五自由度工业机器人说明书 .pdf

中北大学2010届毕业设计说明书

人人小站

1绪论

1.1工业机器人简介[1]

早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。1913年美

国福特汽车工业公司安装了第一条汽车零件加工自动线，为了解决自动线、自动机

的上下料与工件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料及传送工件。可见专用

机械手就是作为自动机、自动线的附属装置出现的。

“工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。但是自从世界上第一台工业机

器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地

下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，

应用之广，影响之深，是我们始料未及的。

本课题所指的工业机器人，或称机器人操作臂、机器人臂、机械手等。从外形

来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成

的开式链。这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸，上臂和下臂，工业机器人的关

节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节。操作臂的前端装有末端执行器或相应的工

具，也常称为手或手爪。手爪是由两个或多个手指所组成，手指可以“开”与“合”，

实现抓去动作和细微操作。手臂的动作幅度一般较大，通常实现宏观操作。

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执

行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有

3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置

和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；圆柱坐标型工业机器人示意图控制

系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，

70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的

组成部分。在工业生产中能代替人做某些单调、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

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害物料的搬运或工艺操作。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知

疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已经受到许多部

门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：

（1）机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较

为普编。

（2）在装配作业中应用广泛，在电子行业中它用来装配印制电路板，

在机械行业中它可以用来组装零件。

（3）可在劳动条件差，单调重复易疲劳的工作环境工作，以代替人的

劳动。

（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品级有还、及有害

物的搬运等。

（5）宇宙及海洋的开发。

（6）军事工程及生物医学方面的研究和试验。

……

1.2世界机器人的发展

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：

1.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，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万

美元。

2．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、

检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已

有模块化装配机器人产品问市。

3．工业机器人控制系统向基于PC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，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统

的可靠性、易操作性和可维修性。

4．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，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视

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觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策