【正文】 于發(fā)展階段的機(jī)器人還沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，大致有以下幾種分類方法。這種機(jī)器人 (機(jī)械手)多為氣動或液動，用行程開關(guān)、機(jī)械擋塊來控制其工作位置。(2)可編程序的通用機(jī)器人 工作程序可變，以適應(yīng)不同的工作對象，通用性強(qiáng)，適合于以多品種、中小批量生產(chǎn)為特點(diǎn)的柔性制造系統(tǒng)中。(3)軍事用途機(jī)器人(4)服務(wù)機(jī)器人 如醫(yī)療機(jī)器人，家用機(jī)器人，教學(xué)機(jī)器人等。圓柱坐標(biāo)型。多關(guān)節(jié)型。目前應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人中，很多是屬于點(diǎn)位控制方式的，如上下料搬運(yùn)機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人等?；『?、噴漆和檢測機(jī)器人等均屬連續(xù)軌跡控制方式。60年代以來，工業(yè)中實(shí)際應(yīng)用的絕大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都屬于第一代機(jī)器人，它包括可編程序 (用于上下料)的工業(yè)機(jī)器人具有記憶裝置的示教再現(xiàn)型機(jī)器人，數(shù)控型搬運(yùn)機(jī)器人等。 (2)第二代機(jī)器人 是 70年{BANNED}始出現(xiàn)的，其技術(shù)特點(diǎn)是采用計(jì)算機(jī)直接控制，是通過具有視覺、觸覺的攝像機(jī)和傳感器，能“感覺”外界信息并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和分析自動地控制操作機(jī)進(jìn)行運(yùn)動和操作，因此，其控制方式較第一代機(jī)器人要復(fù)雜得多，目前這類機(jī)器人已開始在工業(yè)生產(chǎn)、排險(xiǎn)救災(zāi)等場合應(yīng)用，并將進(jìn)入普及階段。這是國內(nèi)外正在積極研究，開發(fā)的高級機(jī)器人，其主要特點(diǎn)是具有人工智能。這 一類機(jī)器人目前正在研究開發(fā)之中。 機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展產(chǎn)業(yè)部門應(yīng)用最多的當(dāng)推汽車工業(yè)和電子工業(yè)，在金屬加工、塑料成型、機(jī)械制造等行業(yè)也有普遍應(yīng)用，并逐漸向纖維加。焊接作業(yè)包括點(diǎn)焊和弧焊，是機(jī)器人用得最多的作業(yè)之一?；『缸鳂I(yè)由于其焊縫多為空間復(fù)雜曲線，故多由人工完成，連續(xù)軌跡控制的機(jī)器人可以勝任此任務(wù)，故廣泛用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和容器的焊接 。噴漆作業(yè)由于環(huán)境惡劣，國外大量使用了機(jī)器人，挪威生產(chǎn)的Trallfa機(jī)器人是目前世界上用得最多的噴漆機(jī)器人，該機(jī)器人為關(guān)節(jié)式，6自由度，電液或全電動伺服驅(qū)動，采用示教再現(xiàn)方式，既可實(shí)行點(diǎn)位控制 ，也可實(shí)行連續(xù)軌跡控制。機(jī)器人用于裝配作業(yè)是隨著視覺系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的，電子工業(yè)用得最多，主要用在電路板的裝配上，還有電動機(jī)、發(fā)動機(jī)部件、閥門等產(chǎn)品的裝配。國外的航空航天工業(yè)中應(yīng)用機(jī)器人也十分廣泛，如鉚接裝配作業(yè)就大量使用了機(jī)器人，此外如電氣插頭的裝配，發(fā)動機(jī)風(fēng)扇外殼和高壓渦輪的焊接，飛機(jī)座艙蓋和風(fēng)擋鉆孔作業(yè)，飛機(jī)機(jī)身和垂直尾翼鉆孔，都采用了機(jī)器人。在空間開發(fā)中，航天飛機(jī)上收放衛(wèi)星的機(jī)器人是加拿大Spar公司生產(chǎn)的，美國NASA實(shí)施的火星測計(jì)劃，發(fā)射了兩個火星探測器海盜 I和海盜H，它們也是一種機(jī)器人，在火星上采集樣品，作各種實(shí)驗(yàn)，并能將實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)回地球。挪威卑爾根公司生產(chǎn)的一種水下機(jī)器人，可在水下 600米處作業(yè)，裝有電視攝像機(jī)，可收集海底標(biāo)本，切割石油管道和纜索等。在軍事方面，機(jī)器人 己用于偵察、布雷、排除爆炸物、裝填彈藥等。此外還有摘果實(shí)、擠牛奶、剪羊毛、清理垃圾、監(jiān)護(hù)病人的機(jī)器人等。用機(jī)器人代替人，可以使人擺脫高溫、有毒、粉塵、振動、放射性、強(qiáng)噪音等惡劣環(huán)境，而去從事機(jī)器人的監(jiān)控、維護(hù)等工作，使工作性質(zhì)發(fā)生了變化，減輕了勞動強(qiáng)度，同時也改善了就業(yè)結(jié)構(gòu)。