关节型机器人腰部结构设计.doc

关节型机器人腰部结构设计 关节型机器人腰部结构设计1 前言1.1 题目来源与分析 题目《关节突 魅搜 拷峁股杓啤防丛从谏 导 小, 笊杓频幕 魅司哂?6 个自由度:? 腰关节回转;? 臂关节俯仰;? 肘关节俯仰;? 腕关节仰腕;? 摆腕;?旋腕。其中要详细地设计机器人基座和腰部的结构。整体机器人要实现腕部最大负荷 6kg，最大速度 2m/s，最大工作空间半径 1500mm 。 机器人是近 30 年发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。. 自古以来人们所设想的机器人一般是一种在外形和功能上均能模拟人类智能的机器。特别是在 20 世纪 20 年代前后捷克和美国的一些科幻作家创作了一批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品更使机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。在现实生活中一些民间工匠根据这些文学描绘也制造出一些仿人或仿生的机器人。 然而在当时的科技条件下要使机器人具有某种特殊的“智能”而成为“超人”显然是不可能的。美国的戴沃尔设想了一种可控制的机械手他首先突破了对机器人的传统观点提出机器人并不一定必须像人但是必须能做一些人的工作。1954 年他依据这一想法设计制作了世界上第一台机器人实验装置发表了《适用于重复作业的通用性工业机器人》一文并获得了美国专利。 戴沃尔将遥控操纵器的关节型连杆机构与数控机床的伺服轴联结在一起预定的机械手动作一经编程输入后机械等就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人也可以接受示教而完成各种简单任务。 示教过程中操作者用手带动机械手依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列记录在数字存储器中，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再现出那些位置序列。因此，这种机器人的主要技术就是“可编程”以及“示教再现” 。1.2 研究目的 焊接机器人是最大的工业机器人应用领域它占工业机器人总数的 25左右。由于对许多构件的焊接精度和速度等提出越来越高的要求一般工人已难以胜任这一工作此外焊接时的火花及烟雾等对人体造成危害因而此课题的提出就有十分重要的意义。1.3 国内外发展及研究现状 国内外机器人领域发展近几年有如下几个趋势? a. 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。 b. 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。 c. 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、易操作性和可维护性。 d. 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。 e. 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。 f. 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统， 而是治理于操作者于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。 g. 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。 国际机器人研究在经过了 80 年代的低潮之后呈现出复苏和继续发展的形势我国的机器人研究在国家七五’八五及 863 计划的推动下也取得了很大的发展。在 70 年代的机器人浪潮相比现在的机器人研究有两个特点:一是对机器人智能的定位有了更加符合实际的标准也就是不要求机器人具有像人类一样的高智商而只是要求机器人在某种程度上具有自主处理问题的能力。 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、控制技术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