工業(yè)機(jī)器人畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言2</b></p><p><b>　　第一章 緒論3</b></p><p><b>　　1.1 引言3</b></p><p>　　1.2 工業(yè)機(jī)器人的含義及技術(shù)概

2、述4</p><p>　　1.3 機(jī)器人的組成及分類4</p><p>　　1.4 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及國內(nèi)外發(fā)展趨勢6</p><p>　　第二章 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.1 機(jī)器手的設(shè)計(jì)方法10</p><p>　　2.1.1 機(jī)械手的選擇與分析10</p><p

3、>　　2.1.2 直角坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法 11</p><p>　　2.2 機(jī)器手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15</p><p>　　2.2.1 機(jī)械手的選擇與分析15</p><p>　　2.2.2 機(jī)械手的傳動部件設(shè)計(jì)16</p><p>　　2.2.3 機(jī)械手的臀部設(shè)計(jì)17</p><p>　　2.3 SC90

4、0三軸伺服驅(qū)動機(jī)器人機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)18</p><p>　　第三章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.1 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動系統(tǒng)分析19</p><p>　　3.1.1 機(jī)器人的運(yùn)動概述19</p><p>　　3.2 SC900三軸伺服驅(qū)動機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動控制21</p><p>　　3.1.

5、1 機(jī)器人的驅(qū)動方式21</p><p>　　第四章 SC900三軸伺服驅(qū)動機(jī)器人典型零件的設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1 伺服電機(jī)的選擇22</p><p>　　4.2 減速機(jī)的選擇24</p><p>　　4.3 齒輪齒條的選擇25 </p><p>　　4.4 導(dǎo)軌的選擇33 </p&g

6、t;<p><b>　　第五章 結(jié)論37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　20世紀(jì)中葉之后，生產(chǎn)力

7、已高度發(fā)展，已有了高度自動化的機(jī)械設(shè)備。但由于市場的激烈競爭，只有產(chǎn)品多樣化和不斷更新?lián)Q代，才能適應(yīng)人們更高的現(xiàn)代需要。1961年美國Unimation公司推出第一部實(shí)用的工業(yè)機(jī)器人，由于它適應(yīng)柔性自動化要求，因而得到了很快的發(fā)展。今天的機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上。機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，對人類社會的影響決不亞于蒸汽機(jī)出現(xiàn)對人類的影響，它極大提高了勞動生產(chǎn)率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了成本，還極大的減輕了人的勞動強(qiáng)度，改善了勞動條件，所以世界

8、上先進(jìn)國家都在努力發(fā)展機(jī)器人技術(shù)。[1]</p><p>　　機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動化裝備的典型代表，是人造機(jī)器的“終極”形式。它涉及到機(jī)械、電子、自動控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。一方面，機(jī)器人在制造業(yè)應(yīng)用的范圍越來越廣闊，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強(qiáng)，并向著成套技術(shù)和裝備的

9、方向發(fā)展；另一方面，機(jī)器人向著非制造業(yè)應(yīng)用發(fā)展以及微小型方向發(fā)展，并將服務(wù)于人類活動的各個領(lǐng)域。[2] 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛：（1）建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動線；（2）在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化方面；（3）鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工方面。還有具有感知能力并能對感知的信息作出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手，它是現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展方向。利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，機(jī)械手的應(yīng)用必將飛躍發(fā)展。[3

10、]智能機(jī)器人的開發(fā)是機(jī)器人應(yīng)用的全新領(lǐng)域。[4] </p><p>　　工業(yè)機(jī)器人是一種提高制造業(yè)生產(chǎn)力的工具。它可以承擔(dān)那些對人類可能有危險的工作。最早的工業(yè)機(jī)器人就曾用來在核能發(fā)電廠中更換核燃料棒。工業(yè)機(jī)器人也能在裝配線上工作，如安裝印刷電路板上的電子元器件。這樣，人們就可以從這種單調(diào)的工作中解脫出來。機(jī)器人還能拆除炸彈，為傷殘人服務(wù)，為我們的社會做各種各樣的工作。[5]</p><p&g

11、t;<b>　　緒 論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)器人誕生于20世紀(jì)60年代,在20世紀(jì)90年代得到迅速發(fā)展,是最先產(chǎn)業(yè)化的機(jī)器人技術(shù)。它是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù),是當(dāng)代研究十分活躍、應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。它的出現(xiàn)是為了適應(yīng)制造

12、業(yè)規(guī)?；a(chǎn),解決單調(diào)、重復(fù)的體力勞動和提高生產(chǎn)質(zhì)量而代替人工作業(yè)。在我國,工業(yè)機(jī)器人的真正使用到現(xiàn)在已經(jīng)接近20多年了,已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)、引進(jìn)到自主開發(fā)的轉(zhuǎn)變,促進(jìn)了我國制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)

13、械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。</p><p>　　當(dāng)代柔性自動化生產(chǎn)的建立和廣泛應(yīng)用，取決于作為科技進(jìn)步的催化劑的機(jī)床制造、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、儀器制造等技術(shù)的加速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人是多品種的

14、經(jīng)常更換產(chǎn)品的生產(chǎn)過程自動化的通用手段。在機(jī)械制造中，工業(yè)機(jī)器人既有效地用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)組成工藝裝備的基本工序中，也有效地用于輔助操作中。工業(yè)機(jī)器人與傳統(tǒng)自動化手段不同之處，首先在于它在各種生產(chǎn)功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性。在柔性生產(chǎn)系統(tǒng)中，工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、鍛壓機(jī)床、鑄造機(jī)械和倉儲設(shè)備上，以完成傳送裝備和其它操作。工業(yè)機(jī)器人和基本工藝裝備、輔助手段以及控制裝置一起形成各種不同形式的機(jī)器人技術(shù)綜合體—柔性生產(chǎn)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)模

15、塊。 機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動化裝備的典型代表，是人造機(jī)器的“終極”形式。它涉及到機(jī)械、電子、自動控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。一方面，機(jī)器人在制造業(yè)應(yīng)用的范圍越來越廣闊，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強(qiáng)，并向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展；另一方面，機(jī)器人向著非制造</p><p&

