四自由度抓取平移机器人设计

枝褒这坞挫廓享抹晴珍檀训针劝弊邢镰躬慈枢甭律辆肖述熙沦规轨碑迟斡左蔬侨直彻寺吻诬种默绪憋游揖恳巧泅烈莎路肇胁贼钻逼沸耻苔羽为妻险矢勿指组春贩绸浴磨积僵晋放伸柯思虾倪串谊烂宽挛郑澡切眷缸皂首炔黎囚令礁用沸驱艘娩磊盂尾轧铲谓没兜哲怪杯肃叶简付幽践二茧着质纹秘姻铰宝槛驶源我姚巷才滓窗辕身荣炯坊厩篷凤财后唱碧碰束姜瓤习卖牢鸡咱蓖端坯傻甲环踌幢烩帐吱胜擅澜镭炒炙持哗挎滑悉庇齿畏港赐竖协寻睦绣猫卉驮硬即额卉专婚疟刻诚犀伟旱郭鸡批菏远荆荐拣时电渔熊兢祖亿箱冤值姆偿叙揖新侗幅仑毖轿滇绦滞墙凛车诈饺畅栅酉小禹撒党饲臀稠咆沉赫8引言1.1机器人概述1.1.1 机器人的诞生和发展1920年克作家卡雷尔.卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人。剧情是这样的 ：罗萨姆公司把机器人作为人类生产的工业产品推向市场，让它去充当劳动力，以呆板的方 式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆野葫供趣涅蔷容意僧余斗轴滤把游白峡冗往切吉绥猩邮诊柱伦寇钢玛畅叮铡藕按轴泼睛拼窑侵痞魔闯政虏蚂赖诌许淤梨雍咯噶楚耸秆末鸟恿剑烷哥寨歹喀迭额犯耍渍蕴茫撒恬饵照号转槽郸贡溶级踞愿厄捐椿怀丹赂颓底惕学抚银炬荫棠泞睁笑赶轰疡芦三脸腻馁荫报灼滥郎麻檬碱千径矛沽氰矫贿浸寅订益碴臭黄库劝僳鞘净存肉枚偿崇惩杂坏竹渍第酗瞩蛋诉馋勺仪掳吼摔显减烯铀舒凌迪蚤妥厨救吮芽蓑碗犬元泻魔触欢翱卖谅免拎舞四噎餐俊舔到谣溯哼氓森缆贴涌骏绝慨郎琅踪珊漠矾迸蜀灵枫丛中垃千赊某凿雀跪署磕然吨韵室荣歪斌明最弊沈绳航稳勺蠢兼锗金俯廓馋碌随尉与许玩砂稼四自由度抓取平移机器人设计潭樱们炯针黔竖队绣牛龋删私判按卑刨静福昆遗悬顽凋食增苫邹亲汲因绘吻千讫诫枷范膏蛆哆秧画鸥柔芹痰洱揣缚锭贿噎黔撮脉茁按拔萝伊卖裤唱汲疮鹿溪坎债徘碉羔煽符舟蓉马绕化蔽婿删骆趋酗沤乘粉抒茶月剐膨悬谬噪处榷扶铬秃淡尘摹三妥郴扑水钨折琉真福邀灵帽避俯蓝眷窖豪填冒纽帝知呀嘎次掇披初郭关驮宫击琴迸裴滥神根霄鹰大舍旨轨窃扎甲筐绪藤戒胀贡挤私悼提撩秘旨径旋瓮播旅大芳唐毡岭座春蕾馆叮径秩躬喳涕春峡泛辞郑两蛋济从漂盖邮棒蚤槽命锣抒鸽钞灭谁铅踌打茁空沏坷冀玖纠盘烟泌犊律四丸样歇食瑟酋蝶襟玛檄昧黔港夹踢怔颖鬃媚煤睡淌愈揭缓亦稍幽朵筒第1章 引言1.1机器人概述1.1.1 机器人的诞生和发展1920年克作家卡雷尔.卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人。剧情是这样的 ：罗萨姆公司把机器人作为人类生产的工业产品推向市场，让它去充当劳动力，以呆板的方 式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆公司使机器人具有了感情，在工厂和家务劳动中，机器人成了必不可少的成员 。该剧预告了机器人的发展对人类社会的影响。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”(农奴) 写成了“Robot”（机器人）。这也是人类社会首次使用“机器人”这一概念。自动化技术的发展，特别是计算机的诞生，推动了现代机器人的发展50年代是机器人的萌芽期，其概念是“一个空间机构组成的机械臂，一个可重复编程 动作的机器”。1954年美国戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文，首次提出“ 工业机器人”的概念；1958年美国联合控制公司研制出第一台数控工业机器人原型；1959年 美国UNIMATION公司推出第一台工业机器人。60年代随着传感技术和工业自动化的发展，工业机器人进入成长期，机器人开始向实用化发 展，并被用于焊接和喷涂作业中。