妈妈说名字长躲在树后面不会被部落发现
范文一：六关节型机器人
六关节型机器人，又称之为“六自由度型机器人”。是我们大型工业生产中，使用相当广泛的一种机器人
如图所示的，为一个基本的六关节型机器人，亦是最常见的六关节型机器人。其基本结构为由六个转轴，组成的空间六杆开链结构机器人。由七个部件和六个关节连结而成的，拥有六个自由度，每个自由度均为旋转关节，具有与外界交互性能良好的开式结构。
由此例，我们可以得出，该类机器人的机械结构部件由主要是以三个主要部件所组成：
机身部件、手臂部件、手腕及手部部件所组成的。绝大多数的六关节型机器人都是以机座回转式的机身部件为基础，他的作用是直接连接、支承和传动机器人的主要运动机构。
而六关节类的机器人通常是用在汽车或者其他较大型设备的生产流水线里，需要一套运动范围相对较大且可以有效率的进行生产的机器人设备，这也是六关节机器人通常使用回转式机座型机身的原因。
连结在机身上进行承载传动的，则是该类机器人最主要的部分，亦是关节使用最多的运动机构，通常为机械臂形式的手臂部件。通常手臂部件是由与机身部件相连接的大臂带动的第二关节、第三关节和小臂与手部组成的第四关节所形成的，手臂部件的作用是支承腕部和、手部，并带动它们在空间运动。
手臂部件（简称“臂部”），在六关节类的机器人身上，比较常使用的是“转动伸缩型臂 部结构”。该类臂部的好处，是使得机器人的工作范围大适应性广，配合其大角度大范围的手腕活动，使它工作时位置的适应性很强。是在实际生产中，对于大幅度提高大型设备的生产效率，起到了一个良好的基础作用。
而在整套机械结构末端的，是其腕部及其手部部件，主要是由腕部与臂部连结的第四关节和手部自身旋转或者夹持所用到的第五、第六关节所组成的。它的主要作用是确定手部的作业方向，而多数将腕部结构的驱动部分安排在小臂上。要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度，这三个回转方向为：
(1) 臂转：绕小臂轴线方向的旋转。
（第四关节的旋转）
(2)手转：使手部绕自身的轴线方向旋转。
（第五关节的旋转）
(3)腕摆：使手部相对于臂进行摆动。
（第六关节的旋转）
在实际的生产中，这套部件决定了该类型机器人在操作流水线上的生产方式，机器人的 手部是最重要的执行机构，是实际生产中最重要的一个环节，他决定了产品生产的效率和质 量。在工业生产中用到的六关节类机器人，通过运用不同类型的手部进行着各种直接的生产操作。
总体而言，六关节型机器人其第一关节旋转轴（基座旋转轴）、第四关节旋转轴、第六关节
旋转轴（手腕端部法兰安装盘的旋转中心）在同一个平面内；第二关节旋转轴、第三关 节旋转轴以及第五关节旋转轴互相平行，
而且与前面提到到平面垂直；另外，还需要保持四关节旋转轴线、
第五关节旋转轴线以及第六关节旋转轴线相交于一点。采用该种结构的工
业机器人可以使得其运动学算法最为简单可靠。
范文二：(机器人)4自由度关节型机器人简介
四自由度关节型机器人设计简介
摘 要
本设计内容为四自由度关节型机器人, 主要对关节型机器人的操作臂进行系统的设计, 机器人的 末端操作器即手指是可替换夹具,操作臂有四个自由度,可实现在工作空间范围内的物体的转移, 手爪一次可载荷 0.5kg.
操作臂的动力源为舵机,总共有 5个舵机,它们分别控制腰部旋转,大臂、小臂、手腕的摆动, 以及手爪张合,本文设计的四自由度关节型机器人可用于小工作空间内完成对小质量物体的转移工 作,同时也可以做为教学机器人。
关键词:四自由度 ;操作臂;舵机
Abstract
This design is the 4-DOF joint robot, mainly designs on the operate arm system.
The ender operator of the robot is usually called paw is a exchangeable clamp. the operator has degrees of freedom. which can transform objects in workspace. the paw is able to weigh 0.5kg loads each time.
It is servo that is the power of operating arm. There are five servo which are used respectively to control waist rolling、 big arm、 small arm、 hand swing and paw opening and closing, the robot can be well applied to transfer the object with light in limited working space. Meanwhile it’ s also used as teaching robot.
Key words:4-DOF ; operate arm; servo
一.概述:
1. 机器人定义
机器人是近年来快速发展的高新技术密集的机电一体化产品,通常只按照人们预定的程序重 复一些人们看似简单的动作,设计人员往往只重视机器人的功能。随着科技的发展,各国都致力 于研制具有完全自由能力、拟人化的智能机器人。
机器人具有一下特征:
1) :一种机械电子装置。
2) :动作具有类似于人或者其他生物体的功能。
3) :可通过编程执行多种工作,有一定的通用性和灵活性。
4) :有一定程度的智能,能够自主地完成一些操作。
2. 四自由度机器人的主要设计参数
结构型式:垂直关节型。
自由度: 4
手爪张合:握紧 /放松。
手腕弯曲:-90-90度
小臂摆动:0-120度
大臂摆动:0-120度
腰部旋转:-150~150度
工作空间高度:450mm
工作空间半径:300mm
最大载荷: 0.5kg
二:四自由度关节型机器人的总体设计
1. 驱动方式设计
机器人关节的驱动方式有液压式、气动式和电动式。因为多自由度关节型机器人的特点是 :
1). 动作较灵活、工作空间大 .
2). 关节驱动容易密封防尘 .
3). 工作条件要求低 , 可在水下等环境中工作 .
4). 运动难以想象和控制 , 计算量较大 .
5). 适合于电动机驱动 , 不适合用液压驱动 .
故 :选用电机驱动 .
因为异步电机 , 直流电动机的输出较大 , 但控制性能较差 . 惯性大 , 不易精确定位 , 使用于速度低 , 特重大的机器人 .
步进电动机 , 伺服电动机 , 容易与 CPU 连接 , 控制性能好 , 响应好 , 可精确定位 , 使用于运动轨迹要 求严格的机器人 .
综上所述以及设计需要 , 选用伺服电动机 -舵机 .
2. 四自由度关节型机器人的结构简图 :
3. 机器人正运动学方程的 D-H 参数表 :
其中 θ角表示绕 z 轴的旋转角度 ,d 表示在 Z 轴上的两条相邻的公垂线间的距离 ,a 表示每一条 公垂线的长度 , 角 θ表示两个相邻的 Z 轴之间的角度 , 通常 , 只有 θ和 d 是关节变量 , 对于四自由度关 节型机器人 . θ为关节变量 .
三 . 操作臂各部件的设计
1. 手爪的设计
手部按其握持原理分为夹持类和吸附类 .
因设计要求握持规则的圆柱或立方体 , 且体积较大 , 故选用夹持类之夹钳式 , 有两个手指 , 为满足 变化的工件的不同外形要求 , 将手指设计为可替换型 , 手爪具体结构在设计图中已表达清楚 .
