李介博-089040241028-机械手毕业论文

本科毕业论文题目三自由度圆柱坐标型工业机器人设计学院机械工程学院专业机械制造（辅修）年级2009姓名李介博指导教师赵华洋完成日期20120403三自由度圆柱坐标型工业机器人设计摘要在工业上，随着自动控制系统广泛的应用，工业自动化机床控制、计算机系统、机器人等高科技技术也得到了长足的发展。其中工业机器人是相对较新的电子设备，它综合应用了机械电子自动控制等先进技术以及物理生物等学科的基础知识，因而能实现机械化与自动化的有机结合而广泛应用与工业生产的各个部门，逐步的改变现代化工业面貌。工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用在自动加工线和柔性制造系统中传递和装卸的工件或夹具。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。本设计为三自由度圆柱坐标型工业机器人，其工作方向为两个直线方向和一个旋转方向。在控制器的作用下，它可执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作，本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。关键词三自由度；圆柱坐标；工业机器人；自动化THREEDEGREESOFFREEDOMCYLINDRICALCOORDINATEINDUSTRIALROBOTDESIGNABSTRACTININDUSTRY,ALONGWITHTHEAUTOMATICCONTROLSYSTEMOFAWIDERANGEOFAPPLICATIONS,INDUSTRIALAUTOMATIONMACHINECONTROL,COMPUTERSYSTEMS,ROBOTSANDOTHERHIGHTECHTECHNOLOGYAREALSOGOTRAPIDPROGRESSINCLUDINGINDUSTRIALROBOTISRELATIVELYNEWELECTRONICEQUIPMENT,ITCOMPREHENSIVEAPPLICATIONOFMECHANICALANDELECTRONICAUTOMATICCONTROLANDOTHERADVANCEDTECHNOLOGYANDPHYSICSBIOLOGICALSCIENCESFOUNDATIONKNOWLEDGE,ANDCANTHEREFOREREALIZEMECHANIZATIONANDAUTOMATIONORGANICALLYANDISWIDELYUSEDININDUSTRIALPRODUCTIONOFVARIOUSSECTORS,GRADUALLYCHANGEMODERNINDUSTRIALOUTLOOKINDUSTRIALROBOTISABODYINDEPENDENTOFFREEDOMMOVEMENTS,THEPROGRAMCANBEMOREFLEXIBLECHANGES,CANARBITRARYPOSITIONING,HIGHAUTOMATIONAUTOMATICOPERATEMACHINERYMAINLYUSEDINAUTOMATICPROCESSINGLINESANDFLEXIBLEMANUFACTURINGSYSTEMTRANSFERANDLOADINGANDUNLOADINGWORKPIECEORFIXTUREINDUSTRIALROBOTARMWITHRIGIDHIGHFORTHESUBJECTTHANPEOPLE,CANHAVEFASTERMOVEMENTSPEED,CANCARRYMOREWEIGHT,ANDPOSITIONINGACCURACYQUITEHIGH,ANDITMAY,ACCORDINGTOTHESIGNALS,AUTOMATICEXTERNALTOOPERATETHISSCHEMEINTRODUCEDACYLINDRICALROBOTFORTHREEDEGREEOFFREEDOMITISCOMPOSEDOFTWOLINEARAXESANDONEROTARYAXISCURRENTCONTROLONLYALLOWSTHESEDEVICESMOVEFROMONEASSEMBLYLINETOOTHERASSEMBLYLINEINSPACE,PERFORMRELATIVELYSIMPLETASKSTHISPAPERISMORECOMPREHENSIVEINTRODUCTIONANDSUMMINGUPFORTHEFORTHEWHOLEDESIGNWORKKEYWORDSTHREEDEGREESOFFREEDOMCYLINDRICALINDUSTRIALROBOTAUTOMATION目录第一章绪论1第二章工业机器人的总体设计321工业机器人的组成及各部分关系概述322工业机器人的设计分析4221设计要求4222总体方案拟定5223工业机器人主要技术性能参数5第三章工业机器人的机械系统设计731工业机器人的运动系统分析7311机器人的运动概述7312机器人的运动过程分析832工业机器人的执行机构设计10321末端执行机构设计10322手臂机构的设计14323腰部和基座设计1633工业机器人的机械传动装置的选择23331滚珠丝杠的选择23332谐波齿轮的选择25333联轴器的选择25第四章工业机器人的计算机控制系统概述2741工业机器人控制系统的特点及对控制功能的基本要求2742计算机控制系统的设计方案2743硬件电路的组成28第五章工业机器人运行时应采取的安全措施3051安全要求3052实施方法30总结32致谢33参考文献34第一章绪论机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视5。