SC750三軸伺服驅動機器人機構設計【全套CAD圖紙+答辯畢業(yè)論文】

買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 目錄 前 言 . 2 第一章 緒 論 . 5 言 . 5 業(yè)機器人的含義 . 6 題背景與意義 . 7 業(yè)機器人的組成 . 8 業(yè)機器人的發(fā)展及國內外發(fā)展趨勢 . 10 第二章 軸伺服驅動機器人結構設計方 案 . 14 械手的設計方法 . 14 械手的選擇與分析 . 15 角坐標機器人的設計方法 . 15 械手的結構設計 . 21 器人的總體設計 . 21 械手的傳動部件設計 . 22 械手的臂部設計 . 23 軸伺服驅動機器人機構的特點 . 24 第三章 工業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析 . 25 業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析 . 25 器人的運動概述 . 25 器人的驅動方式 . 27 第四章 軸伺服驅動機器人零件的設計 . 36 服電機的選擇 . 36 速機的選擇 . 錯誤 !未定義書簽。 輪齒條的選擇 . 38 軌的選擇 . 46 第五章 結論 . 48 致 謝 . 49 參 考 文 獻 . 50 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 前 言 進入 21 世紀后 ,司開發(fā)成功了配備有視覺傳感器和力覺傳感器的智能機器人 。 到現(xiàn)在已擁有可搬運質量從 2 的種類豐富的商品系列 。 隨后 ， 司又開發(fā)了運用這 一智 能機 器人 的長 時間 連續(xù) 機械 加工 系統(tǒng) 機器 人單 元 。 在整個加 工工 序中 加工 作業(yè) 本身 使用 數(shù)控 機床 進行 自動 化加 工已 經非常普遍了 。 但是 ，附帶作業(yè)， 毛比如在加工中心的夾具上進行加工材料裝卸的作業(yè) ， 以及去 毛刺邊 ， 清洗等作業(yè)中的很多部分 ， 現(xiàn)在還是依靠人工來完成 。 機器人單元使用智能機器人 ， 不但實現(xiàn)了這些作業(yè)的自動化 ， 而且在世界上最早實現(xiàn)了 。 小時的長時間連續(xù)加工 ， 現(xiàn)在在 司的工廠共運轉著 13 套這樣的機器人單元 。 機器人單元使用了兩種控制裝置 也就是 機器人控制器我們現(xiàn)在正在開發(fā)使這兩種控制裝置都可以單獨地顯示雙方狀態(tài)的功能 ， 以進一步推進機床和機器人的融合 。 1 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 隨著我國工業(yè)自動化水平的不斷提高 ， 在機械加工與制造領域 ， 以及各種裝配與包裝自動化生產線上機械手的應用已相當普遍 機械手通常擔負著上料下料等加工任務 。 由于 序控制具有系統(tǒng)簡單可靠 ， 控制靈活方便等特點 ， 而且從 生之日起 其最 基本 最普 遍的 應用 領域 就是 在工 業(yè)環(huán) 境下 的順 序控 制 ，因此 ， 基于 序控制的機械手在工業(yè)自動化領域中得到廣泛的應用 。 機器人是一種很特別的生產工具，因此，機器人應用的范圍十分廣泛。這些應用可以被劃分為 3 類：材料處理、材料搬運和裝配。在材料處理中，機器人用工具來加工和處理原材料。例如，機器人工具可包括鉆頭，從而可以在原始材料上執(zhí)行鉆孔操作。材料搬運包括裝載零件。這些操作可以由機器人可靠地重 復執(zhí)行，因此提高了質量，減少了廢料損失。裝配是機器人技術的另一個廣泛應用。自動裝配系統(tǒng)能合并自動測試、機器人自動控制和機械處理，以減少勞動成本，提高產量，消除人工操作的危險性。 第一章 緒 論 言 工業(yè)機器人是一種提高制造業(yè)生產力的工具。 他誕生于 20 世紀 60年代 ,在 20世紀 90年代得到迅速發(fā)展 ,是最先產業(yè)化的機器人技術 它可以承擔那些對人類可能有危險的工作。 它是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術 ,是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域。它的出現(xiàn)是為了適應制造業(yè)規(guī)?；a ,解決單調、重復的體力勞動和提高生產質量而代替人工作業(yè)。 最早的工業(yè)機器人就曾用來在核能發(fā)電廠中更換核燃料棒。工業(yè)機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的工作中解脫出來。機器人還能拆除炸彈，為傷殘人服買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 務，為我們的社會做各種各樣的工作。 7在我國 ,工業(yè)機器人的真正使用到現(xiàn)在已經接近 20 多年了 ,已經基本實現(xiàn)了試驗、引進到自主開發(fā)的轉變 ,促進了我國制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。 