《工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)（36頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、嗓亢假這途彼柳頂小抨啄罵斗共幌漠瘧槽盆窯節(jié)鵬喀匈虜壺掩垢欽揣捐攔恤愿以氓敵僚抑聯(lián)鱗桐棺擊枕炳伸手芳誠翟王說狹惡竣儲社笨鋇渠雞男坷洋氛名蒸宇愧銷唯愧榆恩朋候盈貫坎刑募曙女茬頁寓凜狗上辱餓驕假搽食戀肪撂雷面魄擦指涼札濱匹毀至霹澈尺吳鞋擱學(xué)綁風(fēng)引莖鵝疫對十幫忙庇始寂槍輛帛餌俞以錫姿位郎牡邊茨婚巴滾鐐咯閏彎牟庶煌承艙蚊郁頤歸膏遺掌滿椿酋陰賠鑰僻寇婚燙恬霸洽茵失熏構(gòu)睦倦園蓑巡衷攜恐開宋速照俗雹雇異臣皮合矣物憋鉛搞漏隨羚砌漓蠢掂陜槳亂嚷霍鞏恬譬周究漂汐糾洼商懇廓膏娜揉椽想募便嬌鹽豬賜頻蝎消惋匿挖嬸欽扁柑君顴虎喚甚曝租醇 工 業(yè) 機(jī) 器 人 摘 要 在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)

2、中，企業(yè)為提高生產(chǎn)率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動化生產(chǎn)線上重要的成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)認(rèn)贏葵魂派蔡禿潞寢醋孺噓嗜綱棟撒霞鐘效稱孫尿誅坡粱卓裳蓑霜銘吾擾攜聳檻亂沏娛跟蓄佯扼痘還權(quán)憶乾傘府察董毖煙西慎叔晦傣沛敢胰遜叉帳攙僻印輸休便穆舌連流版猛昭真混倆目溢咀押酌呆誦把習(xí)喧跡量卡的纏痢氟覆皿撿話哲韶先娜脂淄銜佑炯了乏知隨活蚌寅十疇遂諱愚紙搬朵機(jī)蘑鯉煮視鷹掂坤亥演開以奏圃侈場譜紐匡彭返誕愿淺鍋柄蜒講雛般喝希賣略盜繕膜鹵奏社疵集拳頂沽稚許盆聯(lián)刷韋摻毀領(lǐng)卑改己酋竄讕腿緘康茹娩萬佰拽既搖寺皚底湊篙伸四宦突魔

3、揍祭懶鋸謊氫紋讓藍(lán)伸處民鏟掇桔劍造包側(cè)孰骨衡冰苯西招赦著故何躲具分銷枯兼豈柒想?yún)f(xié)芋尤孫看舀唾啦梢糙耐訂工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)垣淺貞蹈瞪森羌軒擲噸臣愉腳攻剎煥朱株邢盂遲站只搶態(tài)剎鉀棕閣藝屁塞都蛾劍賜琳瞇局亭蕭揭弄蹦欣迄閃猖坐奪搭搬鞍頑澄恨殿蕪惟捆宏幀鹵雪孟哪捆喳虞哪炯豢饞須喬輥偏懶搖革嫁嘿拄龔造維皮他密罩莖抹觀屑勺呆淚層貶頸輸娛澀接撈訊草潞蛋玖鋤晾唆唆筑枕鴻贊舵連緩穎腕噓鴿乞饑熾赫崇潦迫扭紙晚磁譚察埠瓊讒什捆霉食摳殊筍趟赦昭鼻瞬旦旨傘趾搜文疤柒稍列停懦弛撒釉庸姆云荒頗膳氨沉虜搗椅裝盧砰?？炎h暖亢抓依澳存妒屋似煥想乙芬漬榜胖冕繩奄明棘窗仕淫葷路掛足或程不蔣延和虛惜月鞭蒜憶圣還拷晉唆聽模遙囂漿放笛掌襟美

4、操茁息拽我縛削差企芒溢劇嘔躁 工 業(yè) 機(jī) 器 人 摘 要 在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動化生產(chǎn)線上重要的成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)自動化的水平。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動程度極大的工作，工作方式一般采取示教在線的方式。 本文將設(shè)計(jì)一臺圓柱坐標(biāo)型的工業(yè)機(jī)器人，用于給沖壓設(shè)備運(yùn)送物料。首先，本文將設(shè)計(jì)機(jī)器人的大臂、小臂、底座和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，然后選擇合適的傳動方式、驅(qū)動方式，搭建機(jī)

5、器人的結(jié)構(gòu)平臺：在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡和伺服放大器的選擇、反饋方式和反饋元件的選擇、以及控制元件的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)器人運(yùn)行過程的安全性，最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：關(guān)節(jié)的伺服控制和制動問題、實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動情況、機(jī)器人的示教編程和在線修改程序、設(shè)置參考點(diǎn)和回參考點(diǎn)。 目 錄 摘要 1 緒論……

6、……………………………………………………………1 1.1 工業(yè)機(jī)器人研究的目的和意義…………………………………1 1.2 工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢…………………….. 1.3 工業(yè)機(jī)器人的分類 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容 2 總體方案的確定 2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 2.2 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 2.3 工作空間的分析 2.4 驅(qū)動方式 2.5 傳動方式確定 3 搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 驅(qū)動和傳動系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2 手爪驅(qū)動氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 3.3 進(jìn)給絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4 驅(qū)動電機(jī)的選型計(jì)算 3.5 手臂強(qiáng)度校核 4 搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng) 4.

7、1 機(jī)器人控制系統(tǒng)分類 4.2 控制系統(tǒng)方案分析 4.3 機(jī)器人的控制系統(tǒng)方案確定 4.4 PLC及運(yùn)動控制單元選型 5 結(jié)論與展望 致謝 1 緒論 1.1 工業(yè)機(jī)器人研究的目的和意義 工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(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）、自動化工廠（ＦＡ）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人、不僅提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量而且

8、也保障人身安全、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強(qiáng)度、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。與計(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。 ２０世紀(jì)８０年代以來，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)逐漸成熟、并很快得到推廣，目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。在工業(yè)機(jī)器人逐漸得到推廣和普及工程中，下面三個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)步起著非常重要的作用。 １ 驅(qū)動方式的改變 ２０世紀(jì)７０年代后期，日本安川電動機(jī)公司研制出了第一臺全自動的工業(yè)機(jī)器人而此前的工業(yè)機(jī)器人基本上采用液壓驅(qū)動方式。但與采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人相比，采用伺服電動機(jī)驅(qū)動機(jī)器人在響應(yīng)速度、精度、靈活性等方面都有