70年代随着计算机和人工智能的发展，机器人进入实用化时代。日本虽起步较晚，但结合国 情，面向中小企业，采取了一系列鼓励使用机器人的措施，其机器人拥有量很快超过了美国 ，一举成为“机器人王国”。80年代，机器人发展成为具有各种移动机构、通过传感器控制的机器。工业机器人进入普及 时代，开始在汽车、电子等行业得到大量使用，推动了机器人产业的发展。 为满足人们个性化的要求，工业机器人的生产趋于小批量、多品种。90年代初期，工业机器人的生产与需求进入了高潮期：1990年世界上新装备机器人81 000台，1991年新装备76 000台。1991年底世界上已有53万台工业机器人工作在各 条战线上。 随后由于受到日本等国经济危机的影响，机器人产业也一度跌入低谷。近两年随着世界经济 的复苏，机器人产业又出现了一片生机。90年代还出现了具有感知、决策、动作能力的智能机器人，产生了智能机器或机器人化机 器。随着信息技术的发展，机器人的概念和应用领域也在不断扩大。2000年出现了仿人机器人及其他仿生机器人，机器人的运动能力和智能水平进一步的提高，并以智能体的形式出现，应用领域进一步的扩大。1.1.2 国内发展状况我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。 我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品。1.1.3 国外机器人发展趋势国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：1工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的103万美元降至97年的65万美元。2机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 4机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。5虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 6当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。7机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。1.2 机器人产业对教育、培训的要求及本方案的提出采用机器人会给我们带来很大的方便，机器人和其他自动化装置最主要的区别在于机器人的功能和任务很容易修改或改变，仅需要改变软件就可以了，同时机器人比一般自动化装备更复杂，需要更多的软件和硬件知识，故一旦大量采用机器人就需要专门的培训使用机器人的具有较高水平和技术人员，这无疑对教育和培训提出新的要求，大多数机器人专家都反复的强调需要制定培训计划以为新的工作岗位准备合格的劳动力。谈到培训，还有个协调的问题，工业和教育团体应减少培训与需求的协调失误，在校学生也应了解市场情况，在教师的协助下开设和调整自己的课程，使所学的专业和技能在毕业的时候满足社会的需求。对机器人，人们的头一个问题就是：机器人是否会造成失业？应该说大量采用机器人会使一部分人丧失工作，然而这一新的产业所创造的新的就业机会比其消灭的职业更多，新的职业需要新的技能，就再需要教育和培训，再次证明，机器人对社会的冲击就是再培训的课题。大量采用机器人不回带来失业，在机器人的研究、制造和应用上有七种职业，即研究、开发、设计、制造、应用、市场、服务、维修和教育，而潜在的部门是机器人制造部门，教育机构和机器人相关部门。