機 械 手 作 為 自 動 生 產 線 中 的 重 要 設 備 ,已成為工業(yè)生產自動化的三大支柱之一 , 可傳統(tǒng)的機械手 ,采用繼電器 - 控制器控制氣壓系統(tǒng) ,其 控制 系 統(tǒng) 復 雜 ,大 量的 接 線 使 系 統(tǒng) 的 可靠 性 降 低 ,設 備的 工作效 率下降 , 自動 化程度 不高 ,安全系 數(shù)低 利用法與 制技術改造傳統(tǒng)的機械手 ,研制一種智能機械手 已 成 為 當 今 工 業(yè) 生 產 自 動 化 研 究 的 主 流 外 國 資 料 統(tǒng) 計 , 8 在工業(yè)控制中 80% 都采用 0%,應用于數(shù)據(jù)管理占 20%,用于生產管理占 18%,用于人機接占 22% 工業(yè)領域已占主 導地位 研究機械手的 智能控制對工業(yè)自動控制有重要意義 . 9 在理論上，隨著世界經濟和技術發(fā)展，人類活動領域的不斷擴大，機器人應有正迅速向社會生產和生活的各個領域擴展，也從制造領域轉向非制造領域，各種各樣的機器人產品隨之出現(xiàn)。 軸伺服機械手的設計，不但在技術上可以追蹤機器人的發(fā)展趨勢，而且還可以填補工業(yè)機器人的應用的空白，促進我國工業(yè)機器人的技術水平的提高和產業(yè)化水平的發(fā)展。 10 本次設計是根據(jù)對工業(yè)三自由度機器人的總體結構及傳動系統(tǒng)的分析和探討，進行三自由度工業(yè)機器人的結構設計。關鍵在于三軸（臂）的傳 動系統(tǒng)的設計以及整體的結構設計。 業(yè)機器人的含義 工業(yè)機器人的定義為：一種能夠自動定位控制，可重復編程的，多功能的，多自由度的操作機。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(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買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 臺工業(yè)機器人以來，機器人技術及其產品發(fā)展很快，已成為柔性制 造 系 統(tǒng) ( 自 動 化 工 廠 ( 計 算 機 集 成 制 造 系 統(tǒng) (自動化工具。 機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序軌跡極其它要求，實 現(xiàn)抓取，搬運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)機器人稱做操作機械手。 智能機器人是機器人的發(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)機器人，能在較為復雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業(yè)機器人。它能按照人給的 “ 宏指令 ” 自選或自編程序去適應環(huán)境，并自動完成更為復雜的工 作。 題背景與意義 由于工業(yè)自動化的全面發(fā)展和科學技 術的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作已滿足不了工業(yè)自動化的要求，因此，必須利用先進設備生產自動化機械以取代人的勞動，滿足工業(yè)自動化的需求。其中機械手是其發(fā)展過程中的重要產物之一，它不僅提高了勞動生產的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業(yè)中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)柔性制造單元 的一個重要 組成部分。 本次設計研究的意義有： 1、 可提高生產過程的自動化程度，應用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產率，降低生產成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。 2、 可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重 復作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 3、 可以減少人力，并便于有節(jié)奏地生產。 4、 本課題研究的機械手機構簡單，主要采用一個伺服電機和兩個氣缸控制機械手在三個方向進行移動來實現(xiàn)上料動作，成本相對其它機械手比較低且控制容易。 畢業(yè)設計作為大學四年的一個總結。通過對 養(yǎng)我們綜合運用所學過的基本理論、基本知識和基本方法和解決問題的能力。同時讓我們對軟件的使用有了更深的認識，是我們踏上工作崗位之后手中多了一份 籌碼，而且，通過自身對課題的研究和小組的討論，增強了我們的團隊合作意識，提高了我們的實踐能力。 