全套設(shè)計（圖紙）加扣扣194535455全套設(shè)計（圖紙）加扣扣194535455摘要目前，工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛運用于工廠的生產(chǎn)車間，搬運機器人更是在車間的生產(chǎn)線上隨處可見。由于生產(chǎn)車間的人工勞動力越來越缺乏，而生產(chǎn)車間的勞動強度也不斷增強，故而越來越多工業(yè)機器人被運用到生產(chǎn)中，其中常見的有搬運機器人、弧焊機器人、點焊機器人等。在生產(chǎn)車間中機器人是工業(yè)生產(chǎn)中的主要勞動力，工業(yè)機器人的運用使得車間生產(chǎn)效率大大提高。我國的工業(yè)機器人相比國外強者來說，技術(shù)還很缺乏，需要不斷的研究改進。近年來我國在工業(yè)機器人的理論、技術(shù)研究方面取得了傲人的成就，使得我國與國外強者在機器人方面的技術(shù)差距不斷減小。本課題針對工廠的規(guī)模限制以及工廠中沖壓機床的數(shù)量不足的現(xiàn)象，設(shè)計了一種搬運機器人組成柔性生產(chǎn)沖壓線，以便將多道工序在同一機床加工。其主要任務(wù)是將指定位置的汽車沖壓模具，搬運到?jīng)_壓機床工作臺上，在沖壓完成后將工件搬運到另一處指定地點。首先，針對柔性沖壓生產(chǎn)線的實際情況對機器人進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料的選擇及其強度、剛度驗證，包括機器人應(yīng)具有的合理自由度的確定、各個關(guān)節(jié)尺寸設(shè)計，及各個運動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。其次，對機器人關(guān)節(jié)所需動力源的計算選擇，并給出相關(guān)技術(shù)參數(shù)。本文所選擇的提供機器人運動的動力元件為液壓缸。進行液壓缸活塞驅(qū)動力計算，及其材料的強度、剛度驗證。然后，給出機器人運動控制的初步方案。最后，根據(jù)已經(jīng)設(shè)計好的尺寸運用繪圖軟件建模。將所設(shè)計機器人模型導(dǎo)入ADAMS中，通過運動關(guān)系副的添加進行運動分析，得到其角速度以及角加速度的運動曲線圖，以驗證其合理性。關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓缸控制系統(tǒng)

ThedesignofhandlingrobotaboutflexiblepunchlineAbstract：Atpresent,industrialrobothavebeenwidelyusedinindustrialmachineryproductionworkshop,theuseofrobotismorecommon.Duetothelackoflaborismoreandmorecommoninproductionworkshop,andthelaborintensityisalsogrowing.,Moreandmoreindustrialrobotshavebeenappliedtoproduction,whichmainlyarehandlingrobot,weldingrobot,weldingrobotetc.Robotisthekeyequipmentintheindustrial.Withthehelpofrobot,theefficiencyisimproved.Comparedwithforeignrobot,ourrobotintechnologyisbehindthem,sowehavetodomoreandmoreresearchaboutthis.However,recentyearswehavemadegreatprogressintechnology,materialsanddesign.Weareonthewaytocatchupwitheasterncountries.Thedesignisforsolvingtheproblemwhicharethelackofpunchingmachineandlimitsize,soIhavedesignedaflexiblestampingproductionlinecomposedbyarobot,itsmainfunctionismultiplyingseveralprocessonasamemachinetool..Itsmaintaskistospecifythelocationofthecarstampingdie,movingtothestampingmachinetoolworkbench,afterthestampingiscompletedthen,movedtoanotherdesignatedlocation.Firstly,choosethematerialswhichisabletosatisfythestiffnessandthestrengthintheactualsituation.Also,Ihavedesignthestructureofthemachine.Next,dothejobwhichisverifyingthefreedomandstructureSecondly,thecalculationandselectionofthepowersourcefortherobotjointsisgiven,andtherelevanttechnicalparametersaregiven.Thepowerelementoftherobotmotionishydrauliccylinder.Hydrauliccylinderpistondrivingforce,anditsmaterialstrength,stiffnessverification.Then,thepreliminaryschemeofrobotmotioncontrolisgiven.Finally,accordingtothesizeofthedesigndothegraphicssoftware.ModeltherobotIhavedesignedintoADAMS.Throughthekinematicanalysis,theangularvelocityandangularaccelerationofthemotioncurveareobtained,andtherationalityofthemotioncurveisverified.Keywords:Industrialrobot，Structuredesign，Hydrauliccylinder，Controlsystem