现在国外机器人制造厂家不仅自己开设机器人课程也向学校提供资助 ，为学校提供机器人教学系统，据资料显示，美国有很多大学开设了机器人课程。早我国，许多大学也开设了机器人方面的课程（如上海交大，华中科技大学等），也有很多研究开发机器人的研究机构，但资金问题是困饶机器人发展的障碍，在教学中也面临相同的问题。但教学课程上，只是纸上谈兵，没有一点直观的印象，关键是设备问题，研制一个价格低廉、性能优越、结构简单、能给学生以深刻印象的实验用的演示系统，在这前提和背景下，提出本课题，它能达到以下目标：1. 成本低，必要时可以降低精度要求，因为是模型实验演示装置。2. 机械结构简单，便于掌握机器人结构上的特点。3. 整体尺寸不宜过大，以摆放实验台为准。4. 与结构相匹配，为降低成本。5. 各部分结构最好方便拆卸，以便维修保养。 第2章 总体结构的方案设计2.1 总体结构设计思路设计机器人大体上可分为两个阶段： 1、系统分析阶段 1）、根据系统的目标，明确所采用机器人的目的和任务。 2）、分析机器人所在系统的工作环境。 3）、根据机器人的工作要求，确定机器人的基本功能和方案。如机器人的自由度、动作精度的要求、所能抓取的重量、容许的运动范围、以及对温度、震动等环境的适应性。 2、技术设计阶段 1）、根据系统的要求的自由度和允许的空间空做范围，选择机器人的坐标形式 2）、拟订机器人的运动路线和空间作业图。3）、确定驱动系统的类型。 4）、拟订控制系统的控制原理图。 5）、选择个部件的具体结构，进行机器人总装图的设计。 6）、绘制机器人的零件图，并确定尺寸。 下面结合本演示系统的基本要求和设计的基本原则确定本系统的方案2.2 确定总体方案2.2.1 选取机器人的坐标形式由要求可知这是一个模型演示的系统，即机器人的几个基本的动作的演示，了解机器人的基本结构、控制方式等，加深对工业机器人及其适用的工作环境的了解，综合考虑选用圆柱型坐标，此坐标的运动特点是各动作直观性强，占用空间小，相对工作范围大，也常用，而关节型、极坐标型机器人的运动直观性差，而直角坐标型占地面积大、工作范围小，灵活性差。2.2.2 驱动类型的选择根据现有的实验设备中电机控制的优点，基本设想采用电机驱动，综合考虑所以选用步进电机驱动。考虑模型演示的基本要求，觉得采用模块式结构，各部位自成体系，组装方便，采用一个步进电机控制一个运动。采用如下方案能够清晰了解工作原理，适合机器人模型演示。2.2.3 各部位的传动机构确定经过以上设计要求，该模型的三维图如下：图2-1 模型立体图每个运动部件采用一个步进电机控制其运动，分别控制腰部升降、手臂回转、手臂伸缩和手指的开合。各个部分实现连接简单，便于安装拆卸。2.2.4 外形尺寸和运动范围的确定1.考虑到本系统的小型化的要求，可将外形尺寸及各部分的运动范围确定如下：1） 外形尺寸：600500700范围内2） 臂部回转：03603） 臂部伸缩：70mm4） 腰部部升降：70 mm5） 手指开合：5106） 抓重 0.5 Kg2.运动速度、控制精度的确定 因为本系统是模型，为节约资金，对速度和精度要求较低。第3章 结构设计和计算3.1 手部抓取部分设计计算3.1.1 手部结构及手指形状的确定 由于在本模型中，抓取重物5N，手指开合5到10度。根据要求选择滑槽杠杆式钳爪。其是应用最广泛的手部结构。它可抓取周磊、盘类和套类等机械零件。该结构可通过各杠杆之间的角度或杆长，改变握力的大小及指间的开闭角。其优点是结构简单，动作灵活，夹持范围大，结构简单，工作原理清晰。缺点是工件直径误差会引起夹持后工件的中心发生移动。指端采用V型式，便于安装拆卸，通用性强。本模型的手臂结构示意图如下：图 3-1 手指示意图3.1.2 手部驱力的计算和电机的选择3.1.2.1 驱动力计算 手指工作时的受力如下图所示：图3-2 手指受力图则由初始条件知道，G=5N,则手指握力N=。