業(yè)機器人的組成 工 業(yè) 機 器 人 一般 由執(zhí) 行 系 統(tǒng) 、 驅動 系統(tǒng) 、 控 制 系 統(tǒng)和 人工 智能系統(tǒng)組成。如圖 1示。目前，具有人工智能系統(tǒng)的工業(yè)機器人即智能機器人還處于研究實驗階段。而應用于生產實際的多數(shù)是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機器人。 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 圖 1 器人的一般組成 要機器 人 像 人 一樣拿取東 西，最簡單的基本條 件 是 要 有一套類似 于指、腕、臂、關節(jié)等 部 分 組 成的抓取 和 移 動 機 構 執(zhí)行機構；像肌肉那樣使手臂運動的驅動傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機器人的性能。 對于現(xiàn)代智能機器人而言，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器人“眼睛”，使它能識別物體和躲避障礙物，以及機器人的觸覺裝置。機器人的這些組成部分并不是各自獨立的，或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構成一個機器人的。要實現(xiàn)機器人所期望實現(xiàn)的功能，機器人的各部分之間必然還存在著相互關聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關系如圖 1示。 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 圖 1器人各組成部分之間的關系 機器人的機械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構和驅動傳動系統(tǒng)組成。執(zhí)行機構是機器人賴以完成工作任務的實體，通常由連桿和關節(jié)組成，由驅動傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務。驅動傳動系統(tǒng)主要包括驅動機構和傳動系統(tǒng)。驅動機構提供機器人各關節(jié)所需要的動力，傳動系統(tǒng)則將驅動力轉換為滿足機器人各關節(jié)力矩和運動所要求的驅動力或力矩。有的文獻則把機器人分為機械系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機械系統(tǒng)又叫操作機 (相當于本文中的執(zhí)行機構部分。 業(yè)機器人的發(fā)展及國內外發(fā)展趨勢 一、工業(yè)機器人的發(fā)展歷程 早在 1954 年 美 國 喬 治 德 沃 爾 首 次 設 計 出 第 一 臺 電 子 程 序可編的工業(yè)機器人，并于 1961 年發(fā)表了該項專利。 1962年美國通 用汽 車公 司投 入使 用， 標志 著第 一代 機器 人誕 生。 從 此機 器人 開始 成為 人類 生活 中的 現(xiàn)實 。 之后 日本 使工 業(yè)機 器人 得到 迅速的發(fā)展。目前，日本已成為世界上工業(yè)機器人產量和擁有量最多的國家。 80 年代，世界上生產技術的高度自動化和集成化，使工業(yè)機器人得以進一步發(fā)展 ，并在這個時代起著十分重要的作用。 第一代機器人，一般指工業(yè)上大量使用的可編程機器人及遙控操作機。可編程機器人可根據(jù)操作人員所編程序完成一些簡單重復性作業(yè)。遙控操作機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器人裝備了視覺系統(tǒng)，從而宣告了第二代機器人 感知機器人的問世。這代機器人，帶有外部傳感器，可進行離線編程。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功能。第三代機器人為自治機器人，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)劃動作即按任務編程。 我國機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)機器及其零部件進行攻關，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 器 人 成 套技 術 的開發(fā) 和 研 制。 1986 年 國 家 高技 術研 究發(fā) 展 計劃開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人 我 國工業(yè)機器人起步于 70年代初期，經過 20多年的發(fā)展，大致經歷了 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。 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)機器人應用掀起一個高潮，尤其在日本發(fā)展更為迅猛，它補充了日益短缺的勞動力。