球坐标机械手的设计【250N】（全套含CAD图纸）
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机器人 1960 年初 ， 约瑟夫 恩格柏格和乔治迪沃 尔 联 合 创建一个机器人 公司 美国通用机械公司 ，从此工业机器人开始变为现实。 机器人 并不只是另一种 自动化机器。自动化始于工业革命期间，用机器来完成先前人工完成的工作。然而，这种自动化机器仅仅能做到为它设计的特定工作，而机器人能执行各种各样的工作 。 机器人必须有一对手臂。在装卸自动化机器、喷漆、焊接时，手臂必须能够复制人类工人的动作，并且能成千上百次完成传统自动化机器不能完成的工作。 机器人的定义 机器人工业协会 (表了一个 机器人的定义 ， 试图阐明 哪些 机器 仅仅是 自动化 机械， 哪些机器 才是真正的机器人。 定义如下 ： 机器人是一种可重新编程的多功能机械手，为实现各种任务设计成通过可改变的程序动作来 移动材料、零部件、工具、 或专门装置。 这个定义比 本书末尾 语汇编 的定义更加广泛，是更合适 机器人的定义。当我们看到这个短语的定义 ， 我们会了解哪些机械是真正的机器人而哪些机械只是专用 自动化 机器。 首先，机器人是“可重编程的多功能操纵手”。 这句话告诉我们，机器人可以通过改变其内存中存储的信 息 进行示教（重编程） 使机器人做不同的工作。可 对 机器人重新编程 ，使其装卸自 动化机器、喷漆、焊接以及做许多其他的工作（多功能）。机器人是“机械手”。 机械手是 手臂 （或手）可以拿起或移动 物品，在这一点上，我们知道，机器人是 一个 可以 示教从而 做 各种 不同工作的机械手臂。 定义说，机器人“设计成通过可改变的程序动作来移动材料 、零部件、工具、 或专门装置。”材料包括木材 、 钢材 、 塑料 、 纸板 . 机器人也可以处理已加工完成的零部件。例如，机器人可以将 一块 钢装入数控车床，并卸出车床中 已加工 完成的零件。 除了处理材料和零部件，机器人 还 可以安装如磨床 、 缓冲器 、 螺丝刀 、 焊枪 等 工具来执行有效的工作。 2 在制造工厂中机器人也可以配备专门的仪器或设备来完成特殊的工作。机器人可以安装摄像机来检验零件或产品。也可以配备激光器来精确测量正在加工的零件的尺寸。 定义 用 “ 通过可改变的程序动作来完成各种不同操作 ” 这句话进行结尾 ， 这句话强调的事实是 ： 在制造工厂 ， 机器人可以做许多不同的工作。机器人能做的工作 种类只受限于 应用工程师的 创造性 。 机器人的工作 由机器人完成的工作可分为两大类：危险性工作和重复性工作。 危险性工作 许多机器人应用于对人类有危险的工作。这些工作因为有毒气体、较重材料的 处理、高温材料的处理、在旋转 或冲压 机械旁工作或环境中含有高浓度的辐射而被认为是危险的工作。 重复性工作 除了担任危险的工作外，机器人也非常适合做那些在制造工厂里必须做的完全重复的工作。许多工厂的工作要求一个人表现得更像一个机器 ， 而不像一个人类。这项工作可能要将一个工件从这里 取起 并把它 放 到那里。同样的工作每一天都要做上百次。这个工作对判断力和能力要求较少。这并不是批评做这份工作的人 ,而是仅仅指出这些工作存在于许多行业，并且必须完整的完成产品的制作。机器人可以在这样的工作情况下工作，并且不会抱怨 和经受 与 这些工作相关的疲劳和厌倦。 机器人的速度 虽然机器人提高了制造工厂的生产率 ， 但是他们也并不是很快。目前 ， 机器人正常运作速度或许已经接近人类操作员的速度。机器人的每个主要运动通常需要大约 1 秒时间。对一个机器人来说 ,让它们将一块钢从输送机到装载进数控车床大约需要十个不同的动作，这个动作将耗费 10 秒。人类操作员能在同样的时间里完成相同的工作。生产力的增长是一致性的操作的结果。在工作期间人类操作员一遍一遍的重复同样的工作 ， 他或她就会慢下来。机器人在程序化的速度下连续的工作 ,因此在工作日内能完成更多的零件。 可以制造 定制的 自动化设备做与机器人同样的工作。这种 定制 的自动化设备可以在3 不到一半的时间里完成机器人或人 们的装载工作。问题是设计并制 造这种特殊的机器 ,它只能完成特定的 或定制的 工作。如果在工作中有任何改变 ， 这台机器必须完全重建 ， 或仪器必须 报废 并设计制造另一台新 的机器 。另一方面，机器人可以重新编程 ， 并且在同一天就可以做新的工作。 定制 的自动化设备在工业中仍然有一定的作用。如果公司知道一份工作多年来不会改变 ， 尽快的定制自动化机器仍然是一个不错的选择。 在工厂中有其他的一些定制的自动化设备不能轻易的完成 的 工作 。对于这些工作机器人可能是个不错的选择。 其中一个例子就是 喷漆 ，它 是一项具有危险性的工作 ， 因为从许多油漆散发出来烟雾都是有毒和易爆的。现在由机器人来做外壳喷漆的工作。机器人已经被“ 示 教” 进行 喷涂由公司制造的不同大小的外壳 尺寸。另外，机器人可以在喷漆室这种有毒的环境下工作，从而毋须考虑 这种烟雾对工作在室内的人长期的影响。 柔性 自动化 机器人有另一个优点 :“他们 在制造工厂 可以 做不同的工作”。如果机器人在最初购买是用于装卸冲床并且这个工作在产品设计上不再需要改变时 ,在工厂里机器人可以去做另一个工作。