Manipulator)，相當于本文中的執(zhí)行機構部分。驅動機構提供機器人各關節(jié)所需要 的動力，傳動系統(tǒng)則將驅動力轉換為滿足機器人各關節(jié)力矩和運動所要求的驅動力或力矩。執(zhí)行機構是機器人賴以完成工作任務的實體，通常由連桿和關節(jié)組成，由驅動－傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務。一般而言，機器人通常就是由執(zhí)行機構、驅動－傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 11 所示。 山東大學機 電一體化工程專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 3 要機器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關節(jié)等部分組成的抓取和移動機構 —— 執(zhí)行機構；像 肌肉那樣 使手臂運動的驅 動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。第三類是專業(yè)機器人，主要附屬于自動機床或自動生產(chǎn)線上，用以解決機床上下料和工件傳送。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機器人來進行探測月球等。它是除具備普通機械的物理性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第一類是 不需要人工操作的通用機器人，也即本文所研究的對象。 簡而言之，機器人就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進行加工。機器人具有結構簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適應性較差。 “工業(yè)機器人”（ Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨立的自動抓取、搬運工件、操作工具的裝置（國內稱作工業(yè)機器人或通用機器人）。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。 山東大學機 電一體化工程專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 2 第 1 章 概述 機器人概述 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。 國內通過 “ 七五 ” 機器人技術攻關，已具備了生產(chǎn)國產(chǎn)機器人的基礎，但國產(chǎn)機器人無論在技術上，還是可靠性上，都與國外機器人差相當一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開放型的自主科研道路 。 由于種種原因，我國的工業(yè)機器人技術的發(fā)展比較慢。修改封閉系統(tǒng)的代價是非常昂貴的，如果不進行重新設計，多數(shù)情況下技術上是不可能的。研究人員為了提高機器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機器人系統(tǒng)具有開放結構和集成各種外部傳感器的能力。制造業(yè)要求機器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強大的編程環(huán)境，適應不同的應用場合和多品種、小批 量的生產(chǎn)過程。如發(fā)生某些