自動(dòng)機(jī)器人組裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(機(jī)械cad圖紙)大學(xué)畢設(shè)論文

本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文CAD圖紙QQ401339828本科畢業(yè)設(shè)計(jì)自動(dòng)機(jī)器人組裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)河北科技師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文CAD圖紙QQ401339828PAGEII摘要PAGEI摘要本論文在綜述近年來機(jī)器人技術(shù)研究和發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合自動(dòng)組裝用機(jī)器人的設(shè)計(jì)，對機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行部件和上料裝置的設(shè)計(jì)方案。本文結(jié)合螺釘?shù)男螤?、裝配位置和精度的各方面的要求以及機(jī)器人擰緊過程中出現(xiàn)的問題，參考近幾年機(jī)器人技術(shù)研究和發(fā)展的狀況，在充分發(fā)揮機(jī)、電、軟、硬件各自特點(diǎn)和優(yōu)勢互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對裝配用擰緊螺釘機(jī)器人的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，提出了一套整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和傳動(dòng)方案。采用直角坐標(biāo)的框架式機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性，并對它的三個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；采用自我設(shè)計(jì)的自動(dòng)送料裝置；最后采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)軌和滾珠絲杠傳動(dòng)力和扭矩。通過以上各部分的工作，得出了結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用化、自動(dòng)上料的裝配用機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)方案和執(zhí)行部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它對其他類型的數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有一定的借鑒價(jià)值。關(guān)鍵詞：自動(dòng)組裝螺釘機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

ABSTRACTInthispaper,arobotwholemechanicalconfiguration,executepartanddelivergoodsisprovidedbasedontheresearchanddevelopmentofrobotinrecentyearsandconnectedwiththedesignoftheautomaticassemblescrew.Withtheanalysisoftheproblemsinthedesignoftheautomaticassemblescrewandsynthesizingtherobotresearchanddevelopmentconditioninrecentyears,aeconomicschemeisconcludedonthebasisoftheanalysisofmechanicalconfiguration,transformsystem,drivedeviceandcontrolsystemandguidedbytheideaofthecharacteristicandcomplexofmechanicalconfiguration,electronic,softwareandhardware.Inthisarticle,themechanicalconfigurationcombinesthecharacterofdirectioncoordinateandthearthrosiscoordinatewhichcanimprovethestabilityandoperationflexibilityofthesystem.Adoptselfdesignsendmaterialinstallationvoluntarily.thelast,driveforcebyelectricalmachineryandtransmissionforcebyballleadingscrewandguide.Accordingtotheanalysisofaboveparts,configurationsimple,practicalityandtheautomaticassemblescrewisconcludedwhichwillbevaluetoothertypeofrobot’smechanicaldesignandcontrolsystemresearch.Keyword:automaticassemblescrewrobotdesignoftheconfiguration本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文CAD圖紙QQ401339828PAGEIV目錄目錄1緒論 11.1本課題的提出和研究意義 11.2機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)及其分類 11.3本論文主要研究內(nèi)容 22.自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì) 22.1機(jī)器人的任務(wù)要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22.2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能分析與方案設(shè)計(jì) 72.4控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 93.傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 103.1滾珠絲杠副的特點(diǎn) 103.2設(shè)計(jì)條件 113.3導(dǎo)向精度與軸向間隙的確定 123.4絲杠軸的確定 123.5螺母的確定 133.6定位精度的確定 163.7回轉(zhuǎn)扭矩的確定 164.導(dǎo)軌的受力分析 174.1使用條件 184.2滑塊作用載荷 185.導(dǎo)軌的剛性設(shè)計(jì) 255.1預(yù)壓的選定 255.2考慮預(yù)壓載荷的壽命 25結(jié)論 29致謝 31本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文CAD圖紙QQ401339828PAGE1緒論1.1本課題的提出和研究意義在組裝體系中，以前的人工操作已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)高精度、高效率、低成本生產(chǎn)方式的要求[1]。隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展及各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，組裝機(jī)器人的研究與開發(fā)越來越受到廣泛的重視，組裝機(jī)器人已經(jīng)成為先進(jìn)制造業(yè)不可缺少的自動(dòng)化裝備，研究開發(fā)的組裝用機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用，利用組裝用機(jī)器人進(jìn)行工作可以實(shí)現(xiàn)典型的組裝動(dòng)作,如抓取,插入和擰緊等動(dòng)作。一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)一般由操作機(jī)（機(jī)械本體）、驅(qū)動(dòng)單元、控制器和為機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)而連接的外部設(shè)備組成。操作機(jī)是機(jī)器人完成作業(yè)的實(shí)體，它具有與人手臂相似的動(dòng)作功能；驅(qū)動(dòng)單元是用來為操作機(jī)及各部件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置；控制器是對機(jī)器人的起動(dòng)、停止等進(jìn)行操作的裝置，它指揮機(jī)器人按規(guī)定的要求動(dòng)作；人工智能系統(tǒng)是智能機(jī)器人所具有的，它包括了感覺系統(tǒng)和決策、規(guī)劃智能系統(tǒng)。裝配機(jī)器人的機(jī)構(gòu)合理，性能完善，必將加速產(chǎn)品化的進(jìn)程；改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。這將意味著裝配工作的生產(chǎn)自動(dòng)化的開始，開辟了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域。1.2機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)及其分類機(jī)器人作為典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其控制方式經(jīng)歷了三代發(fā)展:第一代是示教再現(xiàn)式可編程機(jī)器人，具有記憶、存儲功能，能按照作者在示教階段給出的軌跡重復(fù)進(jìn)行特定的作業(yè)過程，但對周圍環(huán)境基本上沒有感知和環(huán)境信息反饋控制的能力[2]。隨著傳感器技術(shù)包括視覺傳感器、非視覺傳感器(力覺、觸覺、接近覺等)以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了第二代機(jī)器人—具有感覺功能的自適應(yīng)機(jī)器人，在獲取作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對象的部分有關(guān)信息的基礎(chǔ)上，能夠進(jìn)行一定的適時(shí)處理、按照固定的邏輯發(fā)出動(dòng)作命令。第三代是智能機(jī)器人，該種機(jī)器人不僅具有第二代機(jī)器人更完善的環(huán)境感知功能，而且具有邏輯思維、學(xué)習(xí)、判斷和決策功能，可根據(jù)作業(yè)要求和環(huán)境信息自主的進(jìn)行工作，該機(jī)器人目前正處于研制和開發(fā)過程中，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)初期將進(jìn)入普及階段。盡管機(jī)器人的外觀、形狀和功能各異，但它們的主要構(gòu)成基本上是一致的，從控制觀點(diǎn)上講，機(jī)器人系統(tǒng)可分為四部分:人機(jī)接口、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。