16、gt;　　本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對工業(yè)三自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2 工業(yè)機(jī)器人的含義及技術(shù)概述</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的定義為：一種能夠自動定位控制，可重復(fù)編程的，多功能的，多自由度的操作機(jī)。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

17、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。</p><p>　　機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預(yù)定的程序軌跡極其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工件或操做工具的自動化裝置。在我國由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常

18、把工業(yè)機(jī)器人稱做操作機(jī)械手。</p><p>　　智能機(jī)器人是機(jī)器人的發(fā)展方向，它具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業(yè)機(jī)器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動完成更為復(fù)雜的工作。</p><p>　　1.3 工業(yè)機(jī)器人

19、的組成</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成。如圖1-1所示。目前，具有人工智能系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人還處于研究實(shí)驗(yàn)階段。而應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的多數(shù)是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人。</p><p>　　圖1-1 機(jī)器人的一般組成</p><p>　　要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一

20、套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動的驅(qū)動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。</p><p>　　對于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說并不是簡單

21、的疊加在一起，從而構(gòu)成一個機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，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1-2 所示。</p><p>　　圖1-2 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系</p><p>　　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－傳動系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(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－傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)

22、的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動－傳動系統(tǒng)主要包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)和傳動系統(tǒng)。驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動力，傳動系統(tǒng)則將驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動所要求的驅(qū)動力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(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)(Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。</p><p>　　1.4 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 </p><p>

23、;　　一、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程</p><p>　　早在1954 年美國喬治·德沃爾首次設(shè)計(jì)出第一臺電子程序可編的工業(yè)機(jī)器人，并于 1961 年發(fā)表了該項(xiàng)專利。1962年美國通用汽車公司投入使用，標(biāo)志著第一代機(jī)器人誕生。 從此機(jī)器人開始成為人類生活中的現(xiàn)實(shí)。 之后日本使工業(yè)機(jī)器人得到迅速的發(fā)展。目前，日本已成為世界上工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量和擁有量最多的國家。 80 年代，世界上生產(chǎn)技術(shù)的高度自動化和集成

24、化，使工業(yè)機(jī)器人得以進(jìn)一步發(fā)展，并在這個時代起著十分重要的作用。 第一代機(jī)器人，一般指工業(yè)上大量使用的可編程機(jī)器人及遙控操作機(jī)?？删幊虣C(jī)器人可根據(jù)操作人員所編程序完成一些簡單重復(fù)性作業(yè)。遙控操作機(jī)制每一步動作都要靠操作人員發(fā)出。1982年，美國通用汽車公司在裝配線上為機(jī)器人裝備了視覺系統(tǒng)，從而宣告了第二代機(jī)器人—感知機(jī)器人的問世。這代機(jī)器人，帶有外部傳感器，可進(jìn)行離線編程。能在傳感系統(tǒng)支持下，具有不同程度感知環(huán)境并自行修正程序的

25、功能。第三代機(jī)器人為自治機(jī)器人，正在各國研制和發(fā)展。它不但具有感知功能，還具有一定決策和規(guī)劃能力。能根據(jù)人的命令或按照所處環(huán)境自行做出決策規(guī)劃動作即按任務(wù)編程。</p><p>　　我國機(jī)器人研究工作起步較晚，從“七五”開始國家投入資金，對工業(yè)機(jī)器及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)和研制。1986 年國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃開始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過幾年的研究，

26、取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。 我國工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。</p><p>　　70年代是世界科技發(fā)展的一個里程碑：人類登上了月球，實(shí)現(xiàn)了金星、火星的軟著陸。我國也發(fā)射了人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用掀起一個高潮，尤其在日本發(fā)展更為迅猛，它補(bǔ)充了日益短缺的勞動力。在這種背景下，我國

27、于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。</p><p>　　進(jìn)入80年代后，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持?！捌呶濉逼陂g，國家投入資金，對工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）開始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過幾年

28、的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。</p><p>　　從90年代初期起，中國的國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個根本轉(zhuǎn)變時期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步，先后研制出了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。</p>&

29、lt;p>　　中國工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過“七五”攻關(guān)計(jì)劃、“九五”攻關(guān)計(jì)劃和863計(jì)劃的支持已經(jīng)取得了較大進(jìn)展,工業(yè)機(jī)器人市場也已經(jīng)成熟,應(yīng)用上已經(jīng)遍及各行各業(yè)。</p><p>　　雖然中國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。</p><p>　

30、　我國未來工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有:第一,危險、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人:主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機(jī)器人;第二,醫(yī)用機(jī)器人:主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人,遙控操作輔助正骨等;第三,仿生機(jī)器人:主要有移動機(jī)器人,網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。</p><p>　　二、工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)、生產(chǎn)中的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的

31、長時間作業(yè)，或是危險惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工、金屬制品業(yè)和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。在日、美、西歐等一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，工業(yè)機(jī)器人得到越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　三、 工業(yè)機(jī)器人在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域日益在擴(kuò)大，其應(yīng)用

32、范圍已不限于工業(yè)，還用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、原子能工業(yè)、醫(yī)療、福利事業(yè)、海洋和深空探測等事業(yè)中。</p><p>　　四、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢 機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動化裝備的典型代表，是人造機(jī)器的“終極”形式。它涉及到機(jī)械、電子、自動控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢主要有：

33、 （一） 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價格不斷下降。 （二）機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；有關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人。 （三）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （四） 機(jī)

34、器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 （五）機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)</p><p>　　五、我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與前景</p><p>　　自從20世紀(jì)60年代人類制造了第一臺工業(yè)機(jī)器

35、人以來，機(jī)器人就顯示出了極強(qiáng)的生命力。經(jīng)過40年的飛速發(fā)展，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、物流、制造業(yè)等諸多領(lǐng)域中。</p><p>　　盡管如此，我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化卻存在著巨大的問題。除了眾多歷史原因造成制造業(yè)水平低下的原因外，更多的是對工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識和定位上存在著不同觀點(diǎn)。 </p><p>　　首先，我國基