在這種背景下，我國于 1972年開始研制自己的工業(yè)機器人。 進入 80年代后，在高技 術浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機器人技術的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持?！?七五 ” 期間，國家投入資金，對工業(yè)機器人及其零部件進行攻關，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術的開發(fā)，研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人。 1986年國家高技術研究發(fā)展計劃（ 863計劃）開始實施，智能機器人主題跟蹤世界 機器人 技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人。 從 90年代初期起，中國的國 民經濟進入實現(xiàn)兩個根本轉變時期，掀起了新一輪的經濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業(yè)機器人又在實踐中邁進一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產業(yè)化基地，為我國機器人產業(yè)的騰飛奠定了基礎。 中國工業(yè)機器人經過“七五”攻關計劃、“九五”攻關計劃和863計 劃 的 支 持 已 經 取 得 了 較 大 進 展 ,工 業(yè) 機 器 人 市 場 也 已 經 成熟 ,應用上已經遍及各行各業(yè)。 雖然中國的工業(yè)機器人產業(yè)在不斷的進步中，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)機器人很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。 我國未來工業(yè)機器人技術發(fā)展的重點有 :第一 ,危險、惡劣環(huán)境作業(yè)機器人 :主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 等機器人 ;第二 ,醫(yī)用機器人 :主要有腦外科手術輔助機器人 ,遙控操作輔助正骨等 ;第三 ,仿生機器人 :主要有移動機器人 ,網絡遙控操作機器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 二 、工業(yè)機器人在工業(yè)、生產中的應用 工業(yè)機器人在工業(yè)生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長 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或工藝操作。在日、美、西歐等一些工業(yè)發(fā)達的國家中，工業(yè)機器人得到越來越廣泛的應用。 三 、 工業(yè)機器人在其他領域中的應用 隨著科技的發(fā)展，機器人功能和性能的不斷改善和提高，機器人的應用領域日益在擴大，其應用范圍已不限于工業(yè)，還用于農業(yè)、林業(yè)、交通運輸業(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。 四 、工 業(yè)機器人的發(fā)展趨勢 機器人是先進制造技術和自動化裝備的典型代表，是人造機器的 “ 終極 ” 形式。它涉及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網絡等多個學科和領域，是多種高新技術發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學科發(fā)展密切相關。當今工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢主要有： （一） 工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降。 （二） 機械結構向模塊化可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；有關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方 式構造機器人。 （三） 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化，網絡化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結構，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （四） 機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在產品化系統(tǒng)中已有成熟應用。 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 （五） 機器人化機械開始興起。