按機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式將機(jī)器人分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、水平多關(guān)節(jié)型和關(guān)節(jié)型等幾種。直角坐標(biāo)型機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)高定位精度、空間軌跡易于求解、三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，其間沒有耦合，不影響末端手爪的姿態(tài)，不產(chǎn)生奇異狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)和控制都比較簡單，但機(jī)體所占空間體積大，動(dòng)作范圍小，操作靈活性差。圓柱坐標(biāo)型和球坐標(biāo)型機(jī)器人占地面積小，動(dòng)作范圍大，在空間中定位比較直觀，但存在移動(dòng)關(guān)節(jié)不容易保護(hù)的問題。SCARA型機(jī)器人的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡便，響應(yīng)快，最適用于在垂直方向上完成零件的裝配作業(yè)。關(guān)節(jié)型機(jī)器人雖然運(yùn)動(dòng)學(xué)分析比較復(fù)雜，控制難度大，但與其他形式的機(jī)器人相比較操作靈活性強(qiáng)，因而其應(yīng)用日益廣泛[3]。1.3本論文主要研究內(nèi)容隨著機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化，不但要求機(jī)器人控制可靠性強(qiáng)、使用靈活性高和操作方便性好，還要求降低生產(chǎn)成本，開發(fā)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的機(jī)器人系統(tǒng)更具有現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)械人的特點(diǎn)和性能，本論文主要研究以下幾個(gè)方面的問題:(1)自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)械人總體方案的確定機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝置，必須采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，立足全局，對機(jī)器人各功能模塊進(jìn)行合理劃分。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求從理論上分析工作狀況，然后提出設(shè)計(jì)思路，包括傳動(dòng)方式、控制方式等，在綜合分析的基礎(chǔ)上，整體規(guī)劃機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，從而選定最優(yōu)方案。(2)自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人傳動(dòng)方案確定怎樣把驅(qū)動(dòng)的力和扭矩精確地傳遞給執(zhí)行部件，是機(jī)器人的主要設(shè)計(jì)方面，本文結(jié)合工業(yè)要求，采用滾珠絲杠和LM型導(dǎo)軌作為傳動(dòng)元件。(3)上料裝置的設(shè)計(jì)機(jī)器人最大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)是它的發(fā)展方向，參考國內(nèi)外的自動(dòng)送料裝置并結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，通過分析進(jìn)行創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出能滿足該設(shè)計(jì)要求的專用送料裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠成本低。2.自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，合理分配機(jī)械、電子、硬件、軟件各部分所承擔(dān)的任務(wù)和功能，對提高系統(tǒng)的整體性能、結(jié)構(gòu)簡化、成本降低起著舉足輕重的作用[4]。因此，對擰緊螺釘用裝配機(jī)器人采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行整體功能分析，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性、靈活性和高可靠性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵步驟。2.1機(jī)器人的任務(wù)要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快產(chǎn)品的生產(chǎn)速度。要求機(jī)器人工作部件取出螺釘然后進(jìn)行定位擰緊裝配，即機(jī)器人手部完成定位—下降—頂出螺釘一旋轉(zhuǎn)一定位擰緊螺釘—上升—定位這樣反復(fù)工作過程。機(jī)械結(jié)構(gòu)是自動(dòng)組裝擰緊螺釘機(jī)器人是最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體，機(jī)械結(jié)構(gòu)的布局、類型、傳動(dòng)方式以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系著機(jī)器人的工作性能。機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)按坐標(biāo)形式主要有直角坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、SCARA型和關(guān)節(jié)型等。直角坐標(biāo)型機(jī)器人操作臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、剛度高，三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，其間沒有耦合，不影響末端手爪的姿態(tài)，不產(chǎn)生奇異狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)和控制都比較簡單;缺點(diǎn)是占地面積大，動(dòng)作范圍小，操作靈活性差。球坐標(biāo)機(jī)器人和圓柱坐標(biāo)機(jī)器人占地面積小，工作空間較大，在空間中的定位也比較直觀，但是它們的移動(dòng)關(guān)節(jié)不容易防護(hù)，極坐標(biāo)型機(jī)器人也存在移動(dòng)關(guān)節(jié)不易防護(hù)的問題，它們多用于一些特殊的作業(yè)環(huán)境。SCARA型機(jī)器人的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕便，響應(yīng)快，最適用于在垂直方向完成零件的裝配作業(yè)。關(guān)節(jié)型機(jī)器人操作臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，動(dòng)作靈活，在作業(yè)空間內(nèi)手臂的干涉最小，工作空間大;缺點(diǎn)是進(jìn)行控制時(shí)計(jì)算量比較大，確定末端執(zhí)行部件的位姿不直觀。綜上所述，直角坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)簡單，而且剛性很好，因而它的應(yīng)用日益廣泛[4]。針對該自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人，為了使它具有一定的操作靈活性和較好的使用性能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用直角坐標(biāo)型。它的整體布局結(jié)構(gòu)合理，如圖2.1。整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)為五個(gè)自由度，將運(yùn)動(dòng)分解為兩部分:移動(dòng)部分和操作部分。移動(dòng)部分占兩個(gè)自由度，包括左右和前后的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，這兩個(gè)自由度之間沒有耦合，相互不干擾；操作部分占三個(gè)自由度，包括上下運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。2.2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置的作用主要是將驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)力傳遞給機(jī)器人相應(yīng)的執(zhí)行部件，以實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的運(yùn)動(dòng)。目前常用的傳動(dòng)方式有:皮帶輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、諧波減速傳動(dòng)以及螺旋傳動(dòng)等。諧波齒輪傳動(dòng)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、能獲得大的傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)，但存在扭轉(zhuǎn)剛度較低且傳動(dòng)比不能太小的缺點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高的優(yōu)點(diǎn)是用于中等減速比傳動(dòng)，但存在齒輪間隙，難以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)過程中精確位置要求，因此限制了它的廣泛應(yīng)用。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常用于要求有大的傳動(dòng)比且傳動(dòng)過程中要求機(jī)構(gòu)自鎖的場合，這種方式安全性能高，但同樣存在齒側(cè)間隙，而且效率較低。皮帶輪傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，可是存在彈性滑動(dòng)，和鏈傳動(dòng)一樣使用一段時(shí)間后易松弛，傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中還產(chǎn)生動(dòng)載荷，因此，二者常用于傳動(dòng)精度要求不高的場合。滾珠絲杠傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、摩擦阻力小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且能夠有效消除傳動(dòng)間隙，無傳動(dòng)“爬行”現(xiàn)象和不自鎖等優(yōu)點(diǎn)，但是價(jià)格較高。因此滾珠絲杠螺母被廣泛應(yīng)用于要求較高的數(shù)控傳動(dòng)系統(tǒng)中。