（定稿）年生产1千吨叶黄素油膏项目投资立项申报书9

在现代机器人结构中广泛使用着各种机器人轴承，常用的有环形轴承和交叉滚子轴承。

这几种机器人专用轴承具有结构简单紧凑，精度高刚度大，承载能力强可承受径向力轴向力倾覆力矩和安装方便等优点。

但考虑到这些轴承价格昂贵，而使用普通的球轴承或滚子轴承也能满足结构的需要，所以在该机器人的结构中仍然全部采用球轴承。

在电机的布置上，考虑尽量将电机放置在相应的操作臂的前端，这样可以减小扭矩，同时也可以起到重力平衡的作用，但同时尽量避免过长的传动链，以简化结构，减少诱导运动。

参考同类机器人的运动参数，结合工作情况的需要，定出该型机器人的运动参数如下关节关节关节关节关节关节最大加速度各关节转动范围关节旋转关节或移动关节连接起来的开式运动链。

开链结构使得机器人的运动分析和静力分析复杂，两相邻杆件坐标系之间的位姿关系末端执行器的位姿与各关节变量之间的关系末端执行器的受力和各关节驱动力矩或力之间的关系等，都不是般机构分析方法能解决得了的，需要建立套针对空间开链机构的运动学静力学方法。

末端执行器的位置速度加速度和各个关节驱动力矩之间的关系是动力学分析的主要内容，在手臂开链结构中，每个关节的运动受到其它关节运动的影响，作用在每个关节上的重力负载和惯性负载随手臂位姿变化而变化，在高速情况下，还存在哥氏力和离心力的影响。