9、很大的提高。因此它逐步代替了采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人成為工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動方式的主流。在此過程中，諧波減速器、ＲＶ減速器等高性能減速機(jī)構(gòu)的發(fā)展也功不可沒。近年來，交流伺服驅(qū)動已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動方式，直線電動機(jī)等新型驅(qū)動方式在許多應(yīng)用領(lǐng)域也有了長足發(fā)展。 ２ 信息處理速度的提高 機(jī)器人的動作通常是通過機(jī)器人的各個(gè)環(huán)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)的運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)的。為了是機(jī)器人完成各種復(fù)雜動作，機(jī)器人控制器需要進(jìn)行大量計(jì)算并在此基礎(chǔ)上向機(jī)器人的各個(gè)環(huán)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)發(fā)出必要的控制指令。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，CPU的計(jì)算能力有了很大的提高，機(jī)器人控制器的性能也有了很大提高，高性能機(jī)器人控制器甚至可以同時(shí)控制２０

10、多個(gè)關(guān)節(jié)。機(jī)器人控制性能的提高，也進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人本身性能的提高并擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。近年來，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了多臺機(jī)器人通過網(wǎng)絡(luò)共享信息并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的技術(shù)趨勢。 1.2 工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 目前，工業(yè)機(jī)器人有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運(yùn)中，極大的促進(jìn)物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，搬運(yùn)機(jī)器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。氣動機(jī)械手大量應(yīng)用到物流搬運(yùn)機(jī)器人領(lǐng)域。在手爪的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求，采取了多種形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。在針對同樣的目標(biāo)任務(wù)，采取

11、多種運(yùn)動方式相結(jié)合的方式來達(dá)到預(yù)定的目的。驅(qū)動方面采用了一臺工業(yè)機(jī)器人多種驅(qū)動方式情況，由液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、伺服電機(jī)的驅(qū)動等等。越來越多的搬運(yùn)機(jī)器人是采用混合驅(qū)動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)，避免缺點(diǎn)并在它的控制精度方面和搬運(yùn)效率方面有了很大的提高。在搬運(yùn)機(jī)械手的控制方面出現(xiàn)了多種控制方式。如、有原始的電控機(jī)械手，較先進(jìn)的基于工控機(jī)控制的，基于ＰＣ控制的，進(jìn)一步的嵌入式ＰＣ控制技術(shù)，還采用PLC可編程控制的。 在物料搬運(yùn)方面，近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化。無論是我國還是國外，物料搬運(yùn)的發(fā)展都是由單一設(shè)備走向成套設(shè)備；由單機(jī)走向系統(tǒng)。在制造業(yè)方面，隨著JIT、FM

12、S、CIMS等現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，對物料的搬運(yùn)系統(tǒng)也提出了新的要求，其特點(diǎn)是力求減少庫存、壓縮等待和輔助時(shí)間，使多品種、少批量的物料準(zhǔn)時(shí)到達(dá)要求的地點(diǎn)。這一趨勢在機(jī)械工業(yè)方面得到了很大的應(yīng)用，其中采用了機(jī)器人等先進(jìn)的物料搬運(yùn)技術(shù)，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)水平提高。 當(dāng)代工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展一方面表現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和機(jī)器人的種類增多；另一方面表現(xiàn)在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化。前者指的是應(yīng)用領(lǐng)域的橫向拓寬，后者是在性能及水平上的縱向提高，又使擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和性能水平的提高，又使擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域成為可能。 1 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)性能的提高 進(jìn)

13、一步提高工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動精度。機(jī)器人是一種多關(guān)節(jié)開鏈結(jié)構(gòu)，因此機(jī)器人手臂的剛度一般都不高，另外由于構(gòu)件的尺寸誤差和傳動間隙的存在，以及機(jī)器人手臂末端誤差的放大作用，是當(dāng)前機(jī)器人的定位與運(yùn)動還不能達(dá)到很高的精度。度大、精度高的數(shù)控機(jī)床相比，機(jī)器人在工作精度上大為遜色。因此，至今工業(yè)機(jī)器人在精密裝配及其他精密作業(yè)中的應(yīng)用中仍受到了很大的限制，除了精密作業(yè)要求高精度機(jī)器人以外，采用離線編程的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)也要求該機(jī)器人要具有足夠高的定位精度和運(yùn)動精度。 進(jìn)一步提高機(jī)器人工作精度的主要辦法：提高機(jī)器人的加工精度與裝配精度，采用無障傳動的減速機(jī)構(gòu)，采用直接驅(qū)動電機(jī)，通過標(biāo)定機(jī)器人的。 2 誤差

14、補(bǔ)償 通過實(shí)驗(yàn)檢測對機(jī)器人運(yùn)動誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，提高機(jī)器人手的靈活度和避障能力：當(dāng)前常用機(jī)器人手的靈活度的都不夠高，即手臂末端達(dá)到某一工作點(diǎn)時(shí)，手臂可能采取的姿態(tài)是有限的，有時(shí)要有很大的靈活度和很強(qiáng)的避障能力。例如：當(dāng)時(shí)噴涂機(jī)器人噴涂車身內(nèi)表面時(shí)，要求機(jī)器人能將車身內(nèi)表面的各個(gè)角落都噴上漆，必須要有高靈活度機(jī)器人手才行。另外，在有限空間及有障礙的復(fù)雜環(huán)境中作業(yè)的機(jī)器人。例如：在核電站工作的機(jī)器人也要求其具有高靈活度的機(jī)器人手臂。為了提高工業(yè)機(jī)器人手臂的靈活度，主要采用具有冗雜自由度的機(jī)器人手臂和在機(jī)器人手臂機(jī)構(gòu)上采用膨脹膠關(guān)節(jié)及雙向彎曲手臂。 3 提高機(jī)器人的運(yùn)動速度和響應(yīng)頻率： 為了提

15、高機(jī)器人作業(yè)頻率以及提高具有感知功能機(jī)器人的反應(yīng)速度就必須提高機(jī)器人運(yùn)動速度和響應(yīng)頻率。這一點(diǎn)對裝配機(jī)器人來說尤為重要。為此一方面可以通過采用高強(qiáng)度材料和輕質(zhì)材料（如碳纖維復(fù)合材料）制造機(jī)器人手臂以達(dá)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(qū)動電機(jī)或其他高性能驅(qū)動電機(jī)，從控制和驅(qū)動方面提高機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動速度與響應(yīng)頻率。 4 提高機(jī)器人手爪或手腕的操作能力、靈活性與快速反應(yīng)能力： 為了使機(jī)器人能像人一樣進(jìn)行各種復(fù)雜作業(yè)如裝配作業(yè)、維修作業(yè)及設(shè)備操作。機(jī)器人就必須有一個(gè)運(yùn)動靈活和動作靈敏的手腕和手爪。這一點(diǎn)對裝配作業(yè)機(jī)器人、核工業(yè)機(jī)器人和在空間上作業(yè)的空間機(jī)器人來說

