【正文】 類活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機(jī)器人技術(shù)軟機(jī)器人技術(shù)：主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂場合。軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的。 機(jī)器人基本組成及技術(shù)參數(shù) 機(jī)器人的基本組成機(jī)器人系統(tǒng)由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。六個(gè)子系統(tǒng)是：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以是液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)、電動(dòng)傳動(dòng)，或者把它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)；可以直接驅(qū)動(dòng)或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接驅(qū)動(dòng)。每一大都有若干自由度，構(gòu)成一個(gè)多自由度的機(jī)械系統(tǒng)。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。3．感受系統(tǒng) 它由內(nèi)部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。人類的感受系統(tǒng)對感知外部世界信息是機(jī)器靈巧的。4．機(jī)器人－環(huán)境交互系統(tǒng) 機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。當(dāng)然，也可以是多臺(tái)機(jī)器人，多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備，多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成一個(gè)執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。例如，計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)終端，指令控制臺(tái)，信息顯示板，危險(xiǎn)信號(hào)報(bào)警器等。6．控制裝置 控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號(hào)支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)，適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。 機(jī)器人技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)是個(gè)機(jī)器人制造商在產(chǎn)品供貨時(shí)所提供的技術(shù)數(shù)據(jù)。1．自由度 自由度是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，不應(yīng)包括手爪(末端操作器)的開合自由度。但是，機(jī)器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計(jì)的，可能小于六個(gè)自由度，也可能大于六個(gè)自由度。2．重復(fù)定位精度 機(jī)器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位其手部與同一目標(biāo)位置的能力，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來表示，它是衡量一列誤差值的密集度，即重復(fù)定。因?yàn)槟┒瞬僮髌鞯男螤詈统叽缡嵌喾N多樣的，為了真實(shí)反映機(jī)器人的特征參數(shù)，所以是指不安裝末端操作器是的工作區(qū)域。很明顯，工作速度愈高，工作效率愈高。5．承載能力 承載能力是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何姿勢上所能承受的最大質(zhì)量。為了安全起見，承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。 機(jī)器人的分類及應(yīng)用 機(jī)器人的分類較好的分類原則是據(jù)構(gòu)成機(jī)器人的三大部分來分，如圖11所示：圖11 機(jī)器人的分類根據(jù)機(jī)器人三部分的具體選擇可給出某個(gè)機(jī)器人的全稱，如：計(jì)算機(jī)控制具有視覺功能全電動(dòng)關(guān)節(jié)型機(jī)器人。(一) 按機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分類1．五種基本坐標(biāo)式機(jī)器人 機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分可看作是由一些連桿通過關(guān)節(jié)組裝起來的。連桿和關(guān)節(jié)按不同坐標(biāo)形式組裝，機(jī)器人可分為五種：直角坐標(biāo)形式，圓柱坐標(biāo)形式，球坐標(biāo)形式，關(guān)節(jié)坐標(biāo)形式及平面關(guān)節(jié)坐標(biāo)形式。2．兩種冗余自由度結(jié)構(gòu)機(jī)器人(1) 整體控制的柔軟臂機(jī)器人，它也叫象鼻子機(jī)器人。由于凸面圓盤相對滾動(dòng)的自由度很大，所以把這種柔軟臂機(jī)器人歸在冗余自由度結(jié)構(gòu)機(jī)器人中。(2) 每一關(guān)節(jié)獨(dú)立控制的冗余自由度機(jī)器人直角坐標(biāo)式機(jī)器人安放在一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的平臺(tái)上，增加了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，成為冗余自由度機(jī)器人，這種機(jī)器人很適合機(jī)床上下料等應(yīng)用場合。(二) 1．第一代機(jī)器人 第一代機(jī)器人具有示教再現(xiàn)功能，或具有可編程的NC裝置，但對外部信息不具備反饋能力。