B543做工业机器人某个机构,该机构能实现某个功能或动作。
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- 1 - a of a is to a of be of be in in a is to in in to on of by of of is by a . n be of to of to be in an In a is to on by it be to to to of to to a in of - 2 - is of is by of of is is by be at to In to a is no In by be is on of be In of is is as a of be to be a of of to in by is by to he of is is on a of In we an of be is f of of i = 1,2,3) , In to a in of is of to is is by of on is In be So we - 3 - to of of of to we on of is by of is on is . he of 1) is a on In is no 2i 0x （ 1） be We as 220 （ 2） be In 2) if we - 4 - be 2222220x x , y ) 2 ( x , y ) ( x x , y )x( x , y y ) 2 ( x , y ) ( x , y y )y （ 3） x ， y x, y If is is i 1 , j( x x , y ) 3) is in 1 , 1 , , 1 , 1 , 0i j i j i j i j i j （ 4） as a be 5) as i , j i 1 , j i 1 , j i , j 1 i , j 114 （ 5） In as in be by i , j , k i 1 , j , k i 1 , j , k i , j 1 , k i , j 1 , k i , j , k 1 i , j , k 116 （ 6） In to we as n 1 n n 1 n n 1i , j i 1 , j i 1 , j i , j 1 i , j 114 （ 7） ,is n +1 )of In as a is as is of By of be as in be - 5 - be on to on is to to B. he by if is on we to In to we of By by to on we to In by C. we is in is to be a in is as a is To to of is if in is as In of in to of a a at if is as in on a a In we as of is as 1.4m, 2.0m, 2.0m , m 0.1 m at a of of So is a of - 6 - us we it is to in is In on is 3. if we of be to of as 1 2 31 6 0 . 7 , 3 2 . 8 , 7 6 . 5o o o As is If is to at of 0, 0), is in on we to by in A. 2 n to is to as 1of of 36 4 . 3 , 9 0 o 231 6 6 . 5 , 7 6 . 5 o In 80 - 7 - in is by by is a of a by of we of 180 180 be 180 to in to of to at by of 180 in it is 180 is . B - 8 - V. n a a by By be be be to of by - 9 - 工业机器人 避碰路径规划 要 ：本文论述的是 工业机器人 路径规划，这种规划主要运用的是避碰算法。对于未来的 工业机器人 操作，自主控制的路径规划方法可以受到固定指令的支配去捕获目标，不用一直受地面站的控制。尤其是从始至终要考虑到避免与目标本身的碰撞，一旦地点、形状和目标的控制点得到确认，这些点将在配置空间中表示出来。为了避 免死锁现象的发生，本文利用了一种势场域算法，也就是将拉普拉斯势函数的应用在配置空间中获取路径。通过利用平滑路径的方法，我们已经在路径生成方面做了一定的改进。这种方法主要是利用样条函数插值，它减少了计算负荷和产生 工业机器人 的平滑路径，这种方法的有效性可通过几个数字模拟来展现。 关键字 ： 工业机器人 、路径规划、避碰、势函数、 样条内插 1 介绍 未来的空间发展中， 工业机器人 及其自主性能将成为航天科技的关键特征。这种 工业机器人 将在构建空间站和执行航天器的检查和维护方 面发挥重要的作用。这些机器人将以自主的形式取代航天员进行舱外活动。上述机器人运行的一个基本和重要的任务就是由机械臂捕获在轨道上自由飞行的目标 ， 为了这项捕获操作的正常进行，要求将机械臂从初始位置移动到末位置而不与目标发生碰撞。 