小型五自由度多关节型机器人设计+CAD图纸(4)
1.4 本课题的课题任务及设计要求
1.4.1 课题任务
本课题就是设计出一个全自动的机械手中的“臂” ：要求机械手的结构灵活，定位精确，可以在工作空间里达到任意位置，操作方便，每个关节易于控制。
考虑到我们机械手的性能需求如下：
1.启动，停止和反向转动，均能连续有效的进行，且具有良好的响应特性。
2.正转和反转时的特性相同，且运行特性稳定。
3.文修容易，而且不太需要保养。
4.具有良好的抗环境干扰能力，对于输出来说，体积小，重量轻。
5.有良好的定位精度，重复定位精度，以及平稳的运行轨迹。抗振性好，操作方便。
1.4.2 课题要求
五自由度多关机机器人的具体设计要求如下：
1．有效负载1 Kg；
2．总小于等于20K；
3．作业半径400mm；
2 五自由度多关机机器人的总体设计
2.1 机器人设计概述
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；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。各系统相互间的关系如方框图2.1所示。
图2.1 机器人的组成方框图
（1） 执行机构
包括手部、手腕、手臂、立柱等部件，有的还增设行走机构。
1.手部
即与物件接触部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手。夹持式手部由手指（或手抓）和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。由于可课题对手部输出没有具体结构要求，故本设计只设计出手部输出连接部分，对手爪不进行具体设计。
2.手腕
是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位（即姿态）。
3.手臂
手臂是支撑被抓取物件、手部、手臂的重要部件。手臂的作业是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机器人的手臂通常由驱动手臂运动的部件（如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、凸轮机构等）与驱动源（如液压、气压或电机等）相配合，以实现手臂的各种运动。
4.立柱
立柱是支撑手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有着密切的联系。机器人的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移动式立柱。
5.行走机构
当工业机器人需要完成较远距离的操作，或扩大范围使用时，可在基座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机器人的整体运动。滚轮式分为有轨和无轨两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。
6.机座
机座是机器人的基础部分，机器人执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接作用。
（2） 驱动系统
驱动系统是驱动工业机器人执行机构运动的动力装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。由于机械传动系统动作迅速，反应灵敏，成本低廉，因此本机器人采用机械传动方式。
（3） 控制系统
控制系统是支配着工业机器人按规定的要求运动的系统。目前工业机器人的控制系统一般由程序控制系统和电气定位（或机械挡块定位）系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配者机器人按规定程序运动，并记忆人们给予机器人的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按照其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机器人的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。考虑到机器人的通用性，同时使用点位控制，因此我们可采用可编程序控制器（PLC）对机器人进行控制。当机器人的动作流程改变时，只需要通过编程改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。