另外，在數(shù)控傳動(dòng)系統(tǒng)中，同步齒形帶傳動(dòng)由于其具有穩(wěn)定的工作性能也得到了廣泛的應(yīng)用。圖2.1總體布局圖(1)機(jī)器人移動(dòng)部分傳動(dòng)由于機(jī)器人精度要求不是很高，在滿足性能的基礎(chǔ)上考慮到經(jīng)濟(jì)性要求，所以，上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)選用螺旋傳動(dòng)，由一對絲杠螺母螺旋副來承擔(dān)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人的直線移動(dòng)。此時(shí)應(yīng)充分考慮自鎖問題，選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)空手時(shí)上升，抓取螺釘后下降，從而可保證移動(dòng)長度合乎要求時(shí)能盡量短。另外，在設(shè)計(jì)的過程中，為減少懸置部分總的質(zhì)量，將控制執(zhí)行部件的電動(dòng)機(jī)安置在立柱上。機(jī)械手旋轉(zhuǎn)臂的運(yùn)動(dòng)，則選用鍵和套筒傳動(dòng)，由于其結(jié)構(gòu)緊湊、可以實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)。直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的二維運(yùn)動(dòng)，如圖2.2。圖2.2X-Y運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)圖(2)機(jī)器人執(zhí)行部分傳動(dòng)考慮到機(jī)器人移動(dòng)部分的操作誤差和取螺釘時(shí)的準(zhǔn)確性，機(jī)器人的執(zhí)行部分由兩部分組成，一部分是機(jī)構(gòu)可以上下自由移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人放置螺釘時(shí)的位置調(diào)整，這部分由滾珠絲杠傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的功能傳遞；另一部分是機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)擰緊螺釘?shù)倪\(yùn)動(dòng)，這部分由鍵連接電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)，它的扭矩和力的傳遞由一對聯(lián)軸器傳遞。它的結(jié)構(gòu)如圖2.3。(3)送料裝置的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的目的是利用機(jī)器人完成自動(dòng)組裝任務(wù)，在設(shè)計(jì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)完成后，要考慮物料的送給問題，根據(jù)查閱資料，利用自我設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)來完成上料。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。如圖2.4。圖2.3Z軸運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)圖圖2.4執(zhí)行部件的位置圖2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能分析與方案設(shè)計(jì)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往要受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時(shí)還要考慮價(jià)格因素的影響以及所能達(dá)到的技術(shù)水平[5]。目前機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)三種形式[]6。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠提供較大的驅(qū)動(dòng)壓力和功率，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)速度快，可達(dá)到較高的定位精度和剛度，但油路系統(tǒng)復(fù)雜，工作性能受環(huán)境影響較大，移動(dòng)性能差，且易造成泄漏現(xiàn)象，常用于要求提供較大驅(qū)動(dòng)力矩、對移動(dòng)性能要求差的特大功率機(jī)器人系統(tǒng)中。氣動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作迅速，可在惡劣的環(huán)境中工作，但氣動(dòng)裝置也存在噪聲問題，只適用于精度要求不高的點(diǎn)位系統(tǒng)中。電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有精度高、控制準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮各種驅(qū)動(dòng)式的優(yōu)缺點(diǎn)，選用電氣驅(qū)動(dòng)方式。電氣驅(qū)動(dòng)方式包括普通電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)以及力矩電機(jī)等驅(qū)動(dòng)方式。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量小、動(dòng)態(tài)特性好，由伺服電動(dòng)機(jī)所構(gòu)成的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有運(yùn)行精度高、調(diào)速范圍廣、速度運(yùn)行平滑、具有高可靠性并易于控制等優(yōu)點(diǎn)，交直流伺服電動(dòng)機(jī)己成為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流，直流伺服電動(dòng)機(jī)的電刷易磨損形成電火花，限制了其應(yīng)用范圍。近年來隨著交流調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是交流伺服電機(jī)必須采用閉環(huán)控制方式，這種復(fù)雜的控制系統(tǒng)造成控制成本大大提高。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，伺服系統(tǒng)的價(jià)格在大幅度降低，可靠性也得到了提高。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種可以直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件，具有控制簡單、響應(yīng)速度快、工作可靠、無累計(jì)誤差等優(yōu)點(diǎn)。它能夠直接接受數(shù)字信號，無需中間轉(zhuǎn)換，直接輸出的位移量與輸入數(shù)字脈沖量相對應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)直接的數(shù)字控制。步進(jìn)電機(jī)以開環(huán)方式工作，可省去伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中位置檢測與反饋部分以及A/D,D/A轉(zhuǎn)換，從而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使控制成本大大降低。另外，步進(jìn)電機(jī)的抗干擾能力強(qiáng)、無累計(jì)定位誤差，可重復(fù)反轉(zhuǎn)而不損壞，并且步進(jìn)電機(jī)的位置和速度控制簡單，具有一定精度，使用與維護(hù)都很方便。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為步進(jìn)電機(jī)的控制性能差、難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的空間軌跡控制，因而步進(jìn)電機(jī)很少用于機(jī)器人的軌跡控制?？紤]到步進(jìn)電機(jī)的輸出不是連續(xù)量，為了達(dá)到某些系統(tǒng)較高的定位精度要求，可以對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)分控制，也可以采用閉環(huán)控制方式獲得更高的驅(qū)動(dòng)性能。由于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，隨著電機(jī)制造技術(shù)的提高，尤其是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的革命性變化，步進(jìn)電機(jī)也己經(jīng)被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)以及機(jī)器人關(guān)節(jié)臂的驅(qū)動(dòng)上。平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人多采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式，不但可以節(jié)省機(jī)械傳動(dòng)裝置，而且可以有效的消除機(jī)械減速所帶來的誤差和效率的降低，提高運(yùn)行的速度和定位精度。開環(huán)控制由于不存在噪聲干擾問題，工作安全可靠，系統(tǒng)簡單，價(jià)格低廉，特別是電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和提高，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制精度幾乎能達(dá)到閉環(huán)控制的控制精度?？紤]到控制的方便性、可靠性以及系統(tǒng)整體上的經(jīng)濟(jì)性，對移動(dòng)系統(tǒng)和控制手爪轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)均采用步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的開環(huán)驅(qū)動(dòng)控制方式。開環(huán)控制可以大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減輕計(jì)算機(jī)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，并且可以降低成本和提高可靠性。控制手抓開合的電機(jī)則選用一般的交流電機(jī)即可[7]。在步進(jìn)電機(jī)的選型上，考慮到步進(jìn)電機(jī)品種規(guī)格較多，仔細(xì)分析它們的特點(diǎn)，來恰到好處的選擇。步進(jìn)電機(jī)按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式以及混合式等幾種。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī):又稱可變磁阻型(VR-VariableResistance)，多為單極性勵(lì)磁，結(jié)構(gòu)簡單，精度容易保證，步距角小，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高，但勵(lì)磁電流較大，電機(jī)內(nèi)部阻尼小，低頻時(shí)容易產(chǎn)生振蕩，斷電后無定位轉(zhuǎn)矩。