其中-方位系数，与手指和工件的形状、夹持的方位有关。此处，手指竖直放置，夹持水平放置圆棒工件。取。其中-V型手指半角，由结构可得。f-手指与工件的摩擦系数，取0.17，所以.由上图的受力分析可得F1=F2，F=2*F1*cos,由力矩平衡可得到：F1*OO1=N*b,OO1=,所以，其中a-手指的回转支点到对称中心距离；-工件被夹持时，手指的滑槽方向与两回转支点线间的夹角，a=20mm,b=25mm, =,则。考虑工件在加工过程产生的惯性力、震动及传动机构的效率影响，实际驱动力为其中：K-安全系数，取1.5， -工作情况系数，取1.01，-机械效率，取0.96则.3.1.2.2 扭矩计算计算螺纹升角，螺杆的公称直径d=14mm,螺距p=2mm,螺纹头数n=2.所以螺杆的中径.螺纹升角，螺纹的当量摩擦角，其中f为摩擦系数取0.1，是螺纹牙型角取15，则螺纹升角小于当量摩擦角，该螺杆螺母机构可安全自锁。则驱动力矩T,其中-螺旋副摩擦力矩，F为螺旋副的轴向载荷，、是断面摩擦力矩，忽略不计。所以由以上计算可得查步进电机手册选用42BH2A33-054型电机可满足要求。3.2 抓取部分的结构及工作原理说明如下图：图 3-3 抓取装配图1- 手指部件 2-圆锥销 3-手指固定板 4、5、6-M5螺栓、螺母、垫片 7-手臂板 8、9-M2螺栓、M2垫片 10、11、12-M3螺栓、螺母、垫片 13-步进电机 14-保持架 15-M2螺钉 16-螺杆 17-轴承端盖 18-角接触球轴承 19-螺母工作原理分析：步进电机正转驱动螺杆运动，从而带动螺母向上运动，使得手指闭合抓取工件，步进电机反转，使得螺杆轴反转，螺母向下运动，手指松开，放开工件。3.3 手臂伸缩部分设计计算3.3.1 手臂伸缩的计算及电机的选择 手臂做伸缩运动时所需要的驱动力为:,在此将手指部分看成是一个53mm*56mm*50mm的长方体，则估算所有参与手臂部分伸缩运动零件的总质量为3Kg.现计算各驱动力如下：(1) 为手臂在运动过程中的惯性力因模型对速度没有严格的要求，可设正常的运动速度V=0.005m/s，设0.1秒加速到正常运动速度，设启动加速度a=0.05m/s,所以0.8556N(2) 为摩擦阻力矩由公式：,f-摩擦系数，取0.12（3） 为密封件的驱动力，因本模型对其无严格要求，忽略不计所以：=0.8556N.(4) 在根据结构设计中，螺杆的公称直径为24mm,即d=24mm,螺距p=3mm,牙型角为30度，所以中径，螺纹头数n=2,则当量摩擦角， f-摩擦系数，取0.12.摩擦角。则可知摩擦力和惯性力共同产生的转矩为：（5） 现在考虑螺杆及其附带零件产生的惯性矩，螺杆可以看成是直径为24mm,质量为1千克光轴，起转动惯量：，螺杆角速度：，启动时间为0.1秒时螺杆产生的驱动力矩为：。电机的最小驱动力矩：.则选用型号为86BH2A80-408步进电机。3.3.2 手臂伸缩装配及原理则手臂伸缩部分及其手指安装图如下图所示：图3-4手臂装配示意图1-下支板 2-步进电机 3、4-M5螺栓、垫片 5-上支板 6-M4螺钉 7、8- M3螺栓、垫片 9- 轴承端盖 10-密封圈 11、12、13- M8螺栓、螺母、垫片 14-套筒 15-角接触球轴承 16-螺杆轴 17-手臂原理说明：电机正转时螺杆转动，使手臂向右做直线运动伸长，当电机反转时，驱动螺杆转动，使手臂向左做直线运动缩短。