36、礎(chǔ)零部件制造能力差。雖然我國在相關(guān)零部件方面有了一定的基礎(chǔ)，但是無論從質(zhì)量、產(chǎn)品系列全面，還是批量化供給方面都與國外存在較大的差距。特別是在高性能交流伺服電機(jī)和精密減速器方面的差距尤其明顯，因此造成關(guān)鍵零部件的進(jìn)口，影響了我國機(jī)器人的價格競爭力。</p><p>　　第二，中國的機(jī)器人還沒有形成自己的品牌。雖然已經(jīng)擁有一批企業(yè)從事機(jī)器人的開發(fā)，但是都沒有形成較大的規(guī)模，缺乏市場的品牌認(rèn)知度，在機(jī)器人市場方面一直面

37、臨國外機(jī)器人品牌的打壓。國外機(jī)器人作為成熟的產(chǎn)業(yè)采用整機(jī)降價，吸引國內(nèi)企業(yè)購買，而在后續(xù)的維護(hù)備件費(fèi)用很高的策略，逐步占領(lǐng)中國市場。</p><p>　　第三，國家認(rèn)識不到位，在鼓勵工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品方面的政策少。工業(yè)機(jī)器人的制造及應(yīng)用水平，代表了一個國家的制造業(yè)水平，我們必須從國家高度認(rèn)識發(fā)展中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的重要性，這是我國從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的重要手段和途徑。</p><p>　　

38、第二章 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括建筑、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、辦公、家用、軍用等方面，工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)主要應(yīng)用于危險、有毒、有害的工作環(huán)境以及產(chǎn)品質(zhì)量要求高（超潔、同一性）的重復(fù)性作業(yè)場合，如焊接、噴涂上下料、插件、防爆等。</p><p>　　2.1 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法</p><

39、;p>　　機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預(yù)定的程序軌跡極其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工件或操做工具的自動化裝置。在我國由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱做操作機(jī)械手。</p><p>　　機(jī)械手的特點(diǎn)： （1） 對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng) 能代替人從事危險，有害的工作。在長時間工作對人體有害的場所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾?/p>

40、結(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，放射線作用下，以及沖壓，滅等危險環(huán)境中勝任工作。 （2） 機(jī)械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 （3） 由于機(jī)械手的動作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時又可以避免人為的操作錯誤。 （4） 機(jī)械手特點(diǎn)是通過用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。</p>

41、<p>　　2.1.1 機(jī)械手的選擇與分析</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的末端執(zhí)行器在空間的位置而提供的3個自由度，可以有不同的運(yùn)動組合，通?？梢詫⑵湓O(shè)計(jì)成圓柱坐標(biāo)型、直角坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型 、平面關(guān)節(jié)型五種形式。 直角坐標(biāo)型 直角坐標(biāo)型機(jī)器人，其運(yùn)動部分的三個相互垂直的直線組成，其工作空間為長方體，它在各個軸向的移動距離可在坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定

42、位精度高，結(jié)構(gòu)簡單，但機(jī)體所占空間大，靈活性較差。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，三軸同時可以模擬操作員取出動作，并可以沿著規(guī)定路徑連續(xù)運(yùn)動，因此選擇直角坐標(biāo)型。</p><p>　　2.1.2 直角坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法</p><p>　　(一) 直角坐標(biāo)機(jī)器人概念：</p><p>　　工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、運(yùn)動自由度

43、建成空間直角關(guān)系、多用途的操作機(jī)。他能夠搬運(yùn)物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。關(guān)于機(jī)器人的定義隨著科技的不斷發(fā)展，在不斷的完善，直角坐標(biāo)機(jī)器人作為機(jī)器人的一種，其含義也在不斷的完善中。</p><p>　　圖2-2 典型直角坐標(biāo)機(jī)器人</p><p>　　（二） 直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn)：</p><p>　　1、自由度運(yùn)動，每個運(yùn)動自由度之間的空間夾角為直角；</

44、p><p>　　2、自動控制的，可重復(fù)編程，所有的運(yùn)動均按程序運(yùn)行；</p><p>　　3、一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成。</p><p>　　4、靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。</p><p>　　5、高可靠性、高速度、高精度。</p><p>　　6、可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便

45、于操作維修。</p><p>　　（三）直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用：</p><p>　　因末端操作工具的不同，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用作各種自動化設(shè)備，完成如焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。特別適用于多品種、便批量的柔性化作業(yè)，對于穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代

46、起著十分重要的作用。</p><p>　　圖2-3直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用</p><p>　　隨著直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，直角坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)工作日益顯得重要。成功的設(shè)計(jì)一臺直角坐標(biāo)機(jī)器人涉及到很多方面的工作，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、動力驅(qū)動、伺服控制等等。</p><p>　?。ㄋ模C(jī)器人設(shè)計(jì)特點(diǎn)： 1、機(jī)器人的設(shè)計(jì)是一個復(fù)雜的工作，工作量很大，涉及的知識面

47、很多，往往需要多人完成。　　2、機(jī)器人設(shè)計(jì)是面向客戶的設(shè)計(jì)，不是閉門造車。設(shè)計(jì)者需要經(jīng)常和用戶在一起，不停分析用戶要求，尋求解決方案。　　3、機(jī)器人設(shè)計(jì)是面向加工的設(shè)計(jì)，再好的設(shè)計(jì)，如果工廠不能加工出產(chǎn)品，設(shè)計(jì)也是失敗的，設(shè)計(jì)者需要掌握大量的加工工藝及加工手段?！　?、機(jī)器人設(shè)計(jì)是一個不斷完善的過程。</p><p>　　（五）機(jī)器人設(shè)計(jì)流程： 1、使用要求的分析：每一個機(jī)器人都是根據(jù)特定的要求的產(chǎn)

48、生而設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)的第一步就是要將使用要求分析清楚，確定設(shè)計(jì)時需要考慮的參數(shù)，包括： </p><p>　　機(jī)器人的定位精度，重復(fù)定位精度； 　　機(jī)器人的負(fù)載大小，負(fù)載特性；　　機(jī)器人運(yùn)動的自由度數(shù)量，每自由度的運(yùn)動行程；　　機(jī)器人的工作周期或運(yùn)動速度，加減速特性；　　機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，動作的關(guān)聯(lián)；　　機(jī)器人的工作環(huán)境、安裝方式；　　機(jī)器人的運(yùn)行工作制、運(yùn)行壽命；　　其他特殊要求；　　2、 機(jī)