目錄第1章緒論 第1章緒論1.1設(shè)計背景及來源隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)將面臨越來越多的挑戰(zhàn)與壓力。工業(yè)生產(chǎn)的強度不斷提高，生產(chǎn)精度要求也在不斷的提高，以及高溫高壓、低溫低壓等惡劣的工作環(huán)境，已經(jīng)不適合人工操作，故由工業(yè)機器人代替人工操作的現(xiàn)象越來越普遍。工業(yè)機器人是模仿人的動作，按照已經(jīng)編寫好的程序，及空間運動軌跡，實現(xiàn)抓取、搬運或進行加工的機器。工業(yè)機器人不但可以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，還可以提高生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)精度等，故而工業(yè)機器人的快速發(fā)展勢在必得。在美國、德國、日本等工業(yè)技術(shù)發(fā)達的國家中，工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車制造以及汽車零部件制造、機械加工、交通運輸?shù)刃袠I(yè)中[1]。在工業(yè)生產(chǎn)中使用工業(yè)機器人代替人工進行作業(yè)勢在必行。本設(shè)計是來源于某工廠柔性生產(chǎn)沖壓線，由于沖壓機床的數(shù)量限制以及生產(chǎn)車間的規(guī)模限制，致使該生產(chǎn)線無法實現(xiàn)大批量、高效率生產(chǎn)。并且在生產(chǎn)過程中勞動強度大，故而若使用人工搬運所需要的勞動力大，成本高。基于上述原因，考慮設(shè)計一種機器人，實現(xiàn)夾取、搬運等工作，來代替人工操作，從而解決上述問題。1.2國內(nèi)外工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀60年代，在第一臺由美國AMF公司制造的Versatran機器人，用于工業(yè)生產(chǎn)之后，經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，國外對機器人的研究起步時間比國內(nèi)要早很多，起初是對工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)和信息處理的研究，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的日趨進步將會使工業(yè)機器人越來越多的被使用到工業(yè)生產(chǎn)當中[2]。工業(yè)機器人技術(shù)在國外的發(fā)展較為成熟，工業(yè)機器人已經(jīng)成為生產(chǎn)線上的主要“人員”，在一些機器人技術(shù)發(fā)達的國家中，機器人已經(jīng)不僅僅局限于工業(yè)生產(chǎn)，而被使用到餐飲服務(wù)等行業(yè)中。國外的工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展速度可以用飛速來形容，是計算機技術(shù)之后又一次的技術(shù)創(chuàng)新。國外最為典型的工業(yè)機器人技術(shù)強國有：德國、日美、美國等國家。至今在國際上公認的擁有典型代表的是日系和歐系機器人，日系主要以安川、FANUC等為代表，歐系有德國的KUKA、瑞典ABB等[3]。在20世紀80年代，是日本機器人發(fā)展最為繁榮的階段。德國擁有的工業(yè)機器人的數(shù)量在當時排在世界第三位[4]。圖1-1為焊接機器人的一種。圖1-2為工業(yè)機器人在完成作業(yè)時的現(xiàn)狀。圖1-1焊接機器人圖1-2機器人的工作場景1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀各個國家對工業(yè)機器人技術(shù)的研究及其應(yīng)用都非常關(guān)注，從1962年美國出現(xiàn)世界上第一臺工業(yè)機器人之后，日本、德國等國家的機器人技術(shù)飛速提升，成為了機器人技術(shù)強國[5]。而我國的機器人相關(guān)技術(shù)相對這些國外技術(shù)強國則較為落后，我國在“七五”中將工業(yè)機器人列為我國的重要研究內(nèi)容，在沈陽展開了對工業(yè)機器人的成套技術(shù)的開發(fā)研究，并獲得了令人欣喜的成就。1986年，863計劃的實施，讓我國取得大量可喜的成就，研究制造出一批特種機器人。1980年至1990年期間，使得我國工業(yè)機器人技術(shù)又向前邁出了很大的進步，為我國工業(yè)機器人的迅速發(fā)展奠定強硬的基礎(chǔ)。截至2007年我國已經(jīng)有130多臺工業(yè)機器人運用于自動噴漆生產(chǎn)線，弧焊機器人已使用到汽車生產(chǎn)的焊接生產(chǎn)線上[6]。在接下來的10年里，我國對多自由度關(guān)節(jié)機器人、精密裝配機器人等國際前沿領(lǐng)域的研究開發(fā)取得優(yōu)異的成果，我國的機器人技術(shù)與國際水平逐步接近。目前，智能機器人的技術(shù)研究、機器人化機械開發(fā)研究、以機器人為基礎(chǔ)的重組裝配系統(tǒng)等，是我國工業(yè)機器人的主要研究內(nèi)容[7]。目前生產(chǎn)中常見的幾種機器人如下。圖1-3是我國的碼垛搬運機器人。圖1-3碼垛搬運機器人1.3存在的問題我國對機器人技術(shù)研究時間不長，技術(shù)經(jīng)驗不成熟，以至于同國外相比落后較大。我國對國外機器人的零件購買需求很大，并且國內(nèi)已經(jīng)存在的機器人數(shù)量較少。國內(nèi)機器人在結(jié)構(gòu)方面較為復(fù)雜，簡單的結(jié)構(gòu)可以減少出現(xiàn)的問題，在質(zhì)量、維護和生產(chǎn)成本上將會降低。在控制方面，國內(nèi)的在電子方面的技術(shù)相對國外仍不成熟，需要不斷提高電子技術(shù)、降低成本，來增加機器人的精度，以及降低工業(yè)機器人的生產(chǎn)成本。1.4本文擬使用的方案首先，對本課題的機器人進行結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計。為了方便結(jié)構(gòu)尺寸的確定，必須先確定機器人的自由度，即機器人所擁有的關(guān)節(jié)數(shù)目，再進行尺寸的確定。其次，對機器人的每個關(guān)節(jié)進行驅(qū)動力的計算，確定動力元件的型號或動力元件各部件的尺寸。然后，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果建模。最后，對所建模型仿真分析。具體步驟如下：（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計及自由度的確定。為了使機器人結(jié)構(gòu)簡單，除去不必要的自由度，以減少機器人的關(guān)節(jié)，本文在設(shè)計時采用五個自由度。根據(jù)生產(chǎn)線實際要求，選取機座底端距離沖壓機床的水平距離為1.5米，確定機器人的結(jié)構(gòu)尺寸，包括機器人的腰部、大臂、小臂、手部的尺寸。（2）關(guān)節(jié)及動力元件的設(shè)計。關(guān)節(jié)是機器人的核心部位，關(guān)節(jié)決定機器人的運動，是整個機器人結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部位。在各關(guān)節(jié)動力源選擇時選用結(jié)構(gòu)緊湊，靈活的元件作為機器人的驅(qū)動部件，可以使整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。根據(jù)機器人的主要任務(wù)，選用機器人的每個關(guān)節(jié)均選用旋轉(zhuǎn)型，除去伸縮型關(guān)節(jié)，使結(jié)構(gòu)簡單化。根據(jù)機器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動力的計算方法，確定其驅(qū)動力的大小。然后根據(jù)驅(qū)動力的大小計算設(shè)計液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸。(3)建模。根據(jù)已確定的各部件的尺寸用solidworks建模。先繪出機器人各部位以及各動力元件的零件圖，然后依據(jù)裝配關(guān)系將所有零件圖裝配起來，形成裝配體。（4）運動仿真分析。將已建立好的模型導(dǎo)入ADAMS中，添加各關(guān)節(jié)的運動副，以及其相互的驅(qū)動力矩，實現(xiàn)機器人的空間運動模型，生成其運動時關(guān)節(jié)的角速度、角加速度、速度曲線圖。對繪制的曲線圖進行分析，驗證機器人各結(jié)構(gòu)尺寸、關(guān)節(jié)的合理性。（5）空間運動方程的確定。建立機器人末端空間運動的函數(shù)，由機器人在空間運動的起始狀態(tài)均為零的特殊狀態(tài)，確定其函數(shù)的各系數(shù)。