这种空间配置和人工势场的方法通常应用于普通机器人的运行规划 当中 ，使机器人的机械臂能够回避障碍 物 和朝目标移动。 出了一种运动规划的方法，在这种方法中定义了障碍物与机器人的每个链接的排斥势，还定义了机器人的末端执行器与目标的吸引势，并通过计算势场和势场的梯度而生成了最优路径。根 据这种实时操作的简单性和适应性， 我们得知 该方法是有效的。 但是在吸引势场和排斥势场的共同作用下会产生局部极值点，这将导致所谓的死锁现象。为了解决上述问题， 科研人员 提出了一些方法，例如拉普拉斯算法的使用。这种方法保证了势场域不存在局部极值点，即无死锁现象。势场域分为很多小格，势场域的每个节点的离散值将被唯一确定。 - 10 - 本文对上述缺陷的消除，提出了样条插值技术。给定的节点作为路径的一部分将被定义为平滑样条函数的一部分。为了捕获到目标， 工业机器人 的 路径规划运用了数字模拟技术，它是通过对势场域求解拉普拉斯函数来实现的， 并且从最初的位置到末尾位置的样条插值来产生连续光滑的路径。 2. 机器人模型 工业机器人 的模型如图 1所示：机器人被安装在航天器和两个旋转接头上，这两个旋转接头可以实现末端执行器的平面运动。这种情况下，我们的航天器的姿态角有一个额外的自由度，我们将这个额外的自由度视为额外的旋转接头。这意味着 工业机器人 有三个自由度的链接，每个链路的长度和每个旋转关节角度，分别由和(i = 1,2,3)表示。为了简化这个讨论，本文做了一些假设： （ 1） 工业机器人 的运动是平面 的，即二维； （ 2） 机器人机械臂的运动对航天器姿态的影响是可以忽略的； （ 3） 机器人运动给出了静态几何关系，并没有明确的依赖时间； （ 4） 目标卫星在惯性的作用下是很稳定的； 一般情况下，平面运动和空间运动将分别进行，所以我们可以假设上面的第一个不失一般性，第二个假设来自机械臂和航天器质量比的比较 ， 对于第三个假设，我们专注于生成机器人的路径规划，这基本上是由几何关系的静态性质决定，因此并不依赖明确的时间，最后一个就是合作卫星。 图 1 双链路 工业机器人 - 11 - 3 路径规划算法 拉普拉斯势场域导引 ： 的拉普拉斯方程求解称为谐波的势场域功能，并且最大值和最小值仅发生在边界处，在生成的机器人路径中，边界处代表障碍物和目标 ， 因此在此范围中定义势场域，除了目标处其他位置不会发生局部极值点的问题，这为路径的生 成消除了死锁现象。 2i 0x (1) 拉普拉斯方程可以数值求解，我们定义了二维拉普拉斯方程，如下 公式所示 ： 220 (2) 这将转化成差分 方程，并通过高斯 方程 (3)中，如果采用的二阶导数的差分公式，可以得到以下的差分公式： 2222220x x , y ) 2 ( x , y ) ( x x , y )x( x , y y ) 2 ( x , y ) ( x , y y )y (4) x ， y 的代数值代表每个相邻节点的 X、 设长度等同于使用以下符号： i 1 , j( x x , y ) 然后，方程 3用以下方程表达： i 1 , j i 1 , j i , j 1 i , j 1 i , j 0 (5) 结果二维 拉普拉斯方程转变为方程 5，如下： i , j i 1 , j i 1 , j i , j 1 i , j 114 (6) 同样的方式，在三维的情况下，三维的拉普拉斯方程的差分方程由下式易得： i , j , k i 1 , j , k i 1 , j , k i , j 1 , k i , j 1 , k i , j , k 1 i , j , k 116 (7) - 12 - 为了解决上述方程，我们应用了高斯赛德尔算法和求解方程，如下： n 1 n n 1 n n 1i , j i 1 , j i 1 , j i , j 1 i , j 114 (8) 1, 表示势场域的迭代计算结果。 在上述的计算中，作为边界条件，定义特定的正数0来表示障碍物和目标 。为保证初始条件相同，给所有的自由节点赋同样的数值0。 通过这种方法 ， 在迭代计算的边界节点 获得的 的值将不会改变，而且自由节点的值是不同。 我们 应用相同的域值作为障碍物，并且按照迭代计算 方法 ， 则 目标周围较小的势场域会像障碍物一样缓慢的向周围传播，势场域 就是 根据上述方法建立 的 。 采用 4节点相邻的 工业机器人 存在的节点上的势场，最小的节点选择移动到另一点，这个过程最终引导机器人无碰撞的到达目标的位置。 样条内插法 ： 通过上述方法给出的路径不能保证能够与另一个目标顺利连接，如果节点上没有给 定目标，我们会将栅格划分成的更小，但这将增加计算量和所用时间。为了消除这些弊端，我们提出利用样条插值技术。通过在将节点解给出的通过点的道路上 ， 我们试图获得顺利连接路径与准确 获取 最初的和最后的点。本文主要是通过 配置空间 ： 当我们在应用拉普拉斯势域的时候，路径搜索只能 在 当机器人在搜索空间 过程 中表示成一个点的情况下才能保证实现。配置空间 (中机器人仅表示为一个点 ， 主要是用于路径搜索。