永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM--PermanentMagnetType):步距角大，啟動(dòng)頻率較低，但控制功率較小，效率高，造價(jià)便宜，內(nèi)部阻尼大，不易振蕩，斷電后有定位轉(zhuǎn)矩。與VR相比轉(zhuǎn)矩大，但轉(zhuǎn)子慣性也較大?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)(HT--HybridType):是永磁式和反應(yīng)式相結(jié)合的一種形式。兼有磁阻式步距角小、響應(yīng)頻率高和永磁式勵(lì)磁功率小、效率高的優(yōu)點(diǎn)。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要正反脈沖供電，成本較高[8]。根據(jù)幾種常用電機(jī)的性能、特點(diǎn)分析，對該機(jī)械手的控制移動(dòng)部分升降和控制手爪微量旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)由于其要求既具有較高的控制性能，又具有定位轉(zhuǎn)矩，所以均選用混合式步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)選型時(shí)還需要考慮實(shí)際工作需要，在初期確定減速比(電機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)載轉(zhuǎn)速)之后，通?？紤]以下幾方面的問題:1、選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角b，要求bImin，其中min為負(fù)載軸要求的脈沖當(dāng)量2、選擇步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩初步選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，可按下式選擇步進(jìn)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩ΤmTL為折算到電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩，包括負(fù)載的阻尼轉(zhuǎn)矩和加速轉(zhuǎn)矩。K一系數(shù)，一般取2~3.53、步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率f為:f==式中:n一所要求的電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速;nL一負(fù)載軸的轉(zhuǎn)速;b一步距角4、步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性一般步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩隨運(yùn)行頻率升高而迅速下降，經(jīng)過改進(jìn)的步進(jìn)電機(jī)可以在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)保持轉(zhuǎn)矩在一個(gè)很小的幅度內(nèi)變化。但是必須保證在實(shí)際運(yùn)行工況下，選用的電機(jī)可以給出足夠轉(zhuǎn)矩。2.4控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)核心部分，結(jié)構(gòu)和功能的劃分以及設(shè)計(jì)的合理性直接影響著整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的可靠性、較高的運(yùn)行速度以及較好的性能價(jià)格比，在滿足工作性能要求基礎(chǔ)上體現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)性要求。(1)硬件平臺選擇在主控計(jì)算機(jī)的選用上存在兩種解決方案，即采用單片機(jī)并自行設(shè)計(jì)開發(fā)各種功能模塊構(gòu)成主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(如PC總線工控機(jī)或STD總線工控機(jī)等)并開發(fā)必要的專用功能模塊接口板(或者利用現(xiàn)成的專用功能模塊接口板)。機(jī)器人控制部分的主控計(jì)算機(jī)選用PC工控機(jī)與采用單片機(jī)構(gòu)成的廉價(jià)控制系統(tǒng)方案相比較，性能差別主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1、一般情況下，機(jī)器人關(guān)節(jié)間的運(yùn)動(dòng)存在級間耦聯(lián)現(xiàn)象，在關(guān)節(jié)位置和速度的控制上必須滿足適時(shí)性控制要求，因此存在大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理過程，在編程上，體現(xiàn)為大量的浮點(diǎn)運(yùn)算和程序上占用大量的內(nèi)存空間。單片機(jī)由于可尋址的存儲容量范圍有限，可能存在不能達(dá)到性能要求和編程復(fù)雜、開發(fā)工作量大等缺點(diǎn)，而PC機(jī)在數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理方面具有明顯優(yōu)勢，且開發(fā)工作量較小。2、機(jī)器人控制系統(tǒng)不僅要求具有高可靠性的硬件支持，而且要求在軟件上能實(shí)現(xiàn)各種控制功能。單片機(jī)可直接利用的現(xiàn)成軟件資源較少，而PC系列計(jì)算機(jī)目前具有豐富的支持軟件，使程序設(shè)計(jì)更加方便靈活而且軟件的移植靈活性好，因此基于PC系列計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序開發(fā)可以避免重復(fù)性工作，并且具有完備的編程語言和開發(fā)環(huán)境。3、采用單片機(jī)進(jìn)行一個(gè)完整的控制系統(tǒng)開發(fā)，雖然目標(biāo)系統(tǒng)成本較低，但試制階段的費(fèi)用并不低廉，更為重要的是在開發(fā)硬件系統(tǒng)時(shí)工作量大、開發(fā)周期長，而且硬件的可靠性和抗干擾性能難以達(dá)到較高要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，PC系列工控機(jī)具有較高的可靠性和可維護(hù)性能，同時(shí)價(jià)格在大幅度降低，采用PC工控機(jī)進(jìn)行機(jī)器人控制系統(tǒng)的研制和開發(fā)，可以有效地縮短開發(fā)周期并能降低成本，對經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個(gè)優(yōu)選的硬件解決方案[9]。在機(jī)器人控制方式上，目前主要有集中式控制、主從式控制和分級控制三種方式。對于多關(guān)節(jié)機(jī)器人，每個(gè)關(guān)節(jié)對應(yīng)一個(gè)處理器，將機(jī)器人控制中計(jì)算量最大的動(dòng)力學(xué)方程按關(guān)節(jié)進(jìn)行分解，作為各個(gè)子算法分布在各關(guān)節(jié)處理器上同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，然后輸出到主控制器中，這種采用模塊化結(jié)構(gòu)、主從方式組成分布式多處理系統(tǒng)，是多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)發(fā)展的方向，目前應(yīng)用最為廣泛的是兩級或兩級以上計(jì)算機(jī)構(gòu)成的分布式控制方式。集中式系統(tǒng)是最典型、結(jié)構(gòu)最簡單的控制系統(tǒng)，它將所有的信息輸入、處理、控制均集中在一臺計(jì)算機(jī)上，因而對該計(jì)算機(jī)的性能要求較高，而分布式系統(tǒng)則降低了對計(jì)算機(jī)性能的要求，且系統(tǒng)可擴(kuò)充性能好，易于維護(hù)，但故障率比集中式控制方式高得多。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和存儲技術(shù)的日新月異，許多微型機(jī)在速度和性能上己經(jīng)接近甚至超過小型機(jī)，并且在價(jià)格上大幅度降低，可靠性增強(qiáng)，使用和維護(hù)更加方便。同時(shí)，隨著各種技術(shù)支持軟件的豐富，使編程方便易行、軟件的可移植性高，因而采用高性能價(jià)格比的微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人的集中式控制己成為可能。在微型機(jī)領(lǐng)域，IBM-PC機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能、價(jià)格特別是軟件技術(shù)支持方面都有很多優(yōu)點(diǎn)，使它在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。因此，該機(jī)械手控制系統(tǒng)采用集中控制方式，利用工BM-PC586作為控制計(jì)算機(jī)，另外加一塊PCL-839接口卡作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)控制用接口卡，這樣既增加了硬件的可靠性，又縮短了開發(fā)周期[]10。(2)軟件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)是控制功能賴以實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件則是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)各部件完成控制功能的神經(jīng)中樞。軟件功能的劃分與結(jié)構(gòu)上的實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中具有極其重要的作用。軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)是依據(jù)需要完成整體功能以最優(yōu)的方式把軟件各部分內(nèi)容有機(jī)組織起來，使整個(gè)系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行效率、可靠性、靈活性和操作實(shí)用性。該機(jī)械手軟件系統(tǒng)主要承擔(dān)的功能包括:運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算、路徑規(guī)劃、參數(shù)輸入、人機(jī)接口控制以及故障報(bào)警和處理系統(tǒng)，在功能的實(shí)現(xiàn)上應(yīng)使系統(tǒng)具有較好的人機(jī)界面和靈活的操作控制功能[11]。3.傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1滾珠絲杠副的特點(diǎn)一、滾珠絲杠與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)扭矩為1/3。