2. 腰及手臂的设计
腰、 大臂、 小臂主要根据工作空间高度及工作空间半径确定 , 一般大臂要略长于小臂 . 关节处的旋 转依靠相配合的两个花键分别固定在两个相对运动的部件上 , 具体尺寸和结构在设计图中表达 .
四 . 控制部分设计
机器人操作臂是三维开环链式机构 , 具有多个自由度 , 需要对每个关节变量设定植 , 因为选用的 动力源为伺服电机 , 容易与 CPU 连接 , 故选用单片机 ,MCS-51系列的 8051. 因 8051的 P0.0-P0.7为分 时复用的端口 , 可传输数据信号也可传输地址信号 , 需选用地址锁存器 74LS373, 为控制电机的正反转 时间以保证关节变量的要求 , 用定时器 8053控制电机驱动芯片的使能端 , 电机驱动芯片选用 L293D. 在大臂 小臂和手爪部件上分别安装红外感应器 , 当大臂、小臂和手爪任何和部位与周围环境发 生碰撞时 , 红外感应器向 CPU 发出中断请求 , 使系统停止运行 , 同时有手动开关 , 在特殊情况下 , 人为 向 CPU 发出中断请求 .
五.参考文献
[1].濮良贵、纪名刚 机械设计。 北京:高等教育出版社 2001
[2].赵妙霞。 机械精度设计与质量控制。兰州:兰州大学出版社 2004
[3].谢存禧、张铁 机器人技术及其应用 北京:机械工业出版社 2005.7
[4].殷际英、何广平。关节型机器人。北京:化学工业出版社 2003
[5].徐灏。 机械设计手册。北京:机械工业出版社, 2001
[6].崔光照主编,单片机原理与接口技术 北京:北京邮电大学出版社 2001
[7].付家才。单片机控制工程实践技术。化学工业出版社, 2005.6
[8].卢艳军、李雪飞、尹寿远。单片微型计算机控制系统设计。人民邮电出版社, 2004.3
[9].哈尔滨工业大学理论力学研究室。理论力学,北京:高等教育出版社, 2002
[10].A. Takanishi ,T .Takeya,H. Karaki. And I .kato. “ A control Method for Dynamic Biped Walking Under Unknown External Force “ ,Proc
[11]. B.D.Bojanov,H.A.Hakopian and A.A.Sahakian, ” Spline Function and Multivariate Interpolation ” , Kluwer Acadmedic Publishers,1993
范文三：关节型搬运机器人设计
关节型搬运机器人设计
摘要
随着现代工业机器人技术的发展，工业机器人的使用迅速增长。本文通过对国内外工业机器人的分析，并结合搬运所需要的条件，设计出了工厂自动化生产和生产线使用的搬运机器人。
本文着重对搬运机器人的总体设计方案、机构及控制系统从理论上进行了详细的分析和设计。在搬运机器人总体设计中，采用了应用最为广泛的平面关节型；在机构设计中，主要设计了搬运机器人末端执行器、手腕、手臂和腰的机械结构；在末端执行器设计上采用了一种具有接近觉、接触觉及滑动觉的初级智能机械手；在控制系统的设计中，采用可编程控制器（PLC ）进行控制，并对控制系统的硬件原理做了分析，对PLC 的程序也进行了编译；在驱动系统设计中，采用了气动和电机两种驱动方式，主要动作采用电机驱动。
关键词：搬运机器人，三感觉机械手，可编程序控制器
Design of the joint transporting robot
Abstract
Under the development of the modern industrial robot’s technology , the use of industrial robot increases rapidly. Through analyzing the domestic and foreign industrial robots, combing the conditions of the transportation, the transporting robot for the factory automation produce and the production line is designed in this article.
The emphasis on this article is to analyze and design the transporting robot in theory. The analytical objects include the total scheme, the mechanism design, and the control system design. In the total scheme design, the most wildly applied plane joint type is chosen. In the mechanism, the transporting robot’s end-effector, the wrist, the arm and the waist are mainly designed. A kind of the approaching sense, the contact sense and the skidding sense primary intelligence manipulator is adopted in the end-effector; In the control system, the programmable controller (PLC) is used, the principle of hardware is analyzed and the programs in PLC are compiled. In the actuating system, two driving types are used which include the pneumatic operation and the motor. The main movement is driven by the motor.
Key words: Transporting robot, three feelings manipulators, programmable controller（PLC ）
1．引 言
本课题研制的搬运机器人，是一种综合了人和机器特长的拟人机械电子装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。它能够感应工件并能按规定抓取，升高，转动一定的角度，向前移动，把料准确放入指定的工位。为了便于设计，工件设为60*60*60的立方体，重为3kg 。 本文对一类搬运机器人的总体设计、结构设计、控制系统设计等从理论上进行了较为全面的研究。在机械手设计上采用了一种具有接近觉、接触觉及滑动觉的初级智能机械手。
2．总体方案与机械本体设计
由工业机器人的构成及其运动系统，进行机械本体、驱动系统、控制系统的方案比较与选择，基于总体方案的设计，选定基本技术参数。
2.1手部（末端执行器）的结构设计与计算
分析手部的功能与分类，根据其设计要求，在本次设计中可使用的末端执行器有以下几种： （1）吸附式 （2）电磁吸盘式 （3）多关节多指手爪 （4）夹钳持式手爪
本设计选用的是夹钳式手部的齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器。 结构如图2-1所示：
图2-1 齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器
夹钳式手部应具有适当的的夹紧力和驱动力，手部方案计算包括：夹紧力、夹紧缸驱动力的计算。
受力示意如图：
图 2-2 受力示意图