目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。7工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用。我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。70年代是世界科技发展的一个里程碑人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。进入80年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。从90年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈11。第二章工业机器人的总体设计21工业机器人的组成及各部分关系概述工业机器人通常是由三大系统组成机械系统、控制系统、智能系统。不同用途的机器人的具体机构是不一样的，但是执行机构和驱动机构是必不可少的重要组成部分。图21工业机器人的组成图它主要由机械系统执行系统、驱动系统、控制检测系统及智能系统组成。A、执行系统执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。（1）手部又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。（2）腕部又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。（3）臂部是支承腕部的部件，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。（4）机身是支承手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。B、驱动系统为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的机械传动、液压传动、气压传动和电传动。C、控制系统通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。D、检测系统作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。图22各部分关系图22工业机器人的设计分析221设计要求综合运用所学知识,搜集有关资料独立完成三自由度圆柱坐标型工业机器人操作机和驱动单元的设计工作。原始数据自动线上有，两条输送带之间距离为15M，需设计工业机器人将一零件从A带送到B带。零件尺寸内孔100，壁厚10MM，高100MM。零件材料45钢。222总体方案拟定在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用步进电机驱动和谐波齿轮传动来实现机器人的旋转运动；利用另一台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与滚珠丝杠螺母副固连在一起的手臂实现上下运动；考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故利用液压缸驱动实现手臂的伸缩运动；末端夹持器则采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧。图23机器人外形图223工业机器人主要技术性能参数工业机器人的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。主要技术参数有如下A、抓取重量抓取重量是用来表明机器人负荷能力的技术参数，这是一项主要参数。这项参数与机器人的运动速度有关，一般是指在正常速度下所抓取的重量。B、抓取工件的极限尺寸抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的技术参数，它是设计手部的基础。C、坐标形式和自由度说明机器人机身、手部、腕部等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征。D、运动行程范围指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自由度的运动量。根据运动行程范围和坐标形式就可确定机器人的工作范围。E、运动速度是反映机器人性能的重要参数。通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。它与抓取重量、定位精度等参数密切有关，互相影响。目前，国内外机器人的最大直线移动速度为1000MM/S左右，一般为200400MM/S；回转速度最大为180/S，一般为50/S。F、定位精度和重复定位精度定位精度和重复定位精度是衡量机器人工作质量的一项重要指标。G、编程方式和存储容量。本设计中的三自由度圆柱坐标型工业机器人的有关技术参数见表11。表11技术参数表机械手类型三自由度圆柱坐标型抓取重量269KG自由度3个（1个回转2个移动）机座长120MM，回转运动，回转角180，步进电机驱动，单片机控制腰部机构长680MM，伸缩运动，升降范围450MM，步进电机驱动，单片机控制手臂机构长826MM，伸缩运动，伸缩范围50MM，液压缸驱动，行程开关控制末端执行器液压缸驱动行程开关控制第三章工业机器人的机械系统设计31工业机器人的运动系统分析311机器人的运动概述工业机器人的运动，可从工业机器人的自由度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨论。