机制造技术的提高，尤其是步进电机驱动技术的革命性变化，步进电机也己经被广泛应用于数控机床复印机打印机以及机器人关节臂的驱动上。平面关节型机器人多采用步进电机直接驱动方式，不但可以节省机械传动装置，而且可以有效的消除机械减速所带来的误差和效率的降低，提高运行的速度和定位精度。开环控制由于不存在噪声干扰问题，工作安全可靠，系统简单，价格低廉，特别是电子计算机技术的迅速发展和提高，步进电机开环控制精度几乎能达到闭环控制的控制精度。考虑到控制的方便性可靠性以及系统整体上的经济性，对移动系统和控制手爪转动的电机均采用步进电机构成的开环驱动控制方式。开环控制可以大大简化系统结构，减轻计算机的运算负担，并且可以降低成本和提高可靠性。控制手抓开合的电机则选用般的交流电机即可。在步进电机的选型上，考虑到步进电机品种规格较多，仔细分析它们的特点，来恰到好处的选择。步进电机按结构和工作原理可分为反应式永磁式以及混合式等几种。反应式步进电机又称可变磁阻型，多为单极性励磁，结构简单，精度容易保证，步距角小，启动和运行频率较高，但励磁电流较大，电机内部阻尼小，低频时容易产生振荡，断电后无定位转矩。永磁式步进电机步距角大，启动频率较低，但控制功率较小，效率高，造价便宜，内部阻尼大，不易振荡，断电后有定位转矩。与相比转矩大，但转子惯性也较大。混合式步进电机是永磁式和反应式相结合的种形式。兼有磁阻式步距角小响应频率高和永磁式励磁功率小效率高的优点。但是结构复杂，需要正反脉冲供电，成本较高。根据几种常用电机的性能特点分析，对该机械手的控制移动部分升降和控制手爪微量旋转的驱动由于其要求既具有较高的控制性能，又具有定位转矩，所以均选用混合式步进电机。步进电机选型时还需要考虑实际工作需要，在初期确定减速比电机转速负载转速之后，通常考虑以下几方面的问题选择步进电机的步距角，要求，其中为负载轴要求的脉冲当量选择步进电机的转矩初步选择步进电机时，可按下式选择步进电机的最大转矩为折算到电机轴上的总负载转矩，包括负载的阻尼转矩和加速转矩。系数，般取.步进电机运行频率为式中所要求的电机轴的转速负载轴的转速步距角步进电机的矩频特性般步进电机转矩随运行频率升高而迅速下降，经过改进的步进电机可以在个很宽的范围内保持转矩在个很小的幅度内变化。但是必须保证在实际运行工况下，选用的电机可以给出足够转矩。.控制系统方案设计计算机系统是整个机器人控制系统核心部分，结构和功能的划分以及设计的合理性直接影响着整个机器人系统功能的实现，计算机控制系统应具有较强的可靠性较高的运行速度以及较好的性能价格比，在满足工作性能要求基础上体现出较好的经济性要求。硬件平台选择在主控计算机的选用上存在两种解决方案，即采用单片机并自行设计开发各种功能模块构成主控计算机系统和基于工业控制计算机系统如总线工控机或总线工控机等并开发必要的专用功能模块接口板或者利用现成的专用功能模块接口板。机器人控制部分的主控计算机选用工控机与采用单片机构成的廉价控制系统方案相比较，性能差别主要体现在以下几个方面般情况下，机器人关节间的运动存在级间耦联现象，在关节位置和速度的控制上必须满足适时性控制要求，因此存在大量的数据运算和处理过程，在编程上，体现为大量的浮点运算和程序上占用大量的内存空间。单片机由于可寻址的存储容量范围有限，可能存在不能达到性能要求和编程复杂开发工作量大等缺点，而机在数据运算和处理方面具有明显优势，且开发工作量较小。机器人控制系统不仅要求具有高可靠性的硬件支持，而且要求在软件上能实现各种控制功能。致谢绪论.本课题的提出和研究意义在组装体系中，以前的人工操作已经不能满足现代企业高精度高效率低成本生产方式的要求。随着相关学科的发展及各种先进技术的应用，组装机器人的研究与开发越来越受到广泛的重视，组装机器人已经成为先进制造业不可缺少的自动化装备，研究开发的组装用机器人得到了广泛的应用，利用组装用机器人进行工作可以实现典型的组装动作,如抓取,插入和拧紧等动作。