《裝配機(jī)械手運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)[答辯畢業(yè)論文 資料 ]》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《裝配機(jī)械手運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)[答辯畢業(yè)論文 資料 ]（51頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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It to stabilize, improve the product quality, improve production efficiency, plays a very important role in improving the rapid working conditions and product. Industrial robot technology is a high-tech integrated computer, control theory, mechanism, information and sensor technology, artificial intelligence, bionics multidisciplinary and form, is the contemporary research is very active, more and more widely applied in the field.The robot is on the environment of rapid response and the analysis judgment ability, and the machine can work continuously for long time, high precision, resistance to harsh environment capacity, in the sense that it is the product of the evolution of the machine, it is an important production and industrial and non-industrial sector, service equipment, automation equipment is indispensable the field of advanced manufacturing technology. Today, the robotics industry has become the world the concern of the industry.With the rapid development of robot technology, the application field of industrial robot is constantly expanding, puts forward new requirements, in order to improve the robot teaching level, we developed a set of experimental teaching for the purpose of demonstration of the robot system.This assay describes the development process of the robot, the application status at home and abroad, robot based on the specific design requirements, the overall design of the degree of freedom, the concrete structure design and calculation;Key Words: robot; industrial; transmission; strength IV目 錄摘 要 .......................................................................................................................................IIAbstract....................................................................................................................................III目 錄 .....................................................................................................................................IV第一章 緒論 .............................................................................................................................11.1 機(jī)械手概念 .................................................................................................................11.2 課題研究的背景和意義 .............................................................................................11.3 機(jī)器人的發(fā)展及技術(shù) .................................................................................................21.3.1 機(jī)器人的發(fā)展 .................................................................................................21.3.2 機(jī)器人技術(shù) .....................................................................................................31.4 機(jī)器人研究概況 .........................................................................................................31.4.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 .................................................................................................31.4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 .................................................................................................41.5 裝配機(jī)械手的應(yīng)用 .....................................................................................................51.6 本課題研究?jī)?nèi)容 .........................................................................................................6第二章 總體方案設(shè)計(jì) .............................................................................................................62.1 機(jī)器人工程概述 .......................................................................................................62.2 工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案論述 .................................................................................72.3 機(jī)器人機(jī)械傳動(dòng)原理 ...............................................................................................82.4 機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì) .................................................................................................92.5 本章小結(jié) ...................................................................................................................10第 3 章 裝配機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................................................123.1 裝配機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) ...........................................................................................123.1.1 裝配機(jī)械手的參數(shù) .......................................................................................123.1.2 裝配機(jī)械手外形尺寸與工作空間 ...............................................................123.1.3 裝配機(jī)械手的總體傳動(dòng)方案 .......................................................................123.2 機(jī)器人腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...........................................................................................133.3 機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...........................................................................................14 V3.4 機(jī)器人腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................................153.5 機(jī)器人末端執(zhí)行器（手爪）的設(shè)計(jì) .......................................................................163.6 大小臂(關(guān)節(jié) 2 和關(guān)節(jié) 3)電機(jī)的計(jì)算與型號(hào)選擇 ..................................................163.7 主要零件材料的選擇與強(qiáng)度校核 ...........................................................................173.8 臂部電機(jī)的計(jì)算與選型 ...........................................................................................203.9 機(jī)械手重要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算 ....................................................................................203.9.1 電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................................................................203.9.2 同步型齒型帶的設(shè)計(jì)參數(shù) ............................................................................223.9.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)參數(shù) ................................................................................233.10 大臂和小臂機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .....................................................................................243.11 腕部機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................................................253.12 腰部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（含齒輪計(jì)算校核） .....................................................................253.13 小結(jié) ..........................................................................................................................29第四章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì) .............................................................................................304.1 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) ................................................................................................304.2 控制系統(tǒng)的性能要求 ...............................................................................................314.3 傳感器的選擇 .........................................................................................................314.3.1 位置檢測(cè)裝置 ...............................................................................................314.3.2 滑覺(jué)傳感器 ...................................................................................................324.4 控制系統(tǒng) PLC 的選型及控制原理 ........................................................................324.4.