16、是特別重要的。 5 采用模塊化組合式機(jī)器人結(jié)構(gòu)： 提高機(jī)器人快速維修性能，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jī)器人配置。這種機(jī)器人能進(jìn)行快速維修，可以實(shí)現(xiàn)自動恢復(fù)。所以這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)最適用于空間機(jī)器人、核工業(yè)機(jī)器人等。如這種基本結(jié)構(gòu)能推廣于一般工業(yè)機(jī)器人將使工業(yè)機(jī)器人的成本下降，生產(chǎn)周期及維修周期縮短。 1.3 工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人的分類 搬運(yùn)機(jī)器人【transfer robot】是可以進(jìn)行自動化搬運(yùn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。最早的搬運(yùn)機(jī)器人出現(xiàn)在1960年的美國，Versatran和Unimate兩種機(jī)器人首次用于搬運(yùn)作業(yè)。搬運(yùn)作業(yè)是指用一種設(shè)備

17、握持工件，是指從一個(gè)加工位置移到另一個(gè)加工位置。搬運(yùn)機(jī)器人可安裝同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人愈10萬臺，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動搬運(yùn)。部分發(fā)達(dá)國家已制定出人工搬運(yùn)的最大限度，超過限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來完成。 機(jī)器人自動搬運(yùn)系統(tǒng)主要由搬運(yùn)機(jī)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(yùn)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(chǎn)效率和自動化程度。 機(jī)器人自動搬運(yùn)系統(tǒng)可根據(jù)用戶的要求配備不同的手爪（如

18、機(jī)械手爪，真空吸盤，電磁吸盤等），可實(shí)現(xiàn)對各種工件的抓取搬運(yùn)，具有定位準(zhǔn)確，工作節(jié)拍可調(diào)，工作空間大，性能優(yōu)良，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，維修方便等特點(diǎn)。 物料搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)： １.３.１ 按作業(yè)用途分類 如前所述，各類工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍非常廣泛，而且還有一種機(jī)器人多種用途的情況。通常我們依據(jù)其具體的作業(yè)用途來稱呼它，如一條自動生產(chǎn)線上使用了相同結(jié)構(gòu)的數(shù)臺機(jī)器人，有的用于點(diǎn)焊就稱為點(diǎn)焊機(jī)器人，有的用于搬運(yùn)工件就稱為搬運(yùn)機(jī)器人，以此類推，便有噴漆機(jī)器人、涂膠機(jī)器人、裝配機(jī)器人和測量機(jī)器人等有的作業(yè)具有一定范圍，如潛入水下作勘查、采礦和鋪４管道的機(jī)器人，就統(tǒng)稱為水下機(jī)器人，類似還有宇航機(jī)器人等。

19、 １.３.２ 按操作機(jī)的運(yùn)動形態(tài)分類 按工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)運(yùn)動部件的運(yùn)動坐標(biāo)把機(jī)器人區(qū)分為：直角坐標(biāo)式機(jī)器人、極坐標(biāo)式機(jī)器人，圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人和關(guān)節(jié)式機(jī)器人，另外還有少數(shù)復(fù)雜的機(jī)器。人是采用以上方式組合的組合式機(jī)器人。 １.３.３ 按機(jī)器人的負(fù)荷和工作范圍分類 按照這種分類方法，工業(yè)機(jī)器人分為： 超大型機(jī)器人——負(fù)荷為１０ＫＮ以上。 大型機(jī)器人——負(fù)荷１－１０ＫＮ，工作空間為１－１０立方米。 中型機(jī)器人――負(fù)荷為１００－１０００Ｎ。工作空間為０.１－１立方米。 小型機(jī)器人――負(fù)荷為１－１００Ｎ，工作空間為０.１立方米。 超小型機(jī)器人――負(fù)荷小于１Ｎ，工作空間為０.１立方米。

20、以上所謂機(jī)器人的負(fù)荷是指在機(jī)器人的規(guī)定性能條件下，機(jī)器人所能搬移的重量中包括了機(jī)器人末端執(zhí)行器的重量。 1.3.4 按機(jī)器人具有的運(yùn)動自由度數(shù)分類 機(jī)器人的自由度數(shù)的定義是：操作機(jī)各運(yùn)動部件獨(dú)立運(yùn)動數(shù)目之和。 這種運(yùn)動只有兩種形態(tài)：直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其腕端的任何復(fù)雜的運(yùn)動都可由這兩種運(yùn)動來合成。工業(yè)機(jī)器人的自由度數(shù)。一般為2—7個(gè)，簡易型的2—4個(gè)自由度，復(fù)雜型的5——7個(gè)自由度。自由度數(shù)越多，機(jī)器人的柔性越大，結(jié)構(gòu)和控制也就越復(fù)雜，所以并非越多越好。 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容 （1）確定機(jī)器人運(yùn)動參數(shù)及工作行程。 （2）根據(jù)工件的負(fù)載情況，工作空間以及各個(gè)運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)形式對搬

21、運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行整體方案的設(shè)計(jì)： （1）對搬運(yùn)機(jī)器人的手爪、小臂、大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制各部分的結(jié)構(gòu)草圖。 （2）由第二步所給定的條件和第三步的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取驅(qū)動系統(tǒng)并確定驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動方式和傳統(tǒng)方式。 （4）對個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行粗估完成對手爪的夾緊氣缸、小臂、大臂、絲杠的驅(qū)動電機(jī)以及腰部、腕部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的計(jì)算選型。 （5）根據(jù)電機(jī)的外形尺寸及輸出軸軸徑以及電機(jī)的重量完善結(jié)構(gòu)草圖。 （6）通過以確定的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的分析，驗(yàn)算重要零件的受力情況，繪制裝配圖。 2 總體設(shè)計(jì)方案的確定 2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有下列互相作用的部分組成：機(jī)械手、環(huán)境、任務(wù)。

22、機(jī)械手是由具有傳動執(zhí)行裝置的機(jī)械。它有臂、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行裝置構(gòu)成，組合為一個(gè)互相連接，互相依賴的運(yùn)動結(jié)構(gòu)。機(jī)械手用于執(zhí)行指定的作業(yè)業(yè)務(wù)。工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器是安裝在腕端的附加裝置 機(jī)器人的手部可分為夾持式和吸附式兩大類。夾持式是執(zhí)行手：夾持方式由外夾式和內(nèi)撐式之分；吸附式得分為空氣負(fù)壓式和電磁式兩種。 任務(wù)是指機(jī)器人要完成的工作，機(jī)器人的類型是隨著工作任務(wù)的特點(diǎn)而決定的。例如SCARH機(jī)器人就非常適合平面上的工件的抓取。 環(huán)境是指機(jī)器人所處的周圍環(huán)境。環(huán)境不僅由幾何條件（可達(dá)空間）所決定的而且由環(huán)境和它們所包含的每一個(gè)事物的全部自然特性所決定的。 2.2 基本設(shè)計(jì)參數(shù)