第2章機器人的手部設(shè)計2.1機器人的總體方案設(shè)計本課題所設(shè)計機器人的主要任務(wù)是將沖壓模具搬運到工作臺上，待其沖壓完成后，再將其搬離工作臺。在其空間運動過程中需快速、準確的達到各指定的定位點，以保證機器人的精度要求。考慮機器人的任務(wù)將機器人設(shè)計為機械手的結(jié)構(gòu)形式。此機械手由手部、臂部兩大部分組成。其中臂部包括機械手的腕部、小臂、大臂、機座四個部分[8]。在工作時計算機發(fā)出任務(wù)指令，由PLC控制電磁閥的移動，控制機械手完成相關(guān)任務(wù)。2.2手部設(shè)計要求手部是工業(yè)機器人用來抓取、夾持工件的機構(gòu)。它是處于機器人的操作端，是機器人在按照給定的要求，執(zhí)行任務(wù)時最直接的操作部位。手部的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及其負載重量等都會影響手臂的相應(yīng)參數(shù)，故在設(shè)計手部時要求質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊[9]。其一般要求如下：（1）應(yīng)具有足夠的夾緊力。機器人的手部在夾緊、抓取工件后，將工件從原來的位置轉(zhuǎn)移到另一個位置，在這個過程中工件會產(chǎn)生慣性力力，在加上工件自身的重量，為了避免工件在中途脫落，手爪必須要有足夠大的夾緊力[10]。一般情況下要求夾緊力為工件的23倍。（2）應(yīng)具有足夠的張角。不同的工件具有不同的直徑或?qū)挾龋瑱C器人的手爪必須要有較大的夾取范圍，而且要具有較小的定位誤差。（3）應(yīng)具有足夠的加持精度。手爪加持工件時，既要求夾持準確，又不能破壞工件，必須使用與工件外形結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的手爪結(jié)構(gòu)。如圓柱形工件一般使用“V”形手爪，以便自動定心。（4）應(yīng)具有足夠的強度、剛度。手爪在夾持工件移動的過程中，會產(chǎn)生慣性力，同時要受到工件對手爪的反作用力，如果手爪沒有足夠的強度、剛度就會被折彎或斷裂。對于受力大的手爪，需進行強度、剛度的驗證[11]。（5）應(yīng)具有一定的通用性。工業(yè)機器人手爪夾持對象往往不是固定的，一般同一個手爪會對多種不同形狀的工件進行操作，所以為了適應(yīng)不同的工件形狀，就要求機器人的手爪具有一定的通用性。本課題所設(shè)計的是柔性生產(chǎn)沖壓線的搬運機器人，其操作對象是汽車模具沖壓件，夾持部位是模具的模柄，模柄的形狀為圓柱形。“V”形手爪可以增大手爪與模柄的接觸面積，從而增大摩擦力，減小夾持力度。同時“V”手爪能自動定心，能夠滿足夾持精度要求。故本設(shè)計采用“V”形手爪。2.3機器人動力源的選擇動力源是工業(yè)機器人正常工作的前提條件，為工業(yè)機器人的工作提供能源保證。目前工業(yè)機器人所使用的最常見的有電氣式動力源、液壓式動力源、氣壓式動力源三種。此外，還有使用電動機帶動凸輪等機構(gòu)進行動力的傳遞方式，這種方式是將機構(gòu)當做是一種傳遞動力的介質(zhì)稱之為“機械式”動力源[12]。各種動力源的比較如下：表2-1各種動力源的特點比較方式項目電氣式液壓式氣壓式機械式執(zhí)行元件輸出動力/重量極小最大小極小輸出動力/體積小最大較小小響應(yīng)性極快快慢快動作速度慢快稍快快控制性容易容易中間位置停止難只能固定程序工業(yè)機器人在執(zhí)行任務(wù)的過程中需要較大的驅(qū)動力矩，即需要的輸出動力較大，根據(jù)上述表格液壓式驅(qū)動符合動力條件。2.3.1動力元件的選用表2-2是輸出轉(zhuǎn)矩在1100左右的液壓馬達參數(shù)表。表2-3是輸出轉(zhuǎn)矩在1000左右的部分電機參數(shù)。表2-2部分液壓馬達的參數(shù)型號壓力/MPa轉(zhuǎn)速r/min輸出轉(zhuǎn)矩質(zhì)量kgBmv40016270102032.6Jm11-F0.355F120184001014751QJm120.8se104250117564QJm21-0.5sez1623201175802QJm21-0.5T65162400117540YmD50014111640表2-3部分三相異步電動機的規(guī)格型號輸出轉(zhuǎn)矩質(zhì)量YVP315L1-610611095YVP315L1-811611095YTS2315M1-6980870YTSZ315M1-811461025擺動液壓缸又叫做油馬達，其結(jié)構(gòu)特點如下：輸出扭矩大。結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)制造容易。價格便宜。結(jié)構(gòu)緊湊、靈活質(zhì)量小液壓馬達與擺動液壓缸的異同點：相同點：兩者都是將液壓能量轉(zhuǎn)換為扭矩、轉(zhuǎn)矩的液壓元件。均具有結(jié)構(gòu)緊湊、輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點不同點：液壓馬達的工作原理是將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩輸出，其與液壓泵是可以相互逆轉(zhuǎn)的，運作方式為旋轉(zhuǎn)。而擺動液壓缸則是直接有液壓油提供其輸出轉(zhuǎn)矩的能量，其運作方式為擺動。本設(shè)計中機器人多處關(guān)節(jié)為回轉(zhuǎn)型關(guān)節(jié)，即對動力源的需求為輸出轉(zhuǎn)矩，且所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩較大。同時為了設(shè)計美觀，將機器人的動力元件放置于機器人機身內(nèi)部，要求動力元件的尺寸小、重量輕。綜合設(shè)計要求與液壓缸的優(yōu)點考慮，本設(shè)計采用液壓油缸作為其動力元件。由于各關(guān)節(jié)均為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，故需要的液壓缸為擺動液壓缸。2.4手爪的夾緊力計算通常情況下，夾緊力必須克服工件重力、工件在移動過程中產(chǎn)生的慣性力，使工件能過實現(xiàn)平穩(wěn)移動并不脫落。夾緊力是機器人手部的主要參數(shù)，在對其進行設(shè)計時需要對其大小、方向、作用點進行分析計算[13]。夾緊力的計算步驟：（1）首先根據(jù)生產(chǎn)線的實際情況及設(shè)計要求，確定安全系數(shù)，根據(jù)機器人工作速度要求，計算出手爪的最大加速度，確定出工作情況系數(shù)，根據(jù)手爪夾持方位和夾持工件的方式查表確定方位系數(shù)，夾緊力。（2）根據(jù)手爪驅(qū)動力的計算公式，求出液壓缸應(yīng)具有的驅(qū)動力F計算。