自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人部分功能設(shè)計(jì)

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任務(wù)書(shū).doc

升降機(jī)構(gòu).dwg

大臂.dwg

小臂.dwg

履帶裝配.dwg

底座.dwg

總裝配圖 A0.dwg

機(jī)械手支座.dwg

機(jī)械手裝配.dwg

機(jī)械手部.dwg

法蘭盤(pán).dwg

自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人部分功能設(shè)計(jì)論文.doc

行走裝配圖.dwg

自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人部分功能設(shè)計(jì)

目 錄

第1章 緒論……………………………………………………………………  1

1.1 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人概述……………………………………  3

1.2 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀…………………………  4

1.3 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)……………………………  5

第2章 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人機(jī)械手的設(shè)計(jì)……………………………5

2.1自由度及關(guān)節(jié)……………………………………………………………6

2.2 基座及連桿……………………………………………………………  7

2.2.1 基座……………………………………………………………… 8

2.2.2 大臂………………………………………………………………9

2.2.3 小臂……………………………………………………………… 10

2.3 機(jī)械手的設(shè)計(jì)……………………………………………………………12

2.4 驅(qū)動(dòng)方式…………………………………………………………………13

2.5 傳動(dòng)方式…………………………………………………………………14

2.6 制動(dòng)器……………………………………………………………………15

第3章 控制系統(tǒng)硬件……………………………………………………………16

 3.1 控制系統(tǒng)模式的選擇……………………………………………………17

3.2 控制系統(tǒng)的搭建………………………………………………………18

3.2.1 工控機(jī)……………………………………………………………19

3.2.2 數(shù)據(jù)采集卡………………………………………………………20

3.2.3 伺服放大器……………………………………………………21

3.2.4 端子板……………………………………………………………22

3.2.5電位器及其標(biāo)定…………………………………………………22

3.2.6電源………………………………………………………………23

第4章 控制系統(tǒng)軟件…………………………………………………………24

4.1預(yù)期的功能……………………………………………………………25

4.2 實(shí)現(xiàn)方法……………………………………………………………26

4.2.1實(shí)時(shí)顯示各個(gè)關(guān)節(jié)角及運(yùn)動(dòng)范圍控制 ……………………26

4.2.2直流電機(jī)的伺服控制……………………………………………27

4.2.3電機(jī)的自鎖………………………………………………………28

4.2.4示教編程及在線修改程序………………………………………29

4.2.5設(shè)置參考點(diǎn)及回參考點(diǎn)…………………………………………30

第5章 總結(jié)………………………………………………………………………32

5.1 所完成的工作…………………………………………………………33

5.2 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)………………………………………………………………35

5.3 誤差分析………………………………………………………………36

5.4 可以繼續(xù)探索的方向………………………………………………… 40

致 謝………………………………………………………………………………41

參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………  42

摘 要

從第一臺(tái)機(jī)器人誕生至今，機(jī)器人的制造和發(fā)展已走過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的歷程，全球工業(yè)機(jī)器人的裝機(jī)量已超過(guò)百萬(wàn)臺(tái)，形成了一個(gè)巨大的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，非制造業(yè)用機(jī)器人近幾年也發(fā)展迅速，并逐步向?qū)嵱没l(fā)展。機(jī)器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不斷提高，而機(jī)器人的制造成本和價(jià)格卻不斷下降。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的潛力非常巨大，值得強(qiáng)調(diào)的是，“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)”應(yīng)該是“機(jī)器人技術(shù)”產(chǎn)業(yè)，或者叫機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。正如IT產(chǎn)業(yè)不僅限于PC一樣，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也包括所有與機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)化大背景的驅(qū)動(dòng)下，不久以后，未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展水平將會(huì)得到飛躍性的提升。

機(jī)器人工程技術(shù)與人性化技術(shù)的共同發(fā)展，使得更多的機(jī)器人“德才兼?zhèn)洹?，它們將?huì)像人們想象中的機(jī)器人那樣更接近于人類。目前已經(jīng)比較成熟的機(jī)器人研究領(lǐng)域，使得科學(xué)家的研究方向不再像90年代初期那樣隨波逐流，更多創(chuàng)意化的設(shè)計(jì)理念被融入到了機(jī)器人的研究和制造中。

在未來(lái)高精度的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人，高感知能力的家用機(jī)器人，以及虛擬仿真技術(shù)的研究型機(jī)器人將會(huì)逐步融入到人類社會(huì)的方方面面。 也許在未來(lái)的某一天，在大街上密布的機(jī)器人大軍將不再是科幻作品中的鏡頭。究竟機(jī)器人能有怎樣的發(fā)展呢，下面就和大家一起來(lái)展望機(jī)器人技術(shù)的未來(lái)。

在當(dāng)今社會(huì)中，機(jī)器人已被廣泛的運(yùn)用到每一個(gè)領(lǐng)域，如建筑、醫(yī)療、采礦、核能、農(nóng)牧漁業(yè)、航空航天、水下作業(yè)、救火、環(huán)境衛(wèi)生、教育、娛樂(lè)、辦公、家用等方面，有時(shí)它在極其惡劣的條件下工作，做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，它不僅給人們留下了良好的工作條件，而且給社會(huì)帶來(lái)了巨大的財(cái)富。

關(guān)鍵詞:  機(jī)器人  機(jī)構(gòu)  制動(dòng)裝置    

Abstract

Birth date from the first robot, robot manufacturing and development has gone through the course of half a century, the global installed base of industrial robots have been more than a million units to form a giant robot industry. Meanwhile, the non-manufacturing industry has developed rapidly in recent years, robots, and gradually to practical development. Robot manufacturing level, control the speed and control accuracy, reliability continue to improve the robot's manufacturing costs and prices have been declining. Huge potential in the robotics industry, is worth emphasizing that, "the robotics industry" should be "robot technology" industries, or call the robotics industry. As the IT industry is not only limited to the PC like robots and robot industry also includes all technology-related industries in the industry, driven by the background of the near future, the future level of development of the robot will be a leap of improvement.

Robot Engineering Technology and the common development of human technology, making more robots "ability and political integrity," they would be like people think of robots as closer to human beings. Is now relatively mature field of robotics, making the research of scientists no longer the early 90s as drift, more creative design concepts are integrated into the research and manufacture of robots.

High-precision industrial robots in the future, high perception of domestic robots, and virtual simulation technology for robots will be gradually integrated into all aspects of human society. Perhaps someday in the future, in the street will no longer clouds the robot army of the lens of science fiction works. What kind of development of the robot can have it, and everyone will work together following outlook for robot technology in the future.

In today's society, robots have been widely applied to every area, such as construction, medical, mining, nuclear energy, agriculture and animal husbandry fishery, aerospace, underwater operations, fire, sanitation, education, entertainment, office, home, etc. side, sometimes it is working under extremely harsh conditions, do certain monotony, frequent and repetitive for a long time job, which not only left people with good working conditions, and has brought great wealth.

