工業(yè)機(jī)器人論文(機(jī)電一體化)

一、工業(yè)機(jī)器人的定義及發(fā)展機(jī)器人問(wèn)世已有幾十年，但沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的意見(jiàn)。原因之一是機(jī)器人還在發(fā)展，另一原因主要是因?yàn)闄C(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問(wèn)題。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。1987年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的編程操作機(jī)。我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。盡管各國(guó)定義不同，但基本上指明了工業(yè)機(jī)器人所具有的三個(gè)特性：1)是一種自動(dòng)機(jī)械裝置，可以搬運(yùn)材料、零件或完成多種操作和動(dòng)作功能；2)可以再編程，程序流程可變，即具有柔性(適應(yīng)性）。3)可以在無(wú)人參與下，自動(dòng)完成多種操作或動(dòng)作功能，即具有通用性。1954年，美國(guó)人GeorgeC.Devol提出了第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人方案并在1956年獲得美國(guó)專利。1960年，Conder公司購(gòu)買(mǎi)專利并制造了樣機(jī)。1961年，Unimation公司（通用機(jī)械公司）成立，生產(chǎn)和銷(xiāo)售了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器“Unimate”，即萬(wàn)能自動(dòng)之意。1962年，A.M.F.（機(jī)械與鑄造）公司，研制出一臺(tái)數(shù)控自動(dòng)通用機(jī)，取名“Versatran”，即多用途搬運(yùn)之意并以“IndustrialRobot”為商品廣告投入市場(chǎng)。日本、西歐各國(guó)、前蘇聯(lián)也相斷引進(jìn)或自行研制工業(yè)機(jī)器人。60～70年代是機(jī)器技術(shù)獲得巨大發(fā)展的階段。80年代，機(jī)器人在發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)中大量普及應(yīng)用，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配。并向各個(gè)領(lǐng)域拓展，如航天、水下、排險(xiǎn)、核工業(yè)等，機(jī)器人的感知技術(shù)得到相應(yīng)的發(fā)展，產(chǎn)生第二代機(jī)器人。90年代，機(jī)器人技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用更為廣泛，如軍用、醫(yī)療、服務(wù)、娛樂(lè)等領(lǐng)域，并開(kāi)始向智能型（第三代）機(jī)器人發(fā)展。二、工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人一般由主構(gòu)架（手臂）、手腕、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、控制器及傳感器等組成。工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)由主構(gòu)架和手腕完成。主構(gòu)架具有三個(gè)自由度，其運(yùn)動(dòng)由兩種基本運(yùn)動(dòng)組成，即沿著坐標(biāo)軸的直線移動(dòng)和繞坐標(biāo)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。不同運(yùn)動(dòng)的組合形成各種類(lèi)型的機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)形式有：直角坐標(biāo)型（a中有三個(gè)直線坐標(biāo)軸）；圓柱坐標(biāo)型（b中有兩個(gè)直線坐標(biāo)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸）；球坐標(biāo)型（c中有一個(gè)直線坐標(biāo)軸和兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸）；關(guān)節(jié)型（d中有三個(gè)回轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)，e中有三個(gè)平面運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)）。三、機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的步驟1、作業(yè)分析作業(yè)分析包括任務(wù)分析和環(huán)境分析，不同的作業(yè)任務(wù)和環(huán)境對(duì)機(jī)器人操作及的方案設(shè)計(jì)有著決定性的影響。2、方案設(shè)計(jì)（1）確定動(dòng)力源（2）確定機(jī)型（3）確定自由度（4）確定動(dòng)力容量和傳動(dòng)方式（5）優(yōu)化運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)（6）確定平衡方式和平衡質(zhì)量（7）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的配置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)及桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，走線及電器接口設(shè)計(jì)等。4、動(dòng)特性分析估算慣性參數(shù)，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真分析，確定其結(jié)構(gòu)固有頻率和響應(yīng)特性。5、施工設(shè)計(jì)完成施工圖設(shè)計(jì)，編制相關(guān)技術(shù)文件。四、工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)器通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)傳動(dòng)裝置(一般為減速器)，再通過(guò)關(guān)節(jié)軸帶動(dòng)桿件運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人一般有兩種運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)——轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和移(直)動(dòng)關(guān)節(jié)。為了進(jìn)行位置和速度控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還包括位置和速度檢測(cè)元件。檢測(cè)元件類(lèi)型很多，但都要求有合適的精度、連接方式以及有利于控制的輸出方式。對(duì)于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)元件常與電機(jī)直接相聯(lián)；對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)，則常通過(guò)聯(lián)軸器或銷(xiāo)軸與被驅(qū)動(dòng)的桿件相聯(lián)。驅(qū)動(dòng)—傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成1—碼盤(pán)；2—測(cè)速機(jī)；3—電機(jī)；4—聯(lián)軸器；5—傳動(dòng)裝置；6—轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；7—桿8—電機(jī)；9—聯(lián)軸器；10—螺旋副；11—移動(dòng)關(guān)節(jié)；12—電位器(或光柵尺)（1）驅(qū)動(dòng)器1．電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多為開(kāi)環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單但功率不大，多用于低精度小功率機(jī)器人