49、械模型初建：機(jī)器人從機(jī)械結(jié)構(gòu)分大體可分為龍門結(jié)構(gòu)、壁掛結(jié)構(gòu)，垂掛結(jié)構(gòu)，根據(jù)安裝空間的要求選擇不同的結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、運(yùn)動特性都是不一樣的。后續(xù)的設(shè)計(jì)必須是基于一個確定的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖2-4機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　運(yùn)動性能計(jì)算：有關(guān)該性能的參數(shù)有：　　平均速度：V=S/t 最大速度：Vmax=at　　加速度/減速

50、度：a=F/m　　其中：S為運(yùn)動行程　　t為定位運(yùn)動時間　　F加速時的驅(qū)動力　　M運(yùn)動物體質(zhì)量和　　4、力學(xué)特性分析　　一個機(jī)器人是由許多定位單元組成的，每根定位系統(tǒng)都要分析。需要分析的項(xiàng)目如下：</p><p><b>　　圖2-5力學(xué)分析圖</b></p><p>　　水平推力Fx 　　正壓力Fz　　側(cè)壓力Fy　　Mx、My、Mz

51、　　5、機(jī)械強(qiáng)度校核：　　每個定位單元，每個梁都要進(jìn)行校核，尤其雙端支撐梁和懸臂梁?！　?） 撓度變形計(jì)算</p><p><b>　　圖2-6撓度變形圖</b></p><p>　　F：負(fù)載（N）；　　L：定位單元長度（mm）；　　E：材料彈性模量；　　I：材料截面慣性矩(mm4)；　　f：撓度形變（mm）　　注意：在計(jì)算撓度形變時，梁的自重產(chǎn)生的變

52、形不能忽視，梁的自重按均布載荷計(jì)算?！　∫陨瞎接?jì)算的是靜態(tài)形變，實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)闄C(jī)器人一直處于運(yùn)動狀態(tài)，必須計(jì)算加速力產(chǎn)生的形變，形變直接影響機(jī)器人的運(yùn)行精度?！　?）扭轉(zhuǎn)形變計(jì)算：　　當(dāng)一根梁的一端固定，另一端施加一個繞軸扭矩后，將產(chǎn)生扭曲變形。實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生該形變的原因一般是負(fù)載偏心或有繞軸加速旋轉(zhuǎn)的物體存在。</p><p>　　驅(qū)動元件選擇 　　常用的驅(qū)動系統(tǒng)有：交流/直流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)

53、、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、直線伺服電機(jī)/直線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)?！　∶恳粋€驅(qū)動系統(tǒng)都由電機(jī)和驅(qū)動器兩部分組成。驅(qū)動器的作用是將弱電信號放大，將其加載在驅(qū)動電機(jī)的強(qiáng)電上，驅(qū)動電機(jī)。電機(jī)則是將電信號轉(zhuǎn)化成精確的速度及角位移。</p><p>　　需要計(jì)算的項(xiàng)目如下：　　電機(jī)功率：　　電機(jī)扭矩：　　電機(jī)轉(zhuǎn)速：　　減速機(jī)減速比　　電機(jī)慣量/負(fù)載慣量的匹配關(guān)系 圖2-7

54、 扭轉(zhuǎn)力矩分析圖　　 7、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　　在完成了前面六項(xiàng)工作后，一個直角坐標(biāo)機(jī)器人定位系統(tǒng)的雛形就已經(jīng)在設(shè)計(jì)者的頭腦中形成了，接下來的工作就是將雛形畫成工程圖，以便生產(chǎn)。機(jī)器人的運(yùn)動軌跡具有不確定性，靈活多變，往往在一個位置不存在位置干涉，但到下一個位置就干涉了?！　?、設(shè)備壽命校核　　機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，要對整臺設(shè)備進(jìn)行壽命計(jì)算，核心元件的壽命到要計(jì)算，如機(jī)器人軌道的壽命，減速機(jī)的壽命，伺服電機(jī)的壽命等?！　C(jī)器人的運(yùn)行壽

55、命與運(yùn)行速度、負(fù)載大小、結(jié)構(gòu)形式、工作環(huán)境、工作制等有關(guān)?！　∪绻l(fā)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)行壽命太短，需要重新調(diào)整設(shè)計(jì)?！　∫陨蠟橐粋€機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)方法，至于控制系統(tǒng)部分這里不加說明。</p><p>　　2.2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　(一) 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>

56、　　工業(yè)機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問題是選擇由連桿件和運(yùn)動副組成的坐標(biāo)形式。本次設(shè)計(jì)的三軸伺服驅(qū)動機(jī)器人的坐標(biāo)形式是直角坐標(biāo)式機(jī)器人，主要完成3軸可以同時模擬操作員取出動作，能連續(xù)運(yùn)動并有C軸水平旋轉(zhuǎn)功能。</p><p><b>　?。ǘ﹤鲃臃绞?lt;/b></p><p>　　傳動方式選擇是指選擇驅(qū)動源及傳動裝置與關(guān)節(jié)部件的連接形式和驅(qū)動形式，主要包括：（1）直接連接

57、傳動：驅(qū)動源或帶有機(jī)械傳動裝置直接與關(guān)節(jié)相連。（2）遠(yuǎn)距離連接傳動：驅(qū)動源通過遠(yuǎn)距離機(jī)械傳動后與關(guān)節(jié)相連。（3）間接驅(qū)動：驅(qū)動源經(jīng)一個速比遠(yuǎn)大于1的機(jī)械裝置與關(guān)節(jié)相連。（4）直接傳動：驅(qū)動源不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)或經(jīng)過一個速比等于1的機(jī)械傳動這樣的中間環(huán)節(jié)與關(guān)節(jié)相連。</p><p>　?。ㄈ┠K化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　模塊化機(jī)器人是有一些標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的模塊件通過具有特殊功能的結(jié)合部用

58、積木拼接的方式組成一個工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。模塊化設(shè)計(jì)是指基本模塊設(shè)計(jì)和結(jié)合部設(shè)計(jì)。模塊化工業(yè)機(jī)器人主要的特點(diǎn)是：經(jīng)濟(jì)性、靈活性。</p><p><b>　?。ㄋ模┎牧系倪x擇</b></p><p>　　與一般機(jī)械設(shè)備相比，機(jī)器人結(jié)構(gòu)的動力特性是十分重要的，這是材料選擇的出發(fā)點(diǎn)。材料選擇的基本要求是：強(qiáng)度高、彈性模量大、重量輕、阻尼大、材料價格低。</p>

