运料四自由度的工业机器人设计（全套完整有CAD）

在机器人的驱动系统中常使用伺服电动机，伺服电机本身的特性决定了电磁制动器是不可缺少的部件。

从原理上讲，这种制动器就是用弹簧力制动的盘式制动器，只有励磁电流通过线圈时制动器打开，这时制动器不起制动作用，而当电源断开线圈中无励磁电流时，在弹簧力的作用下处于制动状态的常闭方式。

因此这种制动器被称为无励磁动作型电磁制动器。

又因为这种制动器常用于安全制动场合，所以也称为安全制动器。

电气制动器电动机是将电能转换为机械能的装置，反之，他也具有将旋转机械能转换为电能的发电功能。

换言之，伺服电机是种能量转换装置，可将电能转换为机械能，同时也能通过其反过程来达到制动的目的。

但对于直流电机同步电机和感应电机等各种不同类型的电机，必须分别采用适当的制动电路。

本文中，该机器人实验平台未安装机械制动器，因此机器人的肩关节和轴关节在停止转动的时候，会因为重力因素而下落。

另外，由于各方面限制，不方便在原有机构上添加机械制动器，所以只能通过软件来实现肩关节和轴关节的电气制动。

采用电气制动器，其优点在于在不增加驱动系统质量的同时又具有制动功能，这是非常理想的情况，而在机器人上安装机械制动器会使质量有所增加，故应尽量避免。

缺点在于这种方法不如机械制动器工作可靠，断电的时候将失去制动作用。

第章控制系统硬件.控制系统模式的选择构建机器人平台的核心是建立机器人的控制系统。

首先需要选择和硬件平台，控制系统硬件平台对于系统的开放性实现方式和开发工作量有很大的影响。

般常用的控制系统硬件平台应满足硬件系统基于标准总线机构，具有可伸缩性硬件结构具有必要的实时计算能力硬件系统模块化，便于添加或更改各种接口传感器和特殊计算机等低成本。

到目前为止，般机器人控制系统的硬件平台可以大致分为两类基于总线图.为采用虚拟样机软件来分析所设计的机械手机构的工作状况。

图.虚拟样机场景下面更进步计算出所需要的电机力矩。

图.力矩变化情况从图.中看到，起始阶段须克服的弹簧力最大，电机转矩必须大于•，这为电机的挑选提供了定的依据。

.驱动方式该机器人共具有四个独立的转动关节，连同末端机械手的运动，共需要五个动力源。

机器人常用的驱动方式有液压驱动气压驱动和电机驱动三种类型。

这三种方法各有所长，各种驱动方式的特点见表.表.三种驱动方式的特点对照内容驱动方式液压驱动气动驱动电机驱动输出功率很大，压力范围为大，压力范围为，最大可达较大控制性能利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速高精度的连续轨迹控制控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂响应速度很高较高很高结构性能及体积结构适当，执行机构可标准化模拟化，易实现直接驱动。

功率质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较大结构适当，执行机构可标准化模拟化，易实现直接驱动。

功率质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪声低，电动机般需配置减速装置，除电动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题安全性防爆性能较好，用液压油作传动介质，在定条件下有火灾危险防爆性能好，高于个大气压时应注意设备的抗压性设备自身无爆炸和火灾危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差对环境的影响液压系统易漏油，对环境有污染排气时有噪声无在工业机器人中应用范围适用于重载低速驱动，电液伺服系统适用于喷涂机器人点焊机器人和托运机器人适用于中小负载驱动精度要求较低的有限点位程序控制机器人，如冲压机器人本体的气动平衡及装配机器人气动夹具适用于中小负载要求具有较高的位置控制精度和轨迹控制精度速度较高的机器人，如伺服喷涂机器人点焊机器人弧焊机器人装配机器人等成本液压元件成本较高成本低成本高维修及使用方便，但油液对环境温度有定要求方便较复杂机器人驱动系统各有其优缺点，通常对机器人的驱动系统的要求有．驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高．反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进行频繁地起制动，正反转切换．驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小．安全可靠．操作和维护方便．对环境无污染，噪声要小．经济上合理，尤其要尽量减少占地面积。

”，并获得迅速发展。

通过引进技术仿制改造创新。

很快研制出国产化机器人，技术水平很快赶上美国并超过其他国家。

经过大约年的实用化时期以后，从年开始进入广泛的普及时代。

我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。

目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进仿制改造创新，工业机器人将会获得快速的发展。

.机器人发展趋势随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。

就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块控制模块检测模块组成结构不同的机器人开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度开发多关节多自由度的手臂和手指开发各类行走机器人，以适应不同的场合研制各类传感器及检测元器件，如，触觉视觉听觉味觉和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息位置信息状态信息以完成模式识别状态检测。

并采用专家系统进行问题求解动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。

第章实验平台介绍及机械手的设计该设计的目的是为了设计台物料搬运机器人，利用现有已经报废的焊接机器人，本文的中结构设计主要偏向于对原有机构的改造和机械手的设计。

.自由度及关节图该机器人具有四个自由度，即腰关节肩关节肘关节和腕关节，都为转动关节还有个用于夹持物料的机械手。

.基座及连杆基座基座是整个机器人本体的支撑。

为保证机器人运行的稳定性，采用两块字形实心铸铁作支撑。

基座上面是接线盒子，所有电机的驱动信号和反馈信号都从中出入。

接线盒子外面，有个引入线出它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉触觉能力，甚至听想的能力。

研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。

第三代机器人机器人则能独立地完成工作过程中的任务。

它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统和柔性制造单元中的重要环。

随着工业机器人研究制造和应用领域不断扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。

国际工业机器人会议决定每年召开次会议，讨论和研究机器人的发展及应用问题。

目前，工业机器人主要用于装卸搬运焊接铸锻和热处理等方面，无论数量品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。

使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业广义的多粉尘高温噪声工作空间狭小等不适于人工作业的环境。

在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。

目前主要应用于机床模锻压力机的上下料，以及点焊喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。

如发生些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。

随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。

制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种小批量的生产过程。

计算机集成制造要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在起。

研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。

然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。

机器人般分为三类。

第类是不需要人工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。

它是种独立的不附属于主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。

它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械记忆智能的三元机械。

第二类是需要人工操作的，称为操作机。

它起源于原子军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。

工业中采用的锻造操作机也属于这范畴。

第三类是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。

这种机器人在国外通常被称之为“”，它是为主机服务的，由主机驱动。

除少数外，工作程序般是固定的，因此是专用的。

机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的些障碍物等这样些特点，成为机器人中使用最多的种结构形式，世界些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。

要机器人像人样拿取东西，最简单的基本条件是要有套类似于指腕臂关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构像肌肉那样使手臂运动的驱动传动系统像大脑那样指挥手动作的控制系统。

这些系统的性能就决定了机器人的性能。

般而言，机器人通常就是由执行机构驱动传动系统和控制系统这三部分组成，如图所示。

图机器人的般组成对于现代智能机器人而言，还具有智能系统，主要是感觉装置视觉装置和语言识别装置等。

运料四，自由度，工业，机器人，毕业设计，全套，图纸在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。

工业机器人的技术水平和应用程度在定程度上反映了个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接喷涂搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式般采取示教再现的方式。

本文将设计台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。

首先，本文将设计机器人的底座大臂小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式驱动方式，搭建机器人的结构平台在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择反馈方式和反馈元件的选择端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括关节的伺服控制和制动问题实时监测机器人的各个关节的运动情况机器人的示教编程和在线修改程序设置参考点和回参考点。