工业机器人论文(机电一体化)

一、工业机器人的定义及发展机器人问世已有几十年，但没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。1987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的编程操作机。我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。尽管各国定义不同，但基本上指明了工业机器人所具有的三个特性：1)是一种自动机械装置，可以搬运材料、零件或完成多种操作和动作功能；2)可以再编程，程序流程可变，即具有柔性(适应性）。3)可以在无人参与下，自动完成多种操作或动作功能，即具有通用性。1954年，美国人GeorgeC.Devol提出了第一个工业机器人方案并在1956年获得美国专利。1960年，Conder公司购买专利并制造了样机。1961年，Unimation公司（通用机械公司）成立，生产和销售了第一台工业机器“Unimate”，即万能自动之意。1962年，A.M.F.（机械与铸造）公司，研制出一台数控自动通用机，取名“Versatran”，即多用途搬运之意并以“IndustrialRobot”为商品广告投入市场。日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器人。60～70年代是机器技术获得巨大发展的阶段。80年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，如焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、水下、排险、核工业等，机器人的感知技术得到相应的发展，产生第二代机器人。90年代，机器人技术在发达国家应用更为广泛，如军用、医疗、服务、娱乐等领域，并开始向智能型（第三代）机器人发展。二、工业机器人的组成工业机器人一般由主构架（手臂）、手腕、驱动系统、测量系统、控制器及传感器等组成。工业机器人的运动由主构架和手腕完成。主构架具有三个自由度，其运动由两种基本运动组成，即沿着坐标轴的直线移动和绕坐标轴的回转运动。不同运动的组合形成各种类型的机器人，工业机器人的基本结构形式有：直角坐标型（a中有三个直线坐标轴）；圆柱坐标型（b中有两个直线坐标轴和一个回转轴）；球坐标型（c中有一个直线坐标轴和两个回转轴）；关节型（d中有三个回转轴关节，e中有三个平面运动关节）。三、机器人机械设计的步骤1、作业分析作业分析包括任务分析和环境分析，不同的作业任务和环境对机器人操作及的方案设计有着决定性的影响。2、方案设计（1）确定动力源（2）确定机型（3）确定自由度（4）确定动力容量和传动方式（5）优化运动参数和结构参数（6）确定平衡方式和平衡质量（7）绘制机构运动简图3、结构设计包括机器人驱动系统、传动系统的配置及结构设计，关节及杆件的结构设计，平衡机构的设计，走线及电器接口设计等。4、动特性分析估算惯性参数，建立系统动力学模型进行仿真分析，确定其结构固有频率和响应特性。5、施工设计完成施工图设计，编制相关技术文件。四、工业机器人的驱动与传动系统结构工业机器人的驱动与传动系统结构在机器人机械系统中，驱动器通过联轴器带动传动装置(一般为减速器)，再通过关节轴带动杆件运动。机器人一般有两种运动关节——转动关节和移(直)动关节。为了进行位置和速度控制，驱动系统中还包括位置和速度检测元件。检测元件类型很多，但都要求有合适的精度、连接方式以及有利于控制的输出方式。对于伺服电机驱动，检测元件常与电机直接相联；对于液压驱动，则常通过联轴器或销轴与被驱动的杆件相联。驱动—传动系统的构成1—码盘；2—测速机；3—电机；4—联轴器；5—传动装置；6—转动关节；7—杆8—电机；9—联轴器；10—螺旋副；11—移动关节；12—电位器(或光栅尺)（1）驱动器1．电动驱动器电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高。但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度小功率机器人