将真正的空间转换到 须执行判断碰撞条件的计算，如果碰撞存在 ,相应的点在 文中，在生成势场域时，所有现实空间的点的生成条件对应于所有的节点都是经过计算的。在构成的机械臂和生成的节点的障碍物出现判断选择时，该节点可以看作是在 数值仿真： 基于上述方法对于捕获目标卫星路径规划的检查是使用 工业机器人 模型进行的。在本文中 ， 我们假设 工业机器人 二维和 2自由度机械手臂见图 1。 每个链接的长度给出如下 : - 13 - 1.4m, 2.0m, 2.0m 并假设目标卫星有 1平方米 。 掌握处理 1平方米的范围，是以目标中心的一侧为中心的 ， 所以这种处理方法就是最优路径的一个选择。 我们来解释一下 工业机器人 和目标卫星的几何关系，在捕捉到目标后，我们再回想一下整个操作过程，让 工业机器人 有更大的可操作性是完全可行的。因此在本文中，可操作性最大化的情况下，末端执行器将到达指定目标位置。在 3个自由度的情况下，并不是根据航天器机体的角度，可操纵性由2, 3来衡量。 如果我们假设 工业机器人 的末端应垂直于目标 ,然后所有的关节角度是预先确定的，数值如下 : 1 2 31 6 0 . 7 , 3 2 . 8 , 7 6 . 5o o o 因为所有的关节角度是确定的，航天器之间的相对位置和目标也唯一确定，如果飞船被认为定位在原点的惯性坐标系 (0,0),目标坐标在上面的情况下是给出的(基于这些准备，我们可以通过在配置空间中机械臂的移动搜索来到达目标位置。 为了简化境况，一开始就假设姿态角 (链接 1 关节角 )符合理想情况。假定的坐标系统图 2 所示 图 2 2 个自由度的路径规划问题 为计算初始条件的链接 2 和它的目标角度，应考虑1的大小： - 14 - 初始角度：236 4 . 3 , 9 0 o 目标角度：231 6 6 . 5 , 7 6 . 5 o 在这种情况下，势场域分成 180 段计算成 C 空间。图 3 显示的 C 空间和计划中的很大一部分的中心是由航天器本体映射的障碍了 ， 左边部分是目标卫星的映射。图 4 显示的是生成的路径，这是通过利用离散数据点平滑交替生成的样条插值曲线。当我们考虑航天器本体的旋转时， 相当于 +180 度状态，然后，状态超过 时，它将从 180 度再次转到 是由于这个原因，为了保证 旋转的连续性，我们需要充分利用周期性的边界条件。为方便观察路径，航天器机体的映射体积忽略不计。同时为了路径表述的更加简单，附有在1方向上 范围的连接的插图，并做了说明。从图中可以很容易看出在 的范围内，沿着路径走向目标 C， B 和 C 是走向相同的目标点。 图 3 两个自由度的 C 空间 图 4 C 空间的路径（ 2 个自由度） 广西科技大学 毕业设计（论文）说明书 课题名称 工业机器人夹持器的 设计 系 别 职业技术教育学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自 班 学 号 姓 名 指导教师 2016年 3 月 1 日 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 I 摘 要 本次的设计来源于工业机器人夹持器机构更新换代基础之上，通过设计出工业机器人夹持器，从而来满足当今工业机器人组成机构之一的夹持器各方面性能不足的缺陷。本毕业设计课题来自于企业的生产实际，通过设计出新型工业机器人夹持器，从而来掌握工业机器人夹持器的整个设计生产流程，培养工程意识。 我国生产的工业机器 人夹持器从仿制开始起步，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的工业机器人夹持器的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，工业机器人夹持器的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的工业机器人夹持器势在必行！ 本文通过运用大学所学的知识，提出了工业机器人夹持器的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了工业机器人夹持器总的指导思想，从而得出了该工业机器人夹持器的优点是高效，经济，并且安全系数高，对提高工业机器人 的工作效率，减少人工投入，增强夹持质量等等起到了很大的作用的结论。 关键词：工业机器人夹持器；高效；人工投入；结论 of is to of of is of be s as is a to of to to a to on on of to on as as at a is a of is in 录 1 绪论 . 1 题的来源与研究的目的和意义 . 1 业机器人 的组成 . 2 组成 . 3 业机 器人的分类 . 4 内外发展状况 . 5 业机器人的成本与人工成本的比较 . 6 业机器人的作用 . 8 2 工业机器人 的设计方案 . 10 标型式与自由度 的设计 . 12 部结构方案 的 设计 . 14 腕结构方案 的 设计 . 15 臂结构方案 的 设计 . 16 3 工业机器人夹持器 结构 的 设计 . 18 持式手部结构 . 20 . 22 . 