个机器人系统般由操作机机械本体驱动单元控制器和为机器人进行作业而连接的外部设备组成。操作机是机器人完成作业的实体，它具有与人手臂相似的动作功能驱动单元是用来为操作机及各部件提供动力和运动的装置控制器是对机器人的起动停止等进行操作的装置，它指挥机器人按规定的要求动作人工智能系统是智能机器人所具有的，它包括了感觉系统和决策规划智能系统。装配机器人的机构合理，性能完善，必将加速产品化的进程改善工人的劳动环境，降低了工人的劳动强度大大提高了劳动生产率。这将意味着装配工作的生产自动化的开始，开辟了工业机器人应用的新领域。.机器人的基本结构及其分类机器人作为典型的机电体化产品，其控制方式经历了三代发展第代是示教再现式可编程机器人，具有记忆存储功能，能按照作者在示教阶段给出的轨迹重复进行特定的作业过程，但对周围环境基本上没有感知和环境信息反馈控制的能力。随着传感器技术包括视觉传感器非视觉传感器力觉触觉接近觉等以及信息处理技术的发展，出现了第二代机器人具有感觉功能的自适应机器人，在获取作业环境和作业对象的部分有关信息的基础上，能够进行定的适时处理按照固定的逻辑发出动作命令。第三代是智能机器人，该种机器人不仅具有第二代机器人更完善的环境感知功能，而且具有逻辑思维学习判断和决策功能，可根据作业要求和环境信息自主的进行工作，该机器人目前正处于研制和开发过程中，预计到世纪初期将进入普及阶段。尽管机器人的外观形状和功能各异，但它们的主要构成基本上是致的，从控制观点上讲，机器人系统可分为四部分人机接口控制系统驱动系统和执行机构。按机械结构坐标形式将机器人分为直角坐标型圆柱坐标型球坐标型水平多关节型和关节型等几种。直角坐标型机器人具有结构简单易于实现高定位精度空间轨迹易于求解三个关节的运动相互独立，其间没有耦合，不影响末端手爪的姿态，不产生奇异状态，运动和控制都比较简单，但机体所占空间体积大，动作范围小，操作灵活性差。圆柱坐标型和球坐标型机器人占地面积小，动作范围大，在空间中定位比较直观，但存在移动关节不容易保护的问题。型机器人的主要特点是结构简便，响应快，最适用于在垂直方向上完成零件的装配作业。关节型机器人虽然运动学分析比较复杂，控制难度大，但与其他形式的机器人相比较操作灵活性强，因而其应用日益广泛。.本论文主要研究内容随着机器人技术的迅速发展和应用领域的不断深化，不但要求机器人控制可靠性强使用灵活性高和操作方便性好，还要求降低生产成本，开发经济性强的机器人系统更具有现实意义。结合自动组装作业用机械人的特点和性能，本论文主要研究以下几个方面的问题自动组装作业用机械人总体方案的确定机器人是典型的机电体化装置，必须采用系统的观点，立足全局，对机器人各功能模块进行合理划分。首先根据设计要求从理论上分析工作状况，然后提出设计思路，包括传动方式控制方式等，在综合分析的基础上，整体规划机械手的整体结构形式驱动装置传动系统控制系统，从而选定最优方案。自动组装作业用机器人传动方案确定怎样把驱动的力和扭矩精确地传递给执行部件，是机器人的主要设计方面，本文结合工业要求，采用滚珠丝杠和型导轨作为传动元件。上料装置的设计机器人最大的特点是可以实现自动化，提高劳动生产率，降低生产成本，而实现全自动是它的发展方向，参考国内外的自动送料装置并结合本设计的实际情况，通过分析进行创新，设计出能满足该设计要求的专用送料装置。该装置结构简单，性能可靠成本低。.自动组装作业用机器人总体方案设计机器人是典型的机电体化产品，合理分配机械电子硬件软件各部分所承担的任务和功能，对提高系统的整体性能结构简化成本降低起着举足轻重的作用。因此，对拧紧螺钉用装配机器人采用系统的观点进行整体功能分析，可以实现结构优化，是实现经济性灵活性和高可靠性系统设计的重要环节和关键步骤。.机器人的任务要求和结构设计为提高劳动生产率，加快产品的生产速度。