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有滾珠雜做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率，與過去的滑動(dòng)絲杠副相比，驅(qū)動(dòng)扭矩達(dá)到1/3以下。因此，不僅能把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，也能容易地將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖3.1滾珠絲杠示意圖二、高精度的保證。滾珠絲杠副是在嚴(yán)格進(jìn)行溫度管理的工廠內(nèi)，用最高水平的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行研削，直到裝配、檢查，均在完善的品質(zhì)管理體制下進(jìn)行，因而確保了精度。三、微進(jìn)給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以起動(dòng)扭矩極小，不會出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。四、無側(cè)隙、剛性高滾珠絲杠副可以加予壓，由于預(yù)壓可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性。它由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小，所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給。3.2設(shè)計(jì)條件滾珠絲杠行程長ls=1200mm最大速度vmax=250m/s加速時(shí)間t1=0.05s減速時(shí)間t3=0.15s每分鐘往復(fù)次數(shù)n=8回復(fù)間隙0.15mm位置決定精度0.015mm/1000mm操作位置決定精度0.001mm最小進(jìn)給量s=0.02.mm/脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定回轉(zhuǎn)數(shù)3000r/pm電機(jī)慣性力Jm=110-3kg/m2減速機(jī)構(gòu)A=1導(dǎo)向面摩擦系數(shù)μ=0.01導(dǎo)向面無載荷時(shí)摩擦力f=15N3.3導(dǎo)向精度與軸向間隙的確定一、導(dǎo)向精度的確定：滾珠絲杠副的導(dǎo)程精度按JIS規(guī)格進(jìn)行管理。為了滿足位置決定精度0.015mm/1000mm：0.015/1000=0.045/3000。所以必須選擇0.045mm/3000mm以內(nèi)的導(dǎo)向精度。根據(jù)滾珠絲杠的精度等級，選定C7等級，即積累導(dǎo)向誤差為0.045mm/3000mm。精度等級C7的軋制滾珠絲杠與精度滾珠絲杠，選擇價(jià)格較低的軋制滾珠絲杠來使用[12]。二、軸向間隙的確定為了滿足回復(fù)間隙為0.15mm的要求，因此選擇軸向間隙必須低于0.15mm。根據(jù)滿足軋制滾珠絲杠的軸向間隙要小于0.15mm，所以選擇軸徑低于36mm,精度等級為C7的軋制滾珠絲杠。3.4絲杠軸的確定一、絲杠軸的選擇根據(jù)工作任務(wù)，以及滾珠絲杠的精度等級要求，選擇軸徑d=36,導(dǎo)程l=8，全長為1500的滾珠絲杠。二、絲杠軸支撐方法的選擇因?yàn)闈L珠絲杠的行程長1200mm,最大速度為250mm/s，所以絲杠軸的支撐方法有固定—固定型和固定—支撐型，但是，固定—固定型的構(gòu)造比較復(fù)雜，而且部件精度和組裝精度的要求非常高，所以絲杠軸徑的支撐方法選擇：固定—三、容許軸向載荷的確定搬送質(zhì)量m=3200kg工作面的摩擦系數(shù)μ=0.01工作面無負(fù)載時(shí)阻力f=15N最高速度vmax=250m/s加速時(shí)間t1=0.05s加速度a=vmax/t1=25010-3/0.05=5m/s2進(jìn)程加速時(shí)：Fa1=μ×mg＋f＋ma=0.0132009.8+15+32005=16328.6N.進(jìn)程等速時(shí)的軸向負(fù)載：Fa2=μ×mg＋f=0.0132009.8+15=328.6N進(jìn)程減速時(shí)的軸向負(fù)載：Fa3=μ×mg＋f-ma=0.0132009.8+15-32005=-15671.4N.返程減速時(shí)的軸向負(fù)載：Fa4=－μ×mg－f－ma=－16328.6N.返程等速時(shí)的軸向負(fù)載：Fa5=－μ×mg－f=－328.6N返程減速時(shí)的軸向負(fù)載：Fa6=－μ×mg－f＋ma=15671.4N.因此滾珠絲杠上作用的最大軸向載荷為16328.6N絲杠軸的彎曲載荷：m——導(dǎo)程d1——絲杠軸外徑ls——絲杠長度絲杠軸的許用拉壓載荷:絲杠軸的彎曲載荷與許用拉壓載荷在使用上都能滿足要求。3.5螺母的確定3.5.1滾珠絲杠經(jīng)查表并計(jì)算后選擇BNF型螺母。3.5.2靜態(tài)安全系數(shù)滾珠絲杠副在靜止或運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下受到過大的載荷及很大的沖擊負(fù)載時(shí)，會在溝道滾動(dòng)面和滾珠表面形成永久性變形。（1）基本額定靜負(fù)載。在承受到最大應(yīng)力的接觸部位上使?jié)L珠的永久性變形量和溝道滾動(dòng)面的永久性變形量之和，達(dá)到滾珠直徑的0.0001倍的方向和大小一定的靜止負(fù)載叫做基本額定靜負(fù)載。（2）靜態(tài)安全系數(shù)。所謂基本額定靜負(fù)載（Coa），一般的作為滾珠絲杠副的容許軸向載荷。根據(jù)使用條件在計(jì)算載荷時(shí)有必要考慮下述的靜態(tài)安全系數(shù)。因?yàn)闈L珠絲杠副在靜止或運(yùn)動(dòng)中會承受由于沖擊或啟動(dòng)停止而發(fā)生慣性力等，想不到的外力作用，要特別注意[14]?！菰S軸向載荷——基本額定靜負(fù)載，查得=95.1——靜態(tài)安全系數(shù)。查得=3.0=95.1/3.0=31.7=31700N與最大軸向載荷16328.6N比較大，因此許用軸向載荷適合。3.5.3壽命分析（1）滾珠絲杠副的壽命滾珠絲杠副受外部負(fù)載而運(yùn)動(dòng)時(shí)，溝道滾動(dòng)面及滾珠會不斷地受到循環(huán)應(yīng)力的作用，達(dá)到臨界值時(shí)，滾動(dòng)面就會產(chǎn)生疲勞破損，表面的一部分會發(fā)生魚鱗狀剝落。所謂滾珠絲杠副的壽命指的是滾動(dòng)面或滾珠其中任一由于材料的滾動(dòng)疲勞而最初產(chǎn)生表面剝落為止的總會轉(zhuǎn)數(shù)[15]。滾珠絲杠副的壽命具有很大的分散性，即使同批制造的產(chǎn)品，在同樣運(yùn)動(dòng)條件下使用，壽命也會有很大差別。因此為了確定直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的壽命，一般使用額定壽命，其定義如下：額定壽命指的是讓一批同樣的滾珠絲杠副在同一條件下分別運(yùn)動(dòng)，其中10%發(fā)生表面剝落時(shí)達(dá)到的總轉(zhuǎn)數(shù)。（2）基本額定動(dòng)負(fù)載Ca基本額定負(fù)載（Ca）用于滾珠絲杠副在受到負(fù)載而運(yùn)動(dòng)時(shí)的壽命計(jì)算。基本額定動(dòng)負(fù)載（Ca）指是讓一批同樣的滾珠絲杠副分別運(yùn)動(dòng)時(shí)，使額定壽命達(dá)到L=106的方向與大小不變的負(fù)載。（3）壽命計(jì)算平均軸向載荷加速時(shí)行走的距離：減速時(shí)行走的距離：等速時(shí)行走的距離：平均軸向負(fù)載故額定壽命：——基本額定動(dòng)負(fù)載。查得=48.3KN——承載系數(shù)，查表取=1.1壽命時(shí)間：3.5.4剛性檢驗(yàn)選為選定條件的剛性的規(guī)格，無需檢驗(yàn).3.6定位精度的確定3.6.1定位精度誤差的主要因素：定位精度發(fā)生誤差的主要因素有導(dǎo)程精度、軸向間隙、進(jìn)給絲杠系的軸向剛性等。其它的重要因素還有發(fā)熱引起的熱變位、導(dǎo)向系引起的運(yùn)動(dòng)過程中的姿勢變化等[16]。3.6.2導(dǎo)向精度的確定：在前邊已經(jīng)選擇為精度等級C7，累積導(dǎo)向誤差為。3.6.3軸向間隙的確定：軸向間隙雖然不是影響往一方向進(jìn)給時(shí)定位精度的主要因素，但在進(jìn)給方向逆轉(zhuǎn)或軸向負(fù)載逆轉(zhuǎn)情況下產(chǎn)生齒隙。從一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)方向的位置精度已經(jīng)選定，因此不需要校核。BNF型軸向間隙為0.15mm。四、熱變形對位置精度的影響：絲杠軸的溫度在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中上升，導(dǎo)致絲杠軸因熱而伸長，從而是其的定位精度降低，假設(shè)使用時(shí)溫度上升5℃[18]3.7回轉(zhuǎn)扭矩的確定3.7.1外部載荷與回轉(zhuǎn)扭矩3.7.2加速時(shí)所必須的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=角加速度：因此加速時(shí)必要的扭距：加速時(shí)：Tk=T1＋T2=0.46＋25.52=25.98N/m等速時(shí)：Tt=T1=0.46N/m減速時(shí)：Tg=T1－T2=0.46－25.52=-25.06N/m4.導(dǎo)軌的受力分析工業(yè)機(jī)器人己得到廣泛應(yīng)用。由工業(yè)機(jī)器人與其他設(shè)備組成的生產(chǎn)線已經(jīng)成百倍地提高了企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，大大縮短了產(chǎn)品史新?lián)Q代的周期。自動(dòng)裝配機(jī)器人可以完成典型的裝配任務(wù)，它的精度要求很高，本次的自動(dòng)裝配機(jī)器人設(shè)計(jì)利用滾珠絲杠和導(dǎo)軌作為傳動(dòng)元件，要保證機(jī)器人的裝配精度，必須很好的設(shè)計(jì)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的受力分析如圖4.1。圖4-1導(dǎo)軌受力分析圖4.1使用條件使用型號：SHS（基本額定動(dòng)載荷：C=22.3KN）（基本額定靜載荷：C0=38.4KN）荷重：W1=13317NW2=16268N速度：時(shí)間：t1=0.05st2=2.8st3=0.15s行程：ls=1300mm距離：重力加速度：4.2滑塊作用載荷1.等速時(shí)：徑向作用載荷=7396.252.左加速時(shí)：徑向作用載荷軸向作用載荷：3.左減速時(shí)：徑向作用載荷軸向作用載荷：4.右加速時(shí)：徑向作用載荷：軸向作用載荷：5.右減速時(shí)：徑向作用載荷軸向作用載荷：3.合成載荷（1）等速時(shí)：PE1=PE2=PE3=PE4=P1=7396.25N（2）左行加速時(shí)：（3）左行減速時(shí)：（4）右行加速時(shí)：（5）右行減速時(shí)：4.平均載荷：5.額定壽命（）壽命為6.靜安全系數(shù)根據(jù)上面的計(jì)算，滑塊的最大載荷為NO.1右行加速時(shí)的載荷5.導(dǎo)軌的剛性設(shè)計(jì)5.1預(yù)壓的選定滾動(dòng)體和導(dǎo)軌面之間預(yù)加一定載荷，可增加滾動(dòng)體和導(dǎo)軌面接觸，以減小導(dǎo)軌面平面度，滾子直線度及滾動(dòng)體直徑不一致性誤差的影響，使大多數(shù)滾動(dòng)體均能參加工作。