24 设计 . 26 缸驱动力矩的计算 . 28 缸驱动力矩的计算校核 . 29 4 工业机器人夹持器中关键零部件的强度计算与校核 . 30 轮的强度计算与校核 . 32 的强度计算与校核 . 33 结论 . 34 致谢 . 35 参考文献 . 36 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 1 1 绪 论 题的来源与研究的目的和意义 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术 的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机 械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 大脑和手 之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 2 支机构。在 第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。 从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。综合和专业水平。有机械工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。 当今社会，过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利 于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年 的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 3 1987 年，日本 装备工业机器人夹持器的机械人投放市场，获得成功。欧洲的 业机器人夹持器也将新开发的工业 机器人夹持器装配在工业机器人上。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行工业机器人夹持器的研发工作。现在国外等著名机械人品牌中，都有配备工业机器人夹持器的销售，全世界工业机器人夹持器的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，装备有工业机器人夹持器的机械人市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此工业机器人夹持器是当今机械人比配的装置已经成为主要趋势。目前工业机器人在各个领域的应用情况如下图 1示： 图 1业机器人的具体分布 业机器人 的组成 业机器人 的组成 工业机器人主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图、具体结构图分别如下图 22示。 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 4 图 2业机器人组成方框图 图 2体结构图 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 5 (一 )执行机构 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 1、手部 手部是与物件接触的部件，根据与物件的接触形式，可以分为夹持式和吸附式两种。夹持式的手部由手指和传力机构两部分组成。而手指是直接接触物件的，它的运动形式有平移型和回转型。回转型手指因 其结构简单，制作容易，进而得到的广泛的应用。传力机构的形式分为：连杆杠杆式、滑槽杠杆式、齿轮齿条式、斜面杠杆式、重力式和丝杠螺母弹簧式等。这是工业机器人夹持器的核心部件之一，手部结构设计的好与坏与工业机器人夹持器的功用性能的好坏有直接的关系。 2、手腕 起到连接手部和手臂部分的组件就是手腕，可以用来调整抓取的方向和抓取的姿势。 3、手臂 手臂起到了支撑物件、手腕、手部的作用，它可以带动手指进行物件的抓取，并且按照要求将物件搬运到预定的位置。在工业上，工业机器人的手臂一般采用由驱动手臂运动的部件与驱动 源相互配合的方式来进行工作，进而实现手臂完成各种方式的运动。 4、立柱 立柱可以说是属于手臂，其作用式支撑了手臂，并且与手臂的回转和升降于东有着密切的联系。工业机器人的立柱有时可以进行横向移动，称为可移式立柱。 5、行走机构 因在工业中工作的需要，在完成较远距离的操作，要进行移动，可在机座上安装滚轮式行走机构。行走机构可分为滚轮和轨道等行走机构。滚轮式可分为有轨道和无轨道两种。对于驱动滚轮运动则应该另外增设其他的机械传动装置。 6、机座 工业机器人的各种部件和驱动系统都安装在机座上，机座起到了连接和 支撑的作用。 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 6 业机器人 的 分类 随着机械工业的发展与进步，工业机器人技术和相关产品强度以及可靠性得到了不断地增强，有望应用于教学和一些新的其他领域。 