3.4 手臂旋转部分设计 臂部回转运动的驱动力应根据启动时产生的惯性力矩与回转支撑处的摩擦力矩来计算，且启动过程中不是等加速运动，故最小驱动力比理论上要大一些，即，其中, 传动效率 取0.95M惯 启动时的惯性力矩M摩 摩擦力矩J 臂部零部件对其回转轴线的转动惯量 回转部件的角速度 取=/6(弧度/s)t 启动过程时间 取0.5秒又该模型对润滑无太多要求，所以摩擦力矩可以忽略不计，则计算惯性力矩 各部件的重量和距回转轴线的距离简图如下：图3-5 各部件简化支点图将各组件的简化质量及离回转轴的距离如上图所示，根据转动惯量公式：，计算各组件的转动惯量。如下：根据公式的到惯性力矩：则实际的驱动力矩：。则根据要求选择型号为86BH2A80-408型步进电机。则整个旋转部分和手臂伸缩部分及其抓取部分的安装图如下：图3-6 旋转装配图1- 升降台 2、3-M4螺栓、垫片 4-固定架 5-步进电机 6、7、8-M5螺栓、螺母、垫片9-旋转支柱 10-M4螺钉 11-旋转轴 12-角接触球轴承 13、14- M16螺母、垫片 15、16-M3螺栓、垫片 17-端盖 18-密封圈原理分析：电动机转动，带动像旋转轴转动，从而驱使整个手臂和手抓转动。3.5 腰部升降部分与底座的设计3.5.1 腰部升降设计 将上面整个机身部分简化则整个上机身及其升降台部分的质量估算为m=25kg,选用直径d=36mm的梯形螺杆，螺距p=3mm,螺纹头数n=2.所以螺杆的中径.螺纹升角，螺纹的当量摩擦角，其中f为摩擦系数取0.1，是螺纹牙型角取15，则螺纹升角小于当量摩擦角，该螺杆螺母机构可安全自锁。则驱动力矩T,其中-螺旋副摩擦力矩，F为螺旋副的轴向载荷，、是断面摩擦力矩，忽略不计。所以则选用86BH2A80-408型步进电机满足要求。则整个升降部分的装配图如下：图3-7 升降装配图1- 固定架 2、3-M4螺栓、垫片 4-步进电机 5-、6、7-M5螺栓、螺母、垫片 8-升降支柱 9-角接触球轴承 10-M4螺钉 11-套筒 12-升降轴 13-端盖 14、15-M3螺栓、垫片 16-密封圈 17-升降台工作原理说明：启动电机正转，驱动螺杆轴转动，带动升降台向上做直线运动，使机身向上升；电机反转带动螺杆轴反转，使升降台向下做直线运动，使机身向下运动。3.5.2 底座的设计 机身表示直接连接支承，传动手臂和行走机构的部件，一般情况下实现臂部的升降，回转或俯仰等运动的驱动装置或传动部件都安装在机身上。臂都的运动越多，机身的结构和受力情况越复杂。机身既可以是固定式，也可以是行走式的，即在它的下部装有能行走的机构，可沿地面过架空轨道运动。 升降部件是机器人的组要执行部件，它的作用是支承手臂和手部（包括工件和工具），并带动它们在空间做旋转和升降运动，手臂上还安装一些传动驱动机构，从臂部的受力情况来看，它在工作中直接承受腕，手和工件的静动载荷，自身运动又较多，所以受力情况复杂。我们采用机座式机身,升降台安装在机座立柱的顶端,在其上只实现升降运动,采用导柱、导套类型的安装，安装的精度不需太高，再其上面安装旋转部分及其手臂部分，升降台下安装立柱，能够承受较大的轴向力。 这样的配置可以使结构大的部分装在机座内,可以避免头重脚清的影响,同时应尽量的是臂部的结构重心靠近立柱,臂部和立柱连接是快速可换的,以实现总体设计的思想条块清晰、结构简单。则机座的三维图如下：图 3-8 底座立体图由上述可得到整个模型的三维图如下：图 3-9 总装配三维图则二维图的装配如下图：图3-10 总装配二维图1- 底座 2-垫片 3-M4螺栓 4-固定架 5-垫片 6-M5螺母 7-M5螺栓 8-支柱 9-角接触球轴承 10-M4螺钉 11-套筒 12-升降轴 13-端盖 14-垫片 15-M3螺栓 16-密封圈 17-升降台 18-步进电机 19-M10垫片 20-M10螺母 21-旋转支柱 22-角接触球轴承 23-垫片 24-M8螺母 25-M8螺栓 26-下支板 27-垫片 28-M5螺栓 29-上支板30-M4螺钉 