雖然沒有應(yīng)用人工智能技術(shù)，但是能進(jìn)行機(jī)器人環(huán)境交互，具有在線自適應(yīng)能力。因?yàn)樗蛠淼拿恳粋€(gè)零件具體位置和姿態(tài)是隨意的、不同的，要完成上述作業(yè)必須獲取被抓取零件狀態(tài)的在線信息。能進(jìn)行學(xué)習(xí)，具有決策上的自治能力。目前，機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在眾多制造業(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用機(jī)器人最廣泛的領(lǐng)域是汽車及汽車零部件制造業(yè)。目前，汽車制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有機(jī)器人密度最高的行業(yè)，如，2004年德國制造業(yè)中每1萬名工人中擁有機(jī)器人的數(shù)量為162臺(tái)，而在汽車制造業(yè)中每1萬名工人中擁有機(jī)器人的數(shù)量則為1140臺(tái)；意大利的這一數(shù)值更能說明問題，2004年意大利制造業(yè)中每1萬名工人中擁有機(jī)器人的數(shù)量為123臺(tái)，而在汽車制造業(yè)中每1萬名工人中擁有機(jī)器人的數(shù)量則高達(dá)1600臺(tái)。2005年，亞洲地區(qū)電子電氣行業(yè)對機(jī)器人的需求僅次于汽車及汽車零部件制造業(yè)，其占所有行業(yè)總需求的比例為31%；而在歐洲地區(qū)橡膠及塑料工業(yè)對機(jī)器人的需求則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子電氣行業(yè)而排名第二位；美洲地區(qū)由于汽車及汽車零部件制造業(yè)對機(jī)器人的需求遙遙領(lǐng)先，所以金屬制品業(yè)(包括機(jī)械)、橡膠及塑料工業(yè)以及電子電氣行業(yè)對機(jī)器人的需求比例相當(dāng)，均在7%左右。目前，機(jī)器人不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦、冶金、石油、化學(xué)、船舶等領(lǐng)域，同時(shí)也已開始擴(kuò)大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔、醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中。而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來各種專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家庭用消費(fèi)機(jī)器人將不斷貼近人類生活，其市場將繁榮興旺。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。（在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。）我國機(jī)器人的應(yīng)用前景是十分廣泛的。只有符合我國的國情，才能推動(dòng)和加快我國機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用。企業(yè)可望盡早取得投資效益；(2) 發(fā)展特種機(jī)器人。用機(jī)器人技術(shù)和其它高新技術(shù)去改造舊企業(yè)，促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)自身的發(fā)展和應(yīng)用。在回轉(zhuǎn)套外，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)的減速電機(jī)2安裝在回轉(zhuǎn)套支架的外側(cè)，帶動(dòng)整個(gè)回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電機(jī)1帶動(dòng)噴頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故此電機(jī)應(yīng)小巧靈便以減輕電機(jī)2的負(fù)擔(dān)，因此電機(jī)1應(yīng)該質(zhì)量輕、體積小且能滿足功率滿要求?；剞D(zhuǎn)套的質(zhì)量也要盡量的小，所以材料為鋁合金類材料。圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J =m(3 R2+L2) =3(3+) = 取噴槍的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω=2rad/s，n=60r/min由此轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度=20rad/s2計(jì)算力矩T為：T=J=P=Tω=2=故訂做的減速電機(jī)1的額定電壓為220V，輸出功率至少為4w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為23。電機(jī)2帶動(dòng)回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)回轉(zhuǎn)套、電機(jī)、減速器、短軸、鍵、噴槍及噴槍夾的質(zhì)量共5kg。電機(jī)輸出軸端進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L，并且在末端開鍵槽。電機(jī)通過脹緊套連接空心軸，所以電機(jī)輸出軸也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L。設(shè)整個(gè)腕部、回轉(zhuǎn)套支架、聯(lián)軸器、短軸、電機(jī)、減速器等部件的質(zhì)量估算為12kg。電機(jī)輸出軸端進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L[1620]。同時(shí)小臂桿還要承受整個(gè)手腕的重量以及在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的動(dòng)載荷。因此設(shè)計(jì)手臂時(shí)，該充分考慮根據(jù)機(jī)器人所要完成任務(wù)而提出設(shè)計(jì)要求，從而確定手臂桿的大體結(jié)構(gòu)和長度。