随着我国加入 有我们创建的模式十分完美地与网络技术结合在一起，才能建立一个充满生机的社会环境，工业型机器人才能在各种场合服务于大众。如果机器人可以为我们提供快速、安全的服务，满足我们的需求，会越来越受到欢迎。所以，我们应该抓紧实现建设这样一个好的平台。 此外，因为教育是培养人才的前提，社会和工业的各个领域也要由它来服务。以机器人为目 标的教育以及教育系统要提高应付难处的能力，它们也需要传统的技术，在不同的方向、不同的合作领域，关键是要把高级人才对机器人技术的使用和对社会的作用发挥到极致。 1）实现的潜力 2010 年，国家各部委进行详细的调查和论证后认为：智能机器人这个大产业在接下来的几十年内产值和市场占有率都会是井喷式的。 2013 七月的一些当前资料表明，中国机器人市场正在急剧膨胀，然后韩国，日本和德国都在拼命瓜分市场。所以竞争越来越激烈，面临的挑战也越来越大。 2）工业机器人的定义和需求 在日本，工业机器人从开始普及到现在已然 30 年。工 业机器人对全球制造业发展提供了很多的帮助，特别是用在那些环境污浊的，人工无法作业的情况，工业机器人就可以用到。在未来的若干年，由于我国人口老龄化加剧，能够从事工作的人力数目逐渐减少，用人贫乏现象已经越来越普遍。因此，企业对于产业机器人的需求变得更多，产业机器人在全新领域的应用（像食品的加工，工厂产品的自动组装）亦然有很好的远景。特别是在医学范畴，试剂以及样品分析前处理，如果应用机器人，可能获得类似于高度精准的技术实验数据。同时其也能够在危险境况下作业，如有病毒和细菌的场合。 另一面来说，怎么去实现机器人的智 能化同样是产业机器人需要面临的很大问题。在当下机器人的整个体系里，多臂互相配合链接操纵的境况下，操纵要用去大量的时间和精力。早前的机器人体系愈来愈庞大，是让客户更易学的一个大难点。在将来的时间里，机器人实现全自动智能化成为终极的目的。因此，智能 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 7 的机器人会成为不可或缺的产物。随着时间的推移，各种各样的机器人将会出现在各国市场。 3）机器人在社会中的定义和需要 由于全球人口老龄化现象加剧，如何能够让老弱病残幼人口能够操作自如地操纵机器人来获取一定的经济报酬，也是当今社会需要迫切解决的一个问题。随着时间的推移，这 种趋势愈来愈明朗，在以后，服务型机器人的成长会加快环境容纳度，我们会使得延续康健的时期愈来愈长，用自帮自助的存在方法，有目的地工作和参与社会，因此，机器人的应用，可以成为构建更好环境以及客服衰老境况的正能量。 4）机器人服务平台 如果我们必须领会服务机器人体系的运作方法，就得懂得实际情况、顾客还有相对应的产品特性，如果盲目地使用机器人，不仅浪费时间和精力，而且也会达到相反的效果。诚然我们可以建造出来完整的服务机器人体系，若是服务的回报无法回本更无盈利，就更不能扩大利用了。所以，需要对工业机器人的使用性能和结 构有一定的认识才能决定它的服务平台，盲目地利用机器人是不行的，也不是当今社会发展潮流所允许的。 5）机器人在教育中的需求 在日本，机器人的研发正在日新月异，与此同时，能够上岗上线的生产制造人员的数量却是在急剧锐减，日本群众用在高端科技的精力以及会意程度非常明显的愈来愈少了。即使如此，机器人和机器人应用工程课堂展示教学也收获了重视，它是一种很好的锻炼制造员工以及淡化对科学畏惧的技术措施。机器人活动比赛在各式各样的地区都有承办，传统刊物也录用了兴趣者们的作品，还有机器人知识亦然在人民里边传播开来。从这些都 能够反应出日本机器人的发展状况以及其工业发展的程度水平情况。 工业机器人的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。以下即为工业机器人的几种常见类别： 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 8 机器人可分为专用机器人和通用机器人两种 : 1、专用机器人 它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机器人具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机器人，如自动机床、自动线的上、下料机器人和“加工中心” 2、通用 机器人 它是一个独立的控制系统，机器人程序，灵活多变的动作。网格的性能范围，其行动计划是可变的，通过调整可在不同场合下使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机器人的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于小批量自动化生产品种的变化。根据不同的定位控制一般的机器人可分为简单和伺服型两种：“一关”控制方向的简单类型，唯一的点对点控制：可以是一个点，也可以实现连续轨迹控制，定位伺服控制系统，伺服式，伺服万能机器人属于数控型。 