三轴伺服驱动机器人机构设计摘要运动响应快，速度高。可以提供多种组合方式，装配和维护简单，操作容易。三轴运动采用最先进的伺服马达和最高等级低背隙的减速机展现出完美的重现性与定位精度三轴运动的传动皆采用高刚性的齿轮加齿排的机构。图.三轴伺服机构整体效果图第三章工业机器人的运动系统分析.工业机器人的运动系统分析机器人的运动概述工业机器人的运动，可从工业机器人的自由度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨论。工业机器人的运动自由度所谓机器人的运动自由度是指确定个机器人操作位置时所需要的独立运动参数的数目，它是表示机器人动作灵活程度的参数。本设计的工业机器人具有转动副和移动副两种运动副，具有轴手臂垂直伸降运动，轴水平旋转运动，轴和轴往复运动三自由度。机器人的工作空间和机械结构类型工作空间工作空间是指机器人正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的主要技术参数。本次设计所用的技术参数及机构图如下参数及机构图如下机械结构类型直角坐标型机器人为本设计所采用方案，这种运动形式是自由度运动，每个运动之间都是直角关系，共三个自由度组成的运动系统，工作空间是垂直的。它是自动控制的，可以通过编程使各部分协调运动，这种机器人运动灵活，有高可靠性高速度和高精度。同时它们还可以在恶劣环境下工作，可长期工作，便于操作与维修。机器人的驱动方式液压驱动分类从运动形式来分分为直线驱动如直线运动液压缸和旋转驱动如液压马达,摆动液压缸.从控制水平的高低来分分为开环控制液压系统和闭环控制液压系统.适用范围液压系统具有较大的功率体积比,适合于大负载的情形.液压驱动的本质优点在于它的安全性.气压驱动分类直线气缸,摆动汽缸及旋转气动马达.适用范围适合于节拍快,负载小且精度要求不高的场合因为空气具有可压缩性.电力驱动分类按照电机的工作原理不同分为伺服电机,直流伺服电机,无刷电机等.按照控制水平的高低来分分为开环控制系统和闭环控制系统.适用范围适合于中等负载,特别适合于动作复杂,运动轨迹严格的各类机器人.对驱动装置的要求驱动装置的质量尽可能要轻.单位质量的输出功率要高,效率高.反应速度要快.要求力质量比和力矩转动惯量比要大.动作平滑,不产生冲击.控制灵活,位移偏差和速度偏差小.安全可靠.操作维修方便等.般情况下机器人驱动系统的选择是物料搬运用有限点位控制的程序控制机器人，重负载用液压驱动，中等载荷可选用电动驱动系统，轻载荷可选用气动驱动系统。冲压机器人多用气动驱动系统。电动驱动随着低惯量直流伺服电机及配套的伺服驱动器的广泛采用，这种驱动系统被大量选用。本次设计所采用的驱动方式有两种。其中轴和轴是使用电机来提供动力,电动机经减速器带动齿轮转动，齿轮带动齿条分配各轴直线移动另外方向是通过直线气缸直接驱动轴工作台的运动。进给传动系统设计机械平台设计内容包括确定系统脉冲当量，运动部件惯性的计算，选择伺服电机，传动及导向元件的设计计算与选择，绘制机械部分装配图等。.确定系统脉冲当量脉冲当量是个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，由于定位精度为.因此选择脉冲当量为.。.重量初步估算根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算水平向和竖直向工作台承载重量水平和竖直。水平向拖板上拖板尺寸为长宽高重量按重量体积材料比重估算为竖直向拖板下拖板尺寸为重量上导轨含电机重量为夹具及工件重量约水平竖直工作台运动部分总重量为.滚动导轨副的计算选择根据给定的工作载荷和估算的水平和竖直计算导轨的静安全系数，式中为导轨的基本静额定载荷，工作载荷.般运行状况，运动时受冲击振动。根据计算结果查有关资料初选导轨因系统受中等冲击,因此取根据计算额定静载荷初选导轨选择汉机江机床厂系列滚动直线导轨,其型号为基本参数如下额定载荷静态力矩滑座重量导轨重量导轨长度动载荷静载荷滑座个数单向行程长度每分钟往复次数.导轨的额定动载荷依据使用速度和初选导轨的基本动额定载荷验算导轨的工作寿命额定行程长度寿命导轨的额定工作时间寿命导轨的工作寿命足够滚珠丝杠计算选择初选丝杠材质钢导程强度计算丝杠轴向力其中.，滚动导轨摩擦系数.在车床车削外圆时水平，竖直，可取水平.，竖直.计算。取.,则寿命值，其中丝杠转速最大动载荷式中为载荷系数，中等冲击时为为硬度系数，时为.。查表得中等冲击时则根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为系列滚珠丝杆副，其型号为。其基本参数如下其额定动载荷为足够用.滚珠循环方式为外循三轴伺服驱动机器人机构设计摘要技术的前沿，经过几年的研究，取得了大批科研成果，成功地研制出了批特种机器人我国工业机器人起步于年代初期，经过多年的发展，大致经历了个阶段年代的萌芽期，年代的开发期和年代的适用化期。年代是世界科技发展的个里程碑人类登上了月球，实现了金星火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于年开始研制自己的工业机器人。进入年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂点焊弧焊和搬运机器人。