由于有預(yù)加接觸變形，因而提高了導(dǎo)軌的剛度和精度。阻尼性能也有所增加。提高了導(dǎo)軌的抗振性。垂直配置的滾動(dòng)導(dǎo)軌預(yù)加載荷后可預(yù)止?jié)L動(dòng)體在導(dǎo)軌之間下滑成歪斜。預(yù)壓約為動(dòng)載荷的1/10，為2230N。5.2考慮預(yù)壓載荷的壽命5.2.1預(yù)壓載荷系數(shù)含有預(yù)壓的作用載荷：含有預(yù)壓的作用載荷（N）：預(yù)壓載荷（N）：載荷系數(shù)：“”與“”的比值5.2.2計(jì)算（1）使用條件：同前，預(yù)壓：2230N（2）各滑塊作用合成載荷（N）表5.1各滑塊作用合成載荷動(dòng)作1234等速時(shí)7396.257396.257396.257396.25左行加速時(shí)8786.0319595.2519595.258786.03左行減速時(shí)11699.117622.997622.9911699.11右行加速時(shí)19595.258786.038786.0319595.25右行減速時(shí)7622.9911699.1111699.117622.995.2.3考慮預(yù)壓時(shí)的作用載荷（1）等速時(shí)：（2）左加速時(shí)：（3）左減速時(shí)：（4）右加速時(shí)：（5）右減速時(shí)：5.2.4平均荷重：5.2.5壽命計(jì)算壽命為.5.2.6安全系數(shù)滑塊的最大載荷為根據(jù)以上驗(yàn)算，導(dǎo)軌滿足使用要求。結(jié)論本文在參考近幾年機(jī)器人領(lǐng)域取得重大成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合“螺釘自動(dòng)上料”和“螺釘擰緊機(jī)器人”這個(gè)課題，對自動(dòng)裝配螺釘機(jī)器人進(jìn)行了機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、同時(shí)，對傳動(dòng)方式和控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究和分析，本論文的研究主要取得了以下成果:1.對自動(dòng)組裝螺釘機(jī)器人采用機(jī)械電子學(xué)思想進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。立足于機(jī)電一體化的觀點(diǎn)，對機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)方式等各組成部分進(jìn)行了較為全面的分析，最后得出自動(dòng)組裝螺釘機(jī)器人的總體方案，提出用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用滾珠絲杠和LM導(dǎo)軌傳動(dòng)力和扭矩。2.根據(jù)自動(dòng)組裝螺釘機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方式和特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。采用彈簧和扭矩傳遞器來防止扭矩和力過大，使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)損壞。3.通過參考國內(nèi)外的自動(dòng)送料裝置結(jié)構(gòu)，結(jié)合自己的一些創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出本機(jī)器人的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本低，性價(jià)比較好。通過以上的工作，從總體結(jié)構(gòu)分析和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造，最終實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)裝配螺釘機(jī)器人的簡單、實(shí)用的整體設(shè)計(jì)方案。總結(jié)以前的研究工作，認(rèn)為有必要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究:(1)提高機(jī)器人的操作精度的研究。機(jī)器人的操作精度很大程度上依賴于電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度，如果僅僅依靠采用小步距角的步進(jìn)電機(jī)是不夠的。現(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制有許多提當(dāng)高精度的措施，如細(xì)分控制可以達(dá)到與閉環(huán)不相上下的精度。但是，在機(jī)器人中的應(yīng)用尚有待于進(jìn)一步的研究。(2)本文提出的自動(dòng)組裝螺釘機(jī)器人的整體方案對其它機(jī)器人的開發(fā)也有借鑒意義，但是尚未形成完整的理論。如果能對機(jī)器人設(shè)計(jì)研究提出一般性的理論原則，必然能對我國機(jī)器人的開發(fā)具有更大的推動(dòng)作用，這一問題的研究也需大量的工作。參考文獻(xiàn)[1]孟威,張伯鵬,趙大泉,徐家球，鄭力.《螺釘自動(dòng)抓拿認(rèn)扣裝置的設(shè)計(jì)》[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),2000,(8).[2]張效祖.《工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》[J].WMEM,2004,(5).[3]馮光濤,張偉軍，趙錫芳，秦志強(qiáng).《機(jī)器人裝配操作的規(guī)劃與控制》[J].機(jī)器人,2001,(1).

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[13]趙滿全,竇衛(wèi)國,趙世杰,杜文亮.4SW系列馬鈴薯挖掘機(jī)的研制.農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化,1999(4):15-16.

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[17]“TakespecialprecautiontokeeprobotremovalequipmentefficientAndsafe”,Cleaning&MaintenanceManagement,2001,37(9):17-35

致謝通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和各方面的要求，同時(shí)，熟練掌握了CAD制圖軟件，對以前所學(xué)習(xí)的機(jī)械專業(yè)課程得到了很好的鞏固。本課題設(shè)計(jì)的所有工作，從課題的選擇、構(gòu)思、整體結(jié)構(gòu)的分析和研究，到論文的寫作等階段都是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從課題選擇到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我很好的建議和指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。她們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)術(shù)知識、誨人不倦的敬業(yè)精神以及寬容的待人風(fēng)范使我獲益頗多。感謝我的指導(dǎo)師，她們的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；她們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。通過四年的專業(yè)學(xué)習(xí)，我對機(jī)械各方面的知識進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，更加熱愛這個(gè)專業(yè)，在這里，感謝所有指導(dǎo)和幫助我的老師。本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文CAD圖紙QQ401339828一、主要研究內(nèi)容結(jié)合螺釘?shù)男螤睢⒀b配位置和精度的各方面的要求以及機(jī)器人擰緊過程中出現(xiàn)的問題，參考近幾年機(jī)器人技術(shù)研究和發(fā)展的狀況，在充分發(fā)揮機(jī)、電、軟、硬件各自特點(diǎn)和優(yōu)勢互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對裝配用擰緊螺釘機(jī)器人的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，提出了一套整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和傳動(dòng)方案。二、基本要求機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝置，必須采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，立足全局，對機(jī)器人各功能模塊進(jìn)行合理劃分。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求從理論上分析工作狀況，然后提出設(shè)計(jì)思路，包括傳動(dòng)方式、控制方式等，在綜合分析的基礎(chǔ)上，整體規(guī)劃機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，從而選定最優(yōu)方案三、工作進(jìn)度2010.10.02-25 調(diào)查研究，收集資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃書2010.10.26-2010.12.8熟悉課題,查閱資料，撰寫文獻(xiàn)綜述與外文翻譯2011.02.27-03.10 總體設(shè)計(jì)，方案論證2011.03.10-04.19 部件、零件設(shè)計(jì)計(jì)算階段2011.04.20-30 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書2011.05.01-07 指導(dǎo)教師審核資料，修改資料2011.05.15 申請畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)資料2011.05.15-30 準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯2011.06.01-02 答辯2011.06.02- 復(fù)查材料，修改資料，裝檔四、參考文獻(xiàn)[1]孟威,張伯鵬,趙大泉,徐家球，鄭力.《螺釘自動(dòng)抓拿認(rèn)扣裝置的設(shè)計(jì)》[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),2000,(8).[2]張效祖.《工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》[J].WMEM,2004,(5).[3]馮光濤,張偉軍，趙錫芳，秦志強(qiáng).《機(jī)器人裝配操作的規(guī)劃與控制》[J].機(jī)器人,2001,(1).