目前常见的工业机器人主要分为以下几类： 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 9 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 10 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 11 内外发展状况 在日本，工业工业机器人从开始普及到现在已然 30 年。工业工业机器人对全球制造业发展提供了很多的帮助，像战胜了困难的，污浊的，无法掌握的应用情况，供应了优秀的产品品质，补充了贫乏的现场人力。能理解，在将来数年，由于老龄化加剧，现场人力数目缩小，会发生很多的用人贫乏。因此，产业工业机器人的希冀变得更多。产业工业机器人在全新范畴的施行（像食物，药剂以及消费物的研发，建设以及制造范围）亦然有很好的远景。特别是在医学范畴，试剂以及样品分析前处理，可能获得类似于高度精准的技术实验数据。人力也能够防止于在危急境况下作 业，如病毒和细菌。 另一面来说，怎么去教依旧是产业工业机器人的很大问题。利用口令进行示范，必须锻炼的非常好，方能娴熟的操纵各式各样产业工业机器人。在当下的工业机器人体系里，多臂互相配合链接操纵的境况下，操纵要用去巨额的工夫。早前的工业机器人体系愈来愈艰巨，是让教授更易学的一个大难点。在将来的时间里边，达成不必讲授成了终极的目的。更由于这样，智能的工业机器人会成为不可或缺的。我们需求各式各类的研发成效，联合科研院所的协助。 由于全球都迈进了衰老型社会，想让老弱病残幼在存活和环境容纳中获得援手。估计工业机器人会 给以充分的反馈，好比讯号的供应以及撑持，帮助那些居家讨生活的人，向组建社团给以帮助，缩小休养之包袱，给身体功能施以帮助，以及增加商业设施。这会能使得老人以及残疾人觉得就是貌似孩子们、孙子们和他们呆在一块儿似的。历经实践，这是愈来愈明朗，在以后，服务型工业机器人的成长会加快环境容纳度，我们会使得延续康健的时期愈来愈长，用自帮自助的存在方法，有目的地工作和参与社会。所以有，它可以变成构建更好环境以及衰老境况乃至世界上生长的能量。 如果我们必须领会服务工业机器人体系的运作方法，就得懂得实际情况、顾客还有产品中的悬 殊，包括领导大批工业机器人还给以帮助。不只是增添了很多额外花费，以及能否赚钱的疑惑。诚然我们可以建造出来服务工业机器人体系， 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 12 若是服务的回报无法回本更无盈利，就更不能扩大利用了。假如一个多服务系统工业机器人可以建造出来，可给他人用的崭新的帮助方式已初露锋芒，制造者才敢去想走到了这一步，得到的回报能否顺利地抵消甚至超出用去的本金。所以，现在极大的障碍是创造出一个体系，这体系会渗透进帮助型工业机器人的发展范畴，也更容易渗透进 业。 在日本，那样的向来肩负着本国对外竞争力的研发科技、生产制造人员却是在急剧锐减， 现在，他们加快应对着居民衰老化，真正境况是，依托相应调研报告，眼下的事实却是，日本群众用在高端科技的精力以及会意程度非常明显的愈来愈少了。即使如此，工业机器人和工业机器人应用工程课堂展示教学也收获了重视，是一种很好的锻炼制造员工以及淡化对科学害怕的技术措施。工业机器人活动比赛被承办在各式各样的地区，传统刊物也录用了兴趣者们的作品，还有工业机器人知识亦然在人民里边传播开来。 电机把持，传感器科学和计算机应用，机构零部件和别的技术归纳在一块，是为工业机器人技术。于是，途径 源自困难的进修以及同等的要领， 激发了察觉麻烦的本领以及处理的技巧，相当顺应思维培养的组合，其也可增强优化多组件科技以及提升归纳体系的优点。要实现此方针，不妨面向基础教育的同学达成科学培养，使培养方式和手段得以普遍使用，还有方针即是开始于小学和初中止于科技培养部门工程师。 何人最先取得此项专利已无可知晓，只了解到外国科学家在十九世纪末建造出了一部类似于骡马，整体部分是用齿轮以及连接杆件机构组装，人可以骑在上面用脚蹬踏板推动运行的工业机器人，但是却没有做出实物来加以佐证 纪初又有人运用齿轮以及连接杆件体系制造出类似的工业机器人，然而相 关资料中并没有找到对这个作品的介绍，所以那个时候有关工业机器人的研究还仅能思索腿的组成以及运动起来的行程路径。 20 世纪中期 然放进步态研究的思维制造出来在每一条腿上都用成组的连接杆件体系拼装而且安装两个摇杆体系结构以操纵工业机器人的步伐轨迹，已然加入步态设计的思路。同期，又有两位发明家麦吉以及弗兰科创作了首部彻底用计算机操纵的行走工业机器人。接下来几年有关此机器的设计被充分的融入了运行操纵理论。 1979 年席罗思在行进工业机器人里加入了操纵水平行走的仪器，同样在腿上加入了保持和校对偏向的装 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 13 置。 20 世纪末布朗、罗布特以及莎普恩斯研究了加入了液压部件和直流电机的相应工业机器人。这都意味着人类对四杆动力体系的认识已从简单的考虑迈入了整体操纵、计算机和高新科技的相互融汇贯通的康庄大道。 业机器人的成本与人工成本的比较 目前一台功能较简单的 2 轴、 4 轴工业机器人的造价已经下降到 10 万元 /台以下，国产 6 轴机器人的价格低至 13 万元 /台。