2.2手腕的结构设计与计算
分析手腕的功能与分类，手腕设计应该具有两个自由度，即能实现手腕的回转和俯仰运动，由手腕设计要求，在本次设计中可采用的设计方案有以下几种结构：
方案一传动示意图2-3如下：
图 2-3方案一传动示意图
方案二传动示意图如图 2-4所示：
图2-4 摆动液压缸驱动手腕
方案三传动示意图如图2-5所示：
在方案三中充分考虑到手腕回转所需力矩小所以使用的电动机和谐波减速机构都质量和体积都很小，可以之间将其直接放在手腕前端，这样就减少了小臂前端的质量和体积，所以在本次设计中使用第三方案。
图 2-5方案三传动示意
手腕回转、俯仰时，需要克服腕部的摩擦阻力力矩、工件重心偏置力矩和腕部启动时的惯性阻力力矩。手腕设计方案的计算包括：
（一） 手腕回转驱动力的计算
（二） 手腕俯仰力矩的计算
2.3手臂的结构设计与计算
分析手臂的功能与分类，根据其设计要求，本次设计可供选择的结构主要有以下几种： （一）液压驱动圆柱坐标型机器人手臂结构 （二）电动机驱动机械传动援助坐标型机器人手臂 （三）PUMA 机器人手臂结构 （四）SPINE 机器人多节柔性手臂
（五）带谐波减速器的机器人手臂关节结构
图2-6 PUMA560机器人小臂传动图
本设计是采用PUMA 机器人手臂结构结合设计需要进行改进： 一、小臂的示意图如下：
图2-7 小臂的示意图
二、大臂示意图如下：
图2-8 大臂示意图
其大臂和小臂均用高强度的铝合金材料制成的薄壁框形结构，大臂的肘关节处的传动与别处不同，为了实现运动的平稳和动作的精确，以及结构简单，质量小，所以采用谐波减速器。设计计算截面尺寸和手臂长度，使其在满足强度、刚度和尺寸要求的前提下，得到最优尺寸和最小质量，实现结构优化设计。大臂肘关节处的传动示意图为：
图2-9 大臂肘关节处传动示意图
2.4机座的结构设计与计算
分析机座的功能与分类，根据其设计要求，在本次设计中可供选择的腰座有以下几种： 方案一：采用环形轴承作支撑结构的机器人腰座
图2-10 采用环形轴承作支撑结构的机器人腰座
方案二：采用普通轴承作支撑结构的机器人腰座
图2-11 采用普通轴承作支撑结构的机器人腰座
本方案是采用普通轴承做支承元件的腰座支承结构，这种结构制造简单，成本低、安装
调整方便等优点，虽然存在腰座尺寸过大的缺点，但是却可以增加稳定性。本次设计即采用这种腰部。
方案三：PUMA 机器人腰座
经过对减速器和电动机选择及相关计算，搬运机器人机械本体效果图如下：
图2-12 搬运机器人机械本体效果图
3．控制系统设计
3.1 PLC控制系统的设计
通过对PLC 的分析，本机采用三菱公司生产的FX2N-40MR PLC。
机器人搬运操作方式分为手动和自动操作方式。自动操作方式又分为步进、单周期和连续操作方式。
（1）机器人搬运示意
图3-1 机器人搬运示意图
原位（零点）位置：机器人的小臂停在下限位置出，钳抓放松，即物体抓取出，不需要通过仰俯运动来调整钳抓的角度，输送带和物料台同一高度。
（2）机器人搬运系统输入和输出点分配表
表3-1 I/O分配表
名称 启动 上升限位 左移限位 下降限位 工件检测 抓限位 右移限位 停止 回原点
代号 SB1 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SB2 SB3 SB4 SB5
输入 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X20
名 称 手动操作 连续操作 单步上升 单步下降 单步左移 单步右移 夹紧 放松 输送带转动
代号 SB6 SB7 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 SB13
输入 X10 X11 X12 X13
动
X14 X15 X16 X17 X21
抓取 电磁阀右移 原点指示 输送带B 转动
名 称 电磁阀上升 电磁阀左移 电磁阀下降 输送带A 转
YV4 YV5 YV6 EL YV7
Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
代号 YV1 YV2 YV3
输出 Y0 Y1 Y2
（3）PLC 输入，输出连接电路图
图3-2 PLC 输入，输出连接电路图
（4）操作系统
操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序。
图3-3 机械手操作程序图
其原理是：
X20接通，系统自动回原点，Y6驱动指示灯亮。X10接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ 为一跳转指令，如果CJ 驱动，则跳到指针P 所指P0处），执行手动程序。之后，由于X11常闭触点，当执行CJ 指令时，跳转到P1所指的结束位置。如果置于自动位置，（既X10常闭闭合、X11常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。
（5）回原位程序
图3-4 回原位状态转移图
（6）手动单步操作程序
图中上升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。
图3-5 手动单步操作程序图
（7）自动操作程序
图3-6 自动操作状态转移图
3.2 传感器的选择
在本设计中，传感器主要用来检测手腕、手臂、腰部的转动角度，还有确定手爪对工件的抓
取 。在机械手设计上采用了一种具有接近觉、接触觉及滑动觉的初级智能机械手。工作原理如下：
接近觉传感器、接触觉传感器、滑动觉传感器位于手指上
接近觉传感器是由红外发射器、红外探测器及其信号处理电路构成。
接触觉传感器、滑动觉传感器是一个传感器。是由聚偏氟乙烯膜，铜箔电极和绝缘橡胶表皮保护层构成。
图3-7 初级智能机械手结构图
4．结论与建议
4.1结论
本文对一类搬运机器人的总体方案上进行了研究，并对其机械本体结构、控制系统和驱动系统进行了设计。
(1)通过相关方案的选择、计算及校核，从理论上验证了本设计的可行性和正确性。 (2)编写了PLC 程序，并进行了机器人搬运工件模拟实验，在模拟实验中机器人能够很好的完成设计好的动作，证实了机器人控制系统的正确性。
4.2建议
在设计方面还存在不少不足，可以提出以下几个方面建议对设计进行完善：
(1)本设计理论上采用光电编码器的输出直接通过PLC 的高速记数单元与PLC 进行连接，PLC 再通过高速记数单元将控制信号发送给电动机，但在实际的PLC 设计中采用的是机械限位所产生的信号发送给PLC ，PLC 再将控制信号发送给电动机，从而限制了机器人的工作范围。在控制系统设计中，考虑到工作状况和控制的简便未对机器人手腕的仰俯运动和回转运动进行控制设计，从而限制了机器人的自由度和工作空间。
(2)在气缸和部分零部件加工工艺设计上存在不足，未考虑充分气缸的密封性和部分零部件的可加工性。
(3)未充分考虑机器人制造的成本，经济性。
(4)可在PLC 软件编程上改进，采用不同的中间继电器控制来实现不同的输入信号通过一个输入口输入信号。
(5)本文未对沿轨道的前后运动的行走机构及其控制系统做设计。
范文四：圆柱坐标型工业机器人设计
第一章 绪论
1.1工业机器人研究的目的和意义
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统( FMS) 、自动化工厂( FA) 、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,而且保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。
20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及的过程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 1. 驱动方式的改变