（3）在生產(chǎn)中使用時液壓缸的驅(qū)動力F實際要大于F計算。考慮手爪的機械效率，一般取。2.4.1手指結(jié)構(gòu)受力分析對手指結(jié)構(gòu)受力分析如下：圖2-1手爪結(jié)構(gòu)受力分析在拉桿3的作用下，銷軸2所產(chǎn)生的拉力F向上，并且通過中心點O，手指兩滑槽對銷軸產(chǎn)生的反作用力為、，反作用力、的方向為，垂直于、并指向點。A、B分別為、延長線與的交點。由得=由得由得因為所以（2-1）式中a為手指的旋轉(zhuǎn)支點到中心線的距離（mm）；根據(jù)設(shè)計要求取a=30mm。b為手指旋轉(zhuǎn)支點到手指夾持中心線的距離（mm）；取b=80mm。為工件在被夾緊時手指滑槽與兩支點連線的夾角。取2.4.2手指對工件的夾持力的計算手指對工件夾持力可按下式計算：（2-2）式中為安全系數(shù)，通常取。本設(shè)計取=1.2；為工作情況系數(shù)，通常考慮慣性力對手指的影響；可按下式估算：其中為搬運工件時重力方向的最大上升加速度；g為重力加速度，g=9.8m/s2；為搬運工件時，工件在重力方向上的最大上升速度；根據(jù)柔性生產(chǎn)沖壓線的實際情況，上升最大速度取。為達到最大速度的時間，根據(jù)選用的參數(shù)選取。一般取；根據(jù)要求本設(shè)計為方位系數(shù)，根據(jù)手指形狀以及手指在夾持工件的位置進行選定。由于本設(shè)計是用工業(yè)機器人搬運放置于地面的汽車沖壓模具，并且模柄的方向統(tǒng)一為豎直向上，在夾取時“V”形手指從兩邊夾住模柄，實現(xiàn)機械手對工件的抓取。故采用的是手指是垂直放置并且夾持垂直放置的工件，通過粗略計算.G為工件的所受重力。根據(jù)生產(chǎn)實際以沖壓工件的質(zhì)量為70kg為標準計算。將數(shù)據(jù)帶入計算：；；將、帶入式（2-2）得2.4.3夾緊缸驅(qū)動力的計算由代入公式（2-1）得：F計算考慮手爪的機械效率得：F實際=F計算/=11189.5/0.85=13164N2.4.4液壓缸的尺寸計算（1）確定液壓缸的直徑DF實際=（D2-d2）p（2-3）液壓缸活塞桿直徑d與內(nèi)徑D、工作壓力p的關(guān)系如下表2-3：表2-3液壓缸活塞桿直徑與工作壓力p、內(nèi)徑D的關(guān)系活塞桿受力情況工作壓力p/MPa活塞桿直徑d受壓及受拉P5（0.50.55）D受壓及受拉5p7（0.60.7）D受壓及受拉P70.7D根據(jù)表格取p=3Mpa，活塞桿直徑d=0.5D。D===86mm表2-4液壓缸內(nèi)徑、活塞桿直徑的標準系列名稱數(shù)值液壓缸的公稱壓力系列（GB/T7983-1987）/MPa0.63、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0/16.0、25.0、31.5、40.0液壓缸內(nèi)徑系列（GB/T2348-1993）/mm8、10、12、16、20、25、40、50、63、80、（90）、100、（110）、125、（140）、160、（180）、200、（220）、250、（280）、320、（360）、400、（450）、500活塞桿直徑系列（GB/T2348-1993）/mm4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360根據(jù)表2-4查得取D=80mm，d=40mm。（2）液壓缸材料的選擇選取45號鋼作為液壓缸的材料，其抗拉強度=600Mpa；屈服強度=355Mpa。。本設(shè)計所有液壓缸均使用45號鋼作為液壓缸的材料。活塞桿的強度驗證：[A]所以A故符合強度要求。表2-5液壓缸外徑標準系列產(chǎn)品系列代號額定壓力/MPa缸筒內(nèi)徑材料40506380100125140160180200A型1650607695121146168194219245202050607695121146168194219245452550608310212115216819421924545325463.58210212715216819421924545B型165063.57695121152168194219245查表2-5得出液壓缸外徑為95mm。（3）液壓缸缸蓋螺釘?shù)挠嬎泸炞C①缸蓋螺釘數(shù)目的計算為了保證液壓缸聯(lián)接的緊密型，必須規(guī)定液壓缸缸蓋螺釘之間的間距，然后決定螺釘?shù)臄?shù)目。出于安全考慮工作壓力p=2.5時，螺釘間距t。液壓缸缸蓋周長；取螺釘間距；螺釘數(shù)目;取Z=6②螺釘強度的驗算聯(lián)接螺栓的強度驗算工作可按拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力的合成應(yīng)力來進行，即(2-4)(2-5)(2-6)式中F為液壓缸負載；k為螺紋內(nèi)擰緊系數(shù)，k=1.12；為螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，通常取；為螺紋直徑；為螺紋內(nèi)徑；Z為螺紋數(shù)目；材料的屈服極限，45號鋼為355Mpa；為安全系數(shù)，通常取，故/1.2=295.8Mpa。代入式（2-4）得：=3.5mm取=4mm液壓缸的密封密封的作用是使兩接觸面之間的縫隙封住，以減小或阻止泄漏[14]。液壓缸的密封件一般采用斷面形狀分類，有O形、U形、V形、Y形、L形等。除O形密封件以外，其他幾種密封件均屬于唇形密封件。本設(shè)計采用O形密封圈加擋圈的方式密封，O形圈加檔圈，以防O形圈被計入間隙中。O形密封圈的截面形狀為圓形，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、密封可靠、容易生產(chǎn)、摩擦力小，因而應(yīng)用廣泛，既能用于固定件的密封，又能用于運動件的密封。本設(shè)計液壓缸的采用同一密封方式。2.4.5手指的剛度驗證根據(jù)實際要求取手指滑槽長度L=40mm，滑槽到支點的長度d=12mm，滑槽到頂端的長度c=8mm。手指的寬度為12mm，厚度為8mm。由前面章節(jié)中對手指夾緊力、驅(qū)動力的計算可知，手指最大切應(yīng)力發(fā)生在帶滑槽段的手指部位，對其進行剛度的驗算。查表2-6得，使用插入法計算得出。表2-6矩形截面桿扭轉(zhuǎn)時的系數(shù)、2.53.04.06.00.2580.2670.2820.2990.2490.2630.2810.299==5042N對于鋼件：=所以[]符合剛度要求。