從 94年美國開發(fā)出 “ 虛擬軸機床 ” 以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。 總體趨勢 是，從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術概念轉移，從工業(yè)機器人產業(yè)向解決方案業(yè)務的機器人技術產業(yè)發(fā)展。機 器人 技術 的內 涵已 變?yōu)?靈 活應 用機 器人 技術 的、 具有 實際 動作功能的智能化系統(tǒng)。機器人結構越來越靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發(fā)展。 五、 我國工業(yè)機器人發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與前景 自從 20世紀 60年代人類制造了第一臺工業(yè) 機器人 以來，機器人就顯示出 了極強的生命力。經過 40年的飛速發(fā)展，在工業(yè)發(fā)達國家，機器人已經廣泛應用于汽車工業(yè)、機械加工行業(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)等諸多領域中。 盡管如此，我國工業(yè)機器人產業(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)機器人產業(yè)的認識和定位上 存在著不同觀點。 首先，我國基礎零部件制造能力差。雖然我國在相關零部件方面有了一定的基礎，但是無論從質量、產品系列全面，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和精密減速器方面 的差距尤其明顯，因此造成關 鍵 零部件的進口，影響了我國機器人的價格競爭力。 第二，中國的機器人還沒有形成自己的品牌。雖然已經擁有一批企業(yè)從事機器人的開發(fā)，但是都沒有形成較大的規(guī)模，缺乏市場的品牌認知度，在機器人市場方面一直面臨國外機器人品牌的打壓。國外機器人作為成熟的產業(yè)采用整機降價，吸引國內企業(yè)購買，而在后續(xù)的維護備件費用很高的策略，逐步占領中國市場。 第三，國家 認識不到位，在鼓勵工業(yè)機器人產品方面的政策少。工業(yè)機器人的制造及應用水平，代表了一個國家的制造業(yè)水平，我們必須從國家高度認識發(fā)展中國工業(yè)機器人產業(yè)的重要性，這是我國從制造大國向制造強國轉變的重要手段和途徑。 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 第二章 軸伺服驅動機器人結構設計方案 械手的設計方法 機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序軌跡極其它要求，實現(xiàn)抓取，搬運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)機器人稱做操作機械手。 機械手的特點： （ 1） 對環(huán)境的適應性強 能代替人從事危險，有害的工作。買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 在長時間工作對人體有害的場所，機械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進行合理的設計，選擇適當?shù)牟牧虾徒Y構，機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） 機械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。 （ 3） 由于機械手的動作準確，因此可以穩(wěn)定和提高產品的質量，同時又可以避免人為 的操作錯誤。 （ 4） 機械手特點是通過用工業(yè)機械手的通用性，靈活性好，能很好的適應產品的不斷變化，以滿足柔性生產的需要。 械手的選擇與分析 為 實 現(xiàn) 機 器 人 的 末 端 執(zhí) 行 器 在 空 間 的 位 置 而 提 供 的 3個自由度，可以有不同的運動組合，通常可以將其設計成圓柱坐標型、直角坐標型、球坐標型、關節(jié)型 、平面關節(jié)型五種形式。 直 角 坐標 型 直 角 坐 標 型機 器人 ， 其 運 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軸上直接讀出，直觀性強，易于位置和姿態(tài)的編程計算，定位精度高，結 構簡單，但機體所占空間大，靈活性較差。 根據(jù)本次設計的要求， 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)運動，因此 選擇 直角 坐標型。 角坐標機器人的設計方法 (一 ) 直角坐標機器人概念： 工業(yè)應用中，能夠實現(xiàn)自動控制的、可重復編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度建成空間直角關系、多用途的操作機。