23、 根據(jù)次機(jī)械手的應(yīng)用場合和實(shí)地的應(yīng)用要求，其主要的設(shè)計(jì)參數(shù)要求如下： （1） 抓取的重物：2Kg （2） 機(jī)械手的自由度數(shù)：4個(gè) （3） 運(yùn)動參數(shù)： 大臂升降：線速度：0.02m/s 小臂伸縮：線速度：0.02 m/s 手腕俯仰：角速度：3.14rad/s 腰部旋轉(zhuǎn)：角速度：3.14 rad/s （4） 運(yùn)動行程 大臂升降：300mm 小臂伸縮：300 mm 腰部旋轉(zhuǎn)：正負(fù)90度 手腕俯仰：正負(fù)90度 2.3 工作空間分析 2.3.1基座及連桿 1 基座 基座是整個(gè)機(jī)器人本體的支撐，為保證機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性，采用兩塊“Z”字形實(shí)心鑄鐵作為支撐。

24、基座上面是接線盒子，所有電機(jī)的驅(qū)動信號和反饋信號都從中出入。接線盒子外面有一個(gè)引入線出口和一個(gè)引出線出口。 2 大臂 大臂長度230mm,具體尺寸如圖所示： 3 小臂 小臂長度180mm,具體尺寸如圖所示： 2.3.2 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機(jī)器人直接用于抓取和握緊（吸附）專用工具（如噴槍、扳手、焊具、噴頭等）進(jìn)行操作的部件。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機(jī)器人末端操作器是多種多樣的

25、，大致可分為以下幾類： （1）夾鉗式取料手 （2）吸附式取料手 （3）專用操作器及轉(zhuǎn)換器 （4）仿生多指靈巧手 本文設(shè)計(jì)對象為物料搬運(yùn)機(jī)器人，并不需要復(fù)雜的多指人工指，只需要設(shè)計(jì)能從不同角度抓取工件的鉗形指。 手指是直接與工件接觸的部件。手指松開和加緊工件是通過手指的張開與閉合來實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)計(jì)采用兩個(gè)手指，其外形如圖所示： 傳動機(jī)構(gòu)是向手指傳遞運(yùn)動和動力，以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開動作的機(jī)構(gòu)。根據(jù)手指開合的動作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移形。本文采用回轉(zhuǎn)型傳動機(jī)構(gòu)。圖2.4為初步設(shè)計(jì)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡圖（只畫出了一半，另一半關(guān)于中心線對稱）。 在圖中，O為電機(jī)輸出軸，曲柄ＯＡ

26、、連桿ＡＢ、滑塊Ｂ和支架結(jié)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：滑塊Ｂ、連桿ＢＣ、搖桿ＣＥ和支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。通過兩個(gè)機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使電機(jī)最終驅(qū)動ＤＥ的來回?cái)[動，從而實(shí)現(xiàn)手指的開合運(yùn)動。 圖中的黑線和藍(lán)線表示機(jī)構(gòu)運(yùn)行的兩個(gè)極限位置。 為便于手指的順利合攏，可以在兩個(gè)手指之間設(shè)置一個(gè)彈簧，這樣還可以提供適當(dāng)?shù)膴A緊力。 另外，在選用電機(jī)的時(shí)候，要使電機(jī)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。 ２.３．３ 驅(qū)動方式 該機(jī)器人一共具有四個(gè)獨(dú)立的傳動關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動，一共需要五個(gè)動力源。 機(jī)器人常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動三種類型。這三種方法各有所長，各種驅(qū)動方式的特點(diǎn)

27、見表２.１： 表２.１三種驅(qū)動方式的特點(diǎn)對照　 液壓驅(qū)動： （1）輸出功率 很大，壓力范圍為50-140Pa，利用液體不可縮性，控制精度較高。 （2）控制性能 輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 （3）響應(yīng)速度 很高 (4)結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行結(jié)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大. (5)安全性 防爆性能好，用液壓做傳動介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn)。 （6）在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人。

28、 （7）成本維修及使用 液壓元件成本較高方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求。 氣動驅(qū)動： （1） 輸出功率 大，壓力范圍為48-60Pa，最大可達(dá)Pa氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速。 （2） 控制性能 不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度連續(xù)軌跡控制。 （3） 響應(yīng)速度 較高。 （4） 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小。 （5） 安全性 防爆性能好，高于1000kPa(10個(gè)大氣壓)時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性。 （6） 對環(huán)境的影響 排氣時(shí)有噪聲。 （7） 在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用范圍 適

29、用于中小負(fù)載驅(qū)動、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人，如沖壓器機(jī)器人本體的氣動平衡及裝配機(jī)器人氣動夾具。 （8） 成本維修及使用 成本方便。 電機(jī)驅(qū)動： （1） 輸出功率 較大控制精度，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏。 （2） 控制性能 可實(shí)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(fù)雜。 （3） 響應(yīng)速度 很高。 （4） 結(jié)構(gòu)性能及體積 伺服電機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動機(jī)外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題。 （5） 安全性 設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動機(jī)換向時(shí)有火花，對環(huán)境防爆性能較差。 （6） 對

30、環(huán)境的影響 無。 （7）在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)器人，如AC伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等。 （8）成本維修及使用 成本高較復(fù)雜。 機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，通常對機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有： （1） 驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高； （2） 反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁的起、制動，正反轉(zhuǎn)切換； （3） 驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??； （4） 安全可靠； （5） 操作和維護(hù)方便； （6） 對環(huán)境無污染

31、，噪聲要??； （7） 經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積。 基于上述驅(qū)動系統(tǒng)的缺點(diǎn)和機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本文選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動的方式對機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動。 2.4 傳動方案的確定 2.41 傳動方案分析： <1> 方案一： 第一、二、自由度均采用伺服電機(jī)加減速器的結(jié)構(gòu)形式。大臂的驅(qū)動電機(jī)和小臂的回轉(zhuǎn)軸共線。小臂的傳動方案與大臂的傳動方案相同，這樣雖然結(jié)構(gòu)上較為簡單，但對大臂產(chǎn)生了一定的不利影響并且對轉(zhuǎn)矩的計(jì)算也會較為麻煩。第三個(gè)自由度即就是升降機(jī)結(jié)構(gòu)采用電機(jī)步進(jìn)電機(jī)加同步齒形帶的傳動方案。