20世纪70年代后期，日本安川电动机公司研制开发出了第一台全电动的工业机器人，而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动的机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液压驱动的机器人，成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、R V减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。
2. 信息处理速度的提高
机器人的动作通常是通过机器人各个关节的驱动电动机的运动而实现
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楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
的。为了使机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算，并在此基础上向机器人的各个关节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，C P U的计算能力有了很大提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制20多个关节。机器人控制器性能的提高也进一步促进了工业机器人本身性能的提高，并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展，已经出现了多台机器人通过网络共享信息，并在此基础上进行协调控制的技术趋势。
3. 传感器技术的发展
机器人技术发展初期，工业机器人只具备检测自身位置、角度和速度的内部传感器。近年来，随着信息处理技术和传感器技术的迅速发展，触觉、力觉、视觉等外部传感器已经在工业机器人中得到广泛应用。各种新型传感器的使用不但提高了工业机器人的智能程度，也进一步拓宽了工业机器人的应用范围。
1.2工业机器人在国内外的发展现状与趋势
目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中。极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量的应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据所应用场合的不同以及对工件夹持的特殊要求，采取了多种形式的机械结构来完成对工件的夹紧和防止工件脱落的锁紧措施。在针对同样的目标任务，采取多种运动方式相结合的方式来达到预定的目的。驱动方面采用了一台工业机器人多种驱动方式的情况，有液压驱动，气压驱动，步进电机驱动，伺服电机驱动等等。愈来愈多的搬运机器人是采用混合驱动系统的，这样能够更好的发挥各驱动方式的优点，避免缺点。并且在它的控制精度方面和搬运效率方面有了很大的提高。在搬运机械手的控制方面，出现了多种控制方式。如:由原始的电控的机械手，
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较先进的基于工控机控制的，基于PC控制的，进一步的嵌入式PC控制技术，还有采用PLC可编程控制的。
在物料搬运方面近年来呈现出的趋势就是系统化。无论是我国还是国外，物料搬运的发展都是由单一设备走向成套设备，由单机走向系统。在制造业方面，随着JIT, FMS, CIMS等现代制造技术的发展，对物料搬运系统也提出了新的要求。其特点是力求减少库存、压缩等待和辅助时间，使多品种、少批量的物料准时到达要求的地点。这一趋势在机械工业方面得到了很大的应用。其中采用了机器人等先进的物料搬运技术，促进了机械工业的技术进步和生产水平提高。
当代工业机器人技术发展一方面表现在工业机器人应用领城的扩大和机器人种类的增多。另一方面表现在机器人机械系统性能的提高和控制系统的智能化。前者是指应用领域的横向拓宽，后者是在性能及水平上的纵向提高。机器人应用领城的拓宽和性能水平的提高二者相辅相承、相互促进。应用领城的扩大对机器人不断提出断的要求，推动机器人技术水平的提高.反过来，机器人性能与智能水乎的提高，又使扩大机器人应用领域成为可能。
1(工业机器人机械系统性能的提高。
进一步提高业机器人的运动精度。机器人是一种多关节开链式结构，因此，机器人手臂的刚度一般都不高。另外由于构件的尺寸误差和传动间隙的存在，以及机器人手臂末端误差的放大作用，使当前机器人的定位与运动还不能达到很高的精度。度大.精度高的数控机床相比，机器人在工作精度上大为逊色。因此，至今工业机器人在精密装配及其它精密作业中的应用仍受到了很大的限制。除了精密作业要求高精度机器人以外.采用离线编程的工业机器人系统也要求该机器人要具有足够高的定位精度和运动精度。
进一步提高机器人工作精度的主要办法是:提高机器人的加工精度与装配精度，采用无隙传动的减速机构，采用直接驱动电机，通过标定进行
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楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
机器人的
2(误差补偿，通过实时检侧对机器人运动误差进行实时修正。提高机器人手的灵活度和避障能力:当前常用的机器人手肴的灵活度的都不够高，即手臂末端达到某一工作点时。手臂可能采取的姿态是有限的，有时要有很大的灵活度和很强的避障能力.例如。当用喷涂机器人喷涂车身内表面时，要求机器人能将车身内表面的各个角落都喷上漆，必须要有高灵活度机器人手有才行。另外，在有限空间及有障碍的复杂环境中作业的机器人，例如在核电站工作的机器人，也要求其具有高灵活度的机器人手臂。为了提工业机器人手臂的灵活度，主要是采用具有冗余自由度的机器人手臂和在机器人手臂机构上采用膨铰关节及可双向弯曲的手臂。
3(提高机器人的运动速度和响应频率:为了提高机器人作业效率，以及提高具有感知功能机器人的反应速度，就必须提高机器人运动速度和响应频率，这一点，对装配机器人来说尤为重要。为此，一方面可以通过采用高强度材料或轻质材料(如碳纤维复合材料)制造机器人手臂，以达到减轻手臂重量和提高手臂动态特性的目的，另一方面，也可以通过采用直接驱动电机或其它高性能驱动电机，从控制和驱动方面提高机器人系统的运动速度与响应频率。
4(提高机器人手爪或手腕的操作能力、灵活性与快速反应能力:为了使机器人能像人一样进行各种复杂作业，如装配作业、维修作业及设备操作，机器人就必须有一个运动灵活和动作灵敏的手腕和手爪。这一点对装配作业机器人、核工业机器人和在空间站上作业的空间机器人来说是特别重要的。
5(采用模块化组合式机器人结构，提高机器人快速维修性能:根据优化设计，制造出多种不同尺寸和规格的手臂和连接器模块。用少量的模块可组合成多种机器人配置。这种机器人能进行快速维修，可以实现自动修复。所以，这种机器人结构最适用于空间机器人、核工业机器人等。如这种积
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木结构能推广用于一般工业机器人，将使工业机器人的成本下降、生产周期及维修周期缩短。
1.3工业机器人的分类
1.3.1按作业用途分类
如前所述，各类工业机器人的应用范围非常广泛，而且还有一种机器人多种用途的情况。通常我们依据其具体的作业用途来称呼它，如一条自动生产线上使用了相同结构的数台机器人，有的用于点焊就称为点焊机器人，有的用于搬运工件就称为搬运机器人，以此类推，便有喷漆机器人、涂(密封)胶机器人、装配机器人和测量机器人等有的作业具有一定范围，如潜入水下作勘查、采矿和铺4管道的机器人，就统称为水下机器人，类似的还有宇航机器人等。