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 ....................................................................324.4.2 PLC 種類(lèi)及型號(hào)選擇 ...................................................................................374.4.3 I/O 點(diǎn)數(shù)分配 ..............................................................................................374.4.4 PLC 外部接線(xiàn)圖 ..........................................................................................384.4.5 機(jī)械手控制原理 .........................................................................................394.5 PLC 程序設(shè)計(jì) .........................................................................................................41參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................45致 謝 .......................................................................................................................................46 1第一章 緒論1.1 機(jī)械手概念機(jī)械手是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，仿人型機(jī)械手是機(jī)械手研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。研究仿人型機(jī)械手需要結(jié)合機(jī)械、電子、信息論、人工智能、生物學(xué)以及計(jì)算機(jī)等諸多學(xué)科知識(shí)，同時(shí)其自身的發(fā)展也促進(jìn)了這些學(xué)科的發(fā)展。機(jī)械手是仿人型機(jī)械手的一種。1959 年，世界上誕生了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手，開(kāi)創(chuàng)了機(jī)械手發(fā)展的新紀(jì)元。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，仿人型機(jī)械手的研究與應(yīng)用迅猛發(fā)展。世界著名機(jī)械手專(zhuān)家、日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授說(shuō)過(guò)：“機(jī)械手應(yīng)當(dāng)具有的最大特征之一是功能”。其中雙足是方式中自動(dòng)化程度最高、最為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。偉大的發(fā)明家愛(ài)迪生也曾說(shuō)過(guò)這樣一句話(huà)：“上帝創(chuàng)造人類(lèi)，兩條腿是最美妙的杰作”。系統(tǒng)具有非常豐富的動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)的環(huán)境要求很低，既能在平地上，也能在非結(jié)構(gòu)性的復(fù)雜地面上，對(duì)環(huán)境有很好的適應(yīng)性。功能的具備為擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)辟了無(wú)限廣闊的前景。研究機(jī)械手的原因和目的，主要有以下幾個(gè)方面：希望研制出機(jī)構(gòu)，使它們能在許多結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)環(huán)境中，以代替人進(jìn)行作業(yè)或延伸和擴(kuò)大人類(lèi)的活動(dòng)領(lǐng)域；希望更多得了解和掌握人類(lèi)得特性，并利用這些特性為人類(lèi)服務(wù)，例如：人造假肢。系統(tǒng)具有豐富的動(dòng)力學(xué)特性，在這方面的研究可以拓寬力學(xué)及機(jī)械手的機(jī)械手（Robot）是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它是高級(jí)整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。 機(jī)械手是近 50 年才迅速發(fā)展起來(lái)的一種有代表性的、機(jī)械和電子控制系統(tǒng)組成的、自動(dòng)化程度高的生產(chǎn)工具。在生產(chǎn)制造業(yè)中，裝配機(jī)械手技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。它自動(dòng)化程度高，對(duì)改善勞動(dòng)條件，確保產(chǎn)品質(zhì)量和提升工作效率，起到非常重要的作用?？梢哉f(shuō)他是現(xiàn)代工業(yè)的一種技術(shù)革命。1.2 課題研究的背景和意義由于現(xiàn)代科技的發(fā)展，無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)中還是人類(lèi)日常生活，機(jī)械手技術(shù)都得到廣泛的應(yīng)用。研究智能類(lèi)人機(jī)械手是近年科學(xué)家一致致力于的方向。類(lèi)人機(jī)械手是以人類(lèi)模型的，它能仿照人類(lèi)各種動(dòng)作和具有人類(lèi)的外部特征。未來(lái)機(jī)械手管家將不是夢(mèng)。 2按機(jī)械手結(jié)構(gòu)的不同，機(jī)械手又可以分很多種。輪式移動(dòng)機(jī)械手、履帶機(jī)械手、機(jī)器手、步行機(jī)械手等等。值得一提的是步行機(jī)械手，他是近年來(lái)類(lèi)人機(jī)器研究的重要成果。它的移動(dòng)方式跟大多數(shù)動(dòng)物一樣甚至可以跟人類(lèi)一下。這是一種很復(fù)雜的自動(dòng)化程度很高的運(yùn)動(dòng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的輪式和履帶機(jī)械手，他對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)。能在很小的空間作業(yè)，在不平的道路上如履平地，上下樓梯等等。將來(lái)不久，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)得到非常廣泛應(yīng)用。 在機(jī)械手研究、制作中，運(yùn)用電腦對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)械手進(jìn)行仿真是一項(xiàng)非常重要的過(guò)程。機(jī)械手仿真包含零件建模，零件裝配，最后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。通過(guò)仿真，設(shè)計(jì)員可以很直觀(guān)的觀(guān)察到各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況，知道有沒(méi)有出現(xiàn)干涉；可以清楚知道各個(gè)部件的受力情況，得出各種模擬數(shù)據(jù)。這種方法大大節(jié)約了研制時(shí)間和成本。 1.3 機(jī)器人的發(fā)展及技術(shù)1.3.1 機(jī)器人的發(fā)展20 世紀(jì) 40 年代，伴隨著遙控操縱器和數(shù)控制造技術(shù)的出現(xiàn)，關(guān)于機(jī)器人技術(shù)的研究開(kāi)始出現(xiàn)。60 年代美國(guó)的 ConsolidatedContr01 公司研制出第一臺(tái)機(jī)器人樣機(jī)，并成立了 Unimation 公司，定型生產(chǎn)了 Unimate 機(jī)器人。20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，機(jī)器人技術(shù)逐漸發(fā)展為專(zhuān)門(mén)學(xué)哈爾濱工程大學(xué)碩十學(xué)位論文。1970 年，第一次國(guó)際機(jī)器人會(huì)議在美國(guó)舉行。