要求机器人工作部件取出螺钉然后进行定位拧紧装配，即机器人手部完成定位下降顶出螺钉旋转定位拧紧螺钉上升定位这样反复工作过程。机械结构是自动组装拧紧螺钉机器人是最终的执行机构，是机器人赖以实现各种运动的实体，机械结构的布局类型传动方式以及驱动系统的设计直接关系着机器人的工作性能。机器人的机械结构按坐标形式主要有直角坐标型球坐标型圆柱坐标型型和关节型等。直角坐标型机器人操作臂的优点是结构简单刚度高，三个关节的运动相互独立，其间没有耦合，不影响末端手爪的姿态，不产生奇异状态，运动和控制都比较简单缺点是占地面积大，动作范围小，操作灵活性差。球坐标机器人和圆柱坐标机器人占地面积小，工作空间较大，在空间中的定位也比较直观，但是它们的移动关节不容易防护，极坐标型机器人也存在移动关节不易防护的问题，它们多用于些特殊的作业环境。型机器人的主要特点是结构轻便，响应快，最适用于在垂直方向完成零件的装配作业。关节型机器人操作臂的优点是结构紧凑，占地面积小，动作灵活，在作业空间内手臂的干涉最小，工作空间大缺点是进行控制时计算量比较大，确定末端执行部件的位姿不直观。综上所述，直角坐标型结构简单，而且刚性很好，因而它的应用日益广泛。针对该自动组装作业用机器人，为了使它具有定的操作灵活性和较好的使用性能，在结构设计上采用直角坐标型。它的整体布局结构合理，如图.。整个机器人系统设计为五个自由度，将运动分解为两部分移动部分和操作部分。移动部分占两个自由度，包括左右和前后的移动机构，这两个自由度之间没有耦合，相互不干扰操作部分占三个自由度，包括上下运动和两个旋转运动机构。.传动系统设计传动装置的作用主要是将驱动元件的动力传递给机器人相应的执行部件，以实现各种预定的运动。目前常用的传动方式有皮带轮传动链条传动齿轮齿条传动蜗轮蜗杆传动行星齿轮传动谐波减速传动以及螺旋传动等。谐波齿轮传动具有体积小结构紧凑效率高能获得大的传动比等优点，但存在扭转刚度较低且传动比不能太小的缺点。行星齿轮传动具有结构紧凑效率高的优点是用于中等减速比传动，但存在齿轮间隙，难以实现正反转过程中精确位置要求，因此限制了它的广泛应用。蜗轮蜗杆机构常用于要求有大的传动比且传动过程中要求机构自锁的场合，这种方式安全性能高，但同样存在齿侧间隙，而且效率较低。皮带轮传动可以实现过载保护，可是存在弹性滑动，和链传动样使用段时间后易松弛，传动运转过程中还产生动载荷，因此，二者常用于传动精度要求不高的场合。滚珠丝杠传动具有传动效率高摩擦阻力小运转平稳且能够有效消除传动间隙，无传动“爬行”现象和不自锁等优点，但是价格较高。因此滚珠丝杠螺母被广泛应用于要求较高的数控传动系统中。另外，在数控传动系统中，同步齿形带传动由于其具有稳定的工作性能也得到了广泛的应用。图.总体布局图机器人移动部分传动由于机器人精度要求不是很高，在满足性能的基础上考虑到经济性要求，所以，上下移动机构选用螺旋传动，由对丝杠螺母螺旋副来承担将电动机的旋转运动转换为机器人的直线移动。此时应充分考虑自锁问题，选择执行机构空手时上升，抓取螺钉后下降，从而可保证移动长度合乎要求时能尽量短。另外，在设计的过程中，为减少悬置部分总的质量，将控制执行部件的电动机安置在立柱上。机械手旋转臂的运动，则选用键和套筒传动，由于其结构紧凑可以实现大的传动比等优点。直角坐标运动的二维运动，如图.。图.运动的传动图机器人执行部分传动考虑到机器人移动部分的操作误差和取螺钉时的准确性，机器人的执行部分由两部分组成，部分是机构可以上下自由移动，以实现机器人放置螺钉时的位置调整，这部分由滚珠丝杠传动来实现电动机的功能传递另部分是机器人的旋转拧紧螺钉的运动，这部分由键连接电动机，带动轴起旋转，它的扭矩和力的传递由对联轴器传递。它的结构如图.。送料装置的设计本次设计的目的是利用机器人完成自动组装任务，在设计机器人的运动完成后，要考虑物料的送给问题，根据查阅资料，利用