1.3.2按操作机的运动形态分类
按工业机器人操作机运动部件的运动坐标把机器人区分为:直角坐标式机器人，极(球)坐标式机器人，圆柱坐标式机器人和关节式机器人，另外还有少数复杂的机器。人是采用以上方式组合的组合式机器人。 1.3.3按机器人的负荷和工作范围分类
按照这种分类方法，工业机器人分为:
超大型机器人—负荷为10KN以上。
3 大型机器人—负荷1--10KN，工作空间为1—10m以上。
3 中型机器人—负荷为100--1000N。工作空间为0.1,1 m
3 小型机器人—负荷为l--100N，工作空间为0.1 m。
3 超小型机器人—负荷小于1N ,工作空间为0.1 m。
以上所谓机器人的“负荷”是指在机器人的规定性能条件下，机器人所能搬移的重量中包括了机器人末端执行器的重量。
1.3.4按机器人具有的运动自由度数分类
机器人的自由度数的定义是:操作机各运动部件独立运动的数目之和。这种运动只有两种形态:直线运动和旋转运动，其腕端的任何复杂的运动都
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楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
可由这两种运动来合成。工业机器人的自由度数。一般为2,7个，简易型
的2—4个自由度，复杂型的5,7个自由度。自由度数越多，机器人的“柔
性”越大，结构和控制也就越复杂，所以并非越多越好。
1.4本课题研究的主要内容
(1)确定机器人运动参数及工作行程。
(2)根据工件的负载情况，工作空间以及各个运动的实现形式对搬运
机器人进行整体方案的设计;
(3)对搬运机器人的手爪，，小臂，大臂，的结构设计，绘制各部分
的结构草图;
(4)由第2步所给定的条件和第3步的结构特点，选取驱动系统并确
定驱动电机的驱动方式和传动方式;
(5)对各结构的质量进行粗估，完成对手爪的夹紧气缸，小臂、大臂
丝杠的驱动电机，以及腰部、腕部的旋转驱动电机的计算选型;
(6)根据电机的外形尺寸及输出轴轴径，以及电机的重量完善结构草
图。
(7)通过以确定的结构的质量的分析，验算重要零件的受力情况，绘
制最终装配图。
6
第二章 总体设计方案确定 2.1结构设计概述
一个机器人系统结构由下列互相作用的部分组成:机械手、环境、任务。
机械手是由具有传动执行装置的机械，它由臂，关节和末端执行装置构成，组合为一个互相连接，互相依赖的运动机构。机械手用于执行指定的作业任务。工业机器人的末端执行器是安装在腕端的附加装置。
机器人的手部可分为夹持式和吸附式两大类。夹持式的是指型手，夹持方式有外夹式和内撑式之分，吸附式的分为空气负压式和电磁式两种，
任务是指机器人要完成的工作。机器人的类型是随着工作任务的特点而决定的。例如:SCARA机器人就非常适合平面上的工件的抓取。
环境是指机器人所处的周围环境。环境不仅由几何条件(可达空间)所决定，而且由环境和它所包含的每一个事物的全部自然特性所决定。 2.2基本设计参数
根据次机械手的应用场合和实地的应用要求，其主要的设计参数要求如下: (1)抓取的重物:2kg;
(2)机械手的自由度数:4个;
(3)运动参数:
0.02m 大臂升降: 线速度:; s
0.02m 小臂伸缩: 线速度: ; s
rad3.14 手腕俯仰: 角速度:; s
3.14rad 腰部旋转: 角速度:; s
(4)运动行程:
大臂升降:300mm
7
楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
小臂伸缩:300mm
,腰部旋转: ,90
,手腕俯仰: ,90
2.3工作空间分析
2.4传动方案的确定:
2.4.1传动方案分析
<1>方案1:
图2-2 传动方案一
第一、二、自由度均采用伺服电机加减速器的结构形式。大臂的驱动电机和大臂的回转轴共线。小臂的传动方案与大臂的传动方案相同，这样虽然结构上较为简单，但对大臂产生了一定的附加弯矩，对工件的抓取精度产生了一定的不利影响，并且对转矩的计算也会较为麻烦。第三个自由度，即就是升降机构采用电机步进电机加同步齿形带的传动方案。同步齿
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形带具有传动精度高，结构紧凑，传动比恒定等特点。但对安装的精度要求较高，负载能力也很有限，并且不能实现反向自锁，需要另加断电保护装置。手爪的结构采用较为简单的气动控制直线运动的手爪。 <2>方案二:
图 2-3 传动方案二
第一、二自由度均采用交流伺服电机加减速器的驱动模式，故此结构可以较为简单。电机轴和小臂的关节轴是同一方向的。这是在充分考虑到小臂的驱动电机对大臂所产生的附加弯矩的条件下，对大臂的结构设计特别做了加强处理。第三个自由度为丝杠螺母的升降运动，采用的传动方式是电机轴经过一级齿轮减速，再驱动滑动丝杠，利用滑动丝杠的大减速比的特点，达到控制上升的速度不至于过快。同时，选择单头的滑动丝杠具有很好的自锁性能，从而在系统突然断电的情况下，不致使此自由度方向上发生运动，从而保证了结构的安全。第四自由度旋转机构也是采用电机
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楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
加谐波减速器的结构形式。手爪采用目前广泛采用的，而且技术成熟的连杆导杆式气动机械手，这一机械手的造价低廉，结构简单，针对此处所抓取的工件的特点是不易变形的金属工件，所以对夹紧力的要求不是太高，故采用气动机械手爪完全可以达到设计要求。
<3>方案三:
图2-4 传动方案三
如图2-4所示，第一自由度采用步进电机加减速装置的传动模式。大臂与回转关节之间采用谐波减速器传递动力。小臂的驱动电机考虑到它的重量会对大臂造成较大的附加弯矩，则把小臂的驱动电机安装在大臂的回转轴的轴线方向，电机输出轴与小臂的回转轴之间通过同步齿形带相连接，保证了小臂回转的精度。但这样就使得小臂的传动机构很复杂，有多段承受弯矩的轴，并且电机轴也承受了一定的弯矩。第三个自由度采用滚珠丝杠并配以电机加减速器驱动的传动方案，这是利用了滚珠丝杠的传动精度高，并且是把旋转运动转换为直线运动，而不需要中间环节的转化，结构
10
简单。但滚珠丝杠必须附加自锁装置以确保能够做到断电保护。滚珠丝杠的造价较高，重量也较重，因此在滚珠丝杠的材料选择方面要求加工材料要较轻。并且滚珠丝杠需要电机的输出转矩也较大，自身的减速比较小。机器人的手爪部分仍然采用较为常用的气缸配合连杆式气动机械手的结构，其作用与方案一所述的相同。
2.4.2 伺服驱动与步进驱动的比较
1)低频特性不同
歨进电机在低速时容易出现低频振动现象，振动的频率与负载情况以及与驱动器的性能有关。当步进电机工作在低速的时候一般还应采取阻尼技术来克服低频振动现象。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。
2)矩频特性不同
不进电机的输出力矩随转速的升高而降低，而且在较高的转速时会急剧
r300~600下降所以其最高的工作转速在。交流伺服电机为恒力矩输出min
即使在额定转速以内都能输出额定的转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 3)过载能力不同
不仅电机一般不具有过载能力，交流伺服电机具有较强的过载能力比进电机因为没有这种过载能力，为了克服启动时较大的惯性力矩，往往要选取具有较大静转矩的电机，而机器人正常工作时又不需要这么大的转矩，所以便出现了力矩浪费的现象。
4)运行性能不同
步进电机的控制一般为开环控制，速度过快或负载过大都会出现失转或堵转现象。交流伺服电机为驱动系统为闭环控制，驱动器可以直接对电动机编码器反馈信号进行采样，在内部构成位置环和速度环，能避免失步或过冲现象。