因此，机器人是个多输入多输出的非线性强耦合位置时变的动力学系统，动力学分析十分复杂，因此，即使通过定的简化，也需要使用不同于般机构分析的专门分析方法。

其次，由于开链机构相当于系列悬臂杆件串联在起，机械误差和弹性变形的累积使机器人的刚度和精度大受影响。

因此在进行机器人机械设计时特别要注意刚度和精度设计。

再次，机器人是典型的机电体化产品，在进行结构设计时必须要考虑到驱动控制等方面的问题，这和般的机械产品设计是不同的。

另外，与般机械产品相比，机器人的机械设计在结构的紧凑性灵巧性方面有更高的要求。

与机器人有关的概念以下是本文中涉及到的些与机器人技术有关的概念。

自由度工业机器人般都为多关节的空间机构，其运动副通常有移动副和转动副两种。

相应地，以转动副相连的关节称为转动关节。

以移动副相连的关节称为移动关节。

在这些关节中，单独驱动的关节称为主动关节。

主动关节的数目称为机器人的自由度。

机器人的分类机器人分类方法有多种。

按机器人的控制方法的不同，可分为点位类可分为搬运机器人喷涂机器人焊接机器人装配机器人切削加工机器人和特种用途机器人等。

方案设计方案要求如前所述，该机器人用于制造车间物流系统中工件的搬运装夹和日常生活中的持物看护等。

能够固定在移动装置如上，以实现灵活移动。

要求动作灵活，工作范围大，被夹持物应具有多种姿态，自由度在个，结构紧凑，重量轻。

采用电动机驱动，设计负重为公斤，手爪开合范围。

方案功能设计与分析机器人自由度的分配和手臂手腕的构形手臂是执行机构中的主要运动部件，它用来支承腕关节和末端执行器，并使它们能在空间运动。

为了使手部能达到工作空端执行器在空间的位置，后三关节决定了末端执行器在空间的姿态。

传动系统的布置总体结构方案确定后，作出机器人结构草图。

在传动系统的布置方面，尝试了多种不同的方案。

主要有以下几种，见图。

方案图传动链最短，诱导运动少。

但手腕结构尺寸大，重量大，腰部结构复杂。

方案图方案图腰部结构简单，便于应用重力进行力矩平衡，但大小臂结构复杂，传动链长，诱导运动多，方案图传动链短，手腕重量轻，结构紧凑。

综合考虑，最后确定方案为较优方案，根据该方案进行机械结构设计。

方案描述该机器人固定在自动引导车上。

这种可以实现水平方向两个自由度的运动，导航方式有多种，如磁导航激光导航程序自动轨迹控制等方式，因此，该机器人有运动自由灵活的特点。

机器人本体由机座腰部大臂小臂手腕末端执行器和驱动装置组成。

共有六个自由度，依次为腰部回转大臂俯仰小臂俯仰手腕回转手腕俯仰手腕侧摆。

机器人采用电动机驱动。

这种驱动方式具有结构简单易于控制使用维修方便不污染环境等优点，这也是现代机器人应用最多的驱动方式。

为实现机器人灵活自由地移动，驱动系统使用了蓄电池供电。

电动机可以选择步进电机或直流伺服电机。

使用直流伺服电机能构成闭环控制，精度高，额定转速高，但价格较高，而步进电机驱动具有成本低，控制系统简单的优点。

确定这种机器人的个关节都采用步进电关节关节关节关节关节方案结构设计与分析该机器人的本体组成如图。

各部件组成和功能描述如下底座部件底座部件包括底座回转部件传动部件和步进电机等。

底座部件固定在自动引导车上，支持整个操作机，步进电机固定在底座上，级同步带传动将运动传递到腰部回转轴，同时起到减速作用。

腰部回转部件腰部回转部件包括腰部支架回转轴支架谐波减速器和步进电机制动器等。

作用是支承大臂部件，并完成腰部回转运动。

在腰部支架上固定着驱动大臂俯仰和小臂俯仰的电机。

大臂部件包括大臂和传动部件。

小臂部件包括小臂减速齿轮箱传动部件传动轴等，在小臂前端靠近大臂的端固定驱动手腕三个运动的步进电机手腕部件包括手腕壳体传动齿轮和传动轴机械接口等末端执行器为抓取不同形状不同材质的物体，末端执行器设计得开合范围比较大，为。

考虑在指尖的平面上贴传感器片，进行力的控制。

设计了两种手爪。

两种手爪都采用电机驱动，平行开合机构。

方案采用了左右旋螺杆，同根螺杆端为左旋螺纹，另端为螺距相同的右旋螺纹，当螺杆转动时，两只螺母带动左右两个手指同时开合，燕尾导轨定向。

方案的运动机构采用平行四连杆机构。

方案比方案重量轻，被夹持物到手腕的高度尺寸大，刚度略差。

使用了蜗轮蜗杆机构起到减速和增大扭矩的作用。

两种手爪使用同样的与手腕连接的机械接口。

机驱动，开环控制。

由于大臂俯仰和小臂俯仰运动的力矩很大，分别为和左右，如果使用电机直接驱动的话，要求电机的输出扭矩很大，因此考虑在大臂关节和小臂关节处使用减速器。

常用的减速器有行星减速器和谐波减速器等。

谐波减速器具有传动比大承载能力强传动平稳体积小重量轻的优点，已广泛应用在现代机器人中。

因此在大臂和小臂关节处使用了谐波减速器，间的规定了相应的格式规范，客户端的网络控制信息主要用于与服务器连接的建立维持和释放。

加工控制信息由控制命令字控制参数组成。

网络通讯协议格式为，命令代码，命令长度，命令参数，字节的校验码。

为命令引导码，用以标识命令的开始命令长度只包括命令参数及校验码的长度。

若无命令参数，则为，校验码将无意义也不被检验，但还是必须发送。

传输的数据包的末尾字节为校验码。

前字节为该包的所有字节的和，第字节为所有字节的异或值。

若发送过程中有数据发生，则第字节的校验码定不正确。

因此，靠监测第字节校验码来保证通讯数据的可靠性。

硬件设计原理系统在服务器端使用口接口卡进行转接，进入现场后采用双向数据转换器转接至现场服务器。

口接口卡与双向转换器均采用工业控制标准接口板卡。

当现场服务器服务于多台数控机床时，采用分口并行数据收发器分接于多台机床。

数据接收器是专门针对仅有纸带阅读机单位并行口的机床如线切割机而设计的。

它完成机床与机的通讯以及实现数控程序的在线加工。

使用数据接收器时，在机床接线上要作相应改动，即在原纸带阅读机的输出信号线上通过三态门并入相应的代码数据信号，将原系统发送给纸带阅读机的步进信号作为控制系统写入数据的定时信号。

系统设计时，设置了控制开关，用于选择使用原纸带阅读机还是使用数据接收器。

软件开发原理系统的软件由两部分组成，是网络控制系统的控制软件，再个就是现场服务器与各类机床的通讯软件。

网络控制系统控制软件的开发原理网络控制系统的控制软件安装于中央服务器中，其设计原理是中央服务器不停地接收并分析从各端口送来的请求命令信息等数据包。

当个数据包接收完毕后，它将首先通过包中的校验码进行验证该包在传送过程中是否出错。

若出错，它将发出重发命令给原发客户端若正确则进行相应的处理。

现场服务器与各类机床的通讯软件开发型数控系统的市场。

国产普及型数控系统的功能性能不断改善，价格和服务方面还有较大优势，可靠性大大提高，并且具备全数字交流伺服驱动系统和主轴伺服驱动系统等配套能力，在数控铣床加工中心等中档数控机床得到批量配套应用。

