第二章 SC750三轴伺服驱动机器人结构设计方案
2.1 机械手的设计方法
机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。在我国由于大多数工业机器人所执行的工作为模拟人的手臂而工作，因而通常把工业机器人称做操作机械手。
机械手的特点：
（1） 对环境的适应性强 能代替人从事危险，有害的工作。在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理的设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温，异常压力和有害气体，粉尘，放射线作用下，以及冲压，灭等危险环境中胜任工作。
（2） 机械手能持久，耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。
（3） 由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可以避免人为的操作错误。
（4） 机械手特点是通过用工业机械手的通用性，灵活性好，能很好的适应产品的不断变化，以满足柔性生产的需要。
2.1.1 机械手的选择与分析
为实现机器人的末端执行器在空间的位置而提供的3个自由度，可以有不同的运动组合，通常可以将其设计成圆柱坐标型、直角坐标型、球坐标型、关节型 、平面关节型五种形式。
直角坐标型 直角坐标型机器人，其运动部分的三个相互垂直的直线组成，其工作空间为长方体，它在各个轴向的移动距离可在坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，结构简单，但机体所占空间大，灵活性较差。
根据本次设计的要求，三轴同时可以模拟操作员取出动作，并可以沿着规定路径连续运动，因此选择直角坐标型。

2.1.2 直角坐标机器人的设计方法
(一) 直角坐标机器人概念：
工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系、多用途的操作机。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。

图2-2 典型直角坐标机器人

（二） 直角坐标机器人的特点：
1、自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角；
2、自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行；
3、一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。
4、灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。
5、高可靠性、高速度、高精度。
6、可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。
（三）直角坐标机器人的应用：
因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种、便批量的柔性化作业，对于稳定提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

图2-3直角坐标机器人的应用

第三章 工业机器人的运动系统分析
3.1 工业机器人的运动系统分析
3.1.1机器人的运动概述
工业机器人的运动，可从工业机器人的自由度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨论。
1、工业机器人的运动自由度
所谓机器人的运动自由度是指确定一个机器人操作位置时所需要的独立运动参数的数目，它是表示机器人动作灵活程度的参数。
本设计的工业机器人具有转动副和移动副两种运动副，具有Y轴手臂垂直伸降运动，C轴水平旋转运动，X轴和Z轴往复运动三自由度。
2、机器人的工作空间和机械结构类型
（1）工作空间 工作空间是指机器人正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的主要技术参数。本次设计所用的Apexrobot 技术参数及Apexrobot 机构图如下：

（2）机械结构类型
直角坐标型机器人为本设计所采用方案，这种运动形式是自由度运动，每个运动之间都是直角关系，共三个自由度组成的运动系统，工作空间是垂直的。它是自动控制的，可以通过编程使各部分协调运动，这种机器人运动灵活，有高可靠性、高速度和高精度。同时它们还可以在恶劣环境下工作，可长期工作，便于操作与维修。
3.1.2 机器人的驱动方式
1、液压驱动
分类: 从运动形式来分分为直线驱动如直线运动液压缸和旋转驱动如液压马达,摆动液压缸. 从控制水平的高低来分分为开环控制液压系统和闭环控制液压系统.适用范围: 液压系统具有较大的功率体积比,适合于大负载的情形. 液压驱动的本质优点在于它的安全性.
2、气压驱动:
分类:直线气缸,摆动汽缸及旋转气动马达.适用范围: 适合于节拍快,负载小且精度要求不高的场合(因为空气具有可压缩性).
3、电力驱动:
分类: 按照电机的工作原理不同分为伺服电机,直流伺服电机,无刷电机等.按照控制水平的高低来分分为开环控制系统和闭环控制系统.适用范围:适合于中等负载,特别适合于动作复杂,运动轨迹严格的各类机器人.对驱动装置的要求驱动装置的质量尽可能要轻.单位质量的输出功率要高,效率高.反应速度要快.要求力质量比和力矩转动惯量比要大. 动作平滑,不产生冲击.控制灵活,位移偏差和速度偏差小.安全可靠. 操作维修方便等.
一般情况下机器人驱动系统的选择是物料搬运用有限点位控制的程序控制机器人，重负载用液压驱动，中等载荷可选用电动驱动系统，轻载荷可选用气动驱动系统。冲压机器人多用气动驱动系统。
电动驱动 随着低惯量、直流伺服电机及配套的伺服驱动器的广泛采用，这种驱动系统被大量选用 。
本次设计所采用的驱动方式有两种。其中X轴和Y轴是使用电机来提供动力,电动机经减速器带动齿轮转动，齿轮带动齿条分配各轴直线移动；另外Z方向是通过直线气缸直接驱动Z轴工作台的运动。
第四章SC750三轴伺服驱动机器人零件的设计

4.1 伺服电机的选择
伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是可以连续旋转的电－机械转换器。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确。
交流伺服电机是无刷电机，分为同步和异步电机，伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确。主要优点有：
1、精度：实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了伺服电机失步的问题；
2、转速：高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转；
3、适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；
4、稳定：低速运行平稳，适用于有高速响应要求的场合；
5、及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内；
6、舒适性：发热和噪音明显降低。
1、一般伺服电机选择考虑的问题
（1）电机的最高转速
　 电机选择首先依据机械手快速行程速度。快速行程的电机转速应严格控制在电机的额定转速之内。

4.4 导轨的选择
1.本次设计的三轴伺服驱动机器人机构是要求定位精度高，重现性好，故可以选择直线导轨。
1）直线的定位精度高，重现性好；
2）低摩擦阻力，可长时间维持精度；
　 直线导轨的滚动摩擦力可减小至滑动导轨摩擦阻力的1／20～1／40，尤其润滑结构简单，润滑容易，润滑效果优良，摩擦接触面的磨耗最底，，因此可以长时间维持行走精度。
　　3）可承受四方向的高负荷能力
　　几何力学结构的最佳设计，可同时承受径向、反径向与横方向的负荷，并保持行走精度，同时可轻易藉由施于预压与滑块数量，就可以提高起性能与负荷能力。