综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电动机，所以在一些对位置和速度要求较高的场合，采用交流伺服系统的优势更为明显。此次的搬运机器人队工件的抓取，对其驱动系统的要求就是要能够较为准确
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楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
的完成对位置和速度的控制，这样选取交流伺服电机就能够很好的满足这一点。
通过对上面的方案的比较，综合分析后我认为方案二有更多的优势，而且结构合理，能够比较好的完成本次的输送线出货台的物料搬运工作。故此次方案二作为本次设计的最终设计方案。
第三章 搬运机器人的结构设计
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3.1驱动和传动系统的总体结构设计
(1)底座
如图所示:电机和谐波减速器通过连轴套筒相连，谐波减速器的输出轴和大臂的回转关节轴直接相连。外壳的材料采用45钢底座的轴承采用角接触轴承，使利用了它既能承受轴向力也能承受一定的径向里的特点。电机和减速器通过外壳内部的凸台进行安装，这样使得结构简单，加工和安装方便。里面部件的材料采用铝合金,位于底部的电机通过谐波减速器的减速对顶端轴进行驱动，从而带动了大臂回转轴和大臂一起转动，需要注意的是臂回转轴是做成一体的。
图 3-1 机器人的结构设计方案图
(2)传动装置
传动的主要方式是采用交流伺服电机加减速器的传动模式，大臂的轴承选择的是角接触轴承，用此来承受较大的负载产生的弯矩，避免了减速器的输出轴，以及电机轴承受附加载荷，从而保护了减速器和电机。大臂
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楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
的长度尽可能的做的短一些，这样会在整体结构简单的情况下将小臂回转关节的电机自身重量和减速器的重量极可能多得通过壳体传递到地面，另外对大臂的设计也采用了增加强度的处理，从而尽可能电机和减速器所产生的附加弯矩对机构的影响。小臂回转关节采用了电机减速后直接驱动小臂关节轴旋转，从而带动小臂旋转，这里大、小臂的运动具有独立性的特点。
(3)升降机构
此处机械手的升降机构是采用电机加一级齿轮减速，传递动力给滑动丝杠，利用滑动丝杠的大的降速比来完成夹持工件的机械手上下移动，这样可以把电机输出的转动转化成丝杠螺母的上下移动，并且整体结构较为简单。同时考虑滑动丝杠的原因也是利用了滑动丝杠的反向自锁的特性，从而实现了断电保护。在滑动丝杠的外螺母上连接导向杆，这样可以对螺母起到导向的作用，同时可以减少负载产生的附加弯矩对滑动丝杠的影响，进一步挺高了机械手抓取时的抓取精度。
)旋转机构 (4
如图所示，此处的旋转机构主要是利用步进电机利用键连接来驱动机械手进行旋转来实现抓取工件位姿的调整，这里是考虑到机械手在抓取工
件时所需要的位姿来进行设计的，使得机械手
的手爪更方便有效的完成工件的抓取。
3.2气动手爪的选型计算
机械手爪受力分析:(如图3-3)
P:机械夹持器轴向施加的作用力;
e:夹持器活塞中心至手指支点的距离;
R:支点销轴的半径;
,:中间连杆对手指的压力角;
, :摩擦角;
,:构件间的摩擦系数;
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4.1机器人控制系统分类
1.程序控制系统:给每一个自由度施加一定规律的控制作用，机器人就可实现要求的空间轨迹。
2.自适应控制系统:当外界条件变化时，为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非线性模型的参数，一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。
3.人工智能系统:事先无法编制运动程序，而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息，实时确定控制作用。
4(机器人控制系统结构
机器人控制系统按其控制方式可分为两类:
1)集中控制方式:用一台计算机实现全部控制功能，结构简单，成本
低，但实时性差，难以扩展，其构成框图如图所示。
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楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
图4-1集中控制方式
2)主从控制方式:采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。
图4-2 主从控制方式
主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等;从CPU实现所有关节的动作控制。其构成框图如图3所示。主从控制方式系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。 4.2控制系统方案设计
4.2.1控制系统方案分析
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控制系统通常是指在复杂的条件下，将预定的控制目标转变为期望的机械运动。控制系统使被控机械实现精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制，以及这些被控机械量的精确综合控制。
搬运机器人的手部、小臂、大臂的动作都是通过控制系统来控制的，所以控制系统是搬运机器人的重要组成部分，控制系统的设计对于机器人的总体设计而言至关重要。目前，搬运机器人的控制方式大多采用可编程序的点位控制(PTP)方式，而在各种控制方式中，可编程序控制器(PLC)因其通用性好、编程方便、成本较低、易于设计和维护等优点而被广为使用，它完全可以取代继电器控制柜，而且可以实现比继电器功能强得多的控制功能。
4.2.2控制系统特点
1. 编程方法简单
可编程控制器的梯形图语言程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图语言程序和调试程序比设计和调试继电器控制系统所花的时间要少得多。 2(控制系统结构简单，通用性强
尽管现在世界各个生产可编程控制器的厂家和公司，有着多种品牌和种类，但其基本结构和工作原理大致相同。配以各种组件就可以灵活的组成各种规模和不同要求的控制系统。
3(抗干扰能力强
可编程控制器采用了一系列硬件和软件的抗干扰干扰能力措施，如滤波、隔离、屏蔽、自诊断、自恢复等，使之具有很浅的抗干扰能力。一般无故障的时间数已经达到数万小时以上，可以应用于有强干扰的工业生产现场。现在可编程控制器已经被公认为最可靠的工业控制设备之一。 4(可靠性高
继电接触器控制系统使用了大量的机械触电，连线复杂，各触点在吸合和断开时容易受到电弧的损伤，所以寿命多，工作可靠性差。而可编程控制器以软件代替硬件，许多继电器的触点和繁杂的连线可以用程序来实
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楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
现，大量的开关动作可以用无触电的电子电路来完成，因此寿命长，可靠性大大的提高。
5(体积小、结构紧凑，安装、维护方便
可编程控制器体积小、质量小，便于安装。通常可编程控制器都有自诊断、故障报警、故障显示的功能，便于操作和维修人员检查，可以较容易的通过更换模块插件来迅速排出故障。它的结构精凑，与硬件连方式简单，接线少，易于维护。
