【正文】 ............................. 29 夾持器的設(shè)計 ...................................................................... 33 殼體的設(shè)計 .......................................................................... 33 結(jié) 論 ................................................................................................. 35 致 謝 ................................................................................................. 36 參考文獻 ............................................................................................. 37 V CONTENTS Abstract ..................................................................錯誤 !未定義書簽。 the concept of the robot ...........................錯誤 !未定義書簽。 Drive unit ..................................................................... 2 Control device .............................................................. 2 System of artificial intelligence ................................... 2 1. 2 Topic source............................................錯誤 !未定義書簽。 This design to s olve the main problems of the overall thinking and design ..........................................錯誤 !未定義書簽。 Mention the transmission ratio of the wrist always VI sure ........................................................................................ 13 Turn wrist and a w rist to determine the trans missio n ratio ...........................................................錯誤 !未定義書簽。 Gear design ..............................................錯誤 !未定義書簽。 Turn wrist part gear design ........................................ 22 A wrist part gear design .................錯誤 !未定義書簽。 The design of the output shaft .......錯誤 !未定義書簽。 Axis of intensity ............................錯誤 !未定義書簽。 1 第 1 章 前言 機器人的概念 機器人是一個在三維空間中具有較多自由度，并能實現(xiàn)較多擬人動作和功能的機器，而工業(yè)機器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機器人。英國 和 日 本 機 器 人 協(xié) 會 也 采 用 了 類 似 的 定 義 。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成 各種作業(yè)”。 機器人系統(tǒng)一般由操作機、驅(qū)動單元、控制裝置和為使機器人進行作業(yè)而要求的外部設(shè)備組成。通常由下列部分組成： （ 1）末端執(zhí)行器又稱手部 是機器人直接執(zhí)行工作的裝置，并可設(shè)置夾持器、工具、傳感器等，是工業(yè)機器人直接與工作對象接觸以完成作業(yè)的機構(gòu)。有些專用機器人可以沒有手腕而直接將末端執(zhí)行器安裝在手臂的端部。手臂有時包括肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)，即手臂與手臂間。 （ 4）機座 有時稱為立柱，是工業(yè)機器人機構(gòu)中相對固定并承受 2 相應(yīng)的力的基礎(chǔ)部件。 驅(qū)動單元 它是由驅(qū)動器、檢測單元 等組成的部件，是用來為操作機各部件提供動力和運動的裝置。 人工智能系統(tǒng) 它由兩部分組成，一部分是感覺系統(tǒng)，另一部分為決策－規(guī)劃智能系統(tǒng) 。此課題來源于生產(chǎn)實際。 技術(shù)要求 根據(jù)設(shè)計要達到以下要求 ； （ 1）工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單； （ 2） 裝卸方便，便于維修、調(diào)整； （ 3）盡量使用通用件，以便降低制造成本。 針對上述問題有了以下設(shè)計思路： （ 1）腕部機構(gòu)的驅(qū)動 裝置采用分離傳動，將 3 個驅(qū)動器安置在小臂的后端。 （ 3）驅(qū)動電機 1 經(jīng)傳動軸驅(qū)動一對圓柱齒輪和一對圓錐齒輪帶動手腕在小臂殼體上作偏擺運動。電機 3 經(jīng)傳動軸和兩對圓錐齒輪帶動軸回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手腕上機械接口的回轉(zhuǎn)運動。到 90 年代 ， 隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展 ， 機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展 [1 ]。 下 面 將按工業(yè)機器人和先進機器人兩條技術(shù)發(fā)展路線分述機器人的最新進展情況 [ 2]。 （ 1） 機器人操作機：通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的運用，機器人操作機已實現(xiàn)了 優(yōu)化設(shè)計。此外采用先進的 RV 減速器及交流伺服電機，使機器人操作機幾乎成為免維護系統(tǒng)。意大利 COMA U 公司，日本FANUC 等公司已開發(fā)出了此類產(chǎn)品。 人機界面更加友好，基于圖形操作的界面也已問世。 （ 4） 傳感系統(tǒng)：激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用，并實現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機器人的作業(yè)性 5 能和對環(huán)境的適應(yīng)性。 （ 5） 網(wǎng)絡(luò)通信功能：日本 YASKAWA 和德國 K UKA 公司的最新機器人控制器已實現(xiàn)了與 Canbus、 Profibus 總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機器人由過去的獨立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進了一大步，也使機器人由過去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。過去機器人系統(tǒng)的可靠性 MTBF 一般為幾千小時，而現(xiàn)在已達到 5 萬小時， 幾乎 可以滿足任何場合的需求 [4 ]。像海洋開發(fā)、宇宙探測、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂等行業(yè)都提出了自動化和機器人化的要求。 （ 1） 水下機器人：美國的 AUSS、俄羅斯的 MT8法國的EPAVLARD 等水下機器人已用于海洋石油開采，海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護、以及大壩檢查等 方面，形成了有纜水下機器人（ remote operated vehicle）和無纜水下機器人（ autonomous under water vehicle）兩大類。目前美、俄、加拿大等國已研制出各種空間機器人。 Sljanor 是一輛自主移動車，重量為 ，尺寸 630~48mm，有 6 個車輪，它在火星上的成功應(yīng)用，引起了全球的廣泛關(guān) 注。已完成的典型系統(tǒng)，如美國ORML 基于機器人的放射性儲罐清理系統(tǒng)、反應(yīng)堆用雙臂操作器， 6 加拿來大研制成功的輻射監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，德國的 C7 靈巧手等 （ 4） 地下機器人：地下機器人主要包括采掘機器人和地下管道檢修機器人兩 大 類。目前日、美、德等發(fā)達國家已研制出了地下管道和石油、天然氣等大型管道檢修用的機器人，各種采機器人及自動 化系統(tǒng)正在研制中。美國已開展臨場感外科（ telepresence surgery）的研究，用于戰(zhàn)場模擬、手術(shù)培訓(xùn)、解剖教學(xué)等。 （ 6） 建筑機器人：日本已研制出 20 多種建筑機器人。美國卡內(nèi)基梅隆重大學(xué)、麻省理工學(xué)院等都在進行管道挖掘和埋設(shè)機器人、內(nèi)墻安裝機器人等型號的研制、并開展了傳感器、移動技術(shù)和系統(tǒng)自動化施工方法等基礎(chǔ)研究。 （ 7） 軍用機器人：近年來，美、英、法、德等國已研制出第二代軍用智能機器人。如美國的 Navplab 自主導(dǎo)航車、 SSV 半自主地面戰(zhàn)車，法國的自主式快速運動 偵察車（ DARDS），德國 MV4 爆炸物處理機器人等。 可以預(yù)見，在 21 世紀各種先進的機器人系統(tǒng)將會進入人類生活的各個領(lǐng)域，成為人類良好的助手和親密的伙伴 [6 ]。 主要研究內(nèi)容集中在以下 8個方面 [7]： （ 1） 工業(yè)機器人操作機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：探索新的高強度輕質(zhì)材料，進一步提高負載 .自重比，同時機構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。機器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于 PC 機網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點。 （ 3） 多傳感系統(tǒng)：為進一步提高機器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題解決的關(guān)鍵。另一問題就是傳感系統(tǒng)的實用化。 （ 5） 機器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機器人半自主和自主技術(shù)，多機器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預(yù)先顯示進行遙控等。 （ 7） 多智能體（ multiagent）調(diào)控制技術(shù)：這是目前機器人研究的一個嶄新領(lǐng)域。 （ 8） 微型和微小機器人技術(shù)（ micro/miniature robotics） :這是機器人研究的一個新的領(lǐng)域和重點發(fā)展方向。 我國對此進行了深入的研究。還有劉辛軍 、 高峰和汪勁松研究了微動機器人機構(gòu)的設(shè)計方法，建立了并聯(lián)六自由度微動機器人的空間模型，并分析了該微動機器人的空間模型，并分析了該微動機器人的機構(gòu)尺寸與各向同性、剛度等性能指標(biāo)的關(guān)系得到了一系列性能圖譜，從各圖譜中可以看出各項性能指標(biāo)在空間模型設(shè)計參數(shù)空間中的分布規(guī)律，這有助于設(shè)計者根據(jù)性能指標(biāo)來設(shè)計該微動機器人的機構(gòu)尺寸，是探討微動機器人機構(gòu)設(shè)計的有 效分析工具 [9 ]。它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的工作空間條件下，機體所占體積小，而運動范圍大。它在各個軸向的移動距離，可在各坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強，易于位置和姿態(tài)的編程計算，定位精度高、結(jié)構(gòu)簡單，但機體所占空間體積大、靈活性較差 。 關(guān)節(jié)型 關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型，這種機器人的手臂與人體上肢類似，其前三個 關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂間形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運動和使大臂作俯仰擺動，小臂作俯仰擺動。 平面關(guān)節(jié)型 采用兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)；兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、 10 左右運動，而移動關(guān)節(jié)則實現(xiàn)上下運動，其工作空間的軌跡圖形，它的縱截面為矩形的同轉(zhuǎn)體，縱截面高為移動關(guān)節(jié)的行程長，兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小決定回轉(zhuǎn)體橫截面的大小、形狀。它結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插接裝配。結(jié)合本課題綜合考慮決定采用方案四：關(guān)節(jié)型機器人。 工作空間的確定 根據(jù)關(guān)節(jié)型機器人的結(jié)構(gòu)確定工作空間。此機器人的工作空間為 1500mm， 如圖 31 所示。 圖 32 傳動原理圖 考慮到結(jié)構(gòu)，電機將成三角形布置 。 表 31 機器人的主要規(guī)格參數(shù) 動作范圍 手腕回轉(zhuǎn) 手腕擺動 手腕旋轉(zhuǎn) 120176。 360176。/s 30176。/s 額定載荷 4kg 最大速度 2m/s 12 第 4 章 手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 機器人驅(qū)動方案的分析和選擇 通常的機器人驅(qū)動方式有以下四種 [12]: （ 1）步進電機：可直接實現(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；通常不需要反饋就能對位置和速度進行控制。 （ 2）直流伺服電機：直流伺服電機具有良好的調(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，并且控制技術(shù)成熟。 （ 3）交流伺服電機：交流伺服電機結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，使用維修方便，與步進電機相比價格要貴一些。采用 16 位 CPU+32 位 DSP 三環(huán) （ 位置、速度、電流 ） 全數(shù)字控制， 增量式碼盤的反饋可達到很高的精度。 （ 4）液壓伺服馬達：液壓伺服馬達具有較大的功率 /體積比，運動比較平穩(wěn)，定位精度較高，負載能力也比較大，能夠抓住重負載而不產(chǎn)生滑動，從體積、重量及要求的驅(qū)動功率這幾項關(guān)鍵技術(shù)考慮，不失為一個合適的選擇方案。為避免本系統(tǒng)也出現(xiàn)同類問題，在可能的前提下，本系統(tǒng)將盡量避免使用該種驅(qū)動方式。因為它具有體積小、轉(zhuǎn)矩大、輸出力矩和電流 成比例、伺服性能好、反應(yīng)快速、功率重