他能夠搬運物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。關于機器人的定義隨著科技的不斷發(fā)展，在不斷的完善，直角坐標機器人作為機器人的一種，其含義也在不斷的完善中。 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 圖 2型 直角坐標機器人 （二） 直角坐 標機器人的特點： 1、自由度運 動，每個運動自由度之間的空 間夾角為直角； 2、自動控制 的，可重復編程，所有的運動均 按程序運行； 3、一般由控制 系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、操作工具等組成。 4、靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。 5、高可靠性、高速度、高精度。 6、可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修。 （三） 直角坐標機器人的應用： 因末端操作工具的不同，直角坐標機器人可以非常方便的用作各種自動化設備，完成如焊接、搬運、上下 料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標跟隨、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)定提高產品質量，提高勞動生產率，改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 圖 2角坐標機器人的 應用 隨著 直角坐標機器人的 應用越來越廣泛， 直角坐標機器人的設計工作日益顯得重要。成功的設計一臺直角坐標機器人涉及到很多方面的工作，包括機械結構、動力驅動、伺服控制等等。 （四） 機器人設計特點： 1、機器人 的設計是一個復雜的工作，工作量很大，涉及的知識面很多，往往需要多人完成。 2、機器人設計是面向客戶的設計，不是閉門造車。設計者需要經常和用戶在一起，不停分析用戶要求，尋求解決方案。 3、機器人設計是面向加工的設計，再好的設計，如果工廠不能加工出產品，設計也是失敗的，設計者需要掌握大量的加工工藝及加工手段。 4、機器人設計是一個不斷完善的過程。 （五）機器人設計流程： 1、使用要求的分析：每一個機器人都是根據(jù)特定的要求的產生而設計的，設計的第一步就是要將使用要求分析清楚，確定設計時需 要考慮的參數(shù)，包括： 1)復定位精度； 2)載特性； 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 3)自由度的運動行程； 4)減速特性； 5)作的關聯(lián)； 6)裝方式； 7)行壽命； 其他特殊要求； 2、 機械模型初建：機器人從機械結構分大體可分為龍門結構、壁掛結構，垂掛結構，根據(jù)安裝空間的要求選擇不同的結構，每種結構的力學特性、運動特性都是 不一樣的。后續(xù)的設計必須是基于一個確定的結構。 圖 2器人的基本結構圖 3、 速 度 ： V=S/t 最 大 速 度 ：速度 /減速度： a=F/m 其中： S 為運動行程 t 為定位運動時間 F 加速時的驅動力 M 運動物體質量和 4、力學特性分析 一個機器人是由許多定位單元組成的，每根定位系統(tǒng)都要分析。需要分析的項目如下： 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 圖 2學分析圖 水平推力 正壓力 壓力 x、 、機械強度校核： 每個定位單元，每個梁都要進行校核，尤其雙端支撐梁和懸臂梁。 1） 撓度變形計算 圖 2度變形圖 F：負載（ N）； L：定位單元長度（ E：材料彈性模量； I：材料截面慣性矩 ( 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 f：撓度形變（ 注意：在計算撓度形變時，梁的自重產生的變形不能忽視，梁的自重按均布載荷計算。 以上公式計算的是靜態(tài)形變，實際應用中，因為機器人一直處于運動狀態(tài)，必須計算加速力產生的形變，形變直接影響機器人的運行 精度。 2）扭轉形變計算： 當一根梁的一端固定，另一端施加一個繞軸扭矩后，將產生扭曲變形。實際應用中產生該形變的原因一般是負載偏心或有繞軸加速旋轉的物體存在。 6、 驅動元件選擇 常用的驅動系統(tǒng)有：交流 /直流伺服電機驅動系統(tǒng)、伺服電機驅動系統(tǒng)、直線伺服電機 /直線伺服電機驅動系統(tǒng)。 每一個驅動系統(tǒng)都由電機和驅動器兩部分組成。驅動器的作用是將弱電信號放大，將其加載在驅動電機的強電上，驅動電機。電機則是將電信號轉化成精確的速度及角位移。 需要計算的項目如下： 電機功率： 電機扭矩： 電機轉速： 減速機減速比 電機慣量 /負載慣量的匹配關系 圖 2轉力矩分析圖 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 7、機械結構設計 在完成了前面六項工作后，一個直角坐標機器人定位系統(tǒng)的雛形就已經在設計者的頭腦中形成了，接下來的工作就是將雛形畫成工程圖，以便生產。