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，數(shù)百種不同結(jié)構(gòu)、不同控制系統(tǒng)、不同用途的機(jī)器人已進(jìn)入了實(shí)用化階段。目前，盡管關(guān)于機(jī)器人的定義還未統(tǒng)一，但一般認(rèn)為機(jī)器人的發(fā)展按照從低級(jí)到高級(jí)經(jīng)歷了三代。第一代機(jī)器人，主要指只能以“示教-再現(xiàn)”方式工作的機(jī)器人，其只能依靠人們給定的程序，重復(fù)進(jìn)行各種操作。目前的各類(lèi)工業(yè)機(jī)器人大都屬于第一代機(jī)器人。第二代機(jī)器人是具有一定傳感器反饋功能的機(jī)器人，其能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對(duì)象的簡(jiǎn)單信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理、分析，機(jī)器人按照己編好的程序做出一定推理，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行反饋控制，表現(xiàn)出低級(jí)的智能。當(dāng)前，對(duì)第二代機(jī)器人的研究著重于實(shí)際應(yīng)用與普及推廣上。第三代機(jī)器人是指具有環(huán)境感知能力，并能做出自主決策的自治機(jī)器人。它具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維，判斷決策，在作業(yè)環(huán)境中可獨(dú)立行動(dòng)。第三代機(jī)器人又稱(chēng)為智能機(jī)器人，并己成為機(jī)器人學(xué)科的研究重點(diǎn)，但目前還處于實(shí)驗(yàn)室探索階段。機(jī)器人技術(shù)己成為當(dāng)前科技研究和應(yīng)用的焦點(diǎn)與重心，并逐漸在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防建設(shè)等方面發(fā)揮巨大作用?？梢灶A(yù)見(jiàn)到， 3機(jī)器人將在 21 世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)和生活中扮演更加重要的角色。1.3.2 機(jī)器人技術(shù)機(jī)器人學(xué)是一門(mén)發(fā)展迅速的且具有高度綜合性的前沿學(xué)科，該學(xué)科涉及領(lǐng)域廣泛，集中了機(jī)械工程、電氣與電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)控制工程、生物科學(xué)以及人工智能等多種學(xué)科的最新科研成果，代表了機(jī)電一體化的最新成就。機(jī)器人充分體現(xiàn)了人和機(jī)器的各自特長(zhǎng)，它比傳統(tǒng)機(jī)器具有更大的靈活性和更廣泛的應(yīng)用范圍。機(jī)器人的出現(xiàn)和應(yīng)用是人類(lèi)生產(chǎn)和社會(huì)進(jìn)步的需要，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展和生產(chǎn)工具進(jìn)化的必然。目前，機(jī)器人及其自動(dòng)化成套裝備己成為國(guó)內(nèi)外備受重視的高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，與此同時(shí)它正以驚人的速度向海洋、航空、航天、軍事、農(nóng)業(yè)、服務(wù)、娛樂(lè)等各個(gè)領(lǐng)域滲透。目前，雖然機(jī)器人的能力還是非常有限的，但是它正在迅速發(fā)展。隨著各學(xué)科的發(fā)展和社會(huì)需要的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)出現(xiàn)了許多新的發(fā)展方向和趨勢(shì)，如網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人技術(shù)、虛擬機(jī)器人技術(shù)、協(xié)作機(jī)器人技術(shù)、微型機(jī)器人技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)等。1.4 機(jī)器人研究概況1.4.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀最早系統(tǒng)地研究人類(lèi)和動(dòng)物運(yùn)動(dòng)原理的是 Muybridge，他發(fā)明了電影用的獨(dú)特?cái)z像機(jī)，即一組電動(dòng)式觸發(fā)照相機(jī)，并在 1877 年成功地拍攝了許多四足動(dòng)物和奔跑的連續(xù)照片。后來(lái)這種采用攝像機(jī)的方法又被 Demeny 用來(lái)研究人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)。從本世紀(jì) 30 年代到 50 年代，蘇聯(lián)的 Bernstein 從生物動(dòng)力學(xué)的角度也對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物的機(jī)理進(jìn)行深入的研究，并就運(yùn)動(dòng)作了非常形象化的描述。真正全面、系統(tǒng)地開(kāi)展機(jī)器人的研究是始于本世紀(jì) 60 年代．迄今，不僅形成了機(jī)器人一整套較為完善的理論體系，而且在一些國(guó)家，如日本、美國(guó)和蘇聯(lián)等都已研制成功了能靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的機(jī)器人樣機(jī)。這一部分，我們主要介紹隊(duì) 60 年代到 1985 年這一時(shí)期，在機(jī)器人領(lǐng)域所取得的最重要進(jìn)展。在 60 年代和 70 年代，對(duì)機(jī)器人控制理論的研究產(chǎn)生了 3 種非常重要的控制方法，即有限狀態(tài)控制、模型參考控制和算法控制。這 3 種控制方法對(duì)各種類(lèi)型的機(jī)器人都是適用的。有限狀態(tài)控制是由南斯拉夫的 Tomovic 在 1961 年提出來(lái)的 ，模型參考控制是由美國(guó)的 Farnsworth 在 1975 年提出來(lái)的，而算法控制則是由南斯拉夫米哈依羅·鮑賓研究所著名的機(jī)器人學(xué)專(zhuān)家 Vukobratovic 博士在 1969 年至 1972 年問(wèn)提出來(lái)的。這 3 4種控制方法之間有一定的內(nèi)在聯(lián)系。有限狀態(tài)控制實(shí)質(zhì)上是一種采樣化的模型參考控制，而算法控制則是一種居中的情況[1]。在步態(tài)研究方面，蘇聯(lián)的 Bessonov 和 Umnov 定義了“最優(yōu)步態(tài)”，Kugushev 和Jaro-shevskij 定義了自由步態(tài)。這兩種步態(tài)不僅適應(yīng)于而且也適應(yīng)于多足機(jī)器人。其中，自由步態(tài)是相對(duì)于規(guī)則步態(tài)而言的。如果地面非常粗糙不平，那么機(jī)器人在時(shí)，下一步腳應(yīng)放在什么地方，就不能根據(jù)固定的步序來(lái)考慮，而是應(yīng)該象登山運(yùn)動(dòng)員那樣走一步看一步，通過(guò)某一優(yōu)化準(zhǔn)則來(lái)確定，這就是所謂的自由步態(tài)。在機(jī)器人的穩(wěn)定性研究方面，美國(guó)的 Hemami 等人曾提出將系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的簡(jiǎn)化模型看作是一個(gè)倒立振子(倒擺)，從而可以將的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)解釋為使振子直立的問(wèn)題。此外，從減小控制的復(fù)雜性考慮，Hemami 等人還曾就機(jī)器人的“降階模型”問(wèn)題進(jìn)行了研究。前面我們?cè)赋?Vukobratovic 也對(duì)類(lèi)人型系統(tǒng)進(jìn)行了能量分析，但他僅限于導(dǎo)出各關(guān)節(jié)及整個(gè)系統(tǒng)的功率隨時(shí)間的變化關(guān)系，并沒(méi)有過(guò)多地涉及能耗最優(yōu)這個(gè)問(wèn)題．但在他的研究中，Vukobratovic 得出了一個(gè)有用的結(jié)論，即姿態(tài)越平滑，類(lèi)人型系統(tǒng)所消耗的功率就越少。