Key words：  robot   mechanism   Brake

第1章 緒論

1.1 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人概述   

搬運(yùn)機(jī)器人不但能夠代替人的某些功能,有時(shí)還能超過(guò)人的體力能 力.可以24小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)重復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn);還可以承受各種惡劣環(huán)境. 因此,搬運(yùn)機(jī)器人是人體局部功能的延長(zhǎng)和發(fā)展. 21世紀(jì)是敏捷制造的時(shí)代,搬運(yùn)機(jī)器人在敏捷制造系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛. 這種機(jī)器入作為柔性制造單元中最重要的柔性工具之一,它可 以安裝在中央刀庫(kù)中.實(shí)現(xiàn)刀具交換;也可以安裝在夾具站,實(shí)現(xiàn)夾具的 交插或移動(dòng)機(jī)床主軸箱體.雖然使用搬運(yùn)機(jī)器人可以減少隨行工作臺(tái)和托 盤(pán)的動(dòng)作,使得制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的物料,運(yùn)儲(chǔ)子系統(tǒng)更加靈活,但是一般工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人只是固定在基座上的操作臂,只能在特定的工作空間內(nèi)執(zhí)行操作任務(wù),這明顯是對(duì)柔性制造單元柔性產(chǎn)生的限制. 分析制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的物料,運(yùn)儲(chǔ)子系統(tǒng)的構(gòu)成可知,這一子系統(tǒng) 一般由毛坯與刀具準(zhǔn)備工作站,傳送帶,有軌小車,自動(dòng)導(dǎo)向小車,自動(dòng) 化倉(cāng)庫(kù),搬運(yùn)機(jī)器人,托盤(pán)站等組成.傳輸帶主要是從傳統(tǒng)的機(jī)械式自動(dòng) 線發(fā)展而來(lái)的,現(xiàn)在應(yīng)用仍較普遍,可靠性,高制造成本低是其主要優(yōu)點(diǎn). 運(yùn)輸小車的結(jié)構(gòu)變化發(fā)展很快,形式也多式多樣.大體上可以分為無(wú)軌和有軌兩大類.有軌小車有的采用地軌,像火車的軌道一樣.也有的采用無(wú)軌,或稱高架軌道,即是把運(yùn)輸小車吊在兩條高架軌道上移動(dòng).無(wú)軌小車, 又因?yàn)樗膶?dǎo)向方法的不同,而分為有線導(dǎo)向,磁性導(dǎo)向,激光導(dǎo)向和無(wú)線電遙控等多種形式.自動(dòng)物流系統(tǒng)的發(fā)展初期,多采用傳送帶及有軌小車,隨著控制技術(shù)的成熟,采用自動(dòng)導(dǎo)向的無(wú)軌小車越來(lái)越多. 自動(dòng)導(dǎo)向小車主要是指將導(dǎo)向軌道理設(shè)在地面之下,由小車自動(dòng)識(shí)別 軌道的位置并按照中央計(jì)算機(jī)的指令在相應(yīng)的軌道上運(yùn)行的無(wú)軌小車.這 種自動(dòng)導(dǎo)向小車系統(tǒng)主要由運(yùn)輸小車,地板設(shè)備及系統(tǒng)控制器等三部分組 成,本身具有較高的柔性,只要改變一下導(dǎo)向程序就可以很容易地改變修 『E和擴(kuò)充移動(dòng)路線. 無(wú)論搬運(yùn)機(jī)器人操作臂還是自動(dòng)導(dǎo)向小車,功能太過(guò)單一.不利于自 動(dòng)化系統(tǒng)的集成,且兩種設(shè)備的缺陷已經(jīng)很難通過(guò)自身的改進(jìn)來(lái)彌補(bǔ).而如果將搬運(yùn)機(jī)器人加載到自動(dòng)導(dǎo)向小車上,或者說(shuō)是將減少了機(jī)械自由度 數(shù)目同時(shí)縮短了連桿長(zhǎng)度的串聯(lián)機(jī)構(gòu)操作臂加載在移動(dòng)載體上,則會(huì)減少物料,運(yùn)儲(chǔ)子系統(tǒng)的工作環(huán)節(jié),增加這一子系統(tǒng)的流暢程度,提高制造業(yè) 自動(dòng)化系統(tǒng)的靈活性.

起來(lái)，末端誤差可能會(huì)較大，并且重復(fù)精度不夠。

     下面簡(jiǎn)要分析一下誤差的來(lái)源：

（1） 工作臺(tái)、基座的上下表面平行度誤差，腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的垂直度誤差，以及其它關(guān)節(jié)之間的平行度誤差

（2） 齒輪、軸承的間隙，齒形帶的變形不均勻

（3） 裝配誤差

（4） 各關(guān)節(jié)軸的回轉(zhuǎn)誤差，各連桿的受力變形誤差；

（5） 運(yùn)行時(shí)，機(jī)械部分的振動(dòng)

（6） 電位器的滑動(dòng)噪聲，以及電源的不穩(wěn)定都會(huì)導(dǎo)致反饋電壓的不準(zhǔn)確

（7） 用程序?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)不如機(jī)械制動(dòng)裝置反應(yīng)快

5.4 可以繼續(xù)探索的方向

（1） 對(duì)于本文中的示教編程部分，將程序稍作修改，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)示教程序的保存和離線修改，進(jìn)而也容易實(shí)現(xiàn)離線編程。

（2） 可以用Opengl或者ADAMS訂作一個(gè)虛擬場(chǎng)景，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)虛擬示教編程，這樣會(huì)更加安全和方便。當(dāng)然手工編寫(xiě)的程序代碼也可以在此虛擬場(chǎng)景中運(yùn)行，以驗(yàn)證其合理與否。

（3） 通過(guò)虛擬場(chǎng)景和網(wǎng)絡(luò)，也可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。

（4） 還可以嘗試在原有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上加上視覺(jué)反饋。

（5） 控制界面如果用LabView設(shè)計(jì)，可能會(huì)更方便些。

（6） 通過(guò)進(jìn)一步完善控制方式和控制結(jié)構(gòu)，可以將控制系統(tǒng)的軟件嵌入到嵌入式系統(tǒng)上去。

致 謝

    本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是老師考慮到學(xué)生日后的研究方向而特意為我安排的。通過(guò)這次訓(xùn)練，提高了自己的動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力和編程水平，為學(xué)生日后順利進(jìn)入自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人這一深邃的科研領(lǐng)域作下了鋪墊。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生收獲頗多，這與于老師的悉心指導(dǎo)是分不開(kāi)的。于老師身體狀況欠佳，且公務(wù)繁忙，但是還是經(jīng)常抽時(shí)間來(lái)視察學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度，就畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題給予耐心指導(dǎo)，敦敦教誨，身體力行，實(shí)在令學(xué)生欽佩感動(dòng)不已！特此，學(xué)生鄭重向于老師表示感謝！

另外，學(xué)生還要感謝在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中給出了許多有益的建議，特此表示感謝！

參考文獻(xiàn)

