【正文】 機械系統(tǒng)的性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化。 1 工業(yè)機器人機械系統(tǒng)性能的提高 進一步提高 工業(yè)機器人的運動精度。度大、精度高的數控機床相比，機器人在工作精度上大為遜色。 進一步提高機器人工作精度的主要辦法：提高機器人的加工精度與裝配 精度，采用無障傳動的減速機構，采用直接驅動電機，通過標定機器人的。例如：當時噴涂機器人噴涂車身內表面時，要求機器人能將車身內表面的各個角落都噴上漆，必須要有高靈活度機器人手才行。例如：在核電站工作的機器人也要求其具有高靈活度的機器人手臂。 3 提高機器人的運動速度和響應頻率： 為了提高機器人作業(yè)頻率以及提高具有感知功能機器人的反應速度就必須提高機器人運動速度和響應頻率。為此一方面可以通過采用高強度材料和輕質材料（如碳纖維復合材料）制造機器人手臂 以達到減輕手臂重量和提高手臂動態(tài)特性的目的；另一方面也可以通過采用直接驅動電機或其他高性能驅動電機，從控制和驅動方面提高機器人系統(tǒng)的運動速度與響應頻率。機器人就必須有一個運動靈活和動作靈敏的手腕和手爪。 5 采用模塊化組合式機器人結構： 提高機器人快速維修性能，根據優(yōu)化設計，制造出多種不同尺寸和規(guī)格的手臂和連接器模塊，用少量的 可組合成多種機器人配置。所以這種機器人結構最適用于空間機器人、核工業(yè)機器人等 。 工業(yè) 搬運 機器人的分類 搬運機器人【 transfer robot】是可以進行自動化搬運作業(yè)的 工業(yè)機器人 。搬運作業(yè)是指用一種設備握持工件，是指從一個加工位置移到另一個加工位 置。目前世界上使用的搬運機器人愈 10 萬臺，被廣泛應用于機床上下料、沖壓機自動化生產線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。 機器人自動搬運系統(tǒng)主要由搬運機器人、工件自動識別系統(tǒng)、自動啟動裝置、自動傳輸裝置組成，適合于工件自動搬運的場合，尤其適合自動化程度較高的流水線等工業(yè)場合，提高生產效率和自動化程度。 物料搬運機器人的設計： １ .３ .１ 按作業(yè)用途分類 如前所述，各類工業(yè)機器人的應用范圍非常廣泛，而且還有一種機器人多種用途的情況。 １ .３ .２ 按 操作機的運動形態(tài)分類 按工業(yè)機器人操作機運動部件的運動坐標把機器人區(qū)分為：直角坐標式機器人、極坐標式機器人，圓柱坐標式機器人和關節(jié)式機器人，另外還有少數復雜的機器。 １ .３ .３ 按機器人的負荷和工作范圍分類 按照這種分類方法，工業(yè)機器人分為： 超大型機器人 —— 負荷為１０ＫＮ以上。 中型機器人――負荷為１００－１０００Ｎ。 小型機器人――負荷為１－１００Ｎ，工作空間為０ .１立方米。 以上所謂機器人的負荷是指在機器人的規(guī)定性能條件下，機器人所能搬移的重量中包括了機器人末端執(zhí)行器的重量。 這種運動只有兩種形態(tài)：直線運動和旋轉運動，其腕端的任何復雜的運動都可由這兩種運動來合成。一般為 2— 7 個，簡易型的 2— 4個自由度，復雜型的 5—— 7 個自由度。 本課題研究的主要內容 （ 1）確定機器人 運動參數及工作行程。 （ 2）由第二步所給定的條件和第三步的結構特點，選取驅動系統(tǒng)并確定驅動電機的驅動方式和傳統(tǒng)方式。 （ 5）根據電機的外形尺寸及輸出軸軸徑以及電機的重量完善結構草圖。 2 總體設計方案的確定 結構設計概述 一個機器人系統(tǒng)結構有下列互相作用的部分組成：機械手、環(huán)境、任務。它有臂、關節(jié)和末端執(zhí)行裝置構成，組合為一個互相連接，互相依賴的運動結構。工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器是安裝在腕端的附加裝置 機器人的手部可分為夾持式和吸附式兩大類。 任務是指機器人要完成的 工作，機器人的類型是隨著工作任務的特點而決定的。 