4.3机器人的控制系统方案确定
本次控制系统采用的方案是PLC+交流伺服系统。
交流伺服系统由交流伺服电动机和伺服电动机驱动器组成，它已经成为无刷直流伺服系统的代替品。近年来交流伺服驱动技术有了飞速的发展，它不仅能克服了直流伺服电动机在结构上存在的电刷维护困难、造价高、寿命短、应用环境受限制等缺点，同时又发挥了交流伺服电动机坚固耐用、经济可靠及动态响应好等优点。
一个伺服驱动系统并不仅仅是驱动器与电动机的组合，而是一个完整复杂的控制系统。完整的交流伺服驱动系统包括:伺服控制器、伺服驱动器、伺服电动机以及至少一个检测元件，所有这些部件都在一个闭环控制系统中运行:驱动器接受控制控制器的指令信息，然后将电流送给电动机，通过电动机转换成扭矩，然后带动负载;检测元件测量负载的位置(角度、直线位移)、速度、加速度等参数，输入控制器实现指令信息值与实际位置值的比较，然后通过闭环控制使实际位置值和指令信息值保持一致。
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4-1 交流伺服系统控制框图
机器人各关节由电机输出动力，通过各种传动方案，带动各关节运动，传感器、编码器将检测记录到的运动部件的运动状况并以开关量形式传递给I/O，PLC接收到这些信号并经过处理后，发出指令，传递给I/O，系统进入下一道命令执行中。
PLC是要对搬运机器人的执行机构进行控制，控制机器人对工件的抓取。对搬运机器人的控制包括PLC通过I/O接口向机器人发出控制指令，以及获取机器人的工作状态信息等内容。PLC接收机器人的各种工作状态信 号、指令及传感系统，包括各指令开关、工件识别传感信号和执行机构的
4-3 机器人控制系统框图
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楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
位置信号等，实现PLC对搬运机器人的状态信息的获取。
在机器人控制系统中，提供了搬运工作模式(运行、示教等)设置。机器人伺服系统开启停止、重启、继续和回零等输入控制端口。通过这些控制端口PLC可以对焊接机器人进行上述的控制,同时也提供了搬运机器人所处的运行模式。伺服系统的开、停、就绪和急停等状态输出端口通过读取这些端口的状态。PLC就能获知机器人的搬运基本状态。
4.4 PLC及运动控制单元的选型
针对本次控制系统的方案，选择SYSMAC的CS1系列的PLC ，与之配套的MC单元为MC421，此处注意到MC421能够实现四轴的伺服驱动，分别对应本次SCARA机器人的四个伺服电机的伺服驱动。系统的配置图如4-4所示:
C的控制面板主要有LED指示器、单元号设置开关，X/Y轴和Z/U轴连接M
器、I/O连接器、示教盒连接器、MPG连接器等组成。各个部分的分布如图4-5所示。
1、单元号设置开关
单元号的设置确定了CPU单元专用I/O单元区的那些字分给MC单元。CS1-MC421占用了50个字。
2、连接器
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图4-4 控制系统配置图
图4-5 MC单元控制面板
1) I/O连接器 用于外部输入输出的连接器，包括各轴的限值输入、急
停输入、圆点接近输入、外部输入、常规输入。
21
楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计 2)示教盒连接器 用于连接示教盒。
3) MPG连接器 用于MPG(手动脉冲发生器)或同步译码器的连接器。
第五章 结论与展望
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搬运机器人在工业机器人的领域中扮演着非常重要的角色，本次设计的主要目的是围绕实验室的建设，设计与实地环境相符的搬运机器人来实现输送线出货台上的工件到AGV小车上的搬运，从而实现工件的传送和运输这一环节的自动化操作。论文工作总结如下:
(1)根据各种传动方式之间的联系及特点，通过取长补短，主要考虑了结构紧凑简单等原则，确定了机器人的整体设计方案;
(2)各个回转关节的驱动方式均采用电机加减速器的方式的传动设计，大臂的回转关节和大臂做成一体，大臂的截面形状采用等强度处理;
(3)在各个关节的结构设计中，充分考虑到附加载荷对电机轴的影响，回转关节轴的载荷通过固定在其两端的轴承把负载的附加载荷传递到轴承上，从而保护了电机和减速器;
(4)在进给机构的设计中，滑动丝杠自锁性可以很好的保护工件不会在断电的情况下落，造成意想不到的事故;
由于时间有限，本次设计还存在一定的不足，还有待进一步提高，展望如下:
在传动系统的结构设计中，由于考虑到结构的紧凑型和尽量简单的特点，故把小臂驱动电机安装在小臂的回转关节轴上，但这样会造成大臂附加载荷过大，引起一定的不稳定因素，在今后的中可以尽可能选择质量较小在电机的选择和减速器的选择，或尽量减少电机在悬臂梁上的结构。
在手爪的设计中可以把手爪设计成可以替换的具有通用性的手爪，这样可以在搬运不同类型的工件时只需要更换机械手的手指，从而拓展了机器人的应用范围。
致 谢
23
楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
本次毕业设计能够使顺利完成，离不开指导老师和各位同学的支持和帮助。
首先要感谢的是指导我本次毕业设计的谢敬老师。非常感谢谢老师在这将近三个月来的悉心指导，和对我在毕业设计中所遇到的问题的无私帮助。在整个的毕业设计中，谢敬老师能够尽职尽责，设身处地的为我们考虑。在设计中，谢老师积极的引导我们，鼓励我们充分发挥自己在设计方面的设计思想，在此基础上给出许多很有建设性的意见，来帮助我们完善自己的设计思想，这对我们设计水平的提高有非常大的帮助。
其次是要感谢和我同组的同学:肖峰、李恒、王春艳三位同学，在我的毕业设计停滞不前时，是他们给我鼓励的声音和非常中肯的意见，我遇到困难时总能得到他们的帮助，这对我毕业设计的完成也是非常重要的。
最后要感谢的是我的社友在这段时间对我毕业设计的大力支持。这次毕业设计能够顺利完成离不开他们在生活上对我的关心。
在此向在这次毕业设计中给与我帮助的所有人表示衷心的感谢～
参考文献
24
[1] 杜祥瑛，工业机器人及其应用[M]，机械工业出版社，2004。
[2]许果，王峻峰，何松龄，一种基于SCARA机器人机械结构设计[J]，机械工程师2005
年第4期。
[3] 马光，申桂英，工业机器人的现状及发展趋势[J]，组合机床与自动加工技术，2004
年第4期。
[4] 吴振彪，工业机器人[M]，华中科技大学出版社，2002。
[5] 孙兵，赵武，施永辉，物料搬运机械手的研制[J]，南通纺织职业技术学院学报，
2005年第8期。
[6] 龙立新，工业机械手的设计分析[J]，焊工之友1999年6月第3期。
[7] 蔡自兴，21世纪机器人技术的发展趋势[J]，南京化工大学学报，2000年7月第4
期第22卷。
[8] 赖维德，工业机器人知识讲座之工业机器人手部[J]，机械部北京机械工业自动化
研究所。
[9] 蒋新松，未来机器人技术发展方向探讨[J]，中国科学院沈阳自动化研究所。
[10] 赖维德，工业机器人知识讲座之工业机器人组成和分类[J]，机械部北京机械工业
研究所。
[11] 虞和谦，我国物料搬运机械设备的现状及展望[J]，机电信息，2005年第6期。 [12] 金茂菁，曲忠萍，张桂华，国外工业机器人发展态势分析[J]，北京机械工业自动
化所。
[13] Jan Swevers, Birgit Naumer, Stefan Pieters, et al.，An Experimental Robot Load Identification Method for Industrial Application[J]，Springer Tracts in Advanced Robotics