例如 ， 它可以 移到 装配操作的 末端 来 卸载从输送机运输来的已完成的附件，并放到 货 盘 出货。 准确性和重复性 机器人的一个重要特征是能准确的完成其任务。当机器人编制程序程以执行特定的任务时 ， 它被引导到 确定特定的点并且编制程序来记录所在点的位置 ， 程序 编制 完成后 ，机器人转向“运行” 并 执行程序。可惜的是 ,这个机器人不会 走到所有 程序设定点的准确位置 ， 例如 ， 机器人可能会产生与确切点 寸的误差。机器人在第一次执行点的计划中，如果 寸是最大误差 ， 就说明该机器人的精度为 寸。 除了准确性 ， 我们也关心机器人的可重复性。一个机器人的重复性 是 衡量 其每次程序执行后返回到与其程序点之间的位置 接近程度 。举例来说 ,第一次执行程序时，机器人产生 寸的误差，在接下来的执行计划中，机器人在到达这个点之前的循环会产生 寸的误差。 虽然 机器人共有 寸的误差 。但 从最初的编程点 ， 其精度为 寸 ， 其重复 性 为 寸。 4 机器人的主要部件 机器人的主要部件有机械手、电源、控制器。 机械手用来抓取制造中所需要的资料 ， 零件 ， 或特殊工具。电源提供机械手运动的动力。控制器用来控制电源 ， 使机械手完成其任务。 机器人的轴运动 机器人机械手的 不同运动形式 是由 机器人的自由度数或轴 来定义的 。如果机器人的机械臂可以旋转 ， 这个机器人可以称为是一个单轴机器人。如果机械手可以上下移动以及旋转 ， 机器人可称为双轴机器人。如果除了旋转运动和上下运动 ，机械手也可以延长其手臂， 或称为 “延伸”， 这个机器人可认为是一个三轴机器人 (如图 大多数工业机器人都有三个主轴运动 (旋转、上下 、 延伸 )以及一些 短轴 运动。 图 两个线性轴和一个旋转轴运动的三轴机器手 机器人的 短轴 存在于 机器人的手腕 ， 机器人的手 腕与机器人手臂的末端连接。机器人手腕有三个 可能的 运动 或 轴 ： 俯仰 、 翻转 、 偏转 （如图 手腕上下弯曲是 俯仰 运动，手腕的 转动 是 翻转 运动，手腕的 侧面 运动 偏转 运动。 5 图 器人手腕的三个自由度 长轴与短轴的结 合给了机器人六种能完成 的动作 (六轴或六个自由度数 )。许多工业机器人装配了所有的六轴 ， 然而 ， 其中 有三个 长 轴 ， 仅 仅 只有一个或两个短轴。 机器人的分类 机器人的手臂 末端 可以达到的总面积称为 工作区间 。 根据其工作区间， 机器人可以分为四 类 ： 圆柱坐标机器人 、 直角坐标机器人 、 球坐标机器人和关节坐标机器人。也可以按控制方式， 将 机器人 分为三种运动形式 ： 拾取和放置运动 、 点到 点运动 、连续轨迹 运动 ,这些术语描述机械手在其工作区间的动作。 本文摘 选自“机器人及自动化系统”，罗伯特 L胡克斯特拉， 南西部出版公司， 1986 年。 6 a in 960s up to a A is by a do it a a of A an be to of a in of be a in an to IA is as A is a to or of a of is in IA at of is an of a We at at a so as to in a is a “ In IA us a be to do by in A be to do A is a “ A is or up or At we a is an be to do on to a to is in of a 7 A a a of an a of In to a be as to be or to do in a be of or be to of IA of a of a do in a of a do is by of by be of in to be of of of of or or of n to to be in in a to a a be to a up it is of or no or no is as a of is to of in be to of A be at a or a 8 in a At at or of a of a a to us a of a it a as as A do in of in is a of of As he or to to at be to do An do in by a or a a is a or it If is in he or be a A on be in If a a is a in be a be a An of an is is a A is of on A to of In in of on a in be to do in If a to a is no to a in be to in be to of be to a a 9 ne of is it is to a it is to to of is is go to of is by of is to an In to we s of a is a of it to is a is of it is a of a he of a is to up or in to so be to
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