機器人的運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。 8、設備壽命校核 機械結構設計完成后，要對整臺設備進行壽命計算，核心元件的壽命到要計算，如機器人軌道的壽命，減速機的壽命，伺服電 機的壽命等。 機器人的運行壽命與運行速度、負載大小、結構形式、工作環(huán)境、工作制等有關。 如果發(fā)現(xiàn)機器人的運行壽命太短，需要重新調整設計。 以上為一個機器人機械結構部分的設計方法，至于控制系統(tǒng)部分這里不加說明。 械手的結構設計 工業(yè)機器人的驅動裝置是帶動操作機個運動臂的動力源。驅動機構是工業(yè)機械手的重要組成部分，工業(yè)機械手的性價比在很大程度上取決于驅動方案及其裝置。根據(jù)動力源的不同，工業(yè)機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等。 器人的總體設計 (一 ) 主體結構設計 工業(yè)機器人主體結構設計的主要問題是選擇由連桿件和運動副組成的坐標形式。本次設計的三軸伺服驅動機器人的坐標形式是直角坐標式機器人，主要完成 3 軸可以同時模擬操作員取出動作，能連續(xù)運動并有 C 軸水平旋轉功能。 （二）傳動方式 傳動方式選擇是指選擇驅動源及傳動裝置與關節(jié)部件的連接形式和驅動形式，主要包括：（ 1）直接連接傳動：驅動源或帶有機械傳動裝置直接與關節(jié)相連。（ 2）遠距離連接傳動：驅動源通過遠距離機械傳動后與關節(jié)相連。（ 3）間接驅動：驅動源經一個買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 速比遠大于 1 的機械裝置與關 節(jié)相連。（ 4）直接傳動：驅動源不經過中間環(huán)節(jié)或經過一個速比等于 1 的機械傳動這樣的中間環(huán)節(jié)與關節(jié)相連。 （三）模塊化結構設計 模 塊 化機 器人 是有一 些 標準 化、 系列化 的 模塊 件通 過具有 特殊功能的結合部用積木拼接的方式組成一個工業(yè)機器人系統(tǒng)。模塊化設計是指基本模塊設計和結合部設計。模塊化工業(yè)機器人主要的特點是：經濟性、靈活性。 （四）材料的選擇 與一般機械設備相比，機器人結構的動力特性是十分重要的，這是材料選擇的出發(fā)點。材料選擇的基本要求是：強度高、彈性模量大、重量輕、阻尼大、材料價格低。 械手的傳動部件設計 傳動部件是驅動源和機器人各個關節(jié)連接的橋梁，是工業(yè)機器人的重要部件。機器人的運動速度、加速度（減速度）特性、運動平穩(wěn)性、精度、承載能力很大程度上是取決于傳動部件設計的合理性和優(yōu)劣。因此，關節(jié)傳動部件的設計是工業(yè)機器人設計的關鍵之一。 1）移動關節(jié)導軌 工業(yè)機器人對移動導軌的要求 移 動 關 節(jié) 導 軌 的 目 的 是 在 運 動 過 程 中 保 證 位 置 精 度 和 導 向 ,對移動導軌有如下要求 : 1 間隙小或者能消除間隙； 2 再垂直于運動方向上的剛度高； 3 摩擦系數(shù)低并不隨速度變化 ; 4 高阻尼； 5 移動導軌和其輔助元件尺寸小、慣 量低。 移動關節(jié)導軌主要分類：普通滑動導軌、液壓動壓滑動導軌、液壓靜壓滑動導軌、氣浮導軌和滾動導軌。 上面介紹的導軌中，前兩種具有結果結構簡單、成本低的特點，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的變化和有效負載的變化，在低速時候容易產生爬行現(xiàn)象。第三種靜壓滑動導軌結構能產生預載荷，能完全消除間隙，具有高剛度、低摩擦、高阻尼等優(yōu)點，但是它需要單獨的液壓系統(tǒng)和回收買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 潤滑油的機構。第四種氣浮導軌不需要回收潤滑油的機構，但是剛度和阻尼較低。第五種滾動導軌在工業(yè)機器人導軌種用的是最廣泛，具有很多的優(yōu)點 :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 容易制造成標準件 ;7 易加預載，消除間隙，增加剛度等等。但是 ,滾動導軌用在機器人機械系統(tǒng)也存在著缺點 :1 阻尼低 ;2 對臟物比較敏感 . 2）傳動件的定位及消隙傳動件的定位主要有： 1 電氣開關定位 2 機械擋塊定位 3 伺服定位系統(tǒng)定位 傳動件的消隙主要有： 1 消隙齒輪 2 柔性齒輪消隙 3 對稱傳動消隙 4 偏心機構消隙 5 齒廓彈性覆層消隙 械手的臂部設計 工業(yè)機器人臂部設計的基本要求： 1、剛度高。為了防止臂部在運動過 程中產生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。工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剛度都比實心軸大得多，所以常用鋼管作臂桿及導向桿，用工字鋼和槽鋼作支撐板。 