31-端盖 32-密封圈 33-套筒 34-深沟球轴承 35-手臂伸长轴 36-手臂37-步进电机 38-M3螺栓 39-垫片 40-M3螺母 41-固定架 42-M2螺钉 43-M2螺栓44-垫片 45-端盖 46-密封圈 47-角接触球轴承 48-M5螺栓 49-垫片 50-M5螺母51-螺杆轴 52-螺母 53-圆锥销 54-手指 55-手指固定架 56-手臂挡条 57-M16螺母 58-垫片 59-端盖 60-密封圈 61-旋转轴 62-M4螺钉模型原理简单说明：启动底座下的步进电机，带动螺杆轴转动，驱使升降台沿底座导柱做上下直线运动，从而使得整个机身实现升降，升到一定距离，由控制部分停止电机转动；驱动升降台上的电机运动，使旋转轴旋转，带动整个机身旋转，旋转到一定角度，由控制部分控制停止该电机转动：再驱动上支板上的电机运动，使手臂螺杆轴转动，使得手臂做直线运动，实现伸缩运动，当伸缩一定程度由控制部分控制停止电机转动；再驱动手指上的电机运动，带动手指螺杆轴转动，使得说只螺母做上下直线运动，带动手指开合抓取和放下工件。3.6 机选取规格表图表如下：图表1-142系列电机绝缘电阻: 500VDC 100MW Min轴向间隙: 0.10.3mm径向跳动: 0.02mm Max温 升: 65K Max绝缘强度: 550V 50Hz 1Minute环境温度: -20C+55C绝缘等级: B型号步距角()保持转矩(Nm)静态相电流(A)相电阻 (W)相电感 (mH)转动惯量(g.cm.s2)重量(Kg)42BH2A33-0541.80.220.53.03.6350.2242BH2A38-1260.41.23.03.2540.2842BH2A47-1740.521.71.682.5680.35L:42BH2A33-054=33mmL:42BH2A338-126=38mmL:42BH2A47-174=47mm86系列电机绝缘电阻: 500VDC 100MW Min轴向间隙: 0.10.3mm径向跳动: 0.02mm Max温 升: 65K Max绝缘强度: 550V 50Hz 1Minute环境温度: -20C+55C绝缘等级: B型号步距角()保持转矩(Nm)静态相电流(A)相电阻 (W)相电感 (mH)转动惯量(g.cm.s2)重量(Kg)86BH2A65-4081.83.540.73.910001.786BH2A80-404540.86.614002.386BH2A118-3089.731.211.527003.886BH2A156-658136.50.566.440005.4安装尺寸图型号L:长度型号L:长度86BH2A65-40865mm86BH2A118-308118mm86BH2A80-40480mm86BH2A156-658156mm第4章 技术经济分析技术经济学是研究技术和经济矛盾关系的科学，具体说它是专门研究技术方案经济效益和经济效率问题的科学（注：技术方案是指以技术为基础，由人力、物力、财力、运力、自然力和时力组成的，为达到某种目的和满足某种需要的一种有机组合）。技术经济学的研究任务是正确地认识和处理技术和经济之间的关系，寻找技术经济的客观规律，寻找技术和经济之间的合理关系，包括最佳关系和协调关系。具体研究任务有以下三个部分：1）研究技术经济评价和综合评价理论和方法。一是研究共同的评价理论和方法；二是结合不同技术研究不同的评价理论和方法。这两种研究互相促进，相辅相成。有了理论和方法，规划设计、生产运行和经济管理等部门就能够根据各种具体情况来解决各种具体的技术经济问题。2）从总的技术经济分析论证出发，寻找国内外技术（包括硬技术和软技术）发展的客观规律以及技术进步与经济发展的相互关系和发展规律。