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畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 工作單位 機(jī)電工程系 設(shè)計(jì) (論文 )題目 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人部分功能設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人主要用于自動(dòng)生產(chǎn)線上，轉(zhuǎn)移被加工件，特別是不同數(shù)控機(jī)床之間轉(zhuǎn)移工件。 1、完成資料的收集整理； 2、完成系統(tǒng)主要部分的設(shè)計(jì)計(jì)算； 3、完成機(jī)械裝配圖和部分零部件圖； 4、完成部分電路或電氣圖的繪制； 5、撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 要求完成的主要任務(wù)及其時(shí)間安排 : 1、 完成一份 10000字以上的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（論文），設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)中 涉及參考文獻(xiàn)不低于10篇，其中外文文獻(xiàn)不少于 2篇。 2、 2張 一張復(fù)雜零件或部件的三維造型設(shè)計(jì)圖，一張 3、 完成英文翻譯 8000字符 4、 全部設(shè)計(jì)必須提交電子文檔。 時(shí)間安排： 第 1畢業(yè)實(shí)習(xí) 第 3第 5第 10第 13第 15周準(zhǔn)備答辯 必讀參考資料： 1、朱獻(xiàn)清主編，電氣技術(shù)識(shí)圖，機(jī)械工業(yè)出版社 2、鄧星鐘主編，機(jī)電傳動(dòng)控制，華中科技大學(xué)出版社 3、成大先主編，機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè) 1學(xué)工業(yè)出版社 4、畑村洋太朗，機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐 (日本機(jī)械設(shè)計(jì)的構(gòu)思和設(shè)計(jì)方法 )，機(jī)械工業(yè)出版社 5、王守城、容一鳴主編，液壓傳動(dòng) ,北京大學(xué)出版社 6、李允文主編，工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社 7、羅慶生主編，光機(jī)電一體化系統(tǒng)常用機(jī)構(gòu)，機(jī)械工業(yè)出版社 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人部分功能設(shè)計(jì) 目 錄 第 1 章 緒論 ?????????????????????????? 1 動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人概述 ?????????????? 3 動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀 ?????????? 4 動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) ??????????? 5 第 2 章 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人機(jī)械手的設(shè)計(jì) ??????????? 5 由度及關(guān)節(jié) ??????????????????????? 6 座及連桿 ? ?????????????????????? 7 座 ???????????????????????? 8 臂 ???????????????????????? 9 臂 ???????????????????????? 10 械手的設(shè)計(jì) ??????????????????????? 12 動(dòng)方式 ????????????????????????? 13 動(dòng)方式 ????????????????????????? 14 動(dòng)器 ?????????? ???????????????? 15 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件 ??????????????????????? 16 制系統(tǒng)模式的選擇 ???????????????????? 17 制系統(tǒng)的搭建 ????????????????????? 18 控機(jī) ??????????????????????? 19 據(jù)采集卡 ????????????????????? 20 服放大器 ???????????????????? 21 子板 ???????????????? ??????? 22 位器及其標(biāo)定 ??????????????????? 22 源 ???????????????????????? 23 第 4 章 控制系統(tǒng)軟件 ?????????????????????? 24 期的功能 ??????????????????????? 25 現(xiàn)方法 ??????????????????????? 26 時(shí)顯示各個(gè)關(guān)節(jié)角及運(yùn)動(dòng)范圍控制 ???????? 26 流電機(jī)的伺服控制 ????????????????? 27 機(jī)的 自鎖 ????????????????????? 28 教編程及在線修改程序 ??????????????? 29 置參考點(diǎn)及回參考點(diǎn) ???????????????? 30 第 5 章 總結(jié) ??????????????????????????? 32 完成的工作 ?????????????????????? 33 計(jì)經(jīng)驗(yàn) ???????????????????????? 35 差分析 ???????????????????????? 36 以繼續(xù)探索的方向 ???????? ??????????? 40 致 謝 ?????????????????????????????? 41 參考文獻(xiàn) ??????????????????????????? 42 摘 要 從第一臺(tái)機(jī)器人誕生至今，機(jī)器人的制造和發(fā)展已走過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的歷程，全球工業(yè)機(jī)器人的裝機(jī)量已超過(guò)百萬(wàn)臺(tái)，形成了一個(gè)巨大的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，非制造業(yè)用機(jī)器人近幾年也發(fā)展迅速，并逐步向?qū)嵱没l(fā)展。機(jī)器人的制造水平、控制速 度和控制精度、可靠性等不斷提高，而機(jī)器人的制造成本和價(jià)格卻不斷下降。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的潛力非常巨大，值得強(qiáng)調(diào)的是，“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)”應(yīng)該是“機(jī)器人技術(shù)”產(chǎn)業(yè)，或者叫機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。正如 業(yè)不僅限于 樣，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也包括所有與機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)化大背景的驅(qū)動(dòng)下，不久以后，未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展水平將會(huì)得到飛躍性的提升。 機(jī)器人工程技術(shù)與人性化技術(shù)的共同發(fā)展，使得更多的機(jī)器人“德才兼?zhèn)洹?，它們將?huì)像人們想象中的機(jī)器人那樣更接近于人類。目前已經(jīng)比較成熟的機(jī)器人研究領(lǐng)域，使得科學(xué)家的研究方向不再像90 年代初期那樣隨波 逐流，更多創(chuàng)意化的設(shè)計(jì)理念被融入到了機(jī)器人的研究和制造中。 在未來(lái)高精度的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人，高感知能力的家用機(jī)器人，以及虛擬仿真技術(shù)的研究型機(jī)器人將會(huì)逐步融入到人類社會(huì)的方方面面。 也許在未來(lái)的某一天，在大街上密布的機(jī)器人大軍將不再是科幻作品中的鏡頭。究竟機(jī)器人能有怎樣的發(fā)展呢，下面就和大家一起來(lái)展望機(jī)器人技術(shù)的未來(lái)。 在當(dāng)今社會(huì)中，機(jī)器人已被廣泛的運(yùn)用到每一個(gè)領(lǐng)域，如建筑、醫(yī)療、采礦、核能、農(nóng)牧漁業(yè)、航空航天、水下作業(yè)、救火、環(huán)境衛(wèi)生、教育、娛樂(lè)、辦公、家用等方面，有時(shí)它在極其惡劣的條件下工作，做某些單調(diào)、頻繁 和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，它不僅給人們留下了良好的工作條件，而且給社會(huì)帶來(lái)了巨大的財(cái)富。 關(guān)鍵詞 : 機(jī)器人 機(jī)構(gòu) 制 動(dòng) 裝置 of a of a to a in to to s in is "or As T is to C in by of of of be a of of be of as to Is of of no 0s as of in of be of in in no of of of of in In s to as it is do a 第 1 章 緒論 動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人概述 搬運(yùn)機(jī)器人不但能夠代替人的某些功能 ,有時(shí)還能超過(guò)人的體力能 力 時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)重復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn) ;還可以承受各種惡劣環(huán)境 . 因此 ,搬運(yùn)機(jī)器人是人體局部功能的延長(zhǎng)和發(fā)展 . 21 世紀(jì)是敏捷制造的時(shí)代 ,搬運(yùn)機(jī)器人在敏捷制造系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛 . 這種機(jī)器入作為柔性制造單元中最重要的柔性工具之一 ,它可 以安裝在中央刀庫(kù)中 也可以安裝在夾具站 ,實(shí)現(xiàn)夾具的 交插或移動(dòng)機(jī)床主軸箱體 盤(pán)的動(dòng)作 ,使得制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的物料 ,運(yùn)儲(chǔ)子系統(tǒng)更加靈活 ,但是一般工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人只是固定在基座上的操作臂 ,只能在特定的工作空間內(nèi)執(zhí)行操作任務(wù) ,這明顯是對(duì)柔性制造單元柔性產(chǎn)生的限制 . 