第3章臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1.1工業(yè)機器人的腕部結(jié)構(gòu)特點腕部是位于手部與手臂之間，腕部的功能是調(diào)整機器人在運動時手部的位置，增加機器人的活動范圍，使機器人變得更加靈活[15]。機器人的手腕擁有獨立的自由度。為使手部變得靈活，手腕一般設(shè)有回轉(zhuǎn)運動。目前，擺動液壓（氣）缸是應(yīng)用最為廣泛的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、靈活、必須嚴格密封，否則會影響扭矩的輸出。手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該滿足下面幾點要求：（1）結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊、重量輕。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時腕部的每一個自由度都要配有一套驅(qū)動裝置和執(zhí)行裝置，并且這些裝置需要容納在腕部的結(jié)構(gòu)空間中，這就要求驅(qū)動裝置和執(zhí)行裝置的外形尺寸要小，質(zhì)量要輕。（2）靈活度要高，密封性能好。對人體而言手腕幾乎是最為靈活的部位，可以實現(xiàn)多方位的轉(zhuǎn)動擺動，具有很高的自由度。作為機械手的腕部來說同樣要求其靈活，以便更好的完成任務(wù)。（3）應(yīng)能適應(yīng)工作環(huán)境的需要。本課題所設(shè)計的手腕擁有兩個自由度，一個是手腕的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)手爪在夾取工件時的位置調(diào)整，另一個則是機器人手部的擺動，實現(xiàn)機器人整個手部與水平方向上的夾角。3.1.2工業(yè)機器人的腕部回轉(zhuǎn)力矩計算工業(yè)機器人腕部回轉(zhuǎn)時，需要克服腕部支承處的摩擦力矩、由于工件重心偏置所引起的力矩、腕部啟動時的慣性力矩。腕部受力示意圖如3-1所示。圖3-1手腕的受力示意圖腕部支承處的摩擦力矩=(3-1)式中為軸承摩擦系數(shù)，滾動軸承取=0.2，滑動軸承取=0.1；、為軸承處支反力（N）；、為軸承直徑（m）。為了簡化計算，取=0.1（3-2）圖3-2中、分別為工件的重量、手部重量（kg）。工件重心偏置所引起的偏置力矩（3-3）式中e為工件重心與回轉(zhuǎn)中心的垂直距離。由于本設(shè)計的工件為沖壓模具，工件重心與模柄中心線重合，即與回轉(zhuǎn)中心線重合，故e=0，=0啟動時的慣性力矩將腕部的啟動視為加速度一定的運動，根據(jù)回轉(zhuǎn)角速度以及啟動所需時間有：=（J+）(3-4)式中為回轉(zhuǎn)角速度（）；為啟動所需時間（s）；J為手腕回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)中心軸線的轉(zhuǎn)動慣量（kg.）；為工件對回轉(zhuǎn)中心軸線的轉(zhuǎn)動慣量（kg.）。設(shè)①取手指、手指驅(qū)動液壓缸以及手腕回轉(zhuǎn)液壓缸為圓柱體，高度為，直徑為，總質(zhì)量為。②取=0.1。③腕部的啟動時間=0.2s；=150=2.616。④工件的尺寸形近似以工作臺的尺寸形狀計算。故J=m/2=15=將數(shù)據(jù)帶入式（3-4）得=（J+）由式（3-2）、（3-3）得總力矩為：M=+=0.1+(3-5)所以M=49.783.1.3回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動力矩計算回轉(zhuǎn)油缸的壓力p與驅(qū)動力矩M的關(guān)系式如下：(3-6)式中M為回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動力矩（）；為回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力（），此處取；R為回轉(zhuǎn)油缸缸體內(nèi)壁半徑（mm）；r為輸出軸半徑（mm）；b為動片寬度（mm）；一般情況下，取；取R=2d；將關(guān)系式帶入式（3-6）得R=(3-7)R===45mm根據(jù)表2-4得取R=50mm；則b=r=R/2=25mm根據(jù)表2-2得出液壓缸外徑為60mm。3.1.4液壓缸缸蓋聯(lián)接計算驗證①缸蓋螺釘數(shù)目的計算由上一章螺釘數(shù)目計算知：螺釘間距t。液壓缸外徑周長L=取t=60mm則螺釘數(shù)目取Z=3②螺釘強度的驗算螺釘?shù)氖芰τ嬎悖?-8）（3-9）式中為計算載荷；為預(yù)緊力；。D為危險截面直徑(mm)。此處為螺釘安裝位置取D=55mm。螺釘?shù)膹姸葪l件為：=1.3/故d(3-10)d為螺紋內(nèi)徑。由式（3-9）得3.14=2374.625N取k=1.5，將數(shù)據(jù)帶入式（3-8）得=2.5帶入式（3-10）得d=5.765mm取d=6mm3.2工業(yè)機器人的臂部結(jié)構(gòu)計算手臂是機器人的握持部位，也是機器人主要的運動部位[16]。它的主要作用在于，支承手部和腕部，并使手部在空間中作規(guī)定的運動，所以臂部的工作范圍、承載能力等性能直接影響整個工業(yè)機器人的做工性能。機器人的手臂通常有23個自由度。手臂的滋生質(zhì)量較大，在工作時所承受的力包括工件重量以及手部等的自身重量。并且機器人在運動時由于慣性力的存在，會產(chǎn)生慣性力，影響機器人的精度[17]。3.2.1工業(yè)機器人的臂部設(shè)計要求機器人的臂部首先要能夠滿足規(guī)定的運動要求，因此必須滿足下列要求。（1）承載能力強、剛度大、質(zhì)量小。由于工件質(zhì)量較大，機器人在運作時各部位承受的重量都較大，特別是臂部。為了防止在作業(yè)過程中臂部出現(xiàn)變形、折彎等現(xiàn)象，臂部的剛度要足夠大，同時截面形狀設(shè)計要合理。在設(shè)計手臂時，選用空心軸作為臂部結(jié)構(gòu)的剛度比實心軸的承載能力要大，同時能減輕臂部質(zhì)量，所以空心軸是一種不錯的選擇。（2）定位精度要高。臂部的運動直接影響手部及手腕的運動，當臂部精度不高時，機器人在執(zhí)行任務(wù)時定位誤差很大，甚至出現(xiàn)任務(wù)出錯的現(xiàn)象。（3）偏重力矩要小。臂部對回轉(zhuǎn)中心軸所產(chǎn)生的靜力轉(zhuǎn)矩被稱之為偏重力矩，偏重力矩與手臂質(zhì)量有關(guān)，故應(yīng)減小手臂運動部件的重量，從而減小偏重力矩。3.2.2臂部的結(jié)構(gòu)形式。能夠?qū)崿F(xiàn)左右擺動或者上下擺動的手臂被稱為回轉(zhuǎn)運動型手臂，而能實現(xiàn)升降、收縮的臂部被稱為直線運動型手臂。直線型和會轉(zhuǎn)型運動的組合運動型臂部被稱為復(fù)合型運動手臂。本課題所使用的是回轉(zhuǎn)型手臂，需要實現(xiàn)手臂的上下擺動，以及左右擺動。3.2.3臂部的驅(qū)動力矩計算手臂運動時所需要的驅(qū)動力矩，是手臂運動時所產(chǎn)生的慣性力矩與運動過程中所產(chǎn)生的摩擦力矩之和。=（3-11）式中為油缸密封裝置處的摩擦力矩總和；為臂部運動時的慣性力矩。設(shè)手臂各部位為直徑100mm，長度為1800mm的圓柱體，質(zhì)量m=40kg；則=N.m.在出計算時，為了簡化計算通常省略運動過程中的摩擦力矩，而已效率來代替，計算公式如下：=(3-12)=813.03/=934.52由公式3-6、3-7得出液壓油缸的內(nèi)徑為：R==118mm查表2-4得取R=125mmr=d=63mm查表2-5得出液壓缸外徑為146mm。3.2.4缸蓋聯(lián)接件的計算驗證①螺釘數(shù)目液壓缸外徑為146mm，則周長L為：L==3.14458.44mm取螺紋間距為t=50mm則螺釘數(shù)目Z為：Z=L/t=458.44/60=9.17取Z=10②螺釘強度驗算由式（3-8）取螺釘安裝處直徑為D=130mm，則3.14=3979.95N由式（3-9）得=2.52.59949.875N由式（3-10）得d=7.464mm取d=8mm3.3機座的結(jié)構(gòu)設(shè)計機座作為整個機器人的支撐部位，需要承受整個機器人的重量，包括機器人在作業(yè)時被抓取工件的重量，是機器人最為基礎(chǔ)的部分。針對機器人手臂的運動情況，機座有不同的形式，同時手臂的自由度的多少，影響著機座的復(fù)雜程度，自由度越多，機座結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。通常情況下，機座有兩種形式，第一種為固定式機座，它是將機器人固定在某個位置完成規(guī)定的任務(wù)，通常此類機器人運用于流水生產(chǎn)線上。第二種為移動式機座，一般是沿軌道做移動，此類機座必須考慮機器人的重心問題，也包括也機器人在作業(yè)過程中的重心偏移問題，設(shè)計難度相對增大。本課題為沖壓模具的搬運機器人，其工作方式是在固定位置將指定地點的待加工工件搬運至工作臺，在將沖壓完成后的工件放置于指定地點。所以本課題采用固定式機座。用solidworks建模如下：圖3-2機座的外形結(jié)構(gòu)

