打磨机器人
是在一个壳体内， 对壳体的内壁表面进行打磨。 壳体的两端为半椭球体， 两端的封口的尺寸不同， 后封口的尺寸大于前封口； 中间为’圆柱形壳体。 人工进行壳体内表面的打磨很难达到打磨的质量要求， 而且工作时不方便观察， 只能凭借工人的经验和感觉， 效率低下， 同时还影响打磨质量， 浪费大量的人力、 物力和时间。本课题设计的打磨机器人与一般的工业机器人一样， 也是由操作机（ 执行机构）、驱动装置和控制系统三部分组成， 驱动装置用电力源伺服电机来驱动， 而控制系统由硬件和软件两部分组成。 这三部分有机整合， 共同完成在壳体内自动化打磨的任务。打磨机器人分为打磨主车和支架车两部分， 由于涉及保密原因主车和支架车机械结构图在此论文中不易给以表示。 其中打磨主车具有三个自由度， 分别为: 大臂。的水平移动、 小臂的转动、 腕部的转动， 完成壳体的打磨， 其中手腕（ 打磨轮）只ｉ有一个打磨自由度， 我们把它设定为局部自由度， 不在考虑之列。 支架车的托辊具有一个自由度， 负责壳体的旋转。 二者由控制系统对其进行协调、 统一控制， 完成打磨工作。
1.关节坐标形式
（2）关节坐标式机器人打磨机器人主车为一平面关节式机器人， 有两个转动关节， 其轴线相互平行，在平面内定位和定向。
①结构紧凑， 工作范围大而安装占地面积小；
②具有很高的可达性；
③因为没有移动关节， 所以不需要导轨。 转动关节容易密封， 由于轴承件是大量生产的标准件， 则摩擦小， 惯量小， 可靠性好；
④所需关节驱动力小， 能量消耗较少。关节坐标式机器人的缺点:当大小臂舒展成一直线时虽能抵达很远的工作点， 但是机器人结构刚度比较低。机器人手部在工作范围边界上工作时有运动学上的退化行为。 可以通过控制参数的选择来避免这种问题。打磨机器人主车采用直角坐标式和关节坐标式相结合的坐标式， 兼有两者的优点。
2.臂部设计手臂的常用结构一般为: 直线运动机构和回转运动机构。 机器人手臂的伸缩、横向移动均属于直线运动。 手臂往复直线运动的机构形式比较多， 打磨机器人大臂的直线运动依靠主车在直线导轨上的移动实现。 机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的， 常用的有叶片式回转缸、 齿轮传动机构、 链轮传动机构、 活塞缸和连杆机构等。 打磨机器人大臂、 小臂和腕部的回转运动依靠连杆机构实现。在适应工作环境情况下， 机械臂的大臂设计为细长结构， 主要承受来自四方面的外力:
（1）自身的重力；
（2）机械臂前端的小臂、 腕部和打磨轮机构的重力；
（3）各个关节上的电机和减速器的重力；
（4）在打磨过程中承受打磨轮的反作用力。
（1）大臂横截面尺寸符合通过端口的尺寸；
（2）在结构刚度尽可能大的情况下要求减小质量；
（3）提高大臂的固有频率， 减小大臂的细长结构在激振频率很小的情况下发生颤动的可能性和提高打磨质量。
按照上述要求， 大臂采用冷弯矩形空心型钢。 这样设计的目的有利于降低成本和传递系统的空间布置， 并且增加刚度有效解决大臂在运动时上下颤动问题。机械臂的小臂设计为由两块长方体的钢板平行放置的结构， 通过２号转动关节与大臂的前端相连， 并且围绕２号关节水平转动， 其作用为改变打磨轮在壳体内的径向位置， 并提供打磨力。机械臂的腕部与小臂具有相同的结构， 通过３号转动关节与小臂的前端相连，并且围绕３号关节水平转动， 其作用为改变打磨轮在壳体内的径向位置， 并提供打磨力， 驱动打磨轮的电机放在腕部中间。
3.手部打磨轮的设计
（1）概述工业机器人的手部也叫做末端操作器， 它是装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。 工业机器人手部的特点: 手部与手腕相连处可拆卸。 手部和手腕有机械接口， 也可能有电、 气、 液接头， 当工业机器人作业对象不同时， 可以方便地拆卸和更换手部。 手部通用性比较差。 一种工具往往只能执行一种作业任务。 手部是一个独立的部件。 假如把手腕归属于手臂， 那么工业机器人机械系统的三大件就是机身、 手臂和手部。 手部对整个工业机器人来说是完成作业好坏、 作业柔性好坏的关键部件之一。 具有复杂感知能力的智能手爪的出现， 增加了机器人作业的灵活性和可靠性。
（2）打磨轮的设计手部按用途可分为如下两类:手爪: 具有一定的通用性， 它的主要功能是: 抓住工件， 握持工件， 释放工件。打磨轮主要由具有一定强度的打磨材质和支撑架两部分构成， 打磨材质是根据打磨的精度、 速度和打磨后壳体内壁不能有划痕的要求进行选择的。 打磨轮安装在腕部， 由安装在腕部的电机直接驱动， 并由机械臂的１号平动关节和２号、 ３号转动关节带动进入壳体进行定位和打磨任务。
4.打磨机机身机座结构设计
工业机器人操作机结构有三大部分: 机座、 手臂（ 包括手腕）、 手部。 机座是有一个便于安装的基础件， 承载相应力的部件， 机座往往与机身做成一体。 假如工业机器人是移动式的， 那么还有一个行走机构。 打磨机器人的机身设计如下:
（1）臂支撑部件设计臂支撑部件要承受臂的重力， 实现臂的支撑， 所以要有一定的刚度和平稳性。当打磨不同规格的圆筒时更换臂支撑部件上下调节大臂， 或调整支架车的托辊的间的距离来达到与筒的轴线对齐， 从而完成打磨。
（2）行走机构设计考虑到作业区域比较大， 打磨机器人采用行走方式。 行走机构是行走机器人的重要执行部件， 它由行走的驱动装置、 传动机构、 位置检测元件、 电缆及管路等组成。 它一方面支撑机器人的机身、 臂和手部， 另一方面还根据工作任务的要求， 带动整个机器人在固定的轨道上行走以完成打磨。根据上一节对打磨的任务描述， 为得到操作臂各关节的期望轨迹， 首先对打磨机器人建立运动学方程， 通过运动学反解， 得出各关节在每个时刻的运动规律。