分析制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的物料 ,運(yùn)儲(chǔ)子系統(tǒng)的構(gòu)成可知 ,這一子系統(tǒng) 一般由毛坯與刀具準(zhǔn)備工作站 ,傳送帶 ,有軌小車 ,自動(dòng)導(dǎo)向小車 ,自動(dòng) 化倉(cāng)庫(kù) ,搬 運(yùn)機(jī)器人 ,托盤(pán)站等組成 線發(fā)展而來(lái)的 ,現(xiàn)在應(yīng)用仍較普遍 ,可靠性 ,高制造成本低是其主要優(yōu)點(diǎn) . 運(yùn)輸小車的結(jié)構(gòu)變化發(fā)展很快 ,形式也多式多樣 有軌小車有的采用地軌 ,像火車的軌道一樣 或稱高架軌道 ,即是把運(yùn)輸小車吊在兩條高架軌道上移動(dòng) 又因?yàn)樗膶?dǎo)向方法的不同 ,而分為有線導(dǎo)向 ,磁性導(dǎo)向 ,激光導(dǎo)向和無(wú)線電遙控等多種形式 多采用傳送帶及有軌小車 ,隨著控制技術(shù)的成熟 ,采用自動(dòng)導(dǎo)向的無(wú)軌小車越來(lái)越多 . 自動(dòng)導(dǎo) 向小車主要是指將導(dǎo)向軌道理設(shè)在地面之下 ,由小車自動(dòng)識(shí)別 軌道的位置并按照中央計(jì)算機(jī)的指令在相應(yīng)的軌道上運(yùn)行的無(wú)軌小車 種自動(dòng)導(dǎo)向小車系統(tǒng)主要由運(yùn)輸小車 ,地板設(shè)備及系統(tǒng)控制器等三部分組 成 ,本身具有較高的柔性 ,只要改變一下導(dǎo)向程序就可以很容易地改變修 『 E 和擴(kuò)充移動(dòng)路線 . 無(wú)論搬運(yùn)機(jī)器人操作臂還是自動(dòng)導(dǎo)向小車 ,功能太過(guò)單一 動(dòng)化系統(tǒng)的集成 ,且兩種設(shè)備的缺陷已經(jīng)很難通過(guò)自身的改進(jìn)來(lái)彌補(bǔ) 或者說(shuō)是將減少了機(jī)械自由度 數(shù)目同時(shí)縮短了連桿長(zhǎng)度的串聯(lián)機(jī)構(gòu)操作臂加載在 移動(dòng)載體上 ,則會(huì)減少物料 ,運(yùn)儲(chǔ)子系統(tǒng)的工作環(huán)節(jié) ,增加這一子系統(tǒng)的流暢程度 ,提高制造業(yè) 自動(dòng)化系統(tǒng)的靈活性 . 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)機(jī)器人控 制 系 統(tǒng)驅(qū) 動(dòng) - 傳 動(dòng) 系 統(tǒng)手 部腕 部臂 部腰 部基 座 部 （ 固 定 或 移 動(dòng) ）電 、 液 或 氣 驅(qū) 動(dòng) 裝 置單 關(guān) 節(jié) 伺 服 控 制 器關(guān) 節(jié) 協(xié) 調(diào) 及 其 它 信 息 交 換計(jì) 算 機(jī)圖 1動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的一般組成 對(duì)于現(xiàn)代智能自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的觸覺(jué)裝置。自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單 的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖 1示。 位 形 檢 測(cè)控 制 系 統(tǒng) （ 二 ）驅(qū) 動(dòng)傳 動(dòng)裝 置執(zhí) 行機(jī) 構(gòu)工 作 對(duì) 象智 能 系 統(tǒng)控 制 系 統(tǒng) （ 一 ）圖 1動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常 由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī) (相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。 動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人首先是從美 國(guó)開(kāi)始研制的。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 日本是工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自 1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人后，大力從事自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的研究。 目前工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開(kāi)環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代自動(dòng)尋跡搬 運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息進(jìn)行反饋，使自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人具有感覺(jué)機(jī)能。 第三代自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人（自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) 和柔性制造單元中的重要一環(huán)。 隨著工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多。國(guó)際工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人會(huì)議 定每年召開(kāi)一次會(huì)議，討論和研究自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用問(wèn)題。 目前，工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人主要用于裝卸、搬運(yùn)、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。使用工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人代替人工操作的，主要是在危險(xiǎn)作業(yè)（廣義的）、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工 作業(yè)的環(huán)境。 在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人本身的損壞。 隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，針對(duì)于上述各個(gè)領(lǐng)域的自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對(duì)系統(tǒng)本身也提出越來(lái)越多的要求。制造業(yè)要求自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng) 大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和多品種、小批量的生產(chǎn)過(guò)程。計(jì)算機(jī)集成制造（ 求自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人系統(tǒng)具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。然而，目前商品化的自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人系統(tǒng)多采用封閉結(jié)構(gòu)的專用控制器，一般采用專用計(jì)算機(jī)作為上層主控計(jì)算機(jī)，使用專用自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人語(yǔ)言作為離線編程工具，采用專用微處理器，并將控制算法固化在 ，這種專用 系統(tǒng)很難（或不可能）集成外部硬件和軟件。修改封閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。解決這些問(wèn)題的根本辦法是研究和使用具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)的自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人系統(tǒng)。 美國(guó)工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： （ 1） 1963為試驗(yàn)定型階段。 1963， 萬(wàn)能自動(dòng)化公司制造的工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人供用戶做工藝試驗(yàn)。 1967 年，該公司生產(chǎn)的工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人定型為 1900 型。 （ 2） 1968為實(shí)際應(yīng)用 階段。這一時(shí)期，工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人在美國(guó)進(jìn)入應(yīng)用階段，例如，美國(guó)通用汽車公司 1968 年訂購(gòu)了 68 臺(tái)工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人； 1969 年該公司又自行研制出 工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人，并用 21 組成電焊小汽車車身的焊接自動(dòng)線；又如，美國(guó)克萊斯勒汽車公司 32 條沖壓自動(dòng)線上的 448 臺(tái)沖床都用工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人傳遞工件。 （ 3） 1970 年至今一直處于推廣應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展階段。 1970，工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人處于技術(shù)發(fā)展階段。 1970 年 4 月美國(guó)在伊利斯工學(xué)院研究所召開(kāi)了第 一屆全國(guó)工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人會(huì)議。據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)大約 200 臺(tái)工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人，工作時(shí)間共達(dá) 60 萬(wàn)小時(shí)以上，與此同時(shí)，出現(xiàn)了所謂了高級(jí)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人，例如：森德斯蘭德公司（ 明了用小型計(jì)算機(jī)控制 50 臺(tái)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的系統(tǒng)。又如，萬(wàn)能自動(dòng)公司制成了由 25 臺(tái)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人組成的汽車車輪生產(chǎn)自動(dòng)線。