2、導向性好。為防止手臂在直線運動中，沿運動軸線發(fā)生相對轉動，或設置導向裝置，或設計方形，花鍵等形式的臂桿。 3、重量輕。為提高機器人的運動速度，要盡量減小臂部運動部分的重量，以減小整個手臂對回轉軸的轉動慣量。 4、運動平穩(wěn)定位精度高。 除了臂部設計上要求力求結構緊湊，重量輕外，同時要采用一定形式的緩沖措施。 常用的臂部結構有： 1、手部直線運動機構； 機器人手臂的伸縮，橫向移動均屬于直線運動。實現(xiàn)手臂往復直線運動的機構形式比較多，常用的有活塞油（氣）缸，齒輪齒條機構，絲杠螺母機構以及連桿機構等。由于活塞（氣）缸的體積買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 小，重量輕，因而在機器人結構中應用的比較多。 軸伺服驅動機器人機構的特點 1、 完美的重現(xiàn)性和定位精度。 軸伺服驅動機器人機構采用先進的高精度的主要機構部件。三軸采用最先進的伺服馬達和最高等級低背隙減速機。 2、具有 高剛性，高精度，防塵防落物，經濟耐用 等特點，而且結構 緊湊輕巧，運動響應快，速度高?？梢蕴峁┒喾N組合方式，裝配和維護簡單，操作容易。 3、三軸運動采用最先進的伺服馬達和最高等級低背隙的減速機（展現(xiàn)出完美的重現(xiàn)性與定位精度）三軸運動的傳動皆采用高剛性的齒輪加齒排的機構。 圖 軸伺服機構整體效果圖 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 第三章 工業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析 業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析 器人的運動概述 工業(yè)機器人的運動，可從工業(yè)機器人的自由度，工作空間和機械結構類型等三方面來討論。 1、工業(yè)機器人的運動自由度 所謂機器人的運動自由度是指確定一個機器人操作位置時所需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，它是表示機器人動作靈活程度的參數(shù)。 本設計的工業(yè)機器人具有轉動副和移動副兩種運動副，具有 C 軸水平旋轉運動， X 軸和 Z 軸往復運動三自由度。 2、機器人的工作空間和機械結構類型 （ 1） 工作空間 工作空間是指機器人正常運行時，手部參考點能在空間活動的最大范圍，是機器人的主要技術參數(shù)。本次設計所用的 術參數(shù)及 構圖如下： 參數(shù)及 構圖如下 ： 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 （ 2）機械結構類型 直角坐標型機器人為本設計所采用方案，這種運動形式是自由度運動，每個運動之間都是直角關系，共三個自由度組成的運動系統(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)調運動，這種機器人運動靈活，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。 器人的驅動方式 1、液壓驅動 分類 : 從 運 動 形 式 來 分 分 為 直 線 驅 動 如 直 線 運 動 液 壓 缸 和旋 轉驅 動如 液壓 馬達 ,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) 圍 : 液壓 系統(tǒng) 具買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 有 較大 的功 率體 積比 ,適合 于大 負載的 情形 . 液壓 驅動的 本質 優(yōu)點在于它的安全性 . 2、氣壓驅動 : 分類 :直線 氣缸 ,擺動 汽 缸及 旋轉 氣動馬 達 圍 : 適合于 節(jié) 拍 快 ,負 載 小 且 精 度 要 求 不 高 的 場 合 (因 為 空 氣 具 有 可 壓 縮性 ). 3、電力驅動 : 分類 : 按照電機的工作原理不同分為伺服電機 ,直流伺服電機 ,無刷電機等 適用范圍 :適合于中等負載 ,特別適合于動作復雜 ,運動軌跡嚴格的各類機器人 置的 質 量 盡可能要輕 效率高 要求力 質 量 比 和 力 矩 轉 動 慣 量 比 要 大 . 動作平滑 ,不 產 生 沖 擊 位移偏差和速度偏差小 操作維修方便等 . 一般情況下機器人驅動系統(tǒng)的選擇是物料搬運用有限點位控制的程序控制機器人，重負載用液壓驅動，中等載荷可選用電動驅動系統(tǒng)，輕載荷可選用氣動驅動系統(tǒng)。沖壓機器人多用氣動驅動系統(tǒng)。 電 動 驅動 隨 著 低 慣 量 、直 流伺 服 電 機 及 配套 的伺 服 驅 動器的廣泛采用，這種驅動系統(tǒng)被大量選用 。 本次設計所采用的驅動方式有兩種。 其中 X 軸和 Y 軸是使用電機來提供動力 ,電動機經減速器帶動 齒 輪轉動， 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動 Z