1.4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)機(jī)器人的研制工作起步較晚，我國(guó)是從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的。1986 年，我國(guó)開(kāi)展了“七五”機(jī)器人攻關(guān)計(jì)劃，1987 年，我國(guó)的“863”高技術(shù)計(jì)劃將機(jī)器人方面的研究開(kāi)發(fā)列入其中。目前我國(guó)從事機(jī)器人研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)的單位主要是高校和有關(guān)科研院所等。最初我國(guó)進(jìn)行機(jī)器人技術(shù)研究的主要目的是跟蹤國(guó)際先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，隨后取得了一定的成就。哈爾濱工業(yè)大學(xué)自 1986 年開(kāi)始研究機(jī)器人，先研制成功靜態(tài)雙足機(jī)器人 HIT-I，高 110cm，重 70kg，有 10 個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)平地上的前進(jìn)、左右側(cè)行以及上下樓梯的運(yùn)動(dòng)，步幅 45cm，步速為 10 秒/步，后來(lái)又相繼研制成功了 HIT-II 和 HIT-III，重 42kg，高 103cm，有 12 個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了步長(zhǎng) 24cm，步速 2.3 步每秒的。目前正在研制的 HI 下IV 機(jī)器人，全身可有 52 個(gè)自由度，其在運(yùn)動(dòng)速度和平衡性方面都優(yōu)于前三型機(jī)器人[3～7]。國(guó)防科技大學(xué)在 1988 年春成功地研制了一臺(tái)平面型 6 自由度的雙足機(jī)器人 KDW-1， 5它能前進(jìn)、后退和上下樓梯，最大步幅為 40cm，步速為 4 步每秒，1989 年又研制出空間型 KDW-II，有 10 個(gè)自由度，高 69cm，重 13kg 實(shí)現(xiàn)進(jìn)退、上下臺(tái)階的靜態(tài)穩(wěn)定以及左右的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)。1990 年在 KDW-II 的平臺(tái)上增加兩個(gè)垂直關(guān)節(jié)，發(fā)展成 KDW-III，有 12個(gè)自由度，具備了轉(zhuǎn)彎功能，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的全方位。1995 年實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)，步速 0.8步每秒，步長(zhǎng)為 20cm～22cm，最大斜坡角度達(dá) 13 度。2000 年底在 KDW-III 的基礎(chǔ)上研制成功我國(guó)首臺(tái)仿人形機(jī)器人“先行者”，動(dòng)態(tài)，可在小偏差、不確定的環(huán)境，周期達(dá)每秒兩步，高 1.4m，重 20kg，有頭、眼、脖、身軀、雙臂、雙足，且具備一定的語(yǔ)言功能[8～13]。此外，清華大學(xué)正在研制仿人形機(jī)器人 THBIP-I，高 1.7m，重 130kg，32 個(gè)自由度，在清華大學(xué) 985 計(jì)劃的支持下，項(xiàng)目也在不斷取得進(jìn)展。南京航空航天大學(xué)曾研制了一臺(tái) 8 自由度空間型機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)功能[13,14]。本課題源于“第一屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”中機(jī)器人。目前，機(jī)器人大多以輪子的形式實(shí)現(xiàn)功能階段。真正模仿人類(lèi)用腿走路的機(jī)器人還不多，雖有一些六足、四足機(jī)器人涌現(xiàn)，但是機(jī)器人還是鳳毛麟角。我們這個(gè)課題，探索設(shè)計(jì)僅靠巧妙的機(jī)械裝置和簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)模擬人類(lèi)的機(jī)器人。其分功能有：交替邁腿、搖頭、擺大臂、擺小臂。1.5 裝配機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手產(chǎn)業(yè)是在計(jì)算機(jī)、繼汽車(chē)之后出現(xiàn)的又一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)代，機(jī)械手產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景發(fā)展很好。從二十世紀(jì)起，世界機(jī)械手產(chǎn)業(yè)一直穩(wěn)步增長(zhǎng)。到了二十世紀(jì)九十年代，機(jī)械手產(chǎn)品發(fā)展快速增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率平均在百分之十上下。2004 年創(chuàng)記錄達(dá)到百分之二十。在亞洲機(jī)械手需求量更多，年增長(zhǎng)率高達(dá)百分之四十三。經(jīng)歷 40多年的發(fā)展，裝配機(jī)械手應(yīng)用到很多領(lǐng)域中去了。機(jī)械手在制造業(yè)中應(yīng)用的最廣泛。如在焊接、熱處理、表面涂覆、機(jī)械加工、裝配、檢測(cè)和倉(cāng)庫(kù)堆垛毛、坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)等等作業(yè)中，機(jī)械手替代了人工作業(yè)，并使得生產(chǎn)效益大大提高。 6圖 1 一 1 裝配機(jī)械手1.6 本課題研究?jī)?nèi)容本課題是為某零件的裝配設(shè)計(jì)裝配機(jī)械手（裝配零件可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際自定）。工業(yè)機(jī)械手是按預(yù)定要求，模仿人體上肢功能，完成抓取工件，移送定位等工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的設(shè)備。是減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要手段。本課題應(yīng)用 CAD 技術(shù)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。它可以實(shí)現(xiàn)某零件的自動(dòng)裝配，裝配機(jī)械手的自由度, 動(dòng)作程序和速度按生產(chǎn)實(shí)際要求設(shè)定。第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 機(jī)器人工程概述機(jī)器人工程是一門(mén)跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及到力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、氣動(dòng)液壓技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。人們將已有學(xué)科分支中的知識(shí)有效地組合起來(lái)用以解決綜合性的工程問(wèn)題的技術(shù)稱(chēng)之為“系統(tǒng)工程學(xué)”。以機(jī)器人設(shè)計(jì)為例，系統(tǒng)工程學(xué)認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)將其作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究、開(kāi)發(fā)和運(yùn)用，從機(jī)器人的整體出發(fā)來(lái)研究其系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分之間的有機(jī)聯(lián)系和系統(tǒng)外部環(huán)境的相互關(guān)系 7的一種綜合性的設(shè)計(jì)方法。從系統(tǒng)功能的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，將一部復(fù)雜的機(jī)器看成是一個(gè)系統(tǒng)，它由若干個(gè)子系統(tǒng)按一定規(guī)律有機(jī)地聯(lián)系在一起，是一個(gè)不可分的整體。