麻省理工學(xué)院研制了具有有“手眼”系統(tǒng)的高識(shí)別能力微型自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人。 其他國(guó)家，如日本、蘇聯(lián)、西歐，大多是從 1967， 1968 年開(kāi)始以美 國(guó)的“ “ 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人為藍(lán)本開(kāi)始進(jìn)行研制的。就日本來(lái)說(shuō)， 1967 年，日本豐田織機(jī)公司 引進(jìn)美國(guó)的“ ,川崎重工公司引進(jìn)“ 并獲得迅速發(fā)展。通過(guò)引進(jìn)技術(shù)、仿制、改造創(chuàng)新。很快研制出國(guó)產(chǎn)化自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人，技術(shù)水平很快趕上美國(guó)并超過(guò)其他國(guó)家。經(jīng)過(guò)大約 10 年的實(shí)用化時(shí)期以后，從 1980 年開(kāi)始進(jìn)入廣泛的普及時(shí)代。 我國(guó)雖然開(kāi)始研制工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人僅比日本晚 5，但是由于種種原因，工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人技 術(shù)的發(fā)展比較慢。目前我國(guó)已開(kāi)始有計(jì)劃地從國(guó)外引進(jìn)工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人技術(shù)，通過(guò)引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人將會(huì)獲得快速的發(fā)展。 動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，尤其當(dāng)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機(jī)械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。 就目前來(lái)看，總的來(lái)說(shuō)現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)： a)提高 運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度，減少重量和占用空間，加速自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的各個(gè)機(jī)械模塊、控制模塊、檢測(cè)模塊組成結(jié)構(gòu)不同的自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人； b)開(kāi)發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場(chǎng)合，如開(kāi)發(fā)微動(dòng)機(jī)構(gòu)用以保證精度；開(kāi)發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開(kāi)發(fā)各類行走自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人，以適應(yīng)不同的場(chǎng)合； c)研制各類傳感器及檢測(cè)元器件，如，觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、和測(cè)距傳感器等，用傳感器獲得工作對(duì)象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模 式識(shí)別、狀態(tài)檢測(cè)。并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問(wèn)題求解、動(dòng)作規(guī)劃，同時(shí)，越來(lái)越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制。 第 2 章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹及機(jī)械手的設(shè)計(jì) 該設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)一臺(tái) 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人，利用現(xiàn)有已經(jīng)報(bào)廢的焊接自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人，本文的中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要偏向于對(duì)原有機(jī)構(gòu)的改造和機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 座及連桿 座 基座是整個(gè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人本體的支撐。為保證自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性，采用兩塊“ Z”字形實(shí)心鑄鐵作支撐。 基座上面是接線盒子， 所有電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和反饋信號(hào)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。 臂 大臂長(zhǎng)度 230體尺寸如圖 示： 圖 臂外形 臂 小臂長(zhǎng)度 240體尺寸如圖 示： 圖 臂外形 械手的設(shè)計(jì) 工業(yè)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(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(dòng)作的功能，并安裝于自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(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)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，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(duì)象為 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(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(kāi)和夾緊工件，是通過(guò)手指的張開(kāi)與閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)計(jì)采用兩個(gè)手指， 其外形如圖 示 圖 械手手指形狀 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開(kāi)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。根據(jù)手指開(kāi)合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移形。本文采用回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖 初步設(shè)計(jì)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖（只畫(huà)出了一半，另外一半關(guān)于中心線對(duì)稱）。 圖 械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 在圖 ， O 為電機(jī)輸出軸，曲柄 桿 塊 B 和支架構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；滑塊 B、連桿 桿 支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。通過(guò)兩個(gè)機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使電機(jī)最終驅(qū)動(dòng) 來(lái)回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)。 圖 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(kāi)，并且提供足夠加緊物體的力。 圖 采用虛擬樣機(jī)軟件 分析所設(shè)計(jì)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)的工作狀況。 圖 擬樣機(jī)場(chǎng)景 下面更進(jìn)一步計(jì)算出所需要的電機(jī)力矩。 圖 矩變化情況 從圖 看到，起始階段須克服的彈簧力最大，電機(jī)轉(zhuǎn)矩必須大于550N2 為電機(jī)的挑選提供了一定的依據(jù)。 動(dòng)方式 該自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人一共具有四個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，一共需要五個(gè)動(dòng)力源。 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類型。這三種方法各有所長(zhǎng)，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見(jiàn)表 表 種驅(qū)動(dòng)方式的特 點(diǎn)對(duì)照 內(nèi)容 驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電 機(jī) 驅(qū)動(dòng) 輸出功率 很大，壓力范圍為50～ 140，壓力范圍為 48～60大可達(dá) 大 利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，控制性能 輸出功率大，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜 響應(yīng)速度 很高 較高 很高 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，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較大 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較小 伺服電動(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除 動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問(wèn)題 安全性 防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn) 防爆性能好，高于10000 個(gè)大氣壓 )時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火 花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差 