工业机器人机构的简图，如图31所示。图31工业机器人机构简图A工业机器人的运动自由度所谓机器人的运动自由度是指确定一个机器人操作位置时所需要的独立运动参数的数目，它是表示机器人动作灵活程度的参数。本设计的工业机器人具有四转动副和移动副两种运动副，具有手臂伸降，旋转，前后往复三自由度。B机器人的工作空间和机械结构类型（1）工作空间工作空间是指机器人正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的主要技术参数，工作空间图如图32。图32工作空间图（2）机械结构类型圆柱坐标型为本设计所采用方案，这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统（代号RPP），工作空间图形为圆柱形。它与直角坐标型比较，在相同的工作条件下，机体占体积小，而运动范围大。312机器人的运动过程分析工业机器人的运动过程中各动作如图33和表31。图33机器人运动工步组合图表31运动各工步示意表机器人开机处于A位工步一手臂上升工步二，工步七，工步十三旋转至B位工步三手臂伸出工步四,工步十手臂下降工步五，工步十一夹紧工件工步六手臂收缩工步八，工步十四旋转至C位工步九放松工件工步十二实现运动过程中的各工步是由工业机器人的控制系统和各种检测原件来实现的，这里尤其要强调的是机器人对工件的定位夹紧的准确性，这是本次设计成败之关键所在。32工业机器人的执行机构设计321末端执行机构设计工业机器人的末端执行机构设计是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、准确和牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之一。3211设计时要注意的问题A末端执行机构应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。B末端执行机构应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。C应能保证工件在末端执行机构内准确定位。D结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。E根据应用条件考虑通用性。3212总体结构设计采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如图24。内撑连杆杠杆式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，即当液压缸1工作时，推动推杆2向下运动，使两钳爪3向外撑开，从而带动弹性爪4夹紧工件。该种夹持器多用于内孔薄壁零件的夹持。图34末端执行器结构图3213液压油缸的选择和夹紧力的校验A初选油缸型号考虑到所要夹持的是很小的薄壁零件，最大工作载荷很小，故初选液压缸型号为YHG1C40/2225LF2HL1Q，它的主要技术参数如表32。表32冶金设备标准液压油技术规格活塞杆直径/MM油口直径速度比缸径/MM1462通径/MM联接螺纹40222810M18X15B夹紧力校验1）零件的计算22391460510478826410VRRHMVGGNPR其中G取98取G27（N）2）紧力的计算要夹持住零件必须满足条件2FNGF为手指与工件的静摩擦系数，工件材料为45号钢，手指为钢材，查机械零件手册表25得F015，N为作用在零件内壁上压紧力，G为零件重力。所以取N100（N）279015GNF驱动力的计算公式为2/PBTGCA为斜面倾角，35，为传动机构的效率，这里为平摩擦传动，查资料1表22得这里取085,B775MM,C29MM。9085或取P500N29408517132TGPMDF42D为汽缸的内径M，P为工作压力（PA）,由液压传动与气压传动查的气缸负载规格表，表33表33气缸负载规格表负载F/N50000工作压力P/MPA57取P05MPA。由液压系统设计可查得09095,所以MNPDF569015401346232由以上计算可知液压缸能产生的推力F565N大于夹紧工件所需的推力P500N。所以该液压缸能够满足要求。3214弹性爪的强度校验弹性爪的结构形式如图37图37弹性爪结构图这种结构是在手爪外侧用螺钉固定弹簧板两端固定。当弹性手工作时，由于夹紧过程具有弹性，就可以避免易损零件被抓伤，变形和破损。工件与弹簧片间的力由上节可知F100N。则弹簧爪截面上的剪应力为30MPA，Q/A510233所以,所用的电机都满足快速进给运行矩频特性要求。综上所述，所选用的步进电机90BF001符合要求，可以使用。3233轴承的选取A、环形轴承3作为机座的支承原件，是为机器人研制的专用轴承，具有宽度小、直径大、精度高、刚度大、承载能力高（可承受径向力、轴向力和倾覆力矩）、装置方便等特点价格高。B、丝杠下部装有圆锥滚子轴承，型号为30204，它的有关参数如表36表36型号30204圆锥滚子轴承参数表基本额定极限转速R/MIN轴承代号动载荷CA/KN静载荷C0A/KN脂润滑油润滑3020428230580001000033工业机器人的机械传动装置的选择331滚珠丝杠的选择估算等效载荷FM1000N，丝杆有效行程420MM,等效转速NM1500R/MIN,要求使用寿命LH15000H左右，工作温度低于100，可靠度95，精度为3级精度。