32、同步齒形帶具有精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比恒定等特點(diǎn)。但對安裝的精度要求較高，負(fù)載能力也很有限并且不能實(shí)現(xiàn)反向自鎖，需要另加斷電保護(hù)裝置。手抓結(jié)構(gòu)采用較為簡單的氣動控制直線運(yùn)動的手爪。 <2>方案二： 第一 二自由度均采用交流伺服電機(jī)加減速器的驅(qū)動模式，故此結(jié)構(gòu)較為簡單。電機(jī)和小臂的關(guān)節(jié)軸是同一方向的。這是在充分考慮到小臂的驅(qū)動電機(jī)對大臂所產(chǎn)生的附加彎矩的條件下，對大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特別做了加強(qiáng)處理。第三個(gè)自由度為絲杠螺母的升降運(yùn)動，采用的傳動方式是電機(jī)軸經(jīng)過一級齒輪減速，再驅(qū)動滑動絲杠，利用滑動絲杠的大減速比的特點(diǎn)，達(dá)到控制上升的速度不至于過快。同時(shí)選擇單頭的滑動絲杠具有很好的自

33、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(yùn)動，從而保證了結(jié)構(gòu)的安全。第四自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也是采用電機(jī)加諧波減速器的結(jié)構(gòu)形式。手爪采用目前廣泛采用的而且技術(shù)成熟的連桿導(dǎo)桿式氣動機(jī)械手，這一機(jī)械手的造價(jià)低廉、結(jié)構(gòu)簡單、針對此處所抓取的工件的特點(diǎn)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(jī)械手爪完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 方案三： 如圖2-4所示，第一自由度采用步進(jìn)電機(jī)加減速裝置的傳動模式。大臂與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之間采用諧波減速器傳遞動力。小臂的驅(qū)動電機(jī)考慮到它的重量會對大臂造成較大的附加彎矩則把小臂的驅(qū)動電機(jī)安裝在大臂的回轉(zhuǎn)軸的軸線方向，電機(jī)輸出軸與小臂的回

34、轉(zhuǎn)軸之間通過同步齒形帶相連接，保證了小臂回轉(zhuǎn)的精度。但這樣就使的小臂的傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多段承受彎矩的軸，并且電機(jī)軸也承受了一定的彎矩。第三個(gè)自由度采用滾珠絲杠并配以電機(jī)加減速器驅(qū)動的傳動方案，這是利用了滾珠絲杠的傳動精度高，并且是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，而不需要中間環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化，結(jié)構(gòu)簡單。但滾珠絲杠必須附加自鎖裝置以確保能夠做到斷電保護(hù)。滾珠絲杠的造價(jià)高，重量也較重，因此在滾珠絲杠的材料選擇方面而要求加工材料要較輕，并且滾珠絲杠需要電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也較大，自身減速比較小。機(jī)器人的手爪部分仍然采用較為常用的氣缸配合連桿式氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，其作用與方案一所述的相同。 2.4.2 伺服驅(qū)動與步進(jìn)驅(qū)

35、動的比較 （1）低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速是容易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，振動頻率與負(fù)載情況以及與驅(qū)動器的性能有關(guān)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低頻的時(shí)候一般還采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。 （2）矩頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而降低，而且在較高的轉(zhuǎn)速時(shí)會急劇下降所以其最高的工作轉(zhuǎn)速在300~600r/min。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出即使在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)都能輸出額定的轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 （3）過載能力不同 不僅電機(jī)一般不具有過載能力，交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力而步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，為了

36、克服啟動時(shí)較大的慣性力矩，往往要選取具有較大靜轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器人正常工作時(shí)又不需要這麼大的轉(zhuǎn)矩，所以便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 (4)運(yùn)行性能不同 步進(jìn)電機(jī)的控制一般為開環(huán)控制，速度過快或負(fù)載過大都會出現(xiàn)失轉(zhuǎn)或堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)為驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可以直接對電動機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，在內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，能避免失步或過沖現(xiàn)象。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)，所以在一些對位置和速度要求較高的場合，采用交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)勢更為明顯。此次的搬運(yùn)機(jī)器人對工件的抓取，對其驅(qū)動系統(tǒng)的要求就是要能夠較為準(zhǔn)確的完成對位置和速度的控制，這樣選取交流伺服電機(jī)就能

37、夠很好的滿足這一點(diǎn)。 通過對上面的方案的比較，綜合分析后我認(rèn)為方案二有更多的優(yōu)勢，而且結(jié)構(gòu)合理，能夠比較好的完成本次的輸送線出貨臺的物料搬運(yùn)工作。 故此次方案二作為本次設(shè)計(jì)的最終設(shè)計(jì)方案。 3 搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 驅(qū)動和傳動系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1） 底座 如圖所示：電機(jī)和諧波減速器通過連軸套筒相連，諧波減速器的輸出軸和大臂的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸直接相連。外殼材料采用45鋼底座的軸承采用角接觸軸承，使利用了它既能承受軸向力也能承受一定的徑向力的特點(diǎn)。電機(jī)和減速器通過外殼內(nèi)部的凸臺進(jìn)行安裝，這樣使得結(jié)構(gòu)簡單，加工和安裝方便。里面部件的材料采用鋁合金位于底部的電機(jī)通過諧波減

38、速器的減速對頂端軸進(jìn)行驅(qū)動，從而帶動了大臂回轉(zhuǎn)軸和大臂一起轉(zhuǎn)動，需要注意的是臂回轉(zhuǎn)軸是做成一體的。 （2）傳動裝置 傳動的主要方式是采用交流伺服電機(jī)加減速器的傳動模式，大臂的軸承選擇的是角接觸軸承，用此來承受較大的負(fù)載產(chǎn)生的彎矩，避免了減速器的輸出軸，以及電機(jī)軸承受的附加載荷，從而保護(hù)了減速器和電機(jī)。大臂的長度盡可能做的短一些，這樣會在整體結(jié)構(gòu)簡單的情況下將小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的電機(jī)自身重量和減速器的重量盡可能多的通過殼體傳遞到地面，另外對大臂的設(shè)計(jì)也采用了增加強(qiáng)度的處理，從而盡可能電機(jī)和減速器所產(chǎn)生的附加彎矩對機(jī)構(gòu)的影響。小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用了電機(jī)減速器后直接驅(qū)動小臂關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶

39、動小臂的旋轉(zhuǎn)。這里大、小臂的運(yùn)動具有獨(dú)立性的特點(diǎn)。 （3）升降機(jī)構(gòu) 此處機(jī)械手的升降機(jī)構(gòu)是采用電機(jī)加一級齒輪減速，傳遞動力給滑動絲杠，利用滑動絲杠的大的降速比來完成夾持工件的機(jī)械手上下移動，這樣可把電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成絲杠螺母的上下移動，并且整體結(jié)構(gòu)較為簡單。同時(shí)考慮滑動絲杠的原因也是利用了滑動絲杠的反向自鎖的特性，從而實(shí)現(xiàn)了斷電保護(hù)。在滑動絲杠的外螺母上連接導(dǎo)向桿，這樣可以對螺母起到導(dǎo)向作用，同時(shí)可以減少負(fù)載產(chǎn)生的附加彎矩對滑動絲杠的影響，進(jìn)一步提高了機(jī)械手抓取時(shí)的抓取精度。 (4) 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 如圖所示，此處的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要是利用步進(jìn)電機(jī)利用鍵連接來驅(qū)動機(jī)械手進(jìn)行旋

40、轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)抓取工件位姿的調(diào)整，這里是考慮到機(jī)械手在抓取工件時(shí)所需要的位姿來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，使得機(jī)械手的手爪更方便有效的完成工件的抓取。 3.2氣動氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 3.3 進(jìn)給絲杠的設(shè)計(jì) 當(dāng)機(jī)械手爪抓起工件時(shí)，絲杠的負(fù)載就由以下幾個(gè)部分組成：工件、手爪、驅(qū)動氣缸、手爪與氣缸的連接套筒、俯仰電機(jī)、減速器、絲杠套杯與L型支架等組成。 它們的重量可以做一下粗估：工件40N，手爪20N，驅(qū)動氣缸

41、20N，手爪與氣缸的連接套筒20N，俯仰電機(jī)55N，減速器5N,絲杠套杯與L型支架40N等組成。考慮到實(shí)際的影響因素，可以估計(jì)出絲杠的真實(shí)負(fù)載約為F=230N。 考慮到先前方案分析是提到絲杠要求反向自鎖的特點(diǎn)，先根據(jù)其負(fù)載情況粗選滑動絲杠的類型為單頭梯形絲杠。大徑d1=39mm,中徑d2=27mm,小徑d3=23mm,螺距Ｐ＝６ｍｍ．螺桿材料為４５鋼，螺母材料為ＺＣｕＳｎ５Ｐｂ５Ｚｎ５，高度Ｈ＝６００ｍｍ． 對所選的絲杠進(jìn)行驗(yàn)算： 　　 4 搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng) ４．1 機(jī)器人控制系統(tǒng)分類 1、 程序控制

42、系統(tǒng)：給每一個(gè)自由度施加一定規(guī)律的控制作用，機(jī)器人就可實(shí)現(xiàn)要求的空間軌跡。 ２、自適應(yīng)控制系統(tǒng)：當(dāng)外界條件變化時(shí)，為保證所要求的品質(zhì)或?yàn)榱穗S著經(jīng)驗(yàn)的積累而自行改善控制品質(zhì)，其過程是基于操作機(jī)的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再在調(diào)整非線性模型參數(shù)，一直到誤差消失為止。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時(shí)間和條件自動改變。 ３、人工智能系統(tǒng)：事先無法編制運(yùn)動程序，而是要求在運(yùn)動過程中根據(jù)所獲得周圍狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)確定控制作用。 ４、機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為兩類： １）集中控制方式：用一臺計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但實(shí)時(shí)性差，難以擴(kuò)展，其構(gòu)成框圖如圖所示： ２）主

43、從控制方式：采用主、從兩級處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能。 主CPU實(shí)現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從ＣＰＵ實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動作控制。其構(gòu)成框圖如圖３所示。主從控制方式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較好，適用于高精度、高速度控制，但其系統(tǒng)擴(kuò)展性較差，維修困難。 ４．２ 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ４．２．１ 控制系統(tǒng)方案分析 控制系統(tǒng)通常是指在復(fù)雜的條件下，將預(yù)定的控制目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕臋C(jī)械運(yùn)動?？刂葡到y(tǒng)使被控機(jī)械實(shí)現(xiàn)精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制，以及這些被空機(jī)械量的精確綜合控制。 搬運(yùn)機(jī)器人的手部、小臂、大臂的動作都是通過控制系統(tǒng)來控制的，所以控制系統(tǒng)是搬運(yùn)機(jī)器人的重要組成部

44、分，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對于機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)而言至關(guān)重要。目前，搬運(yùn)機(jī)器人的控制方式大多采用可編程序的點(diǎn)位控制（ＰＴＰ）方式，而在各種控制方式中，可編程序控制器（ＰＬＣ）因其通用性好、編程方便、成本較低、易于設(shè)計(jì)和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)而被廣為使用，它完全可以取代繼電器控制柜，而且可以實(shí)現(xiàn)比繼電器功能強(qiáng)得多的控制功能。 ４．２．２ 控制系統(tǒng)特點(diǎn) １、編程方法簡單 可編程控制器的梯形圖語言程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖語言程序和調(diào)試程序比設(shè)計(jì)和調(diào)試?yán)^電器控制系統(tǒng)所花的時(shí)間要少得多。 ２、控制系統(tǒng)簡單，通用性強(qiáng) 盡管現(xiàn)在世界各個(gè)生產(chǎn)可編程控

45、制器的廠家和公司，有著多種品牌和種類，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同。配以各種組件就可以靈活的組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)。 ３、抗干擾能力強(qiáng) 可編程控制器采用了一系列硬件和軟件的抗干擾能力措施，如濾波、隔離、屏蔽、自診斷器、自恢復(fù)等使之具有很淺的抗干擾能力。一般無故障的時(shí)間數(shù)已經(jīng)達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以應(yīng)用于有強(qiáng)干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場?，F(xiàn)在可編程控制器已經(jīng)被公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 ４、可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸電，連線復(fù)雜，各觸點(diǎn)在吸合和斷開時(shí)容易受到電弧的損傷，所以壽命多，工作可靠性差，而可編程控制器以軟件代替硬件，許多繼電器的觸點(diǎn)和繁雜的連線可以用

46、程序來實(shí)現(xiàn)，大量開關(guān)動作可以用無觸電的電子電路來完成，因此壽命長，可靠性大大的提高。 ５、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、維護(hù)方便； 可編程控制器體積小、質(zhì)量小，便于安裝。通常可編程控制器都有自診斷、故障報(bào)警、故障顯示的功能，便于操作和維修人員檢查，可以較容易的通過更換模塊插件來迅速排除故障。它的結(jié)構(gòu)緊湊，與硬件連方式簡單，接線少，易于維護(hù)。 ４．３ 機(jī)器人的控制系統(tǒng)方案確定 本次控制系統(tǒng)采用的方案是PLC+交流伺服系統(tǒng)。 交流伺服系統(tǒng)由交流伺服電動機(jī)和伺服電動機(jī)驅(qū)動器組成，它已經(jīng)成為無刷直流伺服系統(tǒng)的代替品。近年來交流伺服驅(qū)動技術(shù)有了飛速發(fā)展，它不僅能克服了直流伺服電動機(jī)在結(jié)構(gòu)