解決多品種小批量生產(chǎn)的自動化問題二隨著人民生活水平的提高，人們要求提供更豐富更多樣的產(chǎn)品。與人相比，機(jī)器人有一個最大的特點(diǎn):不知疲倦、不需要休息，在合宜的條件下，可以連續(xù)工作，因此可以大大地提高勞動生產(chǎn)率?！CARA機(jī)器人的研究意義　SCARA機(jī)器人的研究意義目前，國外已有各種專用和通用的裝配機(jī)器人在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，主要類型大致有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型三大類。拒統(tǒng)計(jì)資料介紹，在這些裝配機(jī)器人中，平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人是應(yīng)用數(shù)量最多且較為廣泛的一種裝配機(jī)器人。其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娮与姎鈽I(yè)、家用電器業(yè)、精密機(jī)械業(yè)。家用電器及儀器儀表的組裝作業(yè):小型電器開關(guān)、接觸器等電器產(chǎn)品的組裝作業(yè)。隨著社會需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步，裝配機(jī)器人將會得到迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，將是推動裝配機(jī)器人發(fā)展的直接動力。1972年我國開始研制機(jī)器人，但發(fā)展緩慢，受經(jīng)濟(jì)、觀念等因素的制約 ，基本沒有什么應(yīng)用，直到 1986年，沈陽機(jī)器人研究所成立，中國的機(jī)器人才向?qū)嵱秒A段發(fā)展。在應(yīng)用方面，一汽等大型企業(yè)己開始使用機(jī)器人自動化生產(chǎn)線。究其原因，除了經(jīng)濟(jì)因素的制約外，很重要的一點(diǎn)是有關(guān)機(jī)器人的教育跟不上，知道機(jī)器人的人很多，但真正了解、懂機(jī)器人的人少而又少，這就使我國的機(jī)器人發(fā)展缺乏智力支持，加強(qiáng)機(jī)器人技術(shù)教育，緩解人才危機(jī)迫在眉睫。如果作為示教用機(jī)器人應(yīng)該讓觀看者賞心悅目，同時能直觀地了解它的構(gòu)成和動作原理。在滿足所要求功能的前提下 ，盡可能降低成本，而對實(shí)踐的功能要求不高，速度等參數(shù)可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，定位精度要求也不高，故機(jī)構(gòu)盡可能采用規(guī)則件、標(biāo)準(zhǔn)件，驅(qū)動元件采用便宜的步進(jìn)電機(jī)，而光電碼盤等測試校驗(yàn)元件則可不用，其功能由軟件部分實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。 ，重量輕　SCARA機(jī)器人要求抓取重量不大，動作范圍也很小，故體積很小，展開應(yīng)在60x80cm2左右。重量輕是機(jī)器人研制的一個方向，在滿足強(qiáng)度和剛度的條件下，零部件越輕越好，故材料要首選鋁質(zhì)輕質(zhì)材料，零件特別是具有定位功能的殼體定位板應(yīng)采用板筋結(jié)構(gòu)，各零件的空間分布要合理，減小傾覆力矩。選擇減速方案可根據(jù)空間結(jié)構(gòu)要求 ，跨距轉(zhuǎn)大的傳動可選用同步帶傳動力求一步到位，傳動簡單。主要應(yīng)用于電子產(chǎn)品中異形元件裝配，小型機(jī)電產(chǎn)品如電機(jī)、空壓機(jī)、電器、泵類等的裝配工作，是一種小型經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人。該論文涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子、機(jī)械等多學(xué)科的知識，主要完成了以下的工作:1. 在進(jìn)行充分的課題可行性論證及詳細(xì)的理論計(jì)算之后，用AutoCAD等計(jì)算機(jī)圖形輔助設(shè)計(jì)軟件完成了 SCARA機(jī)器人的機(jī)械本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2．建立了SCARA機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)數(shù)學(xué)模型，得到了運(yùn)動學(xué)方程的正解和反解，并在運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)上，求得了SCARA 機(jī)器人的雅可比矩陣。 SCARA機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這種方案主要考慮了傳動鏈的簡化，結(jié)構(gòu)比較簡單易行。方案一具有以下特點(diǎn) :，適合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，減速比大、體積小、重量輕、精度高、回差小、承載能力大、噪音小、效率高、定位安裝方便，由于使用標(biāo)準(zhǔn)件，價格也不高。