59、<p>　　2.2.2 機(jī)械手的傳動部件設(shè)計(jì)</p><p>　　傳動部件是驅(qū)動源和機(jī)器人各個關(guān)節(jié)連接的橋梁，是工業(yè)機(jī)器人的重要部件。機(jī)器人的運(yùn)動速度、加速度（減速度）特性、運(yùn)動平穩(wěn)性、精度、承載能力很大程度上是取決于傳動部件設(shè)計(jì)的合理性和優(yōu)劣。因此，關(guān)節(jié)傳動部件的設(shè)計(jì)是工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。</p><p><b>　　1）移動關(guān)節(jié)導(dǎo)軌</b><

60、/p><p>　　工業(yè)機(jī)器人對移動導(dǎo)軌的要求</p><p>　　移動關(guān)節(jié)導(dǎo)軌的目的是在運(yùn)動過程中保證位置精度和導(dǎo)向,對移動導(dǎo)軌有如下要求:</p><p>　　間隙小或者能消除間隙；</p><p>　　再垂直于運(yùn)動方向上的剛度高；</p><p>　　摩擦系數(shù)低并不隨速度變化;</p><p>

61、<b>　　高阻尼；</b></p><p>　　移動導(dǎo)軌和其輔助元件尺寸小、慣量低。</p><p>　　移動關(guān)節(jié)導(dǎo)軌主要分類：普通滑動導(dǎo)軌、液壓動壓滑動導(dǎo)軌、液壓靜壓滑動導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。</p><p>　　上面介紹的導(dǎo)軌中，前兩種具有結(jié)果結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點(diǎn)，但是必須有間隙以便潤滑，但是間隙的存在又將會引起坐標(biāo)的變化和有效負(fù)載

62、的變化，在低速時候容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。第三種靜壓滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生預(yù)載荷，能完全消除間隙，具有高剛度、低摩擦、高阻尼等優(yōu)點(diǎn)，但是它需要單獨(dú)的液壓系統(tǒng)和回收潤滑油的機(jī)構(gòu)。第四種氣浮導(dǎo)軌不需要回收潤滑油的機(jī)構(gòu)，但是剛度和阻尼較低。第五種滾動導(dǎo)軌在工業(yè)機(jī)器人導(dǎo)軌種用的是最廣泛，具有很多的優(yōu)點(diǎn) :1摩擦小,特別是不隨速度變化;2尺寸小;3剛度高承載能力大;4精度和精度保持度高;5潤滑簡單;6容易制造成標(biāo)準(zhǔn)件;7易加預(yù)載，消除間隙，增加剛度等等。但

63、是,滾動導(dǎo)軌用在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)也存在著缺點(diǎn):1阻尼低;2對臟物比較敏感.</p><p>　　2）傳動件的定位及消隙</p><p>　　傳動件的定位主要有：</p><p><b>　　電氣開關(guān)定位</b></p><p><b>　　機(jī)械擋塊定位</b></p><p>

64、<b>　　伺服定位系統(tǒng)定位</b></p><p>　　傳動件的消隙主要有：</p><p><b>　　消隙齒輪</b></p><p><b>　　柔性齒輪消隙</b></p><p><b>　　對稱傳動消隙</b></p><

65、p><b>　　偏心機(jī)構(gòu)消隙</b></p><p><b>　　齒廓彈性覆層消隙</b></p><p>　　2.2.3 機(jī)械手的臂部設(shè)計(jì)</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人臂部設(shè)計(jì)的基本要求：</p><p>　　1、剛度高。為了防止臂部在運(yùn)動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。工

66、字形截面彎曲剛度一般比截面大；空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實(shí)心軸大得多，所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支撐板。</p><p>　　2、導(dǎo)向性好。為防止手臂在直線運(yùn)動中，沿運(yùn)動軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形，花鍵等形式的臂桿。</p><p>　　3、重量輕。為提高機(jī)器人的運(yùn)動速度，要盡量減小臂部運(yùn)動部分的重量，以減小整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。</p&

67、gt;<p>　　4、運(yùn)動平穩(wěn)定位精度高。</p><p>　　除了臂部設(shè)計(jì)上要求力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕外，同時要采用一定形式的緩沖措施。</p><p><b>　　常用的臂部結(jié)構(gòu)有：</b></p><p>　　1、手部直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)；</p><p>　　機(jī)器人手臂的伸縮，橫向移動均屬于直線運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)手臂

68、往復(fù)直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油（氣）缸，齒輪齒條機(jī)構(gòu)，絲杠螺母機(jī)構(gòu)以及連桿機(jī)構(gòu)等。由于活塞（氣）缸的體積小，重量輕，因而在機(jī)器人結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的比較多。</p><p>　　2、手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)</p><p>　　實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)形式是多樣的，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸，齒輪傳動機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動機(jī)構(gòu)，活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)等。</p><p>　　2.3

69、 SC900三軸伺服驅(qū)動機(jī)器人機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)</p><p>　　1、完美的重現(xiàn)性和定位精度。SC900三軸伺服驅(qū)動機(jī)器人機(jī)構(gòu)采用先進(jìn)的高精度的主要機(jī)構(gòu)部件。三軸采用最先進(jìn)的伺服馬達(dá)和最高等級低背隙減速機(jī)。</p><p>　　2、具有高剛性，高精度，防塵防落物，經(jīng)濟(jì)耐用等特點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，運(yùn)動響應(yīng)快，速度高?？梢蕴峁┒喾N組合方式，裝配和維護(hù)簡單，操作容易。</p><

70、;p>　　3、三軸運(yùn)動采用最先進(jìn)的伺服馬達(dá)和最高等級低背隙的減速機(jī)（展現(xiàn)出完美的重現(xiàn)性與定位精度）三軸運(yùn)動的傳動皆采用高剛性的齒輪加齒排的機(jī)構(gòu)。</p><p>　　第三章 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動系統(tǒng)分析</p><p>　　3.1 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動系統(tǒng)分析</p><p>　　3.1.1機(jī)器人的運(yùn)動概述</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)