[4]蔣新松.《機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化》[M].河北教育出版社，2003，4指導(dǎo)教師簽名：教研室主任審查簽名：一、課題來源自選二、主要依據(jù)本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人是參考了近幾年機(jī)器人領(lǐng)域取得重大成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合普通“擰緊裝置”和“傳動(dòng)裝置”，和生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中所接觸的AMADA數(shù)控激光切割機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析和優(yōu)化后設(shè)計(jì)的。機(jī)器人裝配操作是機(jī)器人研究與應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域.與機(jī)器人焊接、噴涂等作業(yè)不同,機(jī)器人的裝配操作是一種約束運(yùn)動(dòng)類操作,因此在規(guī)劃和控制時(shí)必須考慮接觸約束和各種不確定性因素的影響。通過查閱，馮光濤,張偉軍，趙錫芳，秦志強(qiáng).所著的《機(jī)器人裝配操作的規(guī)劃與控制》一文使我對機(jī)器人裝配操作的規(guī)劃和控制策略有了比較深刻的理解,作者對一些典型的裝配操作任務(wù)進(jìn)行了分析.文末提出了需要進(jìn)一步深入研究的一些問題，這對我的設(shè)計(jì)有很大的幫助。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人最大的難點(diǎn)就是螺釘自動(dòng)抓拿機(jī)構(gòu)和螺釘自動(dòng)送給機(jī)構(gòu)，通過查閱，孟威,張伯鵬,趙大泉,徐家球，鄭力.所著《螺釘自動(dòng)抓拿認(rèn)扣裝置的設(shè)計(jì)》一文，該文通過實(shí)驗(yàn)的方式，展開分析就克服螺釘自動(dòng)裝配作業(yè)中存在的認(rèn)扣成功率低、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、專用設(shè)備成本較高等缺點(diǎn),在分析典型軸孔間隙配合插入問題的基礎(chǔ)上,采用自然參數(shù)向量對螺釘在螺孔中裝配時(shí)的允許傾斜角度進(jìn)行了計(jì)算,闡述了螺釘認(rèn)扣過程中的幾種狀態(tài),設(shè)計(jì)出利用立式加工中心對M8內(nèi)6角螺釘自動(dòng)抓拿認(rèn)扣的裝置。該文為我的螺釘?shù)淖ツ脵C(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了很大的幫助。通過大量材料的閱讀，使我對機(jī)器人的關(guān)鍵部分的認(rèn)識更加深刻，不僅僅是上述的幾篇文章，還有蔣新松主編的《機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化》、蔡自新主編的《機(jī)器人原理及其應(yīng)用》、費(fèi)仁元，張彗慧.主編的《機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析》、Valenti,Michael所著的《ARobotIsBorn》等一大批中英文資料。機(jī)器人作為新一代的生產(chǎn)工具，能夠代替人完成人力所不及或人所不適宜的工作。隨著機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，對機(jī)器人的綜合性能提出了更高的要求，專業(yè)化更強(qiáng)，實(shí)用性更高，經(jīng)濟(jì)性要求也已經(jīng)擺到了人們的面前，因此，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、能滿足功能要求又具有一定的可靠性的微型機(jī)器人或者說功能專一的機(jī)器人需求量越來越大。三、研究內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題①自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人的各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)②自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人控制方案設(shè)計(jì)2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面①針對螺栓、螺釘裝配要求完成機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)及工作原理②主要運(yùn)動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)③系統(tǒng)控制及設(shè)計(jì)計(jì)算四、研究計(jì)劃及預(yù)期成果研究計(jì)劃：通過生產(chǎn)實(shí)習(xí)的具體產(chǎn)品，查閱相關(guān)資料結(jié)合學(xué)過的機(jī)器人方面的知識，聯(lián)系已有的產(chǎn)品發(fā)揮自我的創(chuàng)新意識進(jìn)行設(shè)計(jì)。預(yù)期成果：通過學(xué)習(xí)及查閱有關(guān)資料和設(shè)計(jì)計(jì)算，完成自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)及其各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成驅(qū)動(dòng)裝置的選擇和設(shè)計(jì)，并且完成其控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)和自動(dòng)送料裝置的設(shè)計(jì)。使其能夠完成自動(dòng)裝配螺釘?shù)娜蝿?wù)。以達(dá)到滿足預(yù)期目的的要求。五、特色或創(chuàng)新之處在裝配體系中，以前的人工操作已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)高精度、高效率、低成本生產(chǎn)方式的要求。隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展及各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，裝配機(jī)器人的研究與開發(fā)越來越受到廣泛的重視，裝配機(jī)器人已經(jīng)成為先進(jìn)制造業(yè)不可缺少的自動(dòng)化裝備，研究開發(fā)的裝配用機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用，利用裝配用機(jī)器人進(jìn)行工作可以實(shí)現(xiàn)典型的裝配動(dòng)作,如抓取,插入和擰緊等動(dòng)作。裝配機(jī)器人機(jī)構(gòu)合理，性能完善，必將加速產(chǎn)品化的進(jìn)程；改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。這將意味著裝配工作的生產(chǎn)自動(dòng)化的開始，開辟了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域。六、已具備的條件和尚需解決的問題已具備的條件：如今自動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展突飛猛進(jìn)，多自由度，多功能的機(jī)器人的技術(shù)也日臻成熟，為我們的研究帶來了很大的幫助。有待解決的問題：如何展開分析克服螺釘自動(dòng)裝配作業(yè)中存在的認(rèn)扣成功率低、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、專用設(shè)備成本較高等缺點(diǎn),在分析典型軸孔間隙配合插入問題的基礎(chǔ)上,采用什么樣的方法對螺釘在螺孔中裝配時(shí)的允許傾斜角度進(jìn)行計(jì)算,闡述螺釘認(rèn)扣過程中的幾種狀態(tài)。七、指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽名：年月日摘要機(jī)器人技術(shù)正在以飛快的速度向前發(fā)展，對機(jī)器人這一概念的理解及定義也在變化。機(jī)器人的應(yīng)用和普及正在改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式、生活方式和作戰(zhàn)方式。在非常規(guī)和極端制造過程中，工業(yè)機(jī)器人是不可缺少的自動(dòng)化裝備。機(jī)器人技術(shù)是高科技的重要組成部分，融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)、人工智能等許多學(xué)科的知識，涉及到當(dāng)今許多領(lǐng)域的前沿技術(shù)。機(jī)器人是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化生產(chǎn)設(shè)備，特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)，對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。關(guān)鍵字：機(jī)器人技術(shù)高科技智能系統(tǒng)ABSTRACTTherobottechnologyisdevelopingwithareallyfastspeed.Theunderstandingofithaschengedalottoo.Thewidelyspreadingandusingrobothasmadeabiginfluenceinthewayofourhumanlifeintheinproductionandotherparts.Intheunnormallyandextremelyproductioncourse,theindustryrobotIndispensableautomationequipment.Robotictechnologyisanimportantpartofhigh-tech.Shirt-sleevemechanicalandelectronicsensorcomputeraiandmanyothersubjectknowledge,Involvesmanyoftoday'sdomainfronttechnology.Therobotisahumanoidoperatingautomaticcontrolrepeatableprogrammingwitchcanfinishallkindsofassignmentssuchas3dspaceelectromechanicalintegrationoftheproductionequipment.Particularlysuitableformanyvarietiesofflexibleproduction,variablebatchofstabilitytoimproveproductquality,raiseefficiencyinproduction,improveworkingconditionsandproductrapidrenewalplaysanextremelyimportantrole.Currently,theindustrialrobottechnologyisthedirectionofintelligentmachineandintelligentsystemdevelopment,thetrendofitsdevelopmentmainlyfallinto:structureofmodularandreconfigurablechange;Controltechnology,andPCnetwork;Servodrivetechnologydigitalanddecentralization;Multisensorfusiontechnologyinapplication;Workenvironmentdesignandoptimizationofhomeworkflexibility.1國外機(jī)器人的研究和發(fā)展?fàn)顩r第一臺Unimate型Robot在美國問世至今已45年了，機(jī)器人技術(shù)正在以超乎一般人所預(yù)料的速度向前發(fā)展，對機(jī)器人這一概念的理解及定義也在變化。1984年末著名科學(xué)家錢學(xué)森指出：“所謂機(jī)器人，就是指那些有特定功能的自動(dòng)機(jī)，它是機(jī)電一體化的，具有人工智能因素的80年代高技術(shù)，是新技術(shù)革命的重要內(nèi)容之一?！边@是最有權(quán)威和精辟歸納的定義，也為20年來的實(shí)踐所證實(shí)其遠(yuǎn)見卓識。機(jī)器人是人類20世紀(jì)的重大發(fā)明之一。據(jù)國外專家預(yù)測,21世紀(jì)將是機(jī)器人技術(shù)革命的世紀(jì)，機(jī)器人作為全面延伸和擴(kuò)展人的體力和智力的手段將實(shí)現(xiàn)“當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化”。機(jī)器人的應(yīng)用和普及正在改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式、生活方式和作戰(zhàn)方式。在非常規(guī)和極端制造過程中，工業(yè)機(jī)器人是不可缺少的自動(dòng)化裝備。高科技是那些對國家軍事、經(jīng)濟(jì)有重大影響，具有較大社會意義或能形成產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)和尖端技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)是高科技的重要組成部分，融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)、人工智能等許多學(xué)科的知識，涉及到當(dāng)今許多領(lǐng)域的前沿技術(shù)。