如果將系統(tǒng)拆開(kāi)、則將失去作為一個(gè)整體的特定功能。因此，在設(shè)計(jì)一部較復(fù)雜的機(jī)器時(shí)，從機(jī)器系統(tǒng)的概念出發(fā)，這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)具有如下特性：（1） 整體性 由若干個(gè)不同性能的子系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)總的機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有作為一個(gè)整體的特定功能。（2） 相關(guān)性 系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間有機(jī)聯(lián)系、有機(jī)作用，具有某種相互關(guān)聯(lián)的特性。（3） 目的性 每個(gè)系統(tǒng)都應(yīng)有明確的目的和功能，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的組合方式?jīng)Q定于系統(tǒng)的目的和功能。（4） 環(huán)境適應(yīng)性 任何一個(gè)系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境中，必須能適應(yīng)外部環(huán)境的變化。因此，在進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要重視組成機(jī)器人系統(tǒng)的各個(gè)部件、零件的設(shè)計(jì)，更應(yīng)該按照系統(tǒng)工程學(xué)的觀(guān)點(diǎn)，根據(jù)機(jī)器人的功能要求，將組成機(jī)器人系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)部件、零件合理地組合，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良適于工作需要的機(jī)器人產(chǎn)品。在比較復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中大致包括如下:操作機(jī)，它是完成機(jī)器人工作任務(wù)的主體，包括機(jī)座、手臂、手腕、末端執(zhí)行器和機(jī)構(gòu)等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它包括作為動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)單元，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由各種傳動(dòng)零、部件組成的傳動(dòng)系統(tǒng)。控制系統(tǒng)，它主要包括具有運(yùn)算、存儲(chǔ)功能的電子控制裝置（計(jì)算機(jī)或其他可編程編輯控制裝置），人——機(jī)接口裝置（鍵盤(pán)、示教盒等），各種傳感器的信息放大、傳輸和處理裝置，傳感器、離線(xiàn)編程、設(shè)備的輸入/輸出通訊接口，內(nèi)部和外部傳感器以及其他通用或?qū)Ｓ玫耐鈬O(shè)備［14］。工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)在于它在功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性，因而工業(yè)機(jī)器人能有效地應(yīng)用于柔性制造系統(tǒng)中來(lái)完成傳送零件或材料，進(jìn)行裝配或其他操作。在柔性制造系統(tǒng)中，基本工藝設(shè)備（如數(shù)控機(jī)床、鍛壓、焊接、裝配等生產(chǎn)設(shè)備）、輔助生產(chǎn)設(shè)備、控制裝置和工業(yè)機(jī)器人等一起形成了各種不同形式地工業(yè)機(jī)器人技術(shù)綜合體地工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。在其他非制造業(yè)地生產(chǎn)部門(mén)，如建筑、采礦、交通運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)領(lǐng)域引用機(jī)器人系統(tǒng)亦是如此。 82.2 工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案論述（一）確定負(fù)載目前，國(guó)內(nèi)外使用的工業(yè)機(jī)器人中，負(fù)載能力的范圍很大，最小的額定負(fù)載在 5N 以下，最大可達(dá) 9000N。負(fù)載大小的確定主要是考慮沿機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)方向作用于機(jī)械接口處的力和扭矩。其中應(yīng)包括機(jī)器人末端執(zhí)行器的重量、抓取工件或作業(yè)對(duì)象的重量和規(guī)定速度和加速度條件下，產(chǎn)生的慣性力等。由本次設(shè)計(jì)給的設(shè)計(jì)參數(shù)可初估本次設(shè)計(jì)屬于小負(fù)載。（二）驅(qū)動(dòng)方式由于伺服電機(jī)具有控制性能好，控制靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制，對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響，體積小，效率高，適用于運(yùn)動(dòng)控制要求嚴(yán)格的中、小型機(jī)器人等特點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)采用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)（三）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)器人傳動(dòng)裝置中應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和體積小，在傳動(dòng)鏈中要考慮采用消除間隙措施，以提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和位置控制精度。在機(jī)器人中常采用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)、同步齒形帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)和鋼帶傳動(dòng)等，由于齒輪傳動(dòng)具有效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，且大學(xué)學(xué)習(xí)掌握的比較扎實(shí)，故本次設(shè)計(jì)選用齒輪傳動(dòng)。（四）工作范圍工業(yè)機(jī)器人的工作范圍是根據(jù)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)過(guò)程中操作范圍和運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)確定，用工作空間來(lái)表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式、自由度數(shù)和操作機(jī)各手臂關(guān)節(jié)軸線(xiàn)的長(zhǎng)度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動(dòng)范圍的選擇（五） 運(yùn)動(dòng)速度機(jī)器人操作機(jī)手臂的各個(gè)動(dòng)作的最大行程確定后，按照循環(huán)時(shí)間安排確定每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，就能進(jìn)一步確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度，用 m/s 或（°）/s 表示，各動(dòng)作的時(shí)間分配要考慮多方面的因素，例如總的循環(huán)時(shí)間的長(zhǎng)短，各動(dòng)作之間順序是依序進(jìn)行還是同時(shí)進(jìn)行等。應(yīng)試做各動(dòng)作時(shí)間的分配方案表，進(jìn)行比較，分配動(dòng)作時(shí)間除考慮工藝動(dòng)作的要求外，還應(yīng)考慮慣性和行程的大小，驅(qū)動(dòng)和控制方式、定位方式和精度等要求。 