A、计算载荷FCKARTMF查机电液设计手册上册，表1521得11，10，161，1ARKTFCAMF1110161110001771NAC34067CHMLN34175119559NB、选择滚珠丝杆副的型号滚珠丝杆副的主要尺寸为按19559N，查机电一体化设计基础表29，选用汉江机床厂C1AC型滚珠丝杠，系列代号为FYC1400825。40MM,8MM,4MM,D39MM，滚珠直径D03969MM0DNPWD滚道半径RMD064293520偏心距ER2157丝杠内径ME7635420127MM，24000N,1880NDACCK螺旋导程角ARCTANARCTAN3380DPN06由于螺杆长度较小，无需验算稳定性。C、刚度验算按最不利情况考虑，即在螺距导程内受轴向力引起的弹性变形与受转矩引起弹性变形方向一致，此时变形量为最大，计算公式为S4126GDPTN21EFN式中T1TANM0V1000TAN238401321NMM磨擦系数F0025,当量磨擦角，V40剪切弹性模量G833N/MM2410所以S4422763586257631800387M其中，危险截面3576，E2061D每米螺杆长度上的螺矩的弹性变形66/MP15/MS30687MSM因为滚球丝杆精度要求为3级精度，由资料8表158查得P15/MS所以其刚度满足要求。D、计算效率096096TANVTAN3840332谐波齿轮的选择谐波齿轮的特点，与一般齿轮传动相比，有如下特点A、传动比大。一级谐波齿轮减速比可以在50500之间，在只传递运动的装置中可达1000。采用多级或复波式传动时，传动比可以更大。B、这种传动同时啮合的齿数多，可达总齿数的3040。故承载能力大。C、运动误差小，无冲击，齿的磨损小，传动精度高，传动平稳。D、效率高（减速传动下，一般可达0709），结构简单，零件少，重量轻。在承载能力和传动比相同的条件下，比一般齿轮减速器的体积和重量约减少1/21/3。E、缺点是起动力矩大，柔轮易疲劳损坏，故柔轮的材料和热处理条件要求高。传动比小于35时不能采用谐波传动。由于谐波减速传动装置明显的优点，已广泛用于机器人和其它机电一体化机械设备中。本设计中的谐波齿轮采用带杯形柔轮的谐波传动组合件。它是由三个基本构件构成的，带凸缘的环形刚轮，杯形的柔轮和柔性轴承、椭圆盘构成的波发生器。型号XB18010023/3机型号100，既柔轮的公称内径为80MM减速比100精度等级，最大空回小于3分（角）/最大传动误差小于3分（角）333联轴器的选择该机构利用锥环对之间的磨擦实现与毂之间的无间隙连接传递转矩，且可任意调节两面联接件之间的角度位置。通过选择所用锥环的对数，可传递不同大小的转矩。下图312所示为采用锥环（锥环夹紧环）无键消隙联轴器，可使动力传递没有反向间隙。螺钉5通过压圈3施加轴向力时，由于锥环之间的楔紧作用，内外环2分别产生径向弹性变形，消除轴4与套筒1之间的配合间隙，并产生接触压力，通过磨擦传递转矩，而且套筒1与轴4之间的角度位置可以任意调节。这种联轴器定心性好，承载能力高，传递功率大、转速高、使用寿命长，具有过载保护能力，能在受振动和冲击载荷等恶劣环境下连续工作，安装、使用和维护方便，作用于系统中的载荷小、噪声低。1套筒，2内外环，3压圈，4轴，5螺栓图312消隙联轴器第四章工业机器人的计算机控制系统概述41工业机器人控制系统的特点及对控制功能的基本要求工业机器人具有多个自由度，每个自由度一般包括一个伺服机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。这种多变量的控制系统，一般要用计算机来实现。因此，机器人控制系统也是一个计算机控制系统。控制系统的功能是控制机器人操作机的运动和操作以满足作业的要求。在作业中机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器按点位或轨迹运动，并保持设定的姿态。在运动中或在规定的某点位执行作业规定的操作。对工业机器人的控制功能大致有如下的基本要求和特点。A、实现对位姿、速度、加速度等的控制功能在机器人的各类作业中，运动和控制方式主要有两种。1）点位控制方式（PTP控制）这种控制方式考虑到末端执行器在运动过程中只在某些规定的点上进行操作，因此只要求末端执行器在目标点处保证准确的位姿以满足作业质量要求。而对达到目标点的运动轨迹（包括移动的路径和运动的姿态）则不作任何规定，这种控制方式易于实现，但不易达到较高的定位精度，适用于上下料、搬运、点焊和在电路板上安插元件等只要求在目标点保持末端执行器准确的位姿的作业中。2）连续轨迹控制方式（CP控制）这种控制方式要求末端执行器严格按规定的轨迹和速度在一定精度要求内运动，以完成作业要求，这种必须保证机器人各关节连续、同步地实现相应的运动。这种连续轨迹运动，可看成是若干密集轨迹曲线。若设定的点足够密，就能用点位控制的方法实现所需精度的连续轨迹运动。B、存储和示教功能要使机器人具有完成预定作业的功能，须先将要完成的作业示教给机器人，这个操作过程称为示教，将示教内容记录下来，称为存储。使工业机器人按照存储的示教内容进行动作，称为再现。所以工业机器人的动作是通过示教存储再现的过程实现的。42计算机控制系统的设计方案控制系统采用二级计算机控制方式，选用IBMPC，80C51系列CPU。第一级机担负管理，示教编程，控制再现，轨迹正逆运算，机器人语言的编辑和编译，通过串行通讯方式传送给二级机做位置给定。第二级机负责位置伺服控制软件的计算，位置检测等工作，根据插补算出的各关节位置增量做位置给定。一级机与示教盒通讯采用串行RS232接口，既接收示教盒信息，完成示教动作，又向示教盒发送信息，显示示教情况。