年国家高技术研究发展计划计划开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了大批科研成果，成功地研制出了批特种机器人。从年代初期起，中国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新轮的经济体制改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进大步，先后研制出了点焊弧焊装配喷漆切割搬运包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了批机器人应用工程，形成了批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。中国工业机器人经过“七五”攻关计划“九五”攻关计划和计划的支持已经取得了较大进展,工业机器人市场也已经成熟,应用上已经遍及各行各业。虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的个重要瓶颈。我国未来工业机器人技术发展的重点有第,危险恶劣环境作业机器人主要有防暴高压带电清扫星球检测油汽管道等机器人第二,医用机器人主要有脑外科手术辅助机器人,遥控操作辅助正骨等第三,仿生机器人主要有移动机器人,网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化低成本高可靠性和易于集成。二工业机器人在工业生产中的应用工业机器人在工业生产中能代替人做些单调频繁和重复的长时间作业，或是危险恶劣环境下的作业，例如在冲压压力铸造热处理焊接涂装塑料制品成形机械加工金属制品业和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。在日美西欧等些工业发达的国家中，工业机器人得到越来越广泛的应用。三工业机器人在其他领域中的应用随着科技的发展，机器人功能和性能的不断改善和提高，机器人的应用领域日益在扩大，其应用范围已不限于工业，还用于农业林业交通运输业原子能工业医疗福利事业海洋和深空探测等事业中。四工业机器人的发展趋势机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械电子自动控制计算机人工智能传感器通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有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。二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体化有关节模块连杆模块用重组方式构造机器人。三工业机器人控制系统向基于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，控制柜日渐小巧，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修性。四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，视觉力觉声觉触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。五机器人化机械开始兴起。从年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新型装置已成为国际研究的热点之，纷纷探索开拓其实际应用的领域。总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为灵活应用机器人技术的具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着体化方向发展。五我国工业机器人发展面临的挑战与前景自从世纪年代人类制造了第台工业机器人以来，机器人就显示出了极强的生命力。经过年的飞速发展，在工业发达国家，机器人已经广泛应用于汽车工业机械加工行业电子电气行业橡胶及塑料工业食品工业物流制造业等诸多领域中。尽管如此，我国工业机器人产业化却存在着巨大的问题。除了众多历史原因造成制造业水平低下的原因外，更多的是对工业机器人产业的认识和定位上存在着不同观点。首先，我国基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了定的基础，但是无论从质量产品系列全面，还是批量化供给方面都与国外存在较大的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显，因此造成关键零部件的进口，影响了我国机器人的价格竞争力。第二，中国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有批企业从事机器人的开发，但是都没有形成较大的规模，缺乏市场的品牌认知度，在机器人市场方面直面临国外机器人品牌的打压。国外机器人作为成熟的产业采用整机降价，吸引国内企业购买，而在后续的维护备件费用很高的策略，逐步占领中国市场。第三，国家认识不到位，在鼓励工业机器人产品方面的政策少。工业机器人的制造及应用水平，代表了个国家的制造业水平，我们必须从国家高度认识发展