92.3 機(jī)器人機(jī)械傳動(dòng)原理本課題設(shè)計(jì)的是一種小經(jīng)濟(jì)型裝配機(jī)器人。該機(jī)器人為多關(guān)節(jié)型，具有六個(gè)自由度。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此控制簡(jiǎn)單，編程操作方便。機(jī)身采用薄壁整體鑄件，這樣可以使結(jié)構(gòu)輕巧，使用靈活。內(nèi)部鑄件既作為內(nèi)部齒輪安裝殼體與軸的支撐座，又作為承力骨架，這樣不僅節(jié)省材料，減少加工量，又使整體減少質(zhì)量［5］ 。2.4 機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下[3]。(1) 直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 2-1(a)由于直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度（μm 級(jí)）。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)講，是比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類(lèi) 10型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長(zhǎng)方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式，龍門(mén)式，天車(chē)式三種結(jié)構(gòu)。(2) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 2-1(b)。這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。(3) 球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 2-1(c)。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)類(lèi)球形的空間。(4) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖 2-1(d)。關(guān)節(jié)型機(jī)器人動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對(duì)機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類(lèi)型的機(jī)器人。關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。(a) 直角坐標(biāo)型 (b) 圓柱坐標(biāo)型 (c) 球坐標(biāo)型 (d) 關(guān)節(jié)型圖 2-1 四種機(jī)器人坐標(biāo)形式根據(jù)任務(wù)書(shū)要求和具體實(shí)際我們選擇的是(d) 關(guān)節(jié)型。具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求搬運(yùn)的加工工件的質(zhì)量達(dá) 5KG，同時(shí)考慮到數(shù)控機(jī)床布局的具體形式及對(duì)機(jī)器人的具體要求，考慮在滿(mǎn)足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)范圍大,且有較高的定位準(zhǔn)確度,要求設(shè)計(jì)的機(jī)器人為六個(gè)自由度，其中腰部有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，大臂和小臂的俯仰自由度， 11小臂的旋轉(zhuǎn)自由度，手腕的俯仰、旋轉(zhuǎn)自由度。在本論文中，要求設(shè)計(jì)大小臂結(jié)構(gòu)，所以，需要對(duì)實(shí)現(xiàn)大臂和小臂的俯仰自由度，小臂的旋轉(zhuǎn)自由度的機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。2.5 本章小結(jié)本章主要完成對(duì)機(jī)器人整體方案的一個(gè)分析和設(shè)計(jì),通過(guò)多種方案的選擇來(lái)確定最終要確定的方案. 確定了機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案后，就要針對(duì)機(jī)器人的腰部、手臂、手腕、末端執(zhí)行器等各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。 12第 3 章 裝配機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 裝配機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)3.1.1 裝配機(jī)械手的參數(shù)工作半徑：800mm；負(fù)載：5kg；關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍：軸 1 旋轉(zhuǎn)+125°－ -125°，速度 250°/s軸 2 旋轉(zhuǎn)+145°－ -145°，速度 250°/s軸 3 手臂 200mm，速度 1500mm/s軸 4 手腕+360°－ -360°，速度 320°/s3.1.2 裝配機(jī)械手外形尺寸與工作空間機(jī)構(gòu)圖：圖 2 一 1 裝配機(jī)械手的結(jié)構(gòu)圖3.1.3 裝配機(jī)械手的總體傳動(dòng)方案VR 減速器：是由兩級(jí)減速和中心圓盤(pán)支撐為主的速器， 該減速器具有同軸線(xiàn)的傳動(dòng)、傳動(dòng)精度高、減速比大、剛度大、結(jié)構(gòu)緊湊等等優(yōu)點(diǎn)，適于重載、高速和高精度場(chǎng)合。 13諧波減速器也有承載能力大，傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，重量輕、傳動(dòng)比大等優(yōu)點(diǎn)。諧波減速器與 VR 減速器相比較，它的制造成本要低得多，因此在本設(shè)計(jì)中選用諧波減速機(jī)。裝配機(jī)械手大小臂都采用諧波減速機(jī)加推力 向心交叉短圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)，因要承受軸向壓力和傾覆力矩。推力向心交叉短圓柱滾子軸承剛度高，能承受軸向壓力與徑向扭矩，剛好符合諧波減速機(jī)配合 SCAAR 機(jī)械手大小臂高的抗傾覆力矩及高剛性的設(shè)計(jì)要求。主軸垂直直線(xiàn)運(yùn)動(dòng):步進(jìn)電機(jī) 1 一—同步齒形帶一—絲杠螺母一—主軸主軸旋轉(zhuǎn):步進(jìn)電機(jī) 2 一—同步齒形帶——花鍵——主軸大臂回轉(zhuǎn):步進(jìn)電機(jī) 3——減速器一—大臂小臂回轉(zhuǎn):步進(jìn)電機(jī) 4——小臂3.2 機(jī)器人腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人腰座，就是圓柱坐標(biāo)機(jī)器人，球坐標(biāo)機(jī)器人及關(guān)節(jié)型機(jī)器人的回轉(zhuǎn)基座。它是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)部分全部安裝在腰座上，它承受了機(jī)器人的全部重量 [4]。在設(shè)計(jì)機(jī)器人腰座結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意以下設(shè)計(jì)原則：(1) 腰座要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人在工作時(shí)整體安裝的穩(wěn)定性。(2) 腰座要承受機(jī)器人全部的重量和載荷，因此，機(jī)器人的基座和腰部軸及軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力。(3) 機(jī)器人的腰座是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它對(duì)機(jī)器人末端的運(yùn)動(dòng)精度影響最大，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意腰部軸系及傳動(dòng)鏈的精度與剛度的保證。(4) 腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它包括驅(qū)動(dòng)器（電動(dòng)、液壓及氣動(dòng)）及減速器。