71、動，可從工業(yè)機(jī)器人的自由度，工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類型等三方面來討論。</p><p>　　1、工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動自由度</p><p>　　所謂機(jī)器人的運(yùn)動自由度是指確定一個機(jī)器人操作位置時所需要的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目，它是表示機(jī)器人動作靈活程度的參數(shù)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人具有轉(zhuǎn)動副和移動副兩種運(yùn)動副，具有Y軸手臂垂直伸降運(yùn)動，C軸水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，X軸和

72、Z軸往復(fù)運(yùn)動三自由度。</p><p>　　2、機(jī)器人的工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類型</p><p>　　工作空間 工作空間是指機(jī)器人正常運(yùn)行時，手部參考點(diǎn)能在空間活動的最大范圍，是機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)。本次設(shè)計(jì)所用的Apexrobot 技術(shù)參數(shù)及Apexrobot 機(jī)構(gòu)圖如下：</p><p><b>　?。?）機(jī)械結(jié)構(gòu)類型</b></p

73、><p>　　直角坐標(biāo)型機(jī)器人為本設(shè)計(jì)所采用方案，這種運(yùn)動形式是自由度運(yùn)動，每個運(yùn)動之間都是直角關(guān)系，共三個自由度組成的運(yùn)動系統(tǒng)，工作空間是垂直的。它是自動控制的，可以通過編程使各部分協(xié)調(diào)運(yùn)動，這種機(jī)器人運(yùn)動靈活，有高可靠性、高速度和高精度。同時它們還可以在惡劣環(huán)境下工作，可長期工作，便于操作與維修。</p><p>　　3.2 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制</p><p>　　

74、3.1.2 機(jī)器人的驅(qū)動方式</p><p>　　機(jī)器人驅(qū)動分為液壓,氣動和電動三種形式.</p><p><b>　　1、液壓驅(qū)動</b></p><p>　　分類: 從運(yùn)動形式來分分為直線驅(qū)動如直線運(yùn)動液壓缸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動如液壓馬達(dá),擺動液壓缸. 從控制水平的高低來分分為開環(huán)控制液壓系統(tǒng)和閉環(huán)控制液壓系統(tǒng).適用范圍: 液壓系統(tǒng)具有較大的功率體積

75、比,適合于大負(fù)載的情形. 液壓驅(qū)動的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)在于它的安全性.</p><p><b>　　2、氣壓驅(qū)動:</b></p><p>　　分類:直線氣缸,擺動汽缸及旋轉(zhuǎn)氣動馬達(dá).適用范圍: 適合于節(jié)拍快,負(fù)載小且精度要求不高的場合(因?yàn)榭諝饩哂锌蓧嚎s性). </p><p><b>　　3、電力驅(qū)動:</b></p>

76、;<p>　　分類: 按照電機(jī)的工作原理不同分為步進(jìn)電機(jī),直流伺服電機(jī),無刷電機(jī)等.按照控制水平的高低來分分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng).適用范圍:適合于中等負(fù)載,特別適合于動作復(fù)雜,運(yùn)動軌跡嚴(yán)格的各類機(jī)器人.對驅(qū)動裝置的要求驅(qū)動裝置的質(zhì)量盡可能要輕.單位質(zhì)量的輸出功率要高,效率高.反應(yīng)速度要快.要求力質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大. 動作平滑,不產(chǎn)生沖擊.控制靈活,位移偏差和速度偏差小.安全可靠. 操作維修方便等.</

77、p><p>　　一般情況下機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的選擇是物料搬運(yùn)用有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)器人，重負(fù)載用液壓驅(qū)動，中等載荷可選用電動驅(qū)動系統(tǒng)，輕載荷可選用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。沖壓機(jī)器人多用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。 電動驅(qū)動 隨著低慣量、直流伺服電機(jī)及配套的伺服驅(qū)動器的廣泛采用，這種驅(qū)動系統(tǒng)被大量選用 。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所采用的驅(qū)動方式有兩種。其中X軸和Y軸是使用電機(jī)來提供動力,電動機(jī)經(jīng)減速器帶

78、動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動齒條分配各軸直線移動；另外Z方向是通過直線氣缸直接驅(qū)動Z軸工作臺的運(yùn)動。</p><p>　　SC900三軸伺服驅(qū)動機(jī)器人典型零件的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 伺服電機(jī)的選擇</p><p>　　伺服電機(jī)是在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)，是可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電－機(jī)械轉(zhuǎn)換器。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確。</p>&

79、lt;p>　　交流伺服電機(jī)是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確。主要優(yōu)點(diǎn)有：</p><p>　　1、精度：實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問題；</p><p>　　2、轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到2000～3000轉(zhuǎn)；</p><p>　　3、適應(yīng)性：抗過載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，

80、對有瞬間負(fù)載波動和要求快速起動的場合特別適用；</p><p>　　4、穩(wěn)定：低速運(yùn)行平穩(wěn)，適用于有高速響應(yīng)要求的場合；</p><p>　　5、及時性：電機(jī)加減速的動態(tài)相應(yīng)時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；</p><p>　　6、舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。 </p><p>　　伺服電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域很多。只要是要有動力源的，而且對精度有要求的一

81、般都可能涉及到伺服電機(jī)。如機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機(jī)器人、自動化生產(chǎn)線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對較高的設(shè)備。</p><p>　　根據(jù)以上所述的伺服電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用場合，本次設(shè)計(jì)采用了交流伺服電機(jī)可以滿足設(shè)計(jì)要求。這種電機(jī)受工藝限制，很難做到很大的功率，十幾Kw以上的同步伺服電機(jī)價格很貴，故多采用交流異步伺服電機(jī)。</p><p>　　本次所采用

82、的是110ST-M型號的交流伺服電機(jī)，其外形及相關(guān)尺寸如下圖</p><p>　　所選的110ST-M4010型號的交流伺服電機(jī)的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)如表4-1</p><p><b>　　表 4-1</b></p><p>　　1、一般伺服電機(jī)選擇考慮的問題（1）電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 　 電機(jī)選擇首先依據(jù)機(jī)械手快速行程速度?？焖傩谐痰碾姍C(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制

