一种三自由度机器人的设计

三自由度机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。这一技术在工业、

农业、国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用。工业三自由度机器人在提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进制造业的柔性化、增强企业和国家的竞争力等诸方面具有举足轻重的地位。

在现实生活中，三自由度机器人并不是在简单意义上代替人的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置。这种装置既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说，三自由度机器人是机器进化过程的产物，是工业以及非产业界的重要生产服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。新出现的离散系统的加工中心，如自动换刀装置和自动托盘交换装置，在提高生产率加工自动化起着重要的作用。

在现实生活中，三自由度机器人并不是在简单意义上代替人的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置。这种装置既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说，三自由度机器人是机器进化过程的产物，是工业以及非产业界的重要生产服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

三自由度机器人最早应用在汽车制造业,常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。三自由度机器人延伸和扩大了人的手足和大脑功能,它可代替人类从事危险、有害、低温和高热等恶劣环境中的工作，代替人类完成繁重、单调重复劳动,提高劳动生产率，保证产品质量。目前三自由度机器人主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等行业。

机械工业是国民的装备部， 是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的 产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的 影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因 此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

三自由度机器人是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。三自由度机器人是三自由度机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。三自由度机器人作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。三自由度机器人是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

目前,我国三自由度机器人的发展主要是逐步扩大其应用范围，在应用专用三自由度机器人的同时,相应的发展通用三自由度机器人，研制出示教式三自由度机器人、计算机控制三自由度机器人和组合式三自由度机器人等，将三自由度机器人各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构,设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型机构。组装成各种用途的三自由度机器人,既便于设计制造，又便于更换工件，扩大应用范围。

在现代生产过程中，三自由度机器人被广泛的运用于自动生产线中，三自由度机器人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了三自由度机器人的发展，使得三自由度机器人能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。三自由度机器人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力大的特点，因此，三自由度机器人已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

2.2发展趋势

随着数控机床在加工零件时向着高精度、高速度、高柔性的方向发展,不但要求加工中心具有良好的加工性能,而且要求其具有很高的加工可靠性。三自由度机器人是集机械、电子、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，三自由度机器人的主要发展方向如下：

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三自由度机器人整机；国外已有模块化装配三自由度机器人产品问市。

三自由度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。

三自由度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、焊接三自由度机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控三自由度机器人则采用视觉、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控制。

虚拟现实技术在三自由度机器人中的作用从仿真、预演向用于过程控制发展，如使遥控三自由度机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵三自由度机器人。

当代遥控三自由度机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与三自由度机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能三自由度机器人走出实验室进入实用化阶段。