还可以连接软驱，CRT终端。二级机接口电路将计算机输出数字量转换成相应的模拟量，驱动伺服控制系统，选用速度单元，伺服电机及光电编码盘等伺服调速系统。图41机器人控制系统框图43硬件电路的组成图41是采用MCS51系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图。电路的组成如下I主从CPU都采用8031芯片；II主从CPU各扩展程序存储器27256一片，扩展数据存储器62256一片；III主CPU扩展可编程串行通信接口芯片8251A一片；可编程多功能接口芯片8155一片；电平转换芯片MAX232一片；IV从CPU扩展可编程多功能接口芯片8155六片；D/A转换器DAC0832六片；运算放大器A741六片；PWM功率放大器六片；光电编码器六片；V地址锁存器、译码器各两片；VI键盘电路，显示电路；VII光电编码电路，功率放大电路；VIII报警电路，暂停、急停电路，复位电路；第五章工业机器人运行时应采取的安全措施有些国家已经颁布了关于机器人的安全法规和相应的规程,国际标准化协会也有业机器人安全规范ISO/TC184/SC2/WG3DP10218。在工业机器人的生产厂家，有严格的管理规定和详尽的技术保障体系。在机器人应用工程中，要参照有关规程、规范以及工业机器人的说明资料，注意落实安全措施，杜绝发生机器人伤人或其它事故。51安全要求工业机器人能代替人在危险有害的环境中作业。但又给人另一种危险，即机器人伤人事故。这是工业机器人安全管理的最为重要的一条原则。此外，除了通用的工业安全规程外，还要注意工业机器人的特殊性，采取相应可靠的对策。对工业机器人应用工程的安全要求有如下几条A、必须为工业机器人和周边设备安装安全护栏，以防止人靠近而造成伤害。工业机器人的动作范围不能超越护栏。B、在护栏出入口的门上必须设置插拔式电接点点开关，其插座有导线与控制系统的电路连接。只有拔下开关的插头，才能打开对应的门。这时，工业机器人及周边设备停止运转，并且将工业机器人锁定在示教模式。C、在距操作者的地方设置紧急停止开关。按下此开关，工业机器人和有关的设备立即停止运转。D、在人机结合部设置传感器。当操作者在此处上、下料或装卡工作时，控制系统要有相应的安全对策。E、在生产设备旁边的显著位置用大型指示灯箱表示生产系统的当前状态。如运转、调试、停止等。F、设置工业机器人的作业的作业原点，并在生产系统的操作盘上设置相应的指示灯，使操作者容易判断工业机器人本体的位置状态。G、示教作业时应降低工业机器人的运动速度，并且要另有一人专门监护，一但发现异常应立即停机。52实施方法在工业机器人应用工程中，不仅要注意对人员的危险性，而且还要考虑包括工业机器人在内的设备的安全性。为此生产厂家在工业机器人及控制系统的软硬件方面应尽可能地增加有关功能，以确保安全。例如，用软极限的功能可设定工业机器人操作机（本体）的实际动作小于标称最大动作范围。当控制点运动到软极限位置时，工业机器人自动停止并报警，不会超越设定的区间。因此，可以将工业机器人本体的动作限制在实际作业的领域内。又如对于弧焊的应用，生产厂家可提供一种带有碰撞传感器的焊枪把持器及焊枪后，示教作业及再现运动时，一但焊枪撞上工件或其他物体时，工业机器人将立即停机。为了确保工业机器人应用工程中的安全，必须实施确保安全要求的具体措施。总结本次课题要求针对三自由度圆柱坐标型工业机器人进行设计，具体工作总结如下（1）末端执行机构设计，采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧。内撑连杆杠杆式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，即当液压缸工作时，推动推杆向下运动，使两钳爪向外撑开，从而带动弹性爪夹紧工件，该种夹持器多用于内孔薄壁零件的夹持。弹性爪的结构是在手爪外侧用螺钉固定弹性片两端，当弹性手工作时，由于夹紧过程具有弹性，就可以避免易损零件被抓伤，变形和破损，保证零件的精度要求。（2）手臂机构的设计，本设计中手臂由滚珠丝杠驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。选用轴向脚架型液压缸，其活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆一起转动。（3）腰部和基座设计，通过安装在支座上的步进电机和谐波齿轮直接驱动转动壳体转动，从而实现机器人的旋转运动，通过安装在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动实现手臂的上下移动。基座采用了双导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随基座一起转动。支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省材料，降低成本。（5）驱动方式的选择，步进电机应用于驱动工业机器人有着许多无可替代的优点，如控制性能好、可精确定位、体积较小、可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手等，所以本设计采用它来实现机器人的旋转和上下移动。选电机为BF反应式步进电机，型号为90BF001。（6）液压驱动方式反应灵敏,可实现连续轨迹控制,液体压力高，可以获得较大的输出力,因此机器人的伸缩运动采用液压驱动方式来实现,从而使机器人容易找准工件它的型号为YHG1C50/28100LJ1HL1Q（7）工业机器人运行时应采