83、在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。 </p><p>　　式中，為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（rpm）；n為快速行程時電機(jī)的轉(zhuǎn)速（rpm）；為直線運(yùn)行速度（m/min）；u為系統(tǒng)傳動比，u=n電機(jī)/n絲杠；絲杠導(dǎo)程（mm）。（2）慣量匹配問題及計(jì)算負(fù)載慣量 為了保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求, 負(fù)載慣量應(yīng)限制在2.5倍電機(jī)慣量之內(nèi)，即<2.5jm。 </p><

84、p>　　式中， Jj為各轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2； wj為各轉(zhuǎn)動件角速度，rad/min； mj為各移動件的質(zhì)量，kg； vj為各移動件的速度，m/min； w為伺服電機(jī)的角速度，rad/min。（3）空載加速轉(zhuǎn)矩　　空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到快速時。一般應(yīng)限定在變頻驅(qū)動系統(tǒng)最大輸出轉(zhuǎn)矩的80% 以內(nèi)。 </p><p>　　式中, 為與電機(jī)匹配的變頻驅(qū)動系統(tǒng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（

85、N.m）； 為空載時加速轉(zhuǎn)矩（N.m）； 為快速行程時轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的載荷轉(zhuǎn)矩（N.m）； 為快速行程時加減速時間常數(shù)（ms）。（4）切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩 在正常工作狀態(tài)下，切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tms 不超過電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩TMs 的80%。 </p><p>　　式中， 為最大切削轉(zhuǎn)矩（N.m）；D為最大負(fù)載比。（5）連續(xù)過載時間 連續(xù)過載時間 應(yīng)限制在電機(jī)規(guī)定過載時間 之內(nèi)。</p><p&

86、gt;　　4.2 減速機(jī)的選擇</p><p>　　在選好電機(jī)后，為了增大扭矩和速比，一般在電機(jī)后接上減速機(jī)，這樣也能提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　可以假設(shè)電機(jī)與減速機(jī)是通過鍵連接來傳遞運(yùn)動的，可以通過已經(jīng)選好的電機(jī)的型號、功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速選擇合適的減速機(jī)。選擇Apexrobot中的AB系列的減速機(jī)，其中的AB142P0403500401系列減速機(jī)適合與之前所選的電機(jī)相匹配。

87、其外形及相關(guān)尺寸如圖4-2：</p><p><b>　　圖4-2</b></p><p>　　4.3 齒輪齒條的選擇</p><p>　　如上所述，采用電機(jī)驅(qū)動，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是直角坐標(biāo)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要三軸直線運(yùn)動。故采用齒輪齒條傳動將電機(jī)的選擇運(yùn)動轉(zhuǎn)變成齒條的直線運(yùn)動。齒輪齒條傳動具有傳動比準(zhǔn)確，傳動效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且它們的結(jié)構(gòu)緊湊，工作

88、可靠，使用壽命也很長。齒輪齒條傳動時使用最普遍的一種傳動方式。</p><p>　　假設(shè)所選齒輪的參數(shù)如下：</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 模數(shù)m = 3.5 （m是決定齒輪尺寸的基本參數(shù)，已標(biāo)準(zhǔn)化） </p><p><b>　　齒數(shù)Z = 42 </b></p><p>　　因?yàn)樗x為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，故

89、壓力角 變位系數(shù) 齒頂高系數(shù) 齒頂隙系數(shù) 齒頂過渡圓角半徑0 齒根過渡圓角半徑1.14 有效齒輪42 精度0.01 有效齒起始角0。以下是齒輪的設(shè)計(jì)報告。</p><p>　　漸開線圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)報告</p><p><b>　　設(shè)計(jì)信息</b></p><p>　　設(shè)計(jì)者 Name=hsy</p><p>　　設(shè)

90、計(jì)單位 Comp=njit</p><p>　　設(shè)計(jì)日期 Date=2010-5-31</p><p>　　設(shè)計(jì)時間 Time=16:22:41</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　傳遞功率 P=7.50(kW)</p><p>　　傳遞轉(zhuǎn)矩 T=49.05(N&

91、#183;m)</p><p>　　齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=1460(r/min)</p><p>　　齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=500(r/min)</p><p>　　傳動比 i=2.92</p><p>　　原動機(jī)載荷特性 SF=輕微振動</p><p>　　工作機(jī)載荷特性 WF=均勻平穩(wěn)</p><p&g

92、t;　　預(yù)定壽命 H=10000(小時)</p><p><b>　　三、布置與結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)形式 ConS=開式</p><p>　　齒輪1布置形式 ConS1=對稱布置</p><p>　　齒輪2布置形式 ConS2=對稱布置</p><p><b>　　四、

93、材料及熱處理</b></p><p>　　齒面嚙合類型 GFace=軟齒面</p><p>　　熱處理質(zhì)量級別 Q=ML</p><p>　　齒輪1材料及熱處理 Met1=34CrNi3Mo<調(diào)質(zhì)></p><p>　　齒輪1硬度取值范圍 HBSP1=269～341</p><p>　　齒輪1硬

94、度 HBS1=305</p><p>　　齒輪1材料類別 MetN1=0</p><p>　　齒輪1極限應(yīng)力類別 MetType1=5</p><p>　　齒輪2材料及熱處理 Met2=45<正火></p><p>　　齒輪2硬度取值范圍 HBSP2=162～217</p><p>　　齒輪2硬度 HBS2

95、=190</p><p>　　齒輪2材料類別 MetN2=0</p><p>　　齒輪2極限應(yīng)力類別 MetType2=7</p><p><b>　　五、齒輪精度</b></p><p>　　齒輪1第Ⅰ組精度 JD11=7</p><p>　　齒輪1第Ⅱ組精度 JD12=7</p>

96、<p>　　齒輪1第Ⅲ組精度 JD13=7</p><p>　　齒輪1齒厚上偏差 JDU1=F</p><p>　　齒輪1齒厚下偏差 JDD1=L</p><p>　　齒輪2第Ⅰ組精度 JD21=7</p><p>　　齒輪2第Ⅱ組精度 JD22=7</p><p>　　齒輪2第Ⅲ組精度 JD23=7<