對(duì)環(huán)境的影響 液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染 排氣時(shí)有噪聲 無(wú) 在工業(yè) 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 、點(diǎn)焊 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 和托運(yùn) 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 ，如沖壓 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 本體的氣動(dòng)平衡及裝配 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 氣動(dòng)夾具 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 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī) 器人 ，如 服噴涂 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 、點(diǎn)焊 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 、弧焊 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 、裝配 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人 等 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便，但油液對(duì)環(huán) 方便 較復(fù)雜 境溫度有一定要求 自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有： 1）．驅(qū)動(dòng)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(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁地起、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)切換； 3）．驅(qū)動(dòng)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(duì)環(huán)境無(wú)污染，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(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本文選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。表 選定的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)型號(hào)及其相關(guān)參數(shù)。 表 動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù) 電機(jī)參數(shù) 腰關(guān)節(jié) 肩關(guān)節(jié) 肘關(guān)節(jié) 腕關(guān)節(jié) 手爪 型號(hào) 定電壓 18v 18v 18v 6v 6v 額定轉(zhuǎn)矩 ·m ·m ·m ·m ·m 最大轉(zhuǎn)矩 m m m 額定轉(zhuǎn)速 7980980980460460高轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)子慣量 9200200200動(dòng)方式 由于一般的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的力矩較小，需要通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)增加力矩，提高帶負(fù)載能力。對(duì)自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一般要求有： （ 1）結(jié)構(gòu)緊湊，即具有相同的傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比時(shí)體積最小，重量最輕； （ 2）傳動(dòng)剛度大，即由驅(qū)動(dòng)器的輸出軸到連桿關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸在相同的扭矩時(shí)角度變形要小，這樣可以提高整機(jī)的固有頻率，并大大減輕整機(jī)的低頻振動(dòng)； （ 3） 回 差要小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，這樣可以得到較高的位置控制精度； （ 4）壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。 本文所選用的電機(jī) 都采用了電機(jī)和齒輪輪系一體化的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，但是不能通過(guò)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)各個(gè)連桿的運(yùn)動(dòng)。為減小機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程的沖擊和振動(dòng)，并且不降低控制精度，采用了齒形帶傳動(dòng)。 齒形帶傳動(dòng)是同步帶的一種，用來(lái)傳遞平行軸間的運(yùn)動(dòng)或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，在本文中主要用于腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的傳動(dòng)。 齒形帶傳動(dòng)原理如圖 示。 齒輪帶的傳動(dòng)比計(jì)算公式為 2112 ?齒輪帶的平均速度2211 ?????圖 形帶傳動(dòng) 動(dòng)器 制動(dòng)器及其作用： 制動(dòng)器是將機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分的能量變?yōu)闊崮茚尫?，從而使運(yùn)動(dòng)的機(jī)械速度降低或者停止的裝置，它大致可分為機(jī)械制動(dòng)器和電氣制動(dòng)起兩類。 在自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，學(xué)要使用制動(dòng)器的情況如下： ① 特殊情況下的瞬間停止和需要采取安全措施 ② 停電時(shí)，防止運(yùn)動(dòng)部分下滑而破壞其他裝置。 機(jī)械制動(dòng)器： 機(jī)械制動(dòng)器有螺旋式自動(dòng)加載制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器、閘瓦式制動(dòng)器和電磁制動(dòng)器等幾種。其中最典型的是電磁制動(dòng)器。 在自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常使用伺服電動(dòng)機(jī)，伺服電機(jī)本身的特性決定了電磁制動(dòng)器是不可缺少的部件 。從原理上講，這種制動(dòng)器就是用彈簧力制動(dòng)的盤(pán)式制動(dòng)器，只有勵(lì)磁電流通過(guò)線圈時(shí)制動(dòng)器打開(kāi)，這時(shí)制動(dòng)器不起制動(dòng)作用，而當(dāng)電源斷開(kāi)線圈中無(wú)勵(lì)磁電流時(shí)，在彈簧力的作用下處于制動(dòng)狀態(tài)的常閉方式。因此 這種制動(dòng)器被稱為無(wú)勵(lì)磁動(dòng)作型電磁制動(dòng)器。又因?yàn)檫@種制動(dòng)器常用于安全制動(dòng)場(chǎng)合，所以也稱為安全制動(dòng)器。 電氣制動(dòng)器 電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，反之，他也具有將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電功能。換言之，伺服電機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，同時(shí)也能通過(guò)其反過(guò)程來(lái)達(dá)到制動(dòng)的目的。但對(duì)于直流電機(jī)、同步電機(jī) 和感應(yīng)電機(jī)等各種不同類型的電機(jī)，必須分別采用適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電路。 本文中，該自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)未安裝機(jī)械制動(dòng)器，因此自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)和軸關(guān)節(jié)在停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，會(huì)因?yàn)橹亓σ蛩囟侣洹Ａ硗?，由于各方面限制，不方便在原有機(jī)構(gòu)上添加機(jī)械制動(dòng)器，所以只能通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)和軸關(guān)節(jié)的電氣制動(dòng)。 采用電氣制動(dòng)器，其優(yōu)點(diǎn)在于：在不增加驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量的同時(shí)又具有制動(dòng)功能，這是非常理想的情況，而在自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人上安裝機(jī)械制動(dòng)器會(huì)使質(zhì)量有所增加，故應(yīng)盡量避免。缺點(diǎn)在于：這種方法不如機(jī)械 制動(dòng)器工作可靠，斷電的時(shí)候?qū)⑹ブ苿?dòng)作用。 機(jī)械臂在抓取前必須先進(jìn)行移動(dòng)。本文中的移動(dòng)機(jī)械臂，通過(guò)肩部和臂部進(jìn)行方向移動(dòng)。下面對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)定義幾個(gè)性能參數(shù)，這幾個(gè)性能參數(shù)是反映移動(dòng)過(guò)程中抓取的精度、速度和難易程度的指標(biāo) (1)抓取速度 移動(dòng)機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以一定速度驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂時(shí)，機(jī)械臂的角速度。移動(dòng)速度是衡量機(jī)械臂動(dòng)性的一個(gè)指標(biāo)，它的大小反映了抓取轉(zhuǎn)移的快慢。 (2)工作空間 移動(dòng)機(jī)械臂移動(dòng)的工作范圍成為工作空間。工作空間是衡量移動(dòng)機(jī)械臂動(dòng)性的一個(gè)指標(biāo)，它的大小反映了移動(dòng)機(jī)械臂工作范圍 :工作空間大，一說(shuō)明在不 改變運(yùn)動(dòng)體的位置時(shí)，機(jī)械臂移動(dòng)的范圍就大 ;反之，工作空間小，機(jī)械臂移動(dòng)的范圍就小。 (3)對(duì)機(jī)械臂的要求 （ a）保證旋轉(zhuǎn)精度 移動(dòng)機(jī)械臂的移動(dòng)精度主要取決于移動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量，傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的精度。就肩部而言，移動(dòng)精度與肩部空回量的大小有很大聯(lián)系。這里的空回量是由于移動(dòng)的各運(yùn)動(dòng)副的嚙合間隙和各傳動(dòng)連接件之間的空隙所產(chǎn)生的，這些空隙是由于零件的制造誤差和裝配誤差以及零件的磨損或分解組合調(diào)整得不夠好所造成的。另外各傳動(dòng)件的加工、裝配質(zhì)量的情況等對(duì)于移動(dòng)精度都有影響。為了提高移動(dòng)精度，減小移動(dòng)時(shí)的方向變位，有利于 提高移動(dòng)準(zhǔn)確度和密集度，對(duì)移動(dòng)機(jī)械臂的空回量提出了一定的要求。 (b)保證移動(dòng)操作輕便，平穩(wěn) 為了能夠迅速地，精確地進(jìn)行移動(dòng)完成抓取任務(wù)，要求移動(dòng)機(jī)械臂的操作輕便、平穩(wěn)。移動(dòng)機(jī)械臂的操作輕便、平穩(wěn)主要取決于在一定移動(dòng)旋轉(zhuǎn)速度下所需驅(qū)動(dòng)力的大小。 移動(dòng)機(jī)械臂的在穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力可按下列公式求出 : （ 6 式中 : M— 移動(dòng)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)部分阻力矩 R— 移動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸半徑 ? — 移動(dòng)臂總效率 i— 移動(dòng)臂總傳動(dòng)比 而 w?(6 驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 肩或臂回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度即移動(dòng)速度 由 (6可知： i 與 P 成反比， i 愈大，則 P 愈小。 由 (6可知： i 與成反比， i 愈大，則。、愈 小。 所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)力 P 與移動(dòng)速度是成正比的。這樣為了減少驅(qū)動(dòng)力，就必須增加傳動(dòng)比，而增加傳動(dòng)比，會(huì)引起移動(dòng)速度減小。同樣，若要提高移動(dòng)速度，就必須減小傳動(dòng)比 ;而減小了傳動(dòng)比，又會(huì)引起驅(qū)動(dòng)力增大。因此，減小驅(qū)動(dòng)力同提高移動(dòng)速度是相矛盾的。所以要根據(jù)移動(dòng)機(jī)械臂的移動(dòng)抓取技術(shù)要求，在滿足一定移動(dòng)速度的情況下，減小驅(qū)動(dòng)力，以便移動(dòng)機(jī)械臂操作輕便、平穩(wěn)、靈活。 (c)保證準(zhǔn)確定位不易被破壞 引起定位被破壞的可能有以下原因 :不平衡力矩的變化、移動(dòng)中振動(dòng)等。當(dāng)機(jī)械臂具有自鎖性和適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)驅(qū)動(dòng)力時(shí)，就能保證移動(dòng)的位置不因上 述原因而被破壞。移動(dòng)機(jī)械臂的自鎖性是指關(guān)節(jié)只能正傳動(dòng)，不能逆?zhèn)鲃?dòng)。移動(dòng)機(jī)械臂的關(guān)節(jié)的自鎖性很重要，它不僅保證移動(dòng)位置不被破壞，而且也保證了因?yàn)閿嚯姸l(fā)生機(jī)械臂下落撞擊本體。解決移動(dòng)機(jī)械臂自鎖的方法通常有以下二種 : 一種是移動(dòng)機(jī)械臂的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，采用自鎖的運(yùn)動(dòng)副。如自鎖的蝸輪蝸桿副，移動(dòng)機(jī)械臂的肩部采用了自鎖的蝸輪蝸桿傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)自鎖。另一種是在移動(dòng)機(jī)械臂附加自鎖機(jī)構(gòu)。如自鎖器、固定盤(pán)、電磁閘等。為了防止微小的外力作用到移動(dòng)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸上而破壞移動(dòng)，移動(dòng)機(jī)械臂的肩部驅(qū)動(dòng)力不應(yīng)過(guò)小。 (d)有足夠的強(qiáng)度、 剛度和使用壽命 由于移動(dòng)機(jī)械臂工作條件較差，傳遞運(yùn)動(dòng)受力較大，且受動(dòng)載荷的作用，各部件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證移動(dòng)機(jī)械臂肩部不被破壞和產(chǎn)生變形影響抓取精度。這在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用上應(yīng)予考慮。同時(shí)還要考慮各傳動(dòng)件之間的磨損問(wèn)題，應(yīng)盡量減小磨損，磨損以后能夠調(diào)整。 上述要求，既是移動(dòng)機(jī)械臂設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又是衡量移動(dòng)機(jī)械臂性能好壞的依據(jù)。 機(jī)械臂的肩部結(jié)構(gòu)分析 移動(dòng)機(jī)械臂的肩部采用的蝸輪蝸桿式的，下面移動(dòng)機(jī)械臂的肩部結(jié)構(gòu)分析。 作用原理 肩部結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿式的。所謂蝸輪蝸桿式肩部，是指 在肩部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，主要通過(guò)蝸輪蝸桿的傳動(dòng)，使肩部回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂方向移動(dòng)的。移動(dòng)機(jī)械臂的肩部還承受并傳遞臂部時(shí)回轉(zhuǎn)部分所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩。 結(jié)構(gòu)及分析 (1)結(jié)構(gòu) 在前面的移動(dòng)機(jī)械臂的肩部機(jī)械設(shè)計(jì)中，對(duì)機(jī)械臂的肩部結(jié)構(gòu)己經(jīng)有了詳細(xì)的介紹，詳見(jiàn)前面機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，這里就不再累述了。 (2)分析 根據(jù)對(duì)移動(dòng)機(jī)械臂的要求，來(lái)分析機(jī)械臂肩部結(jié)構(gòu)性能。 （ a）為了提高方向移動(dòng)精度，減小移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的變位，要求保證在肩部傳動(dòng)輕便靈活的情況下，空回量要小，保證臂部裝置在肩部上總的配合間隙所 產(chǎn)生的方向移動(dòng)改變量要小于一定值。肩部的空回量，主要取決于蝸輪蝸桿嚙合間隙、磨損情況、蝸桿是否有軸向串動(dòng)及傳動(dòng)連接件的間隙等。 肩部的蝸輪蝸桿傳動(dòng)是開(kāi)式傳動(dòng)，不便于潤(rùn)滑和防塵 ;因此傳動(dòng)過(guò)程中的磨損是較嚴(yán)重的。同時(shí)蝸輪蝸桿間的摩擦系數(shù)較大，也易于磨損。由于磨損較嚴(yán)重，從而增大蝸輪蝸桿的嚙合間隙，使肩部空回量變大，這同樣會(huì)影響移動(dòng)精度和移動(dòng)時(shí)的變位。工廠在裝配過(guò)程中應(yīng)盡量減少裝配誤差，保證總的配合間隙對(duì)移動(dòng)角的影響最小。 （ b）為了使傳動(dòng)輕便、平穩(wěn)、靈活，在機(jī)械臂的肩部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，采用了滾動(dòng)軸承并能通過(guò)注油嘴 注油潤(rùn)滑。蝸輪蝸桿在裝配前經(jīng)過(guò)研磨檢查，裝配后又經(jīng)過(guò)調(diào)整，使其兩齒的接觸面沿齒高達(dá) 60%，沿齒寬達(dá) 50%. 蝸桿為右旋，頭數(shù) 1z =1，蝸輪齒數(shù) 2z =32，配套減速器的減速比 1i =156，齒輪副傳動(dòng)比 2i = 1，因此肩部的總傳動(dòng)比 2 121 . . 3 2 1 5 6 1 1 3 7 6zi i i X ? ?(6又 w?(6 式中。 肩關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 (6n— 電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)， n=10200r/m 回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，即為移動(dòng)速度 （ 6 將（ 6 6入（ 6得到移動(dòng)肩部的速度 =s 上述為肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度的理論計(jì)算值，移動(dòng)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)速度最大 際測(cè)量值雖然會(huì)因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的加工裝配質(zhì)量等的影響而大一些，但仍是符合移動(dòng)技術(shù)要求的。滿足移動(dòng)機(jī)械臂肩部的設(shè)計(jì)要求。 (c)移動(dòng)機(jī)械臂肩部的自鎖是靠能夠自鎖的蝸輪蝸桿副來(lái)保證的。蝸輪蝸桿副自鎖條件：蝸桿螺旋角 小于折合摩擦角 和要可靠自鎖必須 比 至少小 1度。 由機(jī)械零件可知 (6(6式中 — 蝸桿頭數(shù) =1 q— 蝸桿特性系數(shù) 01m?(6一蝸桿分度圓直徑 =28一蝸桿軸向模數(shù) =2上述各值代入公式得到： 01 由此可以看出 :蝸輪蝸桿雖然符合 > 條件，而且差大于 1，故自鎖可靠。 (d)蝸輪蝸桿式的肩部易于旋轉(zhuǎn)方向的要求。 肩部是蝸輪蝸桿傳動(dòng)，蝸桿固定于蝸輪箱內(nèi)，蝸輪位于蝸輪箱內(nèi)，通過(guò)軸套與轉(zhuǎn)軸相連，與蝸桿嚙合。進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)操作時(shí)，主控計(jì)算機(jī)把臂部角度與目標(biāo)點(diǎn)的角度進(jìn)行比 較 ，角度的差值通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)配套的減速器后，經(jīng)過(guò)一對(duì)齒輪副的傳動(dòng)，帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿與蝸輪嚙合，使得與蝸輪通過(guò)軸套連接的肩部轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得固定于肩部轉(zhuǎn)軸的臂部轉(zhuǎn)動(dòng)，賦予肩部在 150 度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。 (e)蝸輪副的傳動(dòng)一般具有工作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊的特定，但是在這里將它用作移動(dòng)機(jī)械臂的肩部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)后，具體情況有所變化。因?yàn)槲佪單仐U分別安裝在箱體上，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)蝸輪蝸桿的固定裝置進(jìn)行組合加工來(lái)保證蝸輪蝸桿的中心距有較小的偏差 ;裝配時(shí)，蝸輪中心與回轉(zhuǎn)中心不易重合，存在較大的偏差。從而不能保證蝸桿 軸線與蝸輪的節(jié)圓在同一平面內(nèi)。所以解決的辦法是蝸桿兩端加上調(diào)整墊片。也就是說(shuō)，在傳動(dòng)過(guò)程中，蝸輪蝸桿的嚙合情況是變化的，這就使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)肩部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)、驅(qū)動(dòng)力不均勻現(xiàn)象。又因?yàn)榧绮繛橐患?jí)傳動(dòng)，而且旋轉(zhuǎn)部分很重，體積較大，進(jìn)行肩部旋轉(zhuǎn)定位時(shí)，回轉(zhuǎn)慣性也就較大，同時(shí)也沒(méi)有消除回轉(zhuǎn)慣性力矩的緩沖機(jī)構(gòu)，這種回轉(zhuǎn)慣性也就敏感地、直接地反映到電機(jī)上來(lái)。由于法蘭盤(pán)和臂部體積較大，使得肩部的體積也較大，且不夠緊湊。 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件 制系統(tǒng)模式的選擇 構(gòu)建自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人平臺(tái)的核心是建 立自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的控制系統(tǒng)。首先需要選擇和硬件平臺(tái)，控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)對(duì)于系統(tǒng)的開(kāi)放性、實(shí)現(xiàn)方式和開(kāi)發(fā)工作量有很大的影響。一般常用的控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)應(yīng)滿足：硬件系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)總線機(jī)構(gòu)，具有可伸縮性；硬件結(jié)構(gòu)具有必要的實(shí)時(shí)計(jì)算能力；硬件系統(tǒng)模塊化，便于添加或更改各種接口、傳感器和特殊計(jì)算機(jī)等；低成本。到目前為止，一般自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)可以大致分為兩類：基于 線（ 司 1981 年推出的第一代 32 位工業(yè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)總線 ）的系統(tǒng)和 基于 線的系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著 靠性大為提高，價(jià)格卻大幅度降低，以 為核心的控制系統(tǒng)已廣泛被自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人控制領(lǐng)域所接受。 基于 控制系統(tǒng)一般包括單 制模式， C 的控制模式， 布式控制器的控制模式， 動(dòng)控制卡的控制模式， 據(jù)采集卡的控制模式，由于基于采集卡的控制方式靈活，成本低廉，有利于本文設(shè)計(jì)中的廢物利用，在程序和算法上可以自主編制各類算法，適合本課題研究的需要。因此本文選定 據(jù)采集卡的控制方式。 制系統(tǒng)的搭建 圖 制系統(tǒng)框圖 控機(jī) 在此選用研華工業(yè)控制機(jī) ,主頻 233存 128 兆， 32 位數(shù)據(jù)總線。底板有 9 個(gè) 槽， 4 個(gè) 槽，帶 示器。其性能價(jià)格比優(yōu)越，兼容性好，有利于軟硬件維護(hù)和升級(jí)。與普通個(gè)人計(jì)算機(jī)相比工業(yè)控制 有以下優(yōu)點(diǎn)： 2 芯片篩選要比一般個(gè)人計(jì)算機(jī)嚴(yán)格； 2 芯片驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)； 2 整機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬于工業(yè)加強(qiáng)型，具有較強(qiáng)的防震和抗干擾性能； 2 對(duì)環(huán)境（如溫度、濕度、灰塵等）的要求要比一般計(jì)算機(jī)低得多。 據(jù)采集卡 在本 設(shè)計(jì)中我們主要用到 研華 公司的 參數(shù)如下。 要特點(diǎn) ： 路單端 12 位模擬量輸入 路 12 位模擬量輸出 采樣速率可編程，最快達(dá) 30帶 中斷的 A/D 路數(shù)字量輸出 要特點(diǎn) ： 路獨(dú)立 D/A 輸出 位分辨率雙緩沖 D/A 轉(zhuǎn)換器 路數(shù)字量輸入及 16 路數(shù)字量輸出 多種電壓范圍： +/+/0— +5V， 0— +10V 和 4— 20流環(huán) 。 服放大器 在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 過(guò)程 中，主要是對(duì) 伺服電機(jī) 的驅(qū)動(dòng)，本文中利用報(bào)廢自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人上的 機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，因此同樣選用 服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（ 0/2）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，示，這是專門針對(duì) 機(jī)設(shè)計(jì)的伺服電機(jī)放大控制器，具有很強(qiáng)的控制功能和穩(wěn)定性，電源電壓 12~30v 之間， 1、 2 接線端子接伺服電機(jī)，直接給電機(jī)供電， 3， 4 接線端與電源相連， 7、 8 接控制電壓，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸 出的模擬電壓信號(hào)進(jìn)入這兩個(gè)接線端來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小和正反轉(zhuǎn)， 13、 14 接測(cè)速計(jì)（本文中未用）， 3、 4、 10 之間是一個(gè)光耦合器，輸入“準(zhǔn)備好”信號(hào)。在伺服控制器前面，有 5 個(gè)旋鈕調(diào)節(jié)器涌來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的五個(gè)參數(shù)，下邊有 10 個(gè) 來(lái)選擇控制器工作狀態(tài)。 1234567891 01 11 21 31 41 51 6電 源控 制 電 壓測(cè) 速 計(jì)1234567891 0a i a O f f s e to n o f a x4 k Ω電 機(jī)圖 服放大器接線及其調(diào)節(jié)示意 子板 不同的被測(cè)信號(hào)通過(guò)不同的傳送路線到采集卡，而采集卡在工控機(jī)機(jī)箱內(nèi)，不變直接連接到工業(yè)系統(tǒng)中的各種傳感器 或執(zhí)行器。 端子板的主要作用有兩個(gè)： ①．端子板是采集卡與每一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路或驅(qū)動(dòng)裝置之間的電器連接部件，給每一路輸入、輸出信號(hào)提供單獨(dú)的信號(hào)線和地線，使每一路通道可單獨(dú)接通或斷開(kāi)，系統(tǒng)檢修和排除故障時(shí)不必全部停止運(yùn)行。 ② ．將每一路信號(hào)經(jīng)過(guò)各自的傳送路線到達(dá)端子板后，可以根據(jù)各路信號(hào)和傳送路線的特點(diǎn)，在端子板上對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)理，如經(jīng)電阻衰減、分流或經(jīng)過(guò) 通濾波后進(jìn)入采集卡。 圖 示為端子板電路 圖 子板電路 圖 示的 電路圖中，為防止直流電機(jī)產(chǎn)生的噪聲影響電路的正常運(yùn)行，使用了光電耦合器 4機(jī)電一體化技術(shù)中，光電耦合電路是重要的接口電路。 其中 過(guò)五路數(shù)字量輸出來(lái)控制電機(jī)電路的通斷， 過(guò)五路模擬量輸出來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和運(yùn)行速度，另外 負(fù)責(zé)采集五個(gè)電位器的電壓，以此將電機(jī)的運(yùn)行角度反饋給計(jì)算機(jī)。 位器及其標(biāo)定 電位器是一種可調(diào)電阻，也是電子電路中用途最廣泛的元器件之一。它對(duì)外有三個(gè)引出端，其中兩個(gè)為固定端，另一個(gè)是中心抽頭。轉(zhuǎn)動(dòng)或調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)軸，其 中心抽頭與固定端之間的電阻將發(fā)生變化。 本文采用的電位器是單圈的，也就是說(shuō)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度小于 360o，對(duì)于該自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人已經(jīng)足夠了。電位器安裝在自動(dòng)尋跡搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)輸出軸上，所以在關(guān)節(jié)角的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，電位計(jì)的輸出電壓和關(guān)節(jié)角是一一對(duì)應(yīng)的，存在著一定的函數(shù)關(guān)系。 從理論上來(lái)講，電位器應(yīng)該是線性的測(cè)量元件，但由于電位器的滑動(dòng)噪聲以及滑線電阻的工作過(guò)程中的磨損，這種函數(shù)關(guān)系并非理想的線性關(guān)系，而是存在一定的偏移。電位器的標(biāo)定就是根據(jù)在各個(gè)角度處測(cè)量的電壓值，擬合出一條直線， 近似替代真 實(shí)的函數(shù)關(guān)系。 下面即是對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)的進(jìn)行電位計(jì)標(biāo)定。 電位器 1 的標(biāo)定， 如圖 示： 圖 位器 關(guān)節(jié)角 1 與電位計(jì) 1 的函數(shù)關(guān)系： a=位器 2 的標(biāo)定 圖 圖 示： 關(guān)節(jié)角 2 與電位計(jì) 2 的函數(shù)關(guān)系： a=位器 3 的標(biāo)定 圖 如圖 示： 關(guān)節(jié)角 3 與電位計(jì) 3 的函數(shù)關(guān)系： a= 位器 4 的標(biāo)定