【正文】 工程材料和力學(xué)以及工業(yè)機(jī)器人或工業(yè)機(jī)器人手臂相關(guān)的資料，在設(shè)計(jì)過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機(jī)器人手臂相關(guān)的技術(shù)以及現(xiàn)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)；其次，利用這些資料，可以在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)方案的初步制定；最后，機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)過程中的所需材料的選擇，設(shè)計(jì)與校核計(jì)算，運(yùn)動(dòng)過程的控制以及其他的注意事項(xiàng)，都可以在相關(guān)文獻(xiàn)資料中得到一些指導(dǎo)與幫助。共有六個(gè)自由度，依次為腰部回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉(zhuǎn)、手腕俯仰、手腕側(cè)擺。這種驅(qū)動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，這也是現(xiàn)代機(jī)器人應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)機(jī)可以選擇步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。確定這種機(jī)器人的6 個(gè)關(guān)節(jié)都采用步進(jìn)電驅(qū)動(dòng)，開環(huán)控制。底座部件固定在自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV）上，支持整個(gè)操作機(jī)，步進(jìn)電機(jī)固定在底座上，一級(jí)同步帶傳動(dòng)將運(yùn)動(dòng)傳遞到腰部回轉(zhuǎn)軸，同時(shí)起到減速作用。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(3)大臂部件：包括大臂和傳動(dòng)部件?？紤]在指尖的平面上貼傳器片，進(jìn)行力的控制。自從1962年美國研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來,機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快,已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動(dòng)化工廠(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)化工具。同計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣,工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式[1]。歸納起來，工業(yè)機(jī)器人分為以下三代[2]：第一代：按示教/再現(xiàn)方式進(jìn)行工作而沒有感知功能（如力感覺、視覺、聽覺等）的工業(yè)機(jī)器人。第三代：正在研制的智能化工業(yè)機(jī)器人。由于工業(yè)機(jī)器人的迅猛發(fā)展而給人類社會(huì)帶來了巨大利益，所以許多專家學(xué)者都在不斷的對(duì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行研究，這將是促使這一新興產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的重要原因。同時(shí)，還揭示了我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題并針對(duì)性的提出了對(duì)于我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化得幾點(diǎn)建議[3]。王楠介紹了機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)情況,包括國內(nèi)外研究設(shè)計(jì)情況、工業(yè)機(jī)器人研究趨向、工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)技術(shù)、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)、我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景、機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)化等相關(guān)問題[5]。陳雪華等提出三種模塊化轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié),詳述它們的結(jié)構(gòu)參數(shù),并用這三種模塊化關(guān)節(jié)裝配了寫字機(jī)器人,對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和寫字的模擬實(shí)驗(yàn)。李平針對(duì)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)有末端執(zhí)行器的應(yīng)用缺陷,結(jié)合人手構(gòu)造,在保證具有良好機(jī)械特性及適合物體抓取的前提下,通過對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化,設(shè)計(jì)了一種多指型末端執(zhí)行器。由此看來，廣大學(xué)者對(duì)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展都非常的關(guān)注，并且不斷的在工業(yè)機(jī)器人的制造技術(shù)上進(jìn)行研究和創(chuàng)新，使這一產(chǎn)業(yè)在各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮了很大的作用，取得了驕人的成就。而現(xiàn)在的關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人，盡管在手臂工作空間的問題上有了很大的改進(jìn)，但是由于其安裝方式和工作環(huán)境都有一定的限制，依然有待改進(jìn)[9]。頂部安裝的機(jī)器人只占用有限的空間，可提供更高的活動(dòng)范圍，從而有助于提高生產(chǎn)靈活性。這種自身具備的靈活性有助于快速方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換，能夠提高正常運(yùn)行時(shí)間。機(jī)器臂可以安裝在側(cè)面或倒置安裝，從而確保達(dá)到最大的工作范圍。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題我研究的基本內(nèi)容是直線軸工業(yè)機(jī)器人，對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行必要的計(jì)算以及完成直線軸工業(yè)機(jī)器人的三維造型設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真，并完成設(shè)計(jì)圖紙和部分零件圖。通過對(duì)文獻(xiàn)[4][9][10][13]的閱讀可知直線軸工業(yè)機(jī)器人面臨著許多待解決的問題：（1）有些直線軸工業(yè)機(jī)器人承載能力不強(qiáng)，這就使該類型機(jī)器人在某些工作領(lǐng)域受到限制。所以，需要改進(jìn)現(xiàn)有直線軸工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其能夠承受更大的負(fù)載。前者決定機(jī)器人能否符合精度要求進(jìn)行工作，后者直接關(guān)系到機(jī)器人能否適應(yīng)生產(chǎn)節(jié)拍的要求。這就要求對(duì)其結(jié)構(gòu)剛性和抗震性等方面進(jìn)一步改進(jìn)。這就在一些工作領(lǐng)域受到限制，進(jìn)而使它的工作靈活性不能得到發(fā)揮。三、研究步驟、方法及措施首先查閱文獻(xiàn)資料，從文獻(xiàn)資料中了解一些關(guān)于直線軸工業(yè)機(jī)器人的基本知識(shí)，確定研究方案。