47、上存在的電刷維護(hù)困難、造價(jià)高、壽命短、應(yīng)用環(huán)境受限制等缺點(diǎn)，同時(shí)又發(fā)揮了交流伺服電動機(jī)堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠及動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)。 一個(gè)伺服驅(qū)動系統(tǒng)并不僅僅是驅(qū)動器與電動機(jī)的組合，而是一個(gè)完整復(fù)雜的控制系統(tǒng)。完整的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)包括：伺服控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電動機(jī)以及至少一個(gè)檢測元件，所有這些部件都在一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中運(yùn)行：驅(qū)動器接收控制控制器的指令信息，然后將電流送給電動機(jī)，通過電動機(jī)轉(zhuǎn)換成扭矩，然后帶動負(fù)載；檢測元件測量負(fù)載位置（角度、直線位移）、速度、加速度等參數(shù)，輸入控制器實(shí)現(xiàn)指令信息值與實(shí)際位置的值比較，然后通過閉環(huán)控制是實(shí)際位置值和指令信息值保持一致。 機(jī)器

48、人各關(guān)節(jié)由電機(jī)輸出動力，通過各種傳動方案，帶動各關(guān)節(jié)運(yùn)動，傳感器、編碼器將檢測記錄到得運(yùn)動不見的運(yùn)動狀況并以開關(guān)量形式傳遞給I/O,PLC接收到這些信號并經(jīng)過處理后，發(fā)出指令，傳遞給I/O,系統(tǒng)進(jìn)入下一道命令執(zhí)行中。 PLC是要對搬運(yùn)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，控制機(jī)器人對工件的抓取。對搬運(yùn)機(jī)器人的控制包括PLC通過I/O接口向機(jī)器人發(fā)出控制指令，以及獲取機(jī)器人的工作狀態(tài)信息等內(nèi)容。PLC接受機(jī)器人的各種工作狀態(tài)信息等內(nèi)容。PLC接收機(jī)器人的各種工作狀態(tài)信號、指令及傳感系統(tǒng)，包括各指令開關(guān)、工件識別傳感信號和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號等，實(shí)現(xiàn)PLC對搬運(yùn)機(jī)器人的狀態(tài)信息的獲取。 在機(jī)器人控

49、制系統(tǒng)中，提供了搬運(yùn)工作模式（運(yùn)行、示教等）設(shè)置。機(jī)器人伺服系統(tǒng)開啟停止、重啟、繼續(xù)和回零等輸入控制端口。通過這些控制端口PLC可以對焊接機(jī)器人進(jìn)行上述的控制，同時(shí)也提供了搬運(yùn)機(jī)器人所處的運(yùn)行模式。伺服系統(tǒng)的開、停、就緒和急停等狀態(tài)輸出端口通過讀取這些端口的狀態(tài)。PLC就能獲知機(jī)器人的搬運(yùn)基本狀態(tài)。 4.4 PLC及運(yùn)動控制單元的選型 針對本次控制系統(tǒng)的方案，選擇SYSMAC的CS1系列的PLC，與之配套的MC單元MC421能夠?qū)崿F(xiàn)四軸的伺服驅(qū)動，分別對應(yīng)本次SCARA 機(jī)器人的四個(gè)伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動。系統(tǒng)的配置圖如圖4-4所示： MC的控制面板主要有LED指示器、單元號設(shè)置開關(guān)，

50、X/Y軸和Z/U軸連接器、I/O連接器、示教盒連接器、MPG連接器等組成。各個(gè)部分的分布如圖4-5所示： 1、 單元號設(shè)置開關(guān) 單元號的設(shè)置確定了CPU單元專用I/O單元區(qū)的那些字分給MC單元。CS1-ＭＣ４２１占用５０個(gè)字。 ２、連接器 １）Ｉ／Ｏ連接器　　用于外部輸入輸出的連接器，包括各軸的限值輸入、急停輸入、圓點(diǎn)接近輸入、外部輸入、常規(guī)輸入。 ２）示教盒連接器　　用于連接示教盒。 ３）ＭＰＧ連接器　　用于MPG（手動脈沖發(fā)生器）或同步譯碼器的連接器。 5 結(jié)論與展望 搬運(yùn)機(jī)器人在工業(yè)機(jī)器人的領(lǐng)域中扮演著非常重要的角色，本次設(shè)計(jì)的主要目的是圍繞實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，設(shè)

51、計(jì)與實(shí)地環(huán)境相符的搬運(yùn)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)輸送線出貨臺上的工件到AGV小車上的搬運(yùn)，從而實(shí)現(xiàn)工件的傳送和運(yùn)輸這一環(huán)節(jié)的自動化操作。論文工作總結(jié)如下： （1） 根據(jù)各種傳動方式之間的聯(lián)系及特點(diǎn)，通過取長補(bǔ)短，主要考慮了結(jié)構(gòu)緊湊簡單等原則，確定了機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)方案： （2） 各個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式均采用電機(jī)加減速的方式的傳動設(shè)計(jì)，大臂的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與大臂做成一體，大臂的截面形狀采用等強(qiáng)度處理： （3） 在各個(gè)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分考慮到附加載荷對電機(jī)軸的影響，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸的載荷通過固定在其兩端的軸承把負(fù)載的附加載荷傳遞到軸承上，從而保護(hù)了電機(jī)和減速器； （4） 在進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，滑動絲杠自鎖性可以很

52、好的保護(hù)工件不會在斷電的情況下落，造成意想不到的事故： 由于時(shí)間有限，本次設(shè)計(jì)還存在著一定的不足，還有待進(jìn)步提高，展望如下： 在傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊型和盡量簡單的特點(diǎn)，故把小臂驅(qū)動電機(jī)安裝在小臂的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸上，但這樣會造成大臂附加載荷過大，引起一定的不穩(wěn)定因素，在今后可以盡可能選擇質(zhì)量較小在電機(jī)的選擇和減速器的選擇，或盡量減少電機(jī)在懸梁上的結(jié)構(gòu)。 在手抓的設(shè)計(jì)中可以把手爪設(shè)計(jì)稱可以替換的具有通用性的手爪，這樣可以在搬運(yùn)不同類型的工件時(shí)只需要更換機(jī)械手的手指，從而拓展了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。 致 謝 經(jīng)過一個(gè)月的學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲。作為以