97、;/p><p>　　齒輪2齒厚上偏差 JDU2=F</p><p>　　齒輪2齒厚下偏差 JDD2=L</p><p><b>　　六、齒輪基本參數(shù)</b></p><p>　　模數(shù)(法面模數(shù)) Mn=3.5(2)(mm)</p><p>　　端面模數(shù) Mt=3.50000(mm)</p>

98、<p>　　螺旋角 β=0.000000(度)</p><p>　　基圓柱螺旋角 βb=0.0000000(度)</p><p>　　齒輪1齒數(shù) Z1=42</p><p>　　齒輪1變位系數(shù) X1=0.00</p><p>　　齒輪1齒寬 B1=40(mm)</p><p>　　齒輪1齒寬系數(shù) Φd1=

99、0.272</p><p>　　齒輪2齒數(shù) Z2=123</p><p>　　齒輪2變位系數(shù) X2=0.00</p><p>　　齒輪2齒寬 B2=40(mm)</p><p>　　齒輪2齒寬系數(shù) Φd2=0.093</p><p>　　總變位系數(shù) Xsum=0.000</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)

100、中心距 A0=288.75000(mm)</p><p>　　實(shí)際中心距 A=288.75000(mm)</p><p>　　中心距變動系數(shù) yt=0.00000</p><p>　　齒高變動系數(shù) △yt=0.00000</p><p>　　齒數(shù)比 U=2.92857</p><p>　　端面重合度 εα=1.7983

101、3</p><p>　　縱向重合度 εβ=0.00000</p><p>　　總重合度 ε=1.79833</p><p>　　齒輪1分度圓直徑 d1=147.00000(mm)</p><p>　　齒輪1齒頂圓直徑 da1=154.00000(mm)</p><p>　　齒輪1齒根圓直徑 df1=138.25000(

102、mm)</p><p>　　齒輪1基圓直徑 db1=138.13482(mm)</p><p>　　齒輪1齒頂高 ha1=3.50000(mm)</p><p>　　齒輪1齒根高 hf1=4.37500(mm)</p><p>　　齒輪1全齒高 h1=7.87500(mm)</p><p>　　齒輪1齒頂壓力角 αat

103、1=26.236191(度)</p><p>　　齒輪2分度圓直徑 d2=430.50000(mm)</p><p>　　齒輪2齒頂圓直徑 da2=437.50000(mm)</p><p>　　齒輪2齒根圓直徑 df2=421.75000(mm)</p><p>　　齒輪2基圓直徑 db2=404.53767(mm)</p>

104、<p>　　齒輪2齒頂高 ha2=3.50000(mm)</p><p>　　齒輪2齒根高 hf2=4.37500(mm)</p><p>　　齒輪2全齒高 h2=7.87500(mm)</p><p>　　齒輪2齒頂壓力角 αat2=22.383229(度)</p><p>　　齒輪1分度圓弦齒厚 sh1=5.49651(mm)&

105、lt;/p><p>　　齒輪1分度圓弦齒高 hh1=3.55140(mm)</p><p>　　齒輪1固定弦齒厚 sch1=4.85467(mm)</p><p>　　齒輪1固定弦齒高 hch1=2.61645(mm)</p><p>　　齒輪1公法線跨齒數(shù) K1=5</p><p>　　齒輪1公法線長度 Wk1=48.5

106、5488(mm)</p><p>　　齒輪2分度圓弦齒厚 sh2=5.49764(mm)</p><p>　　齒輪2分度圓弦齒高 hh2=3.51755(mm)</p><p>　　齒輪2固定弦齒厚 sch2=4.85467(mm)</p><p>　　齒輪2固定弦齒高 hch2=2.61645(mm)</p><p>

107、;　　齒輪2公法線跨齒數(shù) K2=14</p><p>　　齒輪2公法線長度 Wk2=145.51759(mm)</p><p>　　齒頂高系數(shù) ha*=1.00</p><p>　　頂隙系數(shù) c*=0.25</p><p>　　壓力角 α*=20(度)</p><p>　　端面齒頂高系數(shù) ha*t=1.00000<

108、;/p><p>　　端面頂隙系數(shù) c*t=0.25000</p><p>　　端面壓力角 α*t=20.0000000(度)</p><p>　　端面嚙合角 αt'=20.0000001(度)</p><p><b>　　七、檢查項(xiàng)目參數(shù)</b></p><p>　　齒輪1齒距累積公差 Fp1

109、=0.06294</p><p>　　齒輪1齒圈徑向跳動公差 Fr1=0.04566</p><p>　　齒輪1公法線長度變動公差 Fw1=0.03419</p><p>　　齒輪1齒距極限偏差 fpt(±)1=0.01708</p><p>　　齒輪1齒形公差 ff1=0.01334</p><p>　　齒

110、輪1一齒切向綜合公差 fi'1=0.01825</p><p>　　齒輪1一齒徑向綜合公差 fi''1=0.02416</p><p>　　齒輪1齒向公差 Fβ1=0.01421</p><p>　　齒輪1切向綜合公差 Fi'1=0.07628</p><p>　　齒輪1徑向綜合公差 Fi''1

111、=0.06393</p><p>　　齒輪1基節(jié)極限偏差 fpb(±)1=0.01605</p><p>　　齒輪1螺旋線波度公差 ffβ1=0.01825</p><p>　　齒輪1軸向齒距極限偏差 Fpx(±)1=0.01421</p><p>　　齒輪1齒向公差 Fb1=0.01421</p><

112、p>　　齒輪1x方向軸向平行度公差 fx1=0.01421</p><p>　　齒輪1y方向軸向平行度公差 fy1=0.00710</p><p>　　齒輪1齒厚上偏差 Eup1=-0.06831</p><p>　　齒輪1齒厚下偏差 Edn1=-0.27325</p><p>　　齒輪2齒距累積公差 Fp2=0.10132</p

113、><p>　　齒輪2齒圈徑向跳動公差 Fr2=0.06257</p><p>　　齒輪2公法線長度變動公差 Fw2=0.04471</p><p>　　齒輪2齒距極限偏差 fpt(±)2=0.01902</p><p>　　齒輪2齒形公差 ff2=0.01688</p><p>　　齒輪2一齒切向綜合公差 fi&