工业机器人拆装实验报告
学校：湖南大学
学院：机械与运载工程学院
专业：机自1201
姓名：***201211020121
徐文达201211010122
纪后继201210010108
刘建国201204010110
前言
六自由度工业机器人是个较新的课题，虽然其在国外已经具有了较完善的研究，但是在国内对于它的研究依旧停留在较低的水平上。机器人技术几种了机械工程、电子技术、计算机技术、自动化控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果，代表机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。在传统的制造领域，工业机器人经过诞生、成长、成熟期后，已成为不可缺少的核心自动化装备，目前世界上有近百万台工业机器人正在各种生产现场工作。在非制造领域，上至太空舱、宇宙飞船、月球探索，下至极限环境作业、医疗手术、日常生活服务，机器人技术的应用以拓展到社会经济发展的诸多领域。
一、六自由度机械手臂系统的介绍
在本次综合创新型试验中我们用到的是六自由度机械手,其是典型的机电一体化设备,在该试验中我们主要是在对其机械臂进行拆卸,然后认真观察其内部机械结构，而后再进行组装，最后再运行整个机
械臂并检测其运动功能。在实验中我们所用的机械手臂实物图：
六自由度机械手臂是一套具有6个自由度的典型串联式小型关
节型机械手臂, 带有小型手抓式;主要由机械系统和控制系统两大部分组成,其机械系统的各部分采用模块化结构,每个部分分别由一个
伺服电动机来带动,每个电动机在根据控制要求以及程序的要求来运动从而实现运动要求;其机械系统主要包括以下六个组件,如图所示PSC Port0,1,2,3,4,5六个组件也就是底座，臂膀，手腕及夹持手指。每个组件由一个伺服电机驱动关节运动，组件1也就是由PSC Port0
构成的底座，其主要作用就是完成整体的水平面转动，转动范围360度；PSC Port1，2，3这三个组件既是臂部，控制手臂在与底座旋转的垂直平面转动其转动范围为180度也即是控制手臂的俯仰；PSC Port4这个组件也使机械关节，既是手部关节，可完成机械手部的任意转动，确定机械手的夹持方向；PSC Port5机械手钳口，完成对物体的夹持。
控制系统，控制系统主要是通过运动要求用C语言编程然后烧结到所带的单片机上通电进行控制；此机械手臂没有传感检测器和反馈线路，该控制系统为开环控制系统。
二．六自由度机械手臂的机械系统介绍
1 下图为机械手臂的机械运动简图：在图中分别标注的是六个伺服电机；
伺服电机1固定，此机械手臂的回转自由度归属于底盘，用师傅电机1来控制底盘在水平面的360度的回转，实现手臂的整体回转，
底盘与臂部相连；
伺服电机2，3，4分别为臂部运动的控制电机，能根据要求实现在与水平面垂直面的俯仰摆动等动作；
伺服电机5为手部关节的控制电机，其与电机4相固定，实现在手部的360度旋转，以便于机械手能夹取不同方向的物件；同时电机6固定在手部上，用来控制手爪的伸张程度从而来夹取不同尺寸形状大小的物体。此六自由度机械手臂的特点：1.手部和手腕连接处可拆卸，手部和手腕连接处为机械结构。b.手部是机械手臂的末端操作器，只能抓握一种工件或几种在形状、尺寸、质量等方面相近似的工件，只能执行一种作业任务。c.手部是决定整个机械手臂作业完成好坏，作业柔性好坏的关键部件之一。
此机械手臂的手爪是机械钳爪式类别中的平行连杆式钳爪。一个交流电动机驱动，一对齿轮啮合传动实现手爪的张开和闭合。
2 重要零件的介绍：
图7.谐波齿轮减速器
图8.谐波齿轮减速器工作原理图
谐波齿轮减速器主要由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成，谐波传动减速器，是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。
基本特点：
1．承载能力高谐波传动中，齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数（重叠系数）比较多，因而单位面积载荷小，承载能力较其他传动形式高。
2．传动比大单级谐波齿轮传动的传动比，可达 i=70～500。3．体积小、重量轻。
4．传动效率高、寿命长。
5．传动平稳、无冲击，无噪音，运动精度高。
6．由于柔轮承受较大的交变载荷，因而对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。
谐波减速器在国内于六七十年代才开始研制，已有不少厂家专门生产，并形成系列化。广泛应用于电子、航天航空、机器人等行业，由于它的独特优点，在化工行业的应用也逐渐增多。
三．拆装过程
本小组此次选择拆装的对象是关节2，以下为拆装顺序过程的图示与部分相应文字说明：
图1.关节2完整图
图2.关节转动盖板
第一步先拆下关节最外处的关节盖板，关节2通过此盖板与关节1相连。
图3.关节侧盖板
侧盖板上右上角的长薄片是关节二的限位片，由此片与跟其相配
合的金属片来对关节二进行转动限位。
图4.谐波齿轮减速器装置
这是关节2的核心部件，步进电机通过此装置将高转速降为适合机械臂关节承受的低转速。此部分也是整个拆卸过程中最重要关键的一步，同样也是最难安装的一步。
图5.固定螺钉图6.滚动球轴承
图7.机外壳
关节2的机外壳用于容纳该关节的内部零部件，以及作为一些外部零件的承载体。
图8.刚轮
谐波齿轮减速器的重要组成之一，具有内齿，与具有外齿的柔轮想配合，进而完成传动功能。
四．心得体会
此次机械手拆装实验，锻炼了我们的动手能力，更重要的是使我们了解了六自由度工业机械手的工作原理与方式，及其操作方法。此外，我们对机械手各个关节里面的零部件组成跟各部件所其功能都有了一定的认识，这无疑是增长了我们的知识与见识。