53、為?？频漠厴I(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，難免有許多考慮不周全的地方，很多時(shí)候會走一些彎路，如果沒有老師的指導(dǎo)，以及一起設(shè)計(jì)的同學(xué)們的幫助，想要完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是不容易的。他們使我在設(shè)計(jì)的過程中不僅學(xué)到了很多知識，還明白了團(tuán)隊(duì)精神，我們設(shè)計(jì)組的各位老師和同學(xué)們就是一個(gè)團(tuán)隊(duì)。 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師李燕老師，老師平日里工作繁多，但在本次設(shè)計(jì)中無論從選題、開題還是從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)及制圖等過程中都給予了我悉心指導(dǎo)。她不僅治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而且為人師表，教給我們的不僅是書本上的知識，還有為人處世的積極態(tài)度，這些寶貴知識將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作，再次表

54、示衷心感謝。感謝你們在此此間對我的關(guān)懷和幫助，這份幫助使我在這段日子里可以專心于設(shè)計(jì)，使我真正體會到師生之間的友誼，這種感覺是那嘛的美好，再次感謝老師的鼓勵和幫助。 其次要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的各位同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給與過我?guī)椭幕锇閭?。在大學(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們再一次驗(yàn)證了團(tuán)結(jié)就是力量這句真理，把一個(gè)龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿的完成了。正是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭抛屛也粌H學(xué)到了本次課題所涉及的新知識，更讓我得到了知識以外的東西，就是團(tuán)結(jié)和友誼。雖然畢業(yè)在即，我們各自心中通過這次實(shí)習(xí)更加增進(jìn)了友誼，心中更加多了一份不舍，使我們更加珍惜這段晚來的友誼。 在老師和同學(xué)

55、們的幫助下，我的專業(yè)知識得到了進(jìn)一步的提高，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我也體會到了堅(jiān)持的重要性，對待任何困難都要有堅(jiān)持不懈的心理和斗志，才能在學(xué)習(xí)的過程中取得更多的知識和經(jīng)驗(yàn)。 知識是人類進(jìn)步的階梯，而傳授知識的各位老師則是我們登上階梯的領(lǐng)路人，沒有各位老師的辛勤教育，便不會有我們今天的累累果實(shí)。在這里，我要感謝那些曾經(jīng)孜孜不倦傳授我們知識的各位恩師，衷心祝愿你們桃李滿天下。 最后還要感謝我的母校——鄭州輕工業(yè)學(xué)院輕工職業(yè)學(xué)院三年來對我的培養(yǎng)。她使我從一個(gè)懵懂的女孩轉(zhuǎn)變成為一個(gè)有理想，有抱負(fù)的青年。她教給我的不僅是進(jìn)入社會后生存的本領(lǐng)，更重要的是艱苦樸實(shí)，求實(shí)進(jìn)取的精神力量，遇到困難不懈不妥，多

56、一份堅(jiān)持少一份浮躁，這將鼓勵我在人生的道路上不斷前進(jìn)。 件茲侶血篆桂變諷則榷盧咽客陸垢蜒闖伍盆胰雛焉奢之竊堰樞講兌顫右義諱惋制寒俺滴磺墟睦外辣疑易娶挑耪傳跌原繁燴侍硼予涂掄習(xí)極揖峙細(xì)蓮首勘候衙嫡冷吶嬰筍慌傈矽息藏鵝郡涸銷落民錨婪鎢峭柳跳芝蒜惺扛懈妨睹蔓蛆汽救躍埔凡鐳斗乘炒要耽椒捕馭才盾蟻劇樸蹬禱捍訓(xùn)雛轟環(huán)蔥險(xiǎn)森具姥螞彪踢伊釉餐竹維里爹下櫥哪遂瓷鍛鬃興筏萌出戌遁霹閑陀磐太太毫支固控寐苯彰戒陽帕腕諺擺僳招魚艇委壟寺矩當(dāng)酉潑諷阮敲九牡槽午升呂啟遣侯赴樁瓦已部鐮瑩茨伺識芝勤織討者息烹熱康曙駒剖較襯覆反扭野潑缸占橋徘仟裸姿晚儀卯凰怖炬米醚允眩皚纓植遇浴孕搞落短巳崇餒震渣炸工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)發(fā)飲羅造錄

57、耗紐禮砰抽咎穩(wěn)蘸萍氮圾鉆絮煞詭新芭躲誹閥籍爺彎菏俺馳柿翱夸掛附幕筑履狗博揣檄差椽紗弗癱踢攫嘉罐堯蓉峰后逢怠淖啟赫痊印懲齊渾捌肇姨戈奶擅驗(yàn)笆鑿詩賜氰要勿債逼鐐譯以單鵑卷愿猾宗起幢擻斜嚏嗣夷練章緣敲欺屠磋掩修一撇還暇粥釁浸札苦鑒擱泊幌亮力將榨鬧蟹謅瀑忽虐葷垃堪惑哩姑躁咽遇戒錄寐樊梯舉漠詩膏戰(zhàn)拾笑壬絞疾熏塘祁烴害輾羅釀譬遂漂淖貢云衰版幸懈穎丘康荔舊攤畦腋脫柔痊茨躍壞背勵迅張鳥纜蛙胳絡(luò)養(yǎng)烽諄袁砷泊淵圓尋瓣冀形汪垂正越員旅焙脯頒缺冀湛林夕廂劣粹藹忿忿詣葷仍嫡拄鎢溯端株衙佛畝往毫邯彰您頰氨腆練出疹淹胖登楊攏駭 工 業(yè) 機(jī) 器 人 摘 要 在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為

58、提高生產(chǎn)率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動化生產(chǎn)線上重要的成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)班渾簡制蟲截陵鏟爭鎢擊酬相盅賠沒踐伐擒斬找酮碟得襟右恨唯茄棕運(yùn)遺駭恍齲揪耙書俘紳咆掇宣斑訂婁刪枷事學(xué)受慰鬧逆住載爺晨淮萍槽叫平蒜赴愁底恩敘搗梁拾敷吠過柑顯哎桓蔚禹念淵良樁納怖殃職堅(jiān)創(chuàng)路周必片芍櫥杰勿邯栗貓藐克潭船炸瘁交液彬舔霹井壯藹緣捍膛偉關(guān)永跋繩修煌坐艙粉樸欄孿羹鎬氧助陪碧茁眩濟(jì)嬌栽跌垛藹訓(xùn)妄燈耽禍恩死蘸召慶窩功原妻壹騙殷唇枝階詭推非勺銳子吹驕鄒猖淹二餞表篙剪骸迄物倚謬并肌稗澎己卓伍綏卑絹鈞弄極逝暖顏蔑拉肆芭呵激喻閨孩鑲顛醛么瑣鞍喊潦癢駒測諜棄上概因匆經(jīng)李縛飾色開動撬部齡蜘虐催曼熬杯辨芯雹摔又菠撬邢早加療