機(jī)器人是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化生產(chǎn)設(shè)備，特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)，對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）統(tǒng)計(jì)，世界機(jī)器人市場前景看好，從20世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進(jìn)入90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長率平均在10%左右，2000年增長率上升到15%，預(yù)計(jì)21世紀(jì)初，工作在各領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人將突破100萬臺。正如《21世紀(jì)日本創(chuàng)建機(jī)器人社會技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》指出，“機(jī)器人技術(shù)（RT）與信息技術(shù)（IT）一樣，在強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)競爭力方面是極為重要的戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域。培育未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是支撐21世紀(jì)日本產(chǎn)業(yè)競爭力的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略之一，具有非常重要的意義?！弊罱n國也將智能機(jī)器人作為十大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一列入國家發(fā)展規(guī)劃（2003-2007年），現(xiàn)正在實(shí)施中。機(jī)器人廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。主要進(jìn)行焊接、裝配搬運(yùn)、加工、噴涂、碼垛等復(fù)雜作業(yè)。目前，全球現(xiàn)役工業(yè)機(jī)器人83萬臺。過去10年，機(jī)器人的價(jià)格降低約80%，現(xiàn)在繼續(xù)下降，而歐美勞動(dòng)力成本上漲了40%?，F(xiàn)役機(jī)器人的平均壽命在10年以上，可能高達(dá)15年，它們還易于重新使用。由于機(jī)器人及自動(dòng)化成套裝備對提高制造業(yè)自動(dòng)化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力、改善勞動(dòng)條件等起到了重大的作用，加之成本大幅度降低和性能的迅速提高，其增長速度較快。據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會及聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會（UCENE）統(tǒng)計(jì)，2001年機(jī)器安裝量為7.8萬臺套，年增長率9%;機(jī)器人的應(yīng)用主要有兩種方式，一種是機(jī)器人工作單元,另一種是帶機(jī)器人的生產(chǎn)線，并且后者在國外已經(jīng)成為機(jī)器人應(yīng)用的主要方式。以機(jī)器人為核心的自動(dòng)化生產(chǎn)線適應(yīng)了現(xiàn)代制造業(yè)多品種、少批量的柔性生產(chǎn)發(fā)展方向，具有廣闊的市場發(fā)展前景和強(qiáng)勁生命力，已開發(fā)出多種面向汽車、電氣機(jī)械等行業(yè)的自動(dòng)化成套裝備和生產(chǎn)線產(chǎn)品。在發(fā)達(dá)國家，機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線已形成一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，年市場容量約為1000億美元。像國際上著名公司ABB、Comau、KUKA、BOSCH、NDCSWISSLOG、村田等都是機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線及物流與倉儲自動(dòng)化設(shè)備的集成供應(yīng)商。機(jī)器人涉及到機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)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)展與上述學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。機(jī)器人在制造業(yè)的應(yīng)用范圍越來越廣闊，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。機(jī)器人應(yīng)用從傳統(tǒng)制造業(yè)向非制造業(yè)轉(zhuǎn)變，向以人為中心的個(gè)人化和微小型方向發(fā)展，并將服務(wù)于人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域總趨勢是從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)（RT）概念轉(zhuǎn)移；從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決工程應(yīng)用方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)（RT）的內(nèi)涵已變?yōu)椤办`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實(shí)在動(dòng)作功能的智化系統(tǒng)”。目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。2國內(nèi)機(jī)器人的研究和發(fā)展?fàn)顩r我國的機(jī)器人研究開發(fā)工作始于上世紀(jì)70年代初，到現(xiàn)在已經(jīng)歷了30年的歷程。前10年處于研究單位自行開展研究工作狀態(tài)，發(fā)展比較緩慢。1985年后開始列入國家有關(guān)計(jì)劃，發(fā)展比較快。特別是在“七五”、“八五”“九五”機(jī)器人技術(shù)國家攻關(guān)、“863”高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，我國的機(jī)器人技術(shù)取得了重大發(fā)展。在機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析與綜合研究，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制算法及機(jī)器人編程語言的研究，機(jī)器人內(nèi)外部傳感器的研究與開發(fā)，具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術(shù)、遙控機(jī)器人的控制技術(shù)等均取得長足進(jìn)展，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用。在機(jī)器人的單元技術(shù)和基礎(chǔ)元部件的研究開發(fā)方面：諸如交直流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測速發(fā)電機(jī)光電編碼器、液壓（氣動(dòng)）元部件、滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、諧波減速器、RV減速器、十字交叉滾子軸承薄壁軸承等均開發(fā)出一些樣機(jī)或產(chǎn)品。但這些元部件距批量化生產(chǎn)還有一段距離。在機(jī)器人控制裝置的研制方面：已開發(fā)出具有雙CPU、多CPU和分級分層控制的機(jī)器人控制裝置多臺主控計(jì)算機(jī)的檔次也逐漸升級。在機(jī)器人操作機(jī)研制方面：已開發(fā)出一些先進(jìn)的操作機(jī)和特種機(jī)器人，如AGV（自動(dòng)導(dǎo)引車），壁面爬行機(jī)器人，重復(fù)定位精度為±0.024的裝配機(jī)器人，可潛入海底6000米的水下機(jī)器人，移動(dòng)機(jī)器人，移動(dòng)遙控機(jī)器人，主從操作機(jī)器人等，有些已達(dá)實(shí)用化水平并用于實(shí)際工程。在機(jī)器人的應(yīng)用工程方面：目前國內(nèi)已建立了多條弧焊機(jī)器人生產(chǎn)線，裝配機(jī)器人生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線。國內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)研發(fā)力量已經(jīng)具備了大型機(jī)器人工程設(shè)計(jì)和實(shí)施的能力，整體性能已達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，而整體價(jià)格僅為國外同類產(chǎn)品的三分之二甚至一半，具有很好的性能價(jià)格比和市場競爭力。我國現(xiàn)有主要生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人廠家其生產(chǎn)規(guī)模較小，這與當(dāng)前市場需求有較大差距（如表1.2示）。生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到大批量生產(chǎn)能力，才能提高機(jī)器人的穩(wěn)定性、可靠性及降低成本，才能占領(lǐng)國內(nèi)市場。目前主要生產(chǎn)第一代示教再現(xiàn)型機(jī)器人。隨著建筑施工、石化、食品、核工業(yè)、水下、高空及微加工行業(yè)的需求，將推出一批新機(jī)型，如大負(fù)載、高精度、蛇形的、無人飛行器以及家用、病人護(hù)理、盲人引導(dǎo)犬等。目前正在逐步建立上海、沈陽、北京機(jī)器人及其自動(dòng)化生產(chǎn)線產(chǎn)業(yè)基地，開發(fā)出一批有市場前景的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人及其自動(dòng)化生產(chǎn)線產(chǎn)品。進(jìn)一步加強(qiáng)與外企合作，引入先進(jìn)技術(shù)及資金使我國成為國際生產(chǎn)機(jī)器人基地，占領(lǐng)國內(nèi)市場，走向世界。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展長期以來受限于成本較高與國內(nèi)勞動(dòng)力價(jià)格低廉的狀況，隨著中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展，近幾年的國民生產(chǎn)總值年平均增長率更是保持在9%左右，人民生活水平不斷地提高，勞動(dòng)力供應(yīng)格局已經(jīng)逐步從“買方”市場轉(zhuǎn)為“賣方”市場、由供遠(yuǎn)大于求轉(zhuǎn)向供求平衡。作為制造業(yè)主力的農(nóng)民工也從早期的僅解決溫飽問題到現(xiàn)在對薪資和工作條件提出了更高的要求。這些情況使得許多勞動(dòng)密集型企業(yè)為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率所采用的增加工人數(shù)量、延長工人勞動(dòng)時(shí)間的方法變得成本高昂，同時(shí)也受到法律的限制和政策的阻礙。無論是企業(yè)還是社會都認(rèn)識到必須采取從改善機(jī)器設(shè)備入手，提高技術(shù)和資金的密集度來減少用工量以應(yīng)對這種改變?？傊瑒趧?dòng)力過剩程度降低、單個(gè)工人成本上升、對產(chǎn)品質(zhì)量更高的要求、國家對裝備制造業(yè)的重視等變化改善了機(jī)器人的使用環(huán)境，工業(yè)機(jī)器人及技術(shù)在中國已逐步得到了政府和企業(yè)的重視。隨著機(jī)器人知識的廣泛普及，人們對于各種機(jī)器人的了解與認(rèn)識逐步深化，利用機(jī)器人技術(shù)提升我國工業(yè)發(fā)展水平、從制造業(yè)大國向強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，提高人民生活質(zhì)量成為全社會的共識。3機(jī)器人的發(fā)展趨勢從近幾年世界機(jī)器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動(dòng)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(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)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：1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(jià)格不斷下降。2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。3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。4機(jī)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。5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)際應(yīng)用的領(lǐng)域?？傮w趨勢是，從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)殪`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實(shí)際動(dòng)作功能的智能化系統(tǒng)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)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。參考文獻(xiàn)[1]孟威,張伯鵬,趙大泉,徐家球，鄭力.《螺釘自動(dòng)抓拿認(rèn)扣裝置的設(shè)計(jì)》[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),2000,(8).[2]張效祖.《工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》[J].WMEM,2004,(5).[3]馮光濤,張偉軍，趙錫芳，秦志強(qiáng).《機(jī)器人裝配操作的規(guī)劃與控制》[J].機(jī)器人,2001,(1).

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