驅(qū)動(dòng)裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動(dòng)器。(5) 腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整。腰部與機(jī)器人手臂的聯(lián)結(jié)要有可靠的定位基準(zhǔn)面，以保證各關(guān)節(jié)的相互位置精度。要設(shè)有調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)整腰部軸承間隙及減速器的傳動(dòng)間隙。(6) 為了減輕機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部分的慣量，提高機(jī)器人的控制精度，一般腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成，而不運(yùn)動(dòng)的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)形式要么是電機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，要么是通過(guò)擺動(dòng)液壓缸或液壓馬 14達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前的趨勢(shì)是用前者。因?yàn)殡妱?dòng)方式控制的精度能夠很高，而且結(jié)構(gòu)緊湊，不用設(shè)計(jì)另外的液壓系統(tǒng)及其輔助元件?？紤]到腰座是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對(duì)機(jī)器人的最終精度影響大，故采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) [5]。一般電機(jī)都不能直接驅(qū)動(dòng)，考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，采用大傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行減速和扭矩的放大。因?yàn)辇X輪傳動(dòng)存在著齒側(cè)間隙，影響傳動(dòng)精度，故采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，采用大的傳動(dòng)比（大于 100），同時(shí)為了減小機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)，齒輪采用高強(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加工制造，盡量減小因齒輪傳動(dòng)造成的誤差。3.3 機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實(shí)現(xiàn)在機(jī)器人所要求的工作空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng) [6]。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循下述原則；(1) 應(yīng)盡可能使機(jī)器人手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡(jiǎn)化，有利于機(jī)器人的控制。(2) 機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)器人工作空間的要求。工作空間的形狀和大小與機(jī)器人手臂的長(zhǎng)度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系。但機(jī)器人手臂末端工作空間并沒(méi)有考慮機(jī)器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對(duì)機(jī)器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小于上述沒(méi)有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。(3) 為了提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度與控制精度，應(yīng)在保證機(jī)器人手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。力求選用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，通常選用高強(qiáng)度鋁合金制造機(jī)器人手臂。目前，在國(guó)外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)器人手臂。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高，抗振性好，比重小（其比重相當(dāng)于鋼的 1/4，相當(dāng)于鋁合金的 2/3），但是，其價(jià)格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問(wèn)題，故還未能在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在保證所需強(qiáng)度與剛度的情況下，減輕機(jī)器人手臂的重量。(4) 機(jī)器人各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。(5) 機(jī)器人的手臂相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡，這對(duì)減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度是非常有利的 [7]。在設(shè)計(jì)機(jī)器人的手臂時(shí)，應(yīng)盡可能利用在機(jī)器人上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來(lái)減小機(jī)器人手臂的不平衡重量，必要時(shí) 15還要設(shè)計(jì)平衡機(jī)構(gòu)來(lái)平衡手臂殘余的不平衡重量。(6) 機(jī)器人手臂在結(jié)構(gòu)上要考慮各關(guān)節(jié)的限位開(kāi)關(guān)和具有一定緩沖能力的機(jī)械限位塊，以及驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。機(jī)器人的俯仰關(guān)節(jié)手臂（大臂）和俯仰關(guān)節(jié)手臂（大臂）。直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)一般是氣動(dòng)傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)。考慮到搬運(yùn)工件的重量較大，考慮加工工件的質(zhì)量達(dá) 0.55KG，屬小型重量，同時(shí)考慮到機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能及運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，安全性，對(duì)手臂的剛度有較高的要求。不用再設(shè)計(jì)另外的執(zhí)行件了；而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。因?yàn)橐簤合到y(tǒng)能提供很大的驅(qū)動(dòng)力，因此在驅(qū)動(dòng)力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都是比較容易實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和剛度的滿(mǎn)足。因此手臂液壓缸的設(shè)計(jì)原則是缸的直徑取得大一點(diǎn)（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進(jìn)行強(qiáng)度的較核。同時(shí)，因?yàn)榭刂坪途唧w工作的要求，機(jī)器人的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大，若僅僅通過(guò)增大液壓缸的缸徑來(lái)增大剛度，是不能滿(mǎn)足系統(tǒng)剛度要求的。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，小臂