第4章機器人的控制系統(tǒng)設(shè)計工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要作用是，控制機器人各個關(guān)節(jié)在空間中的運動順序，以及各關(guān)節(jié)在空間的位置、運動速度、運動加速度、空間運動軌跡等。工業(yè)機器人在空間的一系列運動是由各個關(guān)節(jié)的運動而引起的，工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)控制各個關(guān)節(jié)的運動，實際上就是控制操作末端的運動。通過對控制系統(tǒng)的設(shè)定，可以控制機器人在空間中的運動軌跡、運動速度等一系列操作。故而機器人的控制系統(tǒng)猶如人的大腦，大腦通過神經(jīng)傳出一系列指令，手部等個關(guān)節(jié)按照指令完成規(guī)定的任務(wù)。4.1機器人的控制方式機器人的控制方式是多樣化的，根據(jù)不同的要求，通常將其分為點位控制、智能控制以及連續(xù)軌跡控制等。機器人的點位控制方式機器人在空間的運動是連續(xù)的、不間斷的，但并不是所有工業(yè)機器人一系列在空間軌跡都要進行作業(yè)，也就是說有些機器人對空間的運動軌跡并不要求，如搬運機器人。搬運機器人的任務(wù)要求是從一個位置將工件搬用至另一個指定位置，對機器人走什么樣的路徑到達指定點不做要求。這種只對機器人在某些空間點做出控制的方法叫做點位控制方式。控制時只要求機器人能夠規(guī)定的時間內(nèi)、準確到達指定點，對其運動軌跡不做規(guī)定。這種控制方式的特點是，簡單容易實現(xiàn)、控制精度不高[18]。這種控制方式常用于搬運、點焊等工業(yè)機器人中。連續(xù)軌跡控制方式機器人的連續(xù)軌跡控制方式與點位控制不同，它要求機器人在空間運動時，對空間軌跡進行控制，即對使用此類控制方式的機器人有嚴格的規(guī)定運動軌跡，同時對其移動過程中的速度、加速度進行控制。通常情況下這類機器人對精度要求高。多用于弧焊、噴漆等作業(yè)中。智能控制方式智能控制是通過對機器人添加傳感器，讓機器人獲得工作環(huán)境的實際情況，然后依據(jù)知識庫做出相應(yīng)的對策[19]。這類控制方式的特點是，能夠使機器人擁有很強的環(huán)境適應(yīng)能力，同時也擁有自我學(xué)習(xí)的能力。但其控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本、技術(shù)高。本課題所設(shè)計的是沖壓生產(chǎn)線上的搬運機器人，記住要功能為搬運，故對空間軌跡的要求不做規(guī)定，故本設(shè)計采用點位控制方式。除起點與終點外在空間中在添加適當點位，以規(guī)定機器人的大致運動軌跡。機器人的運動順序為從原點出發(fā)到達工件點位，抓取工件后先做小臂的向上擺動，調(diào)整腕部與小臂之間的夾角，然后再做大臂的向上擺動，調(diào)整大臂與小臂之間的夾角，在做機身的旋轉(zhuǎn)運動。最后在將大臂往下擺、小臂往下擺，將工件放置于工作臺上。在工件加工完成后，機器人的運動與抓取時運動順序相似。4.2控制方案的設(shè)計液壓回路電磁閥PCPLC執(zhí)行檢測控制系統(tǒng)的控制方框圖如下：液壓回路電磁閥PCPLC執(zhí)行檢測圖4-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（圖4-1）可以看出，pc機、PLC是系統(tǒng)的核心，起到控制機器人運動的作用。PC機即為計算機，利用計算機中的軟件環(huán)境，以及其強大的計算功能作為機器人的大腦，實現(xiàn)對機器人的監(jiān)測、管理。通過編程給出機器人的需要完成的運動，再由計算機發(fā)出指令，通過PLC控制、協(xié)調(diào)機器人各關(guān)節(jié)的運動。PLC控制電磁閥的移動，實現(xiàn)機器人關(guān)節(jié)中動力源裝置即液壓缸油腔的油量的調(diào)節(jié)。PLC控制電磁閥移動控制油腔油量，而油腔增加或減少油量的多少又能控制機器人的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度的大小。同時PLC對液壓回路進行控制，調(diào)節(jié)進油的速度，增加其調(diào)控精度，從而提高液壓缸的精度。PC的使用優(yōu)點：計算機擁有強大的軟件資源，以及高速精確的計算功能，作為機器人的管理者，能減少機器人的反應(yīng)時間，提高機器人的效率。同時能夠進行人機交互，增加人工對工業(yè)機器人的操控性。PLC擁有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點[20]。在PLC對電磁閥進行控制時，其控制方法簡單，只需要發(fā)出控制指令，即可對機器人的運動進行控制。同時PLC控制器硬件配置小，電路簡單，成本低。4.3控制策略機械手在空間運動具有較大的運動慣性，當達到指定定位點要求停止運動時，由于機械手的慣性力而造成很大沖擊，同時使機械手的精度降低。為了減小慣性力的影響，通常可以在結(jié)構(gòu)中添加緩沖裝置，以消除其慣性力。但這種方法會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，同時成本增加。本文中將使用另一種減小慣性力影響的方法，通過對機械手的運動速度進行控制，以減小慣性力的影響。本文將這種方法稱之為控制策略。控制策略是指將機械手的勻速運動轉(zhuǎn)變?yōu)橄葎蚣铀俸髣驕p速的運動過程。如：當機械手以0.6的速度勻速運動到某一定位點時，機械手的慣性力會產(chǎn)生很大的沖擊力，故而造成精度的下降。若將機械手的運動速度改為前一半路程的勻加速運動，后一半路程的勻減速運動，到達指定點的速度為零，故而消除了慣性力對的影響，提高了機械手的作業(yè)精度。這種方法的缺點是機械手在到達同一指定點的時間增長。綜合考慮，為了提高機械手的精度，本問使用先勻加速后勻減速的運動方案。