据统计，年国产普及型数控系统在中国实现销售约余套，占当年全部普及型数控系统市场份额约。

国产高档数控系统研制取得了突破，我国已部分掌握高档数控系统的核心技术，开发了些高档数控系统产品，并在军工企业得到了实际应用，打破了国外技术封锁。

因此，国产普及型数控已经实现了与数控机床企业的批量配套，产品可靠性和技术性能得到了最终用户的逐步认可。

目前，国产中档高档数控系统在技术指标上已经接近或达到国外同档次数控系统的性能指标，非常适合于中高档机床的数控再制造。

国产中档高档数控系统实现了与装备制造企业的批量配套，已经有多台配备华中数控系统航天系统蓝天系统凯奇系统的五轴联动数控机床在航空船舶电力汽车等领域的许多重点企业成功应用。

国产系统具备性价比优势机床数控化再制造工程要求数控系统具有较低的价格和可靠的性能完善的售后服务，而国产数控系统在这方面具有很大的优势。

例如，以国外三轴联动铣削数控系统为例减速比分别为和，使用的步进电机输出扭矩分别为和。

在现代机器人结构中广泛使用着各种机器人轴承，常用的有环形轴承和交叉滚子轴承。

这几种机器人专用轴承具有结构简单紧凑，精度高刚度大，承载能力强可承受径向力轴向力倾覆力矩和安装方便等优点。

但考虑到这些轴承价格昂贵，而使用普通的球轴承或滚子轴承也能满足结构的需要，所以在该机器人的结构中仍然全部采用球轴承。

在电机的布置上，考虑尽量将电机放置在相应的操作臂的前端，这样可以减小扭矩，同时也可以起到重力平衡的作用，但同时尽量避免过长的传动链，以简化结构，减少诱导运动。

参考同类机器人的运动参数，结合工作情况的需要，定出该型机器人的运动参数如下关节关节关节关节关节关节最大加速度各关节转动范围关节旋转关节或移动关节连接起来的开式运动链。

开链结构使得机器人的运动分析和静力分析复杂，两相邻杆件坐标系之间的位姿关系末端执行器的位姿与各关节变量之间的关系末端执行器的受力和各关节驱动力矩或力之间的关系等，都不是般机构分析方法能解决得了的，需要建立套针对空间开链机构的运动学静力学方法。

末端执行器的位置速度加速度和各个关节驱动力矩之间的关系是动力学分析的主要内容，在手臂开链结构中，每个关节的运动受到其它关节运动的影响，作用在每个关节上的重力负载和惯性负载随手臂位姿变化而变化，在高速情况下，还存在哥氏力和离心力的影响。

因此，机器人是个多输入多输出的非线性强耦合位置时变的动力学系统，动力学分析十分复杂，因此，即使通过定的简化，也需要使用不同于般机构分析的专门分析方法。

其次，由于开链机构相当于系列悬臂杆件串联在起，机械误差和弹性变形的累积使机器人的刚度和精度大受影响。

因此在进行机器人机械设计时特别要注意刚度和精度设计。

再次，机器人是典型的机电体化产品，在进行结构设计时必须要考虑到驱动控制等方面的问题，这和般的机械产品设计是不同的。

另外，与般机械产品相比，机器人的机械设计在结构的紧凑性灵巧性方面有更高的要求。

与机器人有关的概念以下是本文中涉及到的些与机器人技术有关的概念。

自由度工业机器人般都为多关节的空间机构，其运动副通常有移动副和转动副两种。

相应地，以转动副相连的关节称为转动关节。

以移动副相连的关节称为移动关节。

在这些关节中，单独驱动的关节称为主动关节。

主动关节的数目称为机器人的自由度。

机器人的分类机器人分类方法有多种。

按机器人的控制方法的不同，可分为点位类可分为搬运机器人喷涂机器人焊接机器人装配机器人切削加工机器人和特种用途机器人等。

方案设计方案要求如前所述，该机器人用于制造车间物流系统中工件的搬运装夹和日常生活中的持物看护等。

能够固定在移动装置如上，以实现灵活移动。

要求动作灵活，工作范围大，被夹持物应具有多种姿态，自由度在个，结构紧凑，重量轻。

采用电动机驱动，设计负重为公斤，手爪开合范围。

方案功能设计与分析机器人自由度的分配和手臂手腕的构形手臂是执行机构中的主要运动部件，它用来支承腕关节和末端执行器，并使它们能在空间运动。

为了使手部能达到工作空