用Solidworks對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)造型，再將每個(gè)零件裝配起來，利用仿真模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，從而確認(rèn)其工作特性是不是符合給定的設(shè)計(jì)參數(shù)。四、研究工作進(jìn)度第一階段（第一周~第四周），查閱相關(guān)資料和閱讀參考文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外直線軸工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，明確研究方案的意義及其可行性，并且確定大體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告，準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)考核。第三階段（第十一周~第十四周），選擇直線軸機(jī)器人的部分典型零件繪制零件圖。第五階段（第十七周~第十八周），完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。機(jī)械手是機(jī)器人的一個(gè)重要組成部分，它是隨著機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷成熟而不斷發(fā)展的。通常機(jī)械手由多自由度機(jī)械臂和末端夾持器組成。球坐標(biāo)機(jī)械手突出特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性、靈活性，機(jī)構(gòu)承載能力強(qiáng)，具有較好的通用性，重復(fù)定位精度高，動(dòng)作速度快，能夠成功的應(yīng)用于包裝、上下料以及工業(yè)生產(chǎn)等廣泛領(lǐng)域；而電力控制中步進(jìn)電機(jī)可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能好，通常不需要反饋就能對(duì)位置和速度進(jìn)行控制，位置誤差不會(huì)累積；在機(jī)器人中，機(jī)械手起著連接和承受外力的作用，機(jī)械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對(duì)機(jī)械手性能影響很大。二、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的年代。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用了一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。幾十年來，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷修改，品種在不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。50~60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。1968～1970年，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上，使第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段，70年代機(jī)械手可以說是處于技術(shù)發(fā)展階段。如此高的增長率有其深刻的社會(huì)背景。為此，“柔性生產(chǎn)”的概念及其試驗(yàn)性的設(shè)計(jì)就誕生了。我國機(jī)械手起步較晚,經(jīng)過30多年的發(fā)展。但與先進(jìn)的國家相比，還有很大距離，從總體上看，我國機(jī)器手的研究仍然任重道遠(yuǎn)。（任務(wù)量為3張零號(hào)圖紙）目標(biāo)是希望通過本課題，能鞏固和加強(qiáng)專業(yè)基本理論知識(shí)，理解機(jī)械手的功能、組成及工作原理，研究步進(jìn)電機(jī)的性能，熟悉以PLC為核心的編程與控制裝置應(yīng)具備的基本功能，掌握整個(gè)機(jī)電一體會(huì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和具體方法；同時(shí)訓(xùn)練專業(yè)基本技能，提高自己查閱資料，獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，為以后深造研究打下良好基礎(chǔ)。研究手段：首先是前期準(zhǔn)備，收集相關(guān)資料，查閱中外文獻(xiàn)，請(qǐng)教老師和同學(xué)；同時(shí)學(xué)習(xí)使用AutoCAD軟件。努力在老師的指導(dǎo)下，定期完成工作任務(wù)。經(jīng)過近20年努力，特別是經(jīng)過“七11.”攻關(guān)、“ 863”計(jì)劃，取得了一批重要成果，已經(jīng)系統(tǒng)掌握了機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、機(jī)器人語言等技術(shù)。而各工程中心_L作的側(cè)重點(diǎn)又有所不同:東北地區(qū)以特種機(jī)器人、水下機(jī)器人開發(fā)為L,華北地區(qū)以噴漆Y1lt人、焊接機(jī)器人開發(fā)為主，華東地區(qū)以搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人開發(fā)為主。通過調(diào)研，我知道直角坐標(biāo)型機(jī)器人能夠在空間中的任意兩點(diǎn)距離中移動(dòng)，所以能夠抓取離地面較高，或者中間有障礙的工件，其位置精度高，位置誤差與臂長成正比等。通過交流伺服電機(jī)的閉環(huán)反饋能達(dá)到相當(dāng)高的精度要求。第二周：通過實(shí)地調(diào)查研究和查閱相關(guān)資料，完成實(shí)習(xí)（調(diào)研）報(bào)告；完成外文翻譯，并對(duì)其進(jìn)行完善。第四周：選定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，確定機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。第六周：確定具體的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，著手畫裝配圖。第八周：對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行計(jì)算校核。第十周：對(duì)機(jī)械手控制部分，分析動(dòng)作順利，畫梯形圖。第十二周：編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份。第十四周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。工業(yè)機(jī)器人展現(xiàn)狀與前景展望 1920年捷克作家卡雷爾它是最早的工業(yè)機(jī)器人設(shè)想。50年代以后，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開始研究能搬運(yùn)核原料的遙控操縱機(jī)械手，這是一種主從型控制系統(tǒng)，主機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人。1959年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。這種機(jī)器人還可以接受示教而完成各種簡(jiǎn)單的重復(fù)動(dòng)作，示教過程中，機(jī)械手可依次通過工作任務(wù)的各個(gè)位置，這些位置序列全部記錄在存儲(chǔ)器內(nèi)，任務(wù)的執(zhí)行過程中，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)在伺服驅(qū)動(dòng)下依次再現(xiàn)上述位置，故這種機(jī)器人的主要技術(shù)功能被稱為“可編程”和“示教再現(xiàn)”。后來，出現(xiàn)了具有視覺傳感器的、能識(shí)別與定位的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。目前，對(duì)全球機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展最有影響的國家是美國和日本。、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；驅(qū)