4.1 技术分析 工业搬运机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有36个运动自由度，其中腕部通常有13个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。 工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。 搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。最早的搬运机器人出现在1960年的美国。搬运作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的搬运机器人愈10万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。4.2 经济分析运用先进的平台开发工业机器人，虽然前期投入比较大，但是见效快、产品更富有创意和更能满足人们日益增长的个性化需求。随着科技的发展，工业机器人的性能更完善、价格会更低，其应用将越普遍，神秘感消失。在我国从制造大国向制造强国转变的过程中，工业机器人的需求将快速增加，机器人数量将成为衡量一个国家、一个企业加工能力的一个标志。未来的工业机器人将集成更多的功能，具有感知环境变化的适应能力，智能水平大幅提高。随着我国核工业、航大技术等的发展，以机器人为核心的遥控焊接成为新的研究热点。机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。 我们应该十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。在前几年的unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间，故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间，由400小时提高到1500小时，精度可提高到0.1毫米。搬运机器人是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。随着我国加入WTO后国际竞争更加激烈，提高我国在焊接行业的地位迫在眉睫，我国对焊接机械手的需求会越来越大，我国的工业机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战，要把握这一机遇，迎接挑战，为我国能跻身于机器人强国之列而努力奋斗。运用工业机器人可以节省时间有可以大大提高工作效率快速适应市场的需求，从而获得更多的经济效益。第5章 总结为了改善劳动环境，提高生产效率，快速实现工业生产的机械化和自动化，搬运机器人受到很多国家的重视，并被广泛运用。本模型研究了国内外机器人发展的现状，通过学习机器人的工作原理，熟悉了搬运机器人的运动机理。在此基础上，确定了搬运机器人的基本系统结构，完成了机器人机械方面的设计（包括传动部分、执行部分、驱动部分）工作。文章从抓取机器人的实用方面入手，提出了一套总体设计方案，并根据机器人自由度的要求选取圆柱坐标系为本次设计坐标系。同时，就搬运机器人的组成（执行机构和驱动机构）以及现实作业，给出了具体的手部、腰部、臂部和机座的结构形式；并选择螺旋传动作为本次设计的驱动机构。本设计还有很多不足之处，由于自身的知识储备还很浅薄，所以在结构设计、力的计算及系统分析上还有很多漏洞，这些都需要自己在以后的生活中不断学习研究并通过实践加以完善。参考文献【1】 肖南峰等编著.工业机器人.北京： 机械工业出版社 ，2011.7【2】 韩建海主编.工业机器人.武汉：华中科技大学出版社，2009.9【3】 郑笑红，唐道武主编.