第5章機器人的運動仿真5.1機器人的建模根據(jù)前面幾個章節(jié)對機器人結(jié)構(gòu)、動力源的設(shè)計計算的結(jié)果進行建模，畫出機器人各零件的三維模型，在將其裝配為機器人的整體裝配模型。機器人模型建立的軟件有很多，其中最為常見的有proe、UG、solidworks等軟件。Proe是美國參數(shù)技術(shù)公司開發(fā)的一款CAD/CAM/CAE一體化的三維繪圖軟件，在目前的三維軟件中擁有著重要的地位，得到業(yè)界廣泛的認可[21]。它第一個提出參數(shù)化設(shè)計的概念，使用單一數(shù)據(jù)庫解決相關(guān)問題。Proe可以進行零件繪制、進行裝配體的繪制裝配、鈑金設(shè)計等。UG同樣是一個三維繪圖軟件，它是SiemensPLMSoftware公司出品，它所使用的系統(tǒng)為交互式系統(tǒng)，擁有強大的功能，可以輕松的實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的繪制。Solidworks是世界上第一個使用基于Windows系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的三維繪圖軟件[22]。它具有操作簡單方便的有點，得到業(yè)界的廣泛推廣應(yīng)用。本文在根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算結(jié)構(gòu)繪圖時所用的軟件為solidworks。5.1.1使用solidworks建模（1）手部的建模根據(jù)手部各零件尺寸繪制出零件圖，完成零件繪制后，實行零件的裝配。圖5-1為手部的裝配效果圖：圖5-1機器人手部效果圖液壓缸活塞桿的進行伸縮時，通過銷軸在手指滑槽內(nèi)的移動，使手指實現(xiàn)夾取與張開運動。（2）腕部的建模圖5-2為手部與腕部的連接件。圖5-3為腕部外形結(jié)構(gòu)圖5-2手部與腕部連接件圖5-3腕部外形結(jié)構(gòu)腕部擁有2個自由度，一個為回轉(zhuǎn)運動，另一個為擺動運動。擺動結(jié)構(gòu)與小臂相連接，帶動手部與手腕的上下擺動。回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是整個手部進行回轉(zhuǎn)，主要作用為調(diào)整手爪的位置，方便對工件進行抓取。（3）機器人的整體外形結(jié)構(gòu)圖5-4為機器人結(jié)構(gòu)外形圖。圖5-4機器人外形圖其中機身可以圍繞機座做回轉(zhuǎn)運動，調(diào)整整個機械手的方向。大臂能做上下擺動，調(diào)整手部在空間中的位置，主要為與水平方向的夾角。同樣小臂也可以圍繞大臂做上下擺動，其作用與大臂相同。手腕的上下擺動主要實現(xiàn)手部位置的調(diào)整。5.2機器人的仿真運動本設(shè)計在仿真運動時使用的軟件為ADAMS，使用ADAMS進行仿真運動的主要任務(wù)是，機器人的運動學(xué)和動力學(xué)分析。繪制出機器人的運動學(xué)曲線圖。5.2.1ADAMS的介紹ADAMS是AutomaticDynamicsAnalysisofMechanicalSystem縮寫，是美國MDI（MechanicalDynamicsInc.）公司研究開發(fā)的著名機械動力學(xué)仿真分析軟件[23]。ADAMS以其強大的仿真能力，以及其成熟的虛擬樣機技術(shù)成為目前應(yīng)用最廣泛的仿真軟件。它主要的作用是進行動力學(xué)、運動學(xué)分析和靜力學(xué)分析[24]。它擁有5大模塊系統(tǒng)，用戶可以通過模塊實現(xiàn)建模與仿真分析。仿真分析后有專門的模塊輸出仿真結(jié)果，即線速度、角速度等曲線變化圖，方便用戶對所建模型清晰的掌握其運動參數(shù)，同時也方便用戶檢查可實行性。5.2.2實際操作首先將已經(jīng)建模好的文件以parasolid格式保存，以方便在ADAMS中打開。將保存的文件導(dǎo)入ADAMS中然后進行工作環(huán)境的設(shè)置。進行機器人的重力設(shè)置。根據(jù)模型導(dǎo)入情況設(shè)置正確的重力方向，本文在導(dǎo)入時的重力方向為-y方向。如下圖：圖5-5重力方向的設(shè)定設(shè)置零件材料。首先為機器人選擇各部位的零件材料屬性，本文使用55號鋼材料。如下圖圖5-6材料的設(shè)定添加約束。在ADAMS中約束的類型很多，有固定副，旋轉(zhuǎn)副、移動副、齒輪副等。本文中的機器人各個關(guān)節(jié)都是旋轉(zhuǎn)運動，故需要旋轉(zhuǎn)副。添加驅(qū)動。在機身回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)處添加力驅(qū)動，在其他各關(guān)節(jié)處添加，力矩驅(qū)動，在手指部位添加負載力70kg。如下圖：圖5-7驅(qū)動的添加5.3仿真結(jié)果在仿真運行結(jié)束后，ADAMS可以繪制出相關(guān)角加度、角速度、移動速度曲線圖，繪制結(jié)果如下：圖5-8為機器人末端位移曲線圖；圖5-9為機器人末端角速度曲線圖；圖5-10為機器人末端速度曲線圖；圖5-8機器人末端位移曲線圖圖5-9機器人末端角速度曲線圖圖5-10機器人末端速度曲線圖機器人在進行空間運動時，每個關(guān)節(jié)的角速度、角加速度會隨著機器人末端移動速度的變化而變化。上述曲線圖是機器人末端操作器，在按照某個規(guī)定軌跡運動時的角速度、位移、移動速度圖的變化情況。從上述圖線可以得知：由于機器人慣性力的存在，機器人各曲線圖出現(xiàn)變化劇烈的現(xiàn)象。機器人末端操作器角速度與速度曲線圖變化趨勢相近，位移曲線圖與速度曲線圖變化率大致相同。說明機器人在空間運動的情況與實際符合。5.4軌跡方程5.4.1空間坐標的選用對機器人運動軌跡的描述可以在關(guān)節(jié)空間中進行，也可以在直角坐標中進行[24]。兩種表示方法在其本質(zhì)上是相同的，但在具體的表示形式上各不相同。關(guān)節(jié)空間是將機器人在空間運動的關(guān)節(jié)變量以時間函數(shù)t來表達，其速度。、加速度的表達式需通過對關(guān)節(jié)變量函數(shù)式求導(dǎo)得出。而直角坐標空間是直接將機器人末端操作器的速度、加速度用時間函數(shù)t來表達。兩種表達方式各有其優(yōu)缺點。前者的優(yōu)點是其描述對象為運動關(guān)節(jié)，不需要通過其他轉(zhuǎn)換。后者的優(yōu)點是方便直觀，但在機器人執(zhí)行時還需轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)空間。當規(guī)定機器人的運動路徑時必須在直角坐標空間中進行。在不要求機器人按照規(guī)定的路徑運動的情況下，最好使用關(guān)節(jié)空間坐標[25]。由于本設(shè)計機器人使用控制方式為點位控制，即對其運動要求是在規(guī)定的時間到達規(guī)定的點位，對其在空間中的路徑不做要求。機器人可以選擇不同軌跡進行運動，但其所用的時間是相同的。故選用關(guān)節(jié)空間坐標。5.4.2坐標方程的確定本文在考慮軌跡規(guī)劃時，采用起始點與終止點的手腕關(guān)節(jié)角度函數(shù)來表示其運動軌跡。用來表示起始時的角度，即手部在抓取工件時的角度。用來表示在終點時的角度。即：（5-1）由于機器人在起始點、終點的角速度都為零，故（5-2）由（5-1）、（5-2）確定唯一多項式：（5-3）運動過程中其速度為：（5-4）加速度為：（5-5）將式（5-1）、（5-2）帶入（5-3）、（5-4）得（5-6）由式（5-6）可得（5-7）由以上公式可知三次多項式函數(shù)為：（5-8）取機器人從抓取工件到把工件放置到工作臺上，所用時間。起夾取工件時腕關(guān)節(jié)的角度為，到達工作臺時的角度。將數(shù)據(jù)帶入（5-7）可得：由式（5-3）、（5-4）（5-5）可得軌跡方程為：（5-9）在求出方程的四個系數(shù)之后，便得到了機器人的軌跡方程，而根據(jù)方程式（5-9）可以算出任何時刻機器人關(guān)節(jié)在空間中的位置，驅(qū)動系統(tǒng)便可以據(jù)此控制關(guān)節(jié)在空間的運動，從而控制機器人執(zhí)行指定的任務(wù)。