而现在国内一名制造业工人每年人工成本将达到 4元。根据我国十二五规划，要是实现最低工资标准年均成长 13%以上、职工工资成长 15%的目标，这更将会是一笔巨大的支出。机器 人可以 24 小时工作，每台机器人至少可以替代 3 名工人，那么不到 1 年即可收回成本。即使加上相关员工的培训和设备维护费用， 18 个月即可收回所有投资。而机器人的使用年限通常为 10 年，因升级改造生产线而淘汰的机器人通常也能服役 3 年以上。 为避免产品更替而造成机器人闲置，选用更加灵活机动的 6 轴机器人是很好的解决方案。由于国内基本没有完全自主生产的 6 轴机器人，多数国内厂商仅生产机器人本体，电机、控制器、减速机等关键部位需要依赖进口，各项成本相加，售价数十万元不等。若一台 6 轴机器人可以替代 4工人，三班倒即是 12年可节约的工人成本 48，实际收回投资所需的时间与购置 2、 4轴机器人无异，区别的仅是最初投入装备所需要的资金。 除去人工成本优势，采用机器人生产还可大幅减小生产面积。原先需要一个可以容纳 3 千人的生产车间，现在只需要一间可以容纳一千人的厂房即可。通过工人与机器人的配合作业，产能甚至还能增加几倍。 由于机器人作业可以达到很高的精度，产品良品率将得到大幅提升，产能随即放大。同样由于良品率的提升，原材料的浪费也将减少。产品质量提升，售后维修支出同样将大幅减少，品牌形象也会一并提升。 业机器人的作用 采用工业机器人不仅可以提高产品质量，更可以节省人工，提高生产效率，而且在有些人不能使用人工的作业环境下工业机器人就能帮作业。下面就来看看工业机器人有哪些优势？ 1、安全性高。在某些行业方面，使用小型搬运机器人能够替代人工，进行比较危险性的作业，如：化学产品。 2、节省人工。焊接机 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 14 器人能够同时进行两个或者多个工位的工作，而只需要一个工人进行看护即可。3、提高效率和品质。工业机器人能够不间断的进行 24 小时作业，且机器人不受情绪影响，而工人则相反。 4、降低产品不良率。在产品成型时，使用机器人能够 使产品均匀受力。 5、节省原料，降低成本。工人会存在偷懒行为，取出产品时间不定，而机器人则不会；且在今天的人工成本越来越高，而机器人属于固定资产。 6、提高企业形象。使用机器人作业，能够提升客户对企业的形象认识，能简介的提升企业订单。 一般的双足类人机器人如：韩国的 本的 是进行舞蹈表演的，中国的金刚机器人是用来踢足球和搏击的，而且在很多赛事都拿到了不错的成绩。要是一般的迎宾机器人的话就是在酒店或者旅游景点啊做讲解和迎宾用的。美国 司的 4230、 4220、 5800 还有 中国的 湾）等这些都是清洁机器人，它们可以方便的清洁橱柜、桌子底以及其他不方便清洁的地方。 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 15 2 工业机器人的设计方案 标型式与自由度 的设计 工业机器人的坐标形式一般分为圆柱坐标，球坐标等等形式，自由度一般有1 到 5 个自由度。其具体参考图如下图所示： 部结构方案 的 设计 当需要夹持的工件是棒材状的物料的时候，手部应该设计成开合型的，当工 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 16 件是板料时，使用气流负压式吸盘。 腕结构方案 的 设计 一般为了设计合理，具有通用性，一般情况下，手腕部的设计都是采用回转气缸的形式，这样可以实现工业机器人手腕部的旋转和伸缩，具有多种功效。 臂结构方案 的 设计 根据人体工程学原理，工业机器人手臂的各种运动由气缸来实现。 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 17 3 工业机器人夹持器 结构 的 设计 本次设计的工业机器人夹持器具体的方案结构图如下图 图 业机器人夹持器结构方案图 持式手部结构 夹持式手部结构由手指 (或手爪 )和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。 指的形状和分类 夹持式是最常见的一种，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指 ;同理。 计时考虑的几个问题 (一 )具有足够的握力 (即夹紧力 ) 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 18 (二 )手指间应具有一定的开闭角 (三 )保证工件准确定位 为使手指和被夹持工件保持准确 的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“ V”形面的手指，以便自动定心。 (四 )具有足够的强度和刚度 (五 )考虑被抓取对象的要求 部夹紧气缸的设计 1、手部驱动力计算 本次设计的工业机器人夹持器结构原理如图 3 图 3轮齿条式手部 其工件重量 G=5公斤， 1202 ， 4120 ,摩擦系数为 10.0f 其驱动力为 : 握力计算公式 : )( 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 19 )(2560( 所以 )(25N (3)实际驱动力 : 21实际因为传力机构为齿轮齿条传动，故取 ，并取 K 。若被抓取工件的最 大加速度取 时，则 : 412 (p 实际2、气缸的直径 本气缸属于单向作用气缸。其公式为 : 4 21 式中 : 1F - 活塞杆上的推力， N - 弹簧反作用力， N 气缸工作时的总阻力， N P - 气缸工作压力， 簧反作用按下式计算 : )1( 141 式中 : 弹簧刚度， N/m 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 20 1 - 弹簧预压缩量， m s - 活塞行程， m 1d - 弹簧钢丝直径， m 1D - 弹簧平均直径， . n - 弹簧有效圈数 . G - 弹簧材料剪切模量，一般取 则 : 421 气缸的直径 : (4 1 代入有关数据，可得 4153)31030(8) )/( )1( )(N 所以 : 1(4 (4)( 查有关手册圆整， 得 5 由 可得活塞杆直径 : ( )4/( 21 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 21 有 : /14( 其中， ， 501 则 : 2 0/4 9 04( d 满足实际设计要求。 3,缸筒壁厚的设计 2/ 式中 : 缸筒壁厚， - 气缸内径， mm 实验压力，取 , 料为 : =3入己知数据，则壁厚为 : 2/ )(032/(10665 65取 ，则缸筒外径为 : )( 转气缸的驱动力矩计算 单叶气缸的压力 的关系为 : 2)22( , 或)22(2 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 22 腕回转缸的尺寸及其校核 气缸长度 00 ,气缸内径 1D =96径 8 ,轴径62 2D =26径 3 ,气缸运行角速度 = s/90 ，加速度时间t = 压强 , 则力矩 2 )(22 ).( 2 2261测定参与手腕转动的部件的质量 01 ,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径 0 的圆盘上，那么转动惯量： 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 23 221（ 已知整个工件的重量为 5千克， 5,质量分布于 长 00 的棒料上，那么转动惯量 ).(c。 假如工件中心与转动轴线不重合，对于长 00 的棒料来说，最大偏心距 01 ，其转动惯量为 : ).(0 1 6 4 c惯M )( 1 ).(2、与转动轴线重 合， 01 e ，夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线03 ,则 偏M 11+ 33 ).( 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 24 3、 手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为 摩M 摩M )(2 12 A ) ).(05.0 4、在此处估计 封M 为 摩M 的 3倍， 封M 3 摩M ).(15.0 封摩偏惯驱 ).(29 设计尺寸符合使用要求，安全。 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 25 4 工业机器人夹持器中关键零部件的强度计算与校核 轮的强度计算与校核 由于工业机器人夹持器的主动 齿轮 和从动齿轮 材料均选用 45,调质处理 。 查得： M P 5011702 则 ： 818216 0 6 0 * 1 * 5 2 0 * ( 5 * 3 0 0 * 1 2 ) 5 . 6 1 6 * 1 0/ 2 . 7 2 1 6 * 1 0N a n i 查机械设计基础图，得： Y (1)验算齿面接触疲劳强度 载荷系数，取 K=查得： M 接触应力为 ：232212 1 . 5 5 . 5 6 4 7 1 0 3 . 0 61 8 9 . 8 2 . 5 0 . 8 8 1 7 2 . 0 7 92 4 7 8 2 . 0 6H E Zb d a i i i i (2)验算齿根弯曲疲劳强度 取 K=表： Y 用弯曲应力 ： m Y 弯曲疲劳强度的最小安全系数， 取 F 则： 1 3 5 0 0 . 9 2 2 5 7 . 61 . 2 5F M P a 广西科技大学 2012 届毕业设计说明书 26 2 3 5 0 0 . 9 8 2 7 4 . 41 . 2 5F M P a 1 1 11 2212000 2 0 0 0 1 . 5 5 . 5 6 4 7 2
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