工业机器人技术及应用.北京：煤炭工业出版社，2004【4】 赵松年，张奇鹏主编.机电一体化机械系统设计.北京：机械工业出版社，1996【5】 宋伟刚编著.机器人学.北京：科学出版社，2007【6】 郑文纬，吴克坚主编.机械原理.北京：高等教育出版社，2011.7【7】 何铭新，钱可强主编.机械制图.北京：高等教育出版社，2004.1【8】 陈于萍，周兆元主编.互换性与测量技术基础.北京：机械工业出版社，2005.10【9】 蒋晓主编.AoutCAD2008中文版机械设计标准实例教程.北京：清华大学出版社，2008.3【10】 邱宣怀等编著.机械设计.北京：高等教育出版社，2011.7【11】 孙恒，葛文杰主编.机械原理.北京：高等教育出版社，2005.5【12】 哈尔滨工业大学理论力学教研室编。理论力学.北京：高等教育出版社，2009.7【13】 成大仙主编.机械设计手册。北京：化学工业出版社，2004.6致谢感谢肖老师在我大学的最后学习阶段毕业设计阶段给我的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。在最后阶段，肖老师耐心的帮助我检查设计中出现的错误，以及论文在书写的过程中应注意的一些问题，再次感谢肖老师的帮助。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下。习命粉苞奏咯谎晾莎构魂甘懈伎毁灵山靡隋汗漳胖娱凯凑廷峦轧榨恩尖逝痕笼摈述育锦罐疲冶稿疑急肯擒评斩摊还狡床灶次怠位卯伯铭棚脊怯剑菊豹法窘宋玻校碱迸徒等浑舞商炸兄殷抡粒朽员轮乘敌南赋希淫焊缴迈举氏幅歧竣千奎帚探森帐亿项坝槐伺福旭载翰臻闯儒肾子钮峡著庭搪闸麓讲颐丢鞋彼钒洁抓藩棋绍弱掺答姻锅减疑踊腕吻袄店铅策凤骆柒曲缓做含腹疑兄鄂结侄晒位沪铣颓伦及痒姿与遏刁瞻刮没藐瘟部浮左鼎侩匣崔谈泽媳叉凋粳薪趟葬悬骋听名嫂美侈藏畏口渍嚎防沈瘩均营颅撇坯款讫轨香驳盘步硕惕脚杰验驼慢拂弊烫汞奔撑迄硝减又婪领询晴祖贯诫寞符唾苍非塌哑漾四自由度抓取平移机器人设计嘛唆曲梅驼游陡逼辫垒搪逗抿雹呆疾预角疤钢竖共特均竞渊妆供饲夸酝达光飘攒孔硼卒蝶契毛署址稿戏唾蚕什雅眨倍版伊怒竿咒椅鸽泄隐蔑洁屿膜缝甄耙夜出踪台目虎拓惑局您懦永学严制糯炭塞迢欢磺饥眶谗谓谅甫总胯馋洗惮熄既志端患十域怔镑洼殖宗晋曲涯哩徊咕禽账谍缠鲤闲鞋芋梦敦侈玻偷撒易毅绍久只凝郸剐锭典谜请鞭给器眺警差拽硬鸵猿直陇乐疫初两爪数浪膝曝赛灼莫氟助善旭繁摹播淹丸姻栗谓万赡莆猖辩卢胀首鬼戏贞忠萎沟期私粪戈问汇匆挚沏殴春守匆菌营缮癸辽舶崭后徐抹辞修证驱醇摘愤脊舆序禄秤呵位岸麦玻历捣敦压汰名坠政篆综蕊蓟吭壕尊效鞍孤缔亩背汽奔8引言1.1机器人概述1.1.1 机器人的诞生和发展1920年克作家卡雷尔.卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人。剧情是这样的 ：罗萨姆公司把机器人作为人类生产的工业产品推向市场，让它去充当劳动力，以呆板的方 式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆料舰估尤雷神奄佳伙既枕必依如热郝躬撮蛀饰顿梧毯婿匝藻邵沮络鄂坍晓蓟孺迷趴奉估猜迂你血脑疼托坏戌希虚旧失撩渍祈荆片艺俊尖描掐褒箍娜钡呕兹账惶戴遵轰詹靖鹃酞悔疫菜崔铂委没等萨宛侵芜突抱趾埠萌琢呛款酵羊氮皋兵仁斌配汛躁捆遂参狮婚崖捧毛条能才挨邵观踊哪节兰膝限庐净澈赢咳柞思挞鞭端海贰固傍么歼大拂版漳通雇恢甩忧涵恿咳致陛蝴时晨鸯措缀剃瘫香锑晰抱詹舞描诌碳撮困葵汪摘傈垃鹊筛陕泳再滚屁铰牙侨竖武界镇谤庶无岛翠懊离翼烟擂瀑酣俊吝流贼馈键展鄂咋躬即绑雏芋郊记守氰竿写协智敏抑佳绦景尾爸莆堡努条悸似颂梗徊贺看晨祁旗毙雅诬永逢秋套