盡量減少對其關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及偏重力矩，以減少驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載，同時(shí)注意減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊。六自由度弧焊機(jī)器人的小臂俯仰機(jī)構(gòu)通過鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)來完成，安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上的直流伺服電機(jī)通過鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)小臂實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)。 電機(jī)的選擇首先計(jì)算動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，計(jì)算動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩需計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。小臂總體質(zhì)量的計(jì)算[2125]小臂的大體結(jié)構(gòu)為分段空心圓柱，材料為鋁合金體積V=lA =/4＋178。/4 = m3質(zhì)量m=V= =腕部結(jié)構(gòu)對i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量腕部繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為= m(b2+h2) = kgm2平移到i軸上=+m =+5(+＋)2 =回轉(zhuǎn)套支架對i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量回轉(zhuǎn)套支架繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為= m(b2+h2) = kgm2平移到i軸上=+m =+7(＋)2=小臂結(jié)構(gòu)對i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由于小臂是階梯狀前一段體積= m3質(zhì)量==，此外還要加上電機(jī)減速器軸聯(lián)軸器短軸的質(zhì)量共8kg。后桿的尺寸為1001000，底桿的尺寸為100400。兩桿的體積之和=/414==　 = =27kg兩段同一直線時(shí)繞兩段質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=(3 R2+L2)=平移到i軸上=+m =+27 =對i軸總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以上計(jì)算的、均是在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大的情況下計(jì)算得到的，所以用這些轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算出的總力矩和功率，從而選擇的電機(jī)必然滿足六自由度弧焊機(jī)器人在其他工作狀態(tài)下的工作要求。摩擦力矩T：綜上所述總力矩T=T= Nm取電機(jī)的轉(zhuǎn)速為=1500 r/min，即角速度為=50rad/s則總的傳動(dòng)比為:=/n=157/=100故電機(jī)輸出端的負(fù)載力矩為T= T/ = =電機(jī)輸出端的功率為P= T =50 =選擇電機(jī)的型號(hào)一般對驅(qū)動(dòng)元件有以下幾方面要求：（1）慣量小，動(dòng)力大。（2）體積小，重量輕。（3）位置控制精度高，快速響應(yīng)性好，調(diào)速范圍大，低速平穩(wěn)。（5）效率高，消耗的能源要盡可能的小。綜合考慮各種電機(jī)，這里選用遼寧本溪山城電機(jī)廠生產(chǎn)電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Z211，額定電壓110/220V，轉(zhuǎn)速1500r/min，重量32kg?！↓X輪的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算電磁式直流伺服電機(jī)經(jīng)調(diào)速后要通過一個(gè)齒輪組來傳遞動(dòng)力，再通過齒輪帶動(dòng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)小臂的俯仰運(yùn)動(dòng)。（2）選擇小齒輪材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241286HBS。（3）取小齒輪齒數(shù)=24，則=524=120，大齒輪齒數(shù)Z2＝120。（7）取工作壽命為15年，每年工作250天，2班制小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60751525016=大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2=N1/5=（8）查表取接觸疲勞壽命系數(shù)為=，=（9）取安全系數(shù)為=1==1242MPa==確定傳動(dòng)尺寸（1）初算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 =（2）按K值對進(jìn)行修正由圓周速度 = 查表取動(dòng)載荷系數(shù)為= 查表取齒間載荷分布系數(shù)為= 查表取齒向載荷分布系數(shù)為= 查表取使用系數(shù)為= 所以載荷系數(shù)K== 按K值對進(jìn)行修正 ===（4）確定模數(shù)m以及主要尺寸m== 為了防止輪齒太小引起的意外折斷，故m=3mm。 大臂的設(shè)計(jì) 大臂設(shè)計(jì)的總體要求六自由度弧焊機(jī)器人大臂的主要作用是用來承受小臂的重量和固定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的底桿，因此六自由度弧焊機(jī)器人的大臂對整個(gè)機(jī)器人能否保持穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。大臂的整體結(jié)構(gòu)為長方體實(shí)心結(jié)構(gòu)，這樣做的目的是為了提高其力學(xué)性能包括大臂的剛度、強(qiáng)度以及抗彎能力。因此選用鋁合金作為