環(huán)境是指機器人所處的周圍環(huán)境。 基本設計參數 根據次機械手的應用場合和實地的應用要求，其主要的設計參數要求如下： （ 1） 抓取的重物： 2Kg （ 2） 機械手的自由度數： 4 個 （ 3） 運動參數： 大臂升降：線速度： 小臂伸縮：線速度： m/s 手腕俯仰：角速度： 腰部旋轉：角速度： rad/s （ 4） 運動行程 大臂升降： 300mm 小臂伸縮： 300 mm 腰部旋轉：正負 90度 手腕俯仰：正負 90度 工作空間分析 基座及連桿 1 基座 基座是整個機器人本體的支撐，為保證機器人運行的穩(wěn)定性，采用兩塊“ Z”字形實心鑄鐵作為支撐。接線盒子外面有一個引入線出口和一個引出線出口。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機器人手臂的前端。 手指是直接與工件接觸的部件。該設計采用兩個手指，其外形如圖所示： 傳動機構是向手指傳遞運動和動力，以實現(xiàn)夾緊和松開動作的機構。本文采用回轉型傳動機構。 在圖中， O為電機輸出軸，曲柄ＯＡ、連桿ＡＢ、滑塊Ｂ和支架結構曲柄滑塊機構：滑塊Ｂ、連桿ＢＣ、搖桿ＣＥ和支架構成滑塊搖桿機構。 圖中的黑線和藍線表示機構運行的兩個極限位置。 另外，在選用電機的時候，要使電機的功率 足以克服彈簧的收縮和張開，并且提供足夠加緊物體的力。 機器人常用的驅動方式有液壓驅動、氣壓驅動和電機驅動三種類型。 （ 2）控制性能 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 （ 3）響應速度 很高 (4)結構性能及體積 結構適當，執(zhí)行結構可標準化、模擬化，以實現(xiàn)直接驅動。 （ 6）在工業(yè)機器人中應用范圍 適用于重載、低速驅動，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。 氣動驅動： （ 1） 輸出功率 大，壓力范圍為 4860Pa，最大可達 Pa 氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速。 （ 3） 響應速度 較高。功率 /質量比大，體積小，結構緊湊，密封問題較小 。 （ 6） 對環(huán)境的影響 排氣時有噪 聲。 （ 8） 成本維修及使用 成本方便。 （ 2） 控制性能 可實現(xiàn)高速、高精度連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復雜。 （ 4） 結構性能及體積 伺服電機易于標準化，結構性能好，噪聲低，電動機一般需配置減速裝置，除 DD 電動機外，難以直接驅動，結構緊湊，無密封問題。 （ 6） 對環(huán)境的影響 無。 （ 8）成本維修及使用 成本高較復雜。 基于上述驅動系統(tǒng)的缺點和機器人驅動系統(tǒng)的設計要求，本文選用直流伺服電機驅動的方式對機器人進行驅動。大臂的驅動電機和小臂的回轉軸共線。第三個自由度即就是升降機結構采用電機步進電機加同步齒形帶的傳動方案。但對安裝的精度要求較高，負載能力也很有限并且不能實現(xiàn)反向自鎖，需要另加斷電保護裝置。 2方案二 ： 第一 二自由度均采用交流伺服電機加減速器的驅動模式，故此結構較為簡單。這是在充分考慮到小臂的驅動電機對大臂所產生的附加彎矩的條件下，對大臂的結構設 計特別做了加強處理。同時選擇單頭的滑動絲杠具有很好的自鎖性能，從而在系統(tǒng)突然斷電的情況下，不致使此自由度方向上發(fā)生運動，從而保證了結構的安全 。手爪采用目前廣泛采用的而且技術成熟的連桿導桿式氣動機械手，這一機械手的造價低廉、結構簡單、針對此處所抓取的工件的特點是不易變形的金屬工件，所以對夾緊力的要求不是太高， 故采用氣動機械手爪完全可以達到設計要求。大臂與回轉關節(jié)之間采用諧波減速器傳遞動力。但這樣就使的小臂的傳動結構復雜，有多段承受彎矩的軸 ，并且電機軸也承受了一定的彎矩。但滾珠絲杠必須附加自鎖裝置以確保能夠做到斷電保護。機器人的手爪部分仍然采用