方案二具有以下特點(diǎn):，這是最常用的減速方法，傳動比恒定，傳動效率高，工作可靠，使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率大，但傳動精度低，噪音大，傳動比小。，基本具備齒輪傳動的特點(diǎn)，傳遞功率大，傳動效率高，精度低，有噪音，傳動比小，工作可靠，但需要平衡裝置，不能自鎖。兩方案相比較，在傳動的實(shí)現(xiàn)上，二者都是可行的。方案二結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，各部分定位都需仔細(xì)考慮。傳動精度方面，顯然方案一比較高。方案二用了很多齒輪，需專門設(shè)備加工，且各定位部件形狀不規(guī)則，加工困難，這都使成本增加。機(jī)器人驅(qū)動方案的對比分析及選擇:對機(jī)器人驅(qū)動裝置的一般要求如下:，單位重量的輸出功率 (即功率/重量比)要高，效率也要高。，不產(chǎn)生沖擊。，噪聲要小。通常的機(jī)器人驅(qū)動方式有以下四種 ::可直接實(shí)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。位置誤差不會積累。:直流伺服電機(jī)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(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。若使用直流伺服電機(jī)，還要考慮電刷放電對實(shí)際工作的影響。隨著可關(guān)斷晶閘管 GTO，大功率晶閘管GTR和場效應(yīng)管MOSFET等電力電子器件、脈沖調(diào)寬技術(shù)(PWM)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使交流伺服電機(jī)在調(diào)速性能方面可以與直流電機(jī)媲美。三倍過載輸出扭矩可以實(shí)現(xiàn)很大的啟動功率，提供很高的響應(yīng)速度。但是，其費(fèi)用較高，其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象?！CARA機(jī)器人負(fù)載并不大，決定了機(jī)器人必須重量輕 (10~20Kg)，另外其作業(yè)范圍也不大，所以機(jī)器人必須體積小。又通過以上比較，由于步進(jìn)電機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)，初選上述方案中的步進(jìn)電機(jī)方案進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算和選擇，并在此基礎(chǔ)上參考同類機(jī)器人的驅(qū)動方案，最后確定一種適合我國國情的實(shí)施方案。機(jī)器人大臂，小臂均采用了二級齒帶傳動，升降軸采用一級齒帶加齒輪齒條實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動。 各自由度步進(jìn)電機(jī)的選擇　本機(jī)器人前兩個自由度是平面旋轉(zhuǎn)，若軸承是光滑的，則旋轉(zhuǎn)所需的靜轉(zhuǎn)矩比較小。下面估算一下繞機(jī)器人臂的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量，設(shè)兩臂及手腕繞各自重心軸的轉(zhuǎn)動慣量分別為JG1,JG2,JG3根據(jù)平行軸定理可得繞第一關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動慣量為:J1=JG1+ m1 1 12+JG2+m2 122+ JG3 + m3l32　　　　　　　　　　　(21)　　　　　其中，m1, m2, m3分別為大臂，小臂, 腕部的質(zhì)量為3kg,4kg 。在式(21)中，JG1≤m1 1 12，JG2m2122,JG3 m3l32故JG1,JG2,JG3,可忽略不計(jì),所繞第一關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動慣量為:　 (22)　 =　　同理可得小臂及腕部繞第二關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動慣量:　 J2= m2 1 42+ m3 l52 =　 小臂重心距第二關(guān)節(jié)軸的水平距離 mm。 則電機(jī)所需輸出力矩為:T=(2T1)/iη2=20 N m 第二自由度步進(jìn)電機(jī)的選擇:設(shè)小臂速度為ω2=150/s, 角速度從0到ω2 所需加速度時間△t=, 則同步帶應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩為: T2= J2 ω2 則電機(jī)所需輸出力矩為:　 第三自由度步進(jìn)電機(jī)的選擇絲杠螺母傳動,實(shí)現(xiàn)腕部的升降,設(shè)絲杠軸向承載總和為: Q=。 P=2mm公稱直徑: d =摩擦系數(shù): λ=arctgP/(πd2)=arctg2/()= T2≈fc Q Dm/2 支撐面平均直徑,此例中取螺母內(nèi)外徑和的一半,即(10+40)