總結(jié)本文主要從機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)對機器人各關(guān)節(jié)的驅(qū)動力的計算、驗證，根據(jù)計算結(jié)果選擇了相應(yīng)的動力源，并計算設(shè)計其相關(guān)參數(shù)、及其強度剛度驗證。在結(jié)構(gòu)確定后對機器人進行建模，以及仿真運動。通過以上工作得出以下結(jié)論：（1）結(jié)構(gòu)的設(shè)計。機器人每增加一個自由度，其靈活程度將大大增加，但其結(jié)構(gòu)就會變得非常復(fù)雜，而致使機器人的生產(chǎn)成本大大增加。同時自由度的增加會使機器人的空間運動復(fù)雜化，從而在其軌跡規(guī)劃上難度大大增加，控制難度也隨之提升。故而在設(shè)計機器人結(jié)構(gòu)是應(yīng)避免不必要的自由度出現(xiàn)。采用結(jié)構(gòu)簡單的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，可以使設(shè)計過程簡單清晰。回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的設(shè)計需要注意其回轉(zhuǎn)的較大大小，即工作范圍。同時轉(zhuǎn)動時的控制精度決定了工業(yè)機器人的定位精度的大小。（2）動力元件的選擇設(shè)計。動力元件是工業(yè)機器人在運動時的動力來源，是機器人實現(xiàn)空間運動的必要條件。在選擇時，需要考慮到機器人的結(jié)構(gòu)問題，根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，選擇結(jié)構(gòu)緊湊、驅(qū)動力足夠的驅(qū)動元件，并且要求其精度達到設(shè)計要求。（3）控制系統(tǒng)的設(shè)計。機器人的控制系統(tǒng)控制著機器人在空間中運動，對其自身的控制精度同樣有著要求，即對其響應(yīng)時間有著要求。在設(shè)計時增加人機互動可以增強人工對機器人的控制。在控制系統(tǒng)中加入plc的控制，可以使系統(tǒng)簡單方便。

致謝從大四上學(xué)期期末時開始了本次畢業(yè)設(shè)計的準備工作，經(jīng)過前期準備和幾個月的設(shè)計計算工作，本次畢業(yè)論文終于完稿。在這過程中，無論是設(shè)計計算工作，還是模型的建立，甚至到論文的編寫都遇到了不同程度的問題與困難。經(jīng)過資料的查閱以及老師的指導(dǎo)，最終解決了設(shè)計過程總所遇到的困難。本次論文能順利完成，首先要感謝我的指導(dǎo)老師劉念聰老師，感謝劉老師對我的耐心指導(dǎo)，以及對我在設(shè)計計算過程、論文的認真檢查、批改，感謝他的無私付出。其次感謝在此過程中幫助、關(guān)心我的同學(xué)和朋友，你們的支持給了我很大的動力，謝謝大家。最后感謝本文中所涉及到的所有文學(xué)作者，你們的文學(xué)成果是我此次論文的基礎(chǔ)。

參考文獻[1]李瑞峰.中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].航空制造技術(shù).2010:32-37[2]高娃.關(guān)節(jié)式工業(yè)機器人仿真及上位機控制軟件研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué).機械設(shè)計及理論.2009[3]劉濤.層碼垛機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及動態(tài)性能分析[D].蘭州理工大學(xué).機械制造及其自動化.2010[4]徐鵬.3-RRRT并聯(lián)機器人傳動性能研究尺度綜合[D].天津：天津理工大學(xué).2009:59[5]劉文波，陳白寧，段智敏.工業(yè)機器人[M].沈陽：東北大學(xué)出版社.2007:1[6]劉廣志.機器人搬運袋裝物料的運動軌跡分析[D].濟南大學(xué).機械電子工程.2007[7]尹吉.工業(yè)機器人智能化技術(shù)在IGM焊接機器人中的應(yīng)用研究[D].合肥工業(yè)大學(xué).計算機應(yīng)用技術(shù).2005[8]張德慧，張丹丹，丁瑞峰，邊慧龍.高壓特種作業(yè)機械手的設(shè)計[J].機械傳動.2012:43-46[9]曹德飛.翻引鋼機械手的設(shè)計與研究[D].大連：大連理工大學(xué).2006:49[10]陳乃建.炸藥氣動搬運機械手研制[D].西安科技大學(xué).機械制造及其自動化[11]姜麗萍.番茄力學(xué)特性及其在采摘機器人執(zhí)行器設(shè)計中的應(yīng)用[D].江蘇大學(xué).農(nóng)業(yè)機械化工程.2006[12]康力新，馬建華.工業(yè)機械手的設(shè)計[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）.2009:218[13]譚益松,任立敏，陳國君.輕型液壓平動搬運機械手研制[J].液壓與氣動.2013:20-23[14]許賢良，韋文術(shù).液壓缸及其設(shè)計[M].國防工業(yè)出版社.2011:61[15]李允文.工業(yè)機械手設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社.1996:85[16]VisinskyML,CavallaroJR,WalkerID.Adynamicfaulttoleranceframeworkforremoterobots[J].IEEETransactionsandAutomation,1995.11(4):477-490[17]吳振彪.工業(yè)機器人[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社.1997:71[18]ZhangZR,LiuHS,ChenJY,etal.PreparationandelectrochemicalperformanceofdopedLiNil-xCoxO2cathodematerials[J],MeetingAbstractsoftheEcsBatteryDivision.2001:165[19]郭洪紅.工業(yè)機器人技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2006:12[20]卞洪元.基于PLC控制的工業(yè)機器人系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].南京：東南大學(xué).2005：13[21]李雪.PROE與數(shù)控加工編程[J].科學(xué)咨詢.2012:23[22]顧黎倩.簡述Solidworks軟件在大型鋼結(jié)構(gòu)模具模型設(shè)計中的應(yīng)用[J].江蘇職稱評定中心[23]杜永忠，平雪良，何佳唯，陳盛龍.基于ADAMS的機器人系統(tǒng)仿真技術(shù)研究[J].工具技術(shù).2013:3-7[24]邢婷婷.上下料機械手的運動學(xué)及動力學(xué)分析仿真[D].山東：青島科技大學(xué).2012：37[25]張紅強.工業(yè)機器人時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃[D].湖南:湖南大學(xué).2004基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