/ HeidelbergVolume 5/2003
[14] Vicente Mata, Francesc Benimeli, Nidal Farhat, et al.，Dynamic parameter identification in industrial robots considering physical feasibility[J]，Advanced Robotics Volume 19, Number 1 101 – 119
[15]Roman Kamnik, Drago Matko, Tadej Bajd，Application of Model Reference Adaptive
25
楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计
Control to Industrial Robot Impedance Control[J]，Journal of Intelligent and Robotic
Systems Volume 22, Number 2 153 - 163 [16]汪小澄，袁立宏，张世荣，可编程序控制器运动控制技术[M]，机械工业出版社，2006。
[17]谢红，数控机床机器人机械系统设计指导[M]，同济大学出版社，2004。 [18] 欧元贤,刘旺玉, 用PLC实现对焊接机器人的控制[J], 机械与电子2004年第12期 [19] 王玉松，孙毅刚，基于工控机的关节型机器人控制系统实现[J]，中国民航学院学报，2003年8月第21卷第4期
[20]朱仕学，陈伟，谢永宏，基于PLC的工业机器人关节直流伺服系统，深圳职业技术学院学报，2003年第1期
26
范文五：四轴圆筒坐标型机器人
四轴圆筒坐标型机器人
动作 动作范围
Z轴： 上下移动 0~2300mm；（EC171：0~2400mm） R轴: 前后移动 0~1500mm; （EC171：0~1600mm） θ
α轴：底座部运动 0~330° 轴：底座部运动 0~330°
一、运转条件
1.电源电压：三相200~220V±5％
2.气压：0.5mpa
3.环境温度：0~40℃
二、运转前确认
1.运转条件是否正确
2.机器人及周边设备部分传感器是否正常
3.码垛范围内是否有干涉物
三、基本的操作流程
打开主电源开关 → 选择开关打‘自动’（AUTO）→ 点触摸屏‘零点复位’（只在重新上电时需要）→ 选择开关‘手动’（MAN）显示主画面 → 点击‘数据包，层、步、速度设定’选项，选择所要码垛产品的数据包确认层数、步数（设定速度可在手动或自动运转时进行）→ 返回主画面 → 点击‘维护’选项，确认V1~V3是否为‘ON’即抓手是否打开（V1：抓手手指开关电磁阀；V3：
抓手下压气缸电磁阀）→ 返回主画面 → 选择开关打‘自动’→点击‘自动启动’→ 在确认任意侧托盘到位的情况下按该侧‘再启动’按钮，该侧三色绿灯亮，机器人进入自动运行状态 →
任意侧码垛完成该侧的黄灯亮并报警提示 → 叉车可进入该侧叉取托盘或插入新空托盘 → 当叉车完全离开码垛区域后才可以按该侧再启动 → 机器人循环工作
注意：1.每次启动前确认层数、步数
2.叉车离开码垛区域后才按再启动
3.任意侧三色灯亮时不可进入该侧码垛区域
四、机器人停止
1.停止：在自动运行状态下，点击‘停止’立即停止
2.周期停止：在自动启动状态下点击‘周期停止’按钮运行到抓取位置或抓取位置上方停
3.急停：急停开关按下时，立即停止并报警，代码‘FFFF’（急停有两处，面板上一个；示教器一个）
五、端数处理（强制完成）
在自动运行状态下 → 按住‘L1’或‘L2’2秒以上，此时机器人强制输出码垛完成信号，使得该侧三色灯黄灯亮，叉车可进入插取托盘，系统自动变成第一层、第一步
六、用示教器移动机器人
选择开关打‘手动’→ 打开示教器电源开关 → 左手轻握示教
器右侧的黄色开关 →
按
（前、后）键打开私服电源 → 按 （顺时针、逆时针）
（上、下）（逆时针、顺时针）
移动机
器人 →
按
示教器 键改变速度H、M、L → 按键开关抓手 → 关闭
七、抓取点的调整
确认基准螺栓是否与Z轴基板接触
原点复位 → 选择开关打‘手动’ → 打开示教器 → 示教器的小屏幕显示 Teaching → 按
→ 显示 Input Block No.按
No. 0000
选择所要调整的数据块 →
按
Release→(1)p01 # → 显示 可以任意移动，→ 在这个画面下打
使
Layer=01/08
Step =01/05 用便使得Release→(1)p01 # → 移动机器人右抓取位，按 Layer=00/08
Step =01/04 两次计入
右抓：机器人从原点导第一个可抓取的位置（从机器人后面看导向管在右手边）
左抓：右抓α+180°
按使得Release→(1)p01 # → 移动机器人到左 Layer=00/08
Step =02/04 抓位置按两次
计入 → 关闭示教器（建议：调试前做备份）
八、放置点的调整
L1 L2 L1 L2 偶数层 奇数层 1,3,5,7 2,4,6,8
原点复位 → 手动 → 点击‘编辑数据
包’→ 选择所要调整的数据包 → 输入密码（初始密码00000000）进入点击 ADTUST → 选择所要调整的层数 → 调整该步的X、Y值 → 返回上一级 → 点击cy.copy → 选择with outhigh → 点‘循环复制’ → 返回主画面
九、常见错误代码
1. 30 输出信号错误PLC
2. 33 气压低
34 周边设备异常【优先抓取光电接触物料超过5秒钟】 35 托盘库PLC故障信号没短接，没有托盘库的是PLC
程序错误，
37 码垛中进入
3. 48 托盘检测异常
4 .57回流电阻过高，把抓取能力降低，或者把机器手重量调高
5 FFFF 急停
6.FFFC 自动运行中选择开关打手动
7.5020 电压低于190V或FA02基板异常
8.5021 电压高于回生电阻异常或断线
9.5001、5005 Z轴超限（上、下）
注；机器人原点复位不正常时也需检查Z轴上限光电开关或者感应开关是否正常,连接线有无断裂。
10. 5002、5006 R轴超限（前、后）
11. 5003、5007 θ轴超限
12. 5004 α轴超限
13. 5008 EC171 基准螺栓与Z轴基板间隙过大
14 5028 0.5A保险烧毁，重新更换
14. 61 Z轴电机堵转，抱闸或动力线异常
15. 62 R轴
16. 63 θ轴
17. 64 α轴
18. 57 回生电阻温度过高，负载过大
19. AX01~AX07 X（Z轴、R轴、θ轴、α轴）以Z轴为例
20. A101 电机编码器异常，检查Ze电缆
21. A102 电流过大，检查电压、负载、降低速度，更换伺
服放大器
22. A103 偏差过大，检查同步带，降低速度
23. A104 反馈信号异常，检查编码器电缆，更换电机
24. A105 超速，检查同步带、电机
25. A106 通信异常，检查主板与伺服放大器之间通信电缆
26. A107 伺服放大器选择开关异常
27. 56 短时间内故障太多
28. 单双线抓取在隐藏界面18 19 更改
29. 隐藏界面28改抓手双线抓取时的高度
十、维护保养
1.每日8小时工作的情况下，三个月加一次油
2.每日检查光电开关是否正常
3.每日确认抓手上各部分螺栓是否正常
4.每日机器人及其周边设备保持干燥
5.每月检查机器人本体各螺栓是否正常
6.每三个月检查机器人连接线是否正常
7. 每年更新一次同步皮带。
8. 适当准备必要的备品备件。
9. 机器人在保养及检修时一定要断电。
10.机器人在更换任何配件时需在断电的情况下进行。防止 烧毁保险或主电源板。
注；机器人使用厂方在遇到问题跟我方沟通时请把机器人报警时的故障代码一并报于我方。
