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结构优化后腰部转角的最大偏移误差为：
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?max4????2.86 '?max1.4通过计算结果可知，气动机器人腰部关节优化前的结构转角误差几乎为优化后的3倍，说明优化后的结构能明显减小腰部关节在定位时的位置误差。
（2）气动机器人在相同工作压力，不同定位角度下的定位特性
在供气压力一定的情况下，气动机器人的定位位置不同，即输出转角的大小不同，也可能会影响机器人定位的准确性和稳定性。如果在相同的工作压力下，由于输出转角大小而引起机器人定位不准确的话，那将大大降低气动机器人的稳定性。下面通过实现结果分析，优化前后的结构对输出转角大小的敏感程度。
图 5.3，图 5.4分别是结构优化前后系统在供气压力都为0.5MPa,气缸定位位移分别为20mm、40mm、60mm的腰关节转角输出曲线。
图 5.3 结构优化前机器人腰关节在不同位移时的转角输出曲线
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图 5.4 结构优化后机器人腰关节在不同位移时的转角
由图 5.3可以看出，结构优化前的系统随着气缸定位位移的不断变大，机器人腰部关节的定位误差也在逐渐变大。而结构优化后的系统，如图 5.4所示，随着气缸定位位移的变大，在位移比较小的时候几乎没有定位误差，随着位移的增大，定位误差的虽然也在变大，但是变化量很小，说明结构优化后的系统对定位位移的变化并不敏感，气动机器人在整个工作过程的定位误差都可以控制在比较小的范围内，运行比较稳定。下面分析产生这种现象的原因。
理想状态下，即机器人能精确定位，则在到达平衡位置时，机器人腰关节转动的角速度为零。而在实际定位时，由于机器人腰关节的旋转是通过转换结构由气缸的直线运动转换而来。气缸由于惯性小，制动速度比较快。而机器人工作部分的惯性很大，定位时输出转轴的转速并不为零，此时转速越大，动能越大，产生的振动就越剧烈。气缸从启动到停止的过程中速度是不断变化的，定位位移的不同可能是影响定位时转轴转速的主要原因。在到达定位位置前，机器人腰关节的角速度的变化即反映了气缸速度的变化。图 5.5表示结构优化前机器人腰关节在不同位移时的角速度输出曲线，该曲线通过对图 5.3进行微分处理得到。
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图 5.5 结构优化前机器人腰关节在不同位移时的角速度输出曲线
由图 5.5可知，腰关节的旋转在定位前存在一个加速阶段和一个减速阶段。气缸的前半个运动过程是加速过程，前节提到CEU2控制器在到达目标制动位置前会预测制动位置，并开始制动，这时减速阶段开始。图 5.5中，t1，t2，t3分别是气缸位移为20mm、40mm、60mm时系统第一次到达平衡位置时的时间，w1，w2，w3分别为其对应时刻的角速度。由图可知，气缸的位移越大，在系统第一次到达平衡位置时的角速度也越大，其在定位时转轴角速度的大小和定位位移几乎成正比关系，说明位移越大，系统在定位时所具有的动能越大，产生的冲击也越大。结构优化前的系统会因定位位置的不同而产生不同的误差，系统运行不稳定。其原因是：原系统采用的是齿轮齿条传动，由于存在齿侧间隙，定位时存在摆动间隙，转轴不能被制动，系统的抗冲击能力很差，转速越大，产生的冲击就越大；优化后的系统由于采用了同步带传动的结构，同步带与带轮紧密啮合，定位时没有摆动空程。同步带传动时带中有张紧力，加上同步带又是弹性体，能够有效减小系统在定位时的冲击，使气动机器人能平稳定位，系统受转角变化的影响小，运行稳定。
综上所述，结构优化后的气动机器人的腰部关节的定位精度和运行的稳定性都得到了很大的提高。
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结论
全气动关节型气动机器人有着很多优点，它操作灵活、适用范围广、占地面积小，尤其可以运用在易燃易爆等特殊场合。SMC南京技术中心前期研究了一种全气动多自由度关节机器人，通过试验研究发现，该关节型机器人的腰部回转关节存在较大的定位误差，很大程度地影响了该机器人的工作精度和可靠性。本文是在该机器人的基础上对其腰部回转关节进行结构优化设计，提高气动机器人的定位精度，论文主要完成了以下工作：
（1）对原有腰部转动结构进行综合分析，找出其导致定位误差的原因。发现原有结构的齿轮齿条机构，由于在传动时存在齿侧间隙，加上装配精度无法保证，导致齿侧间隙不断变大，机器人在定位时存在很大的定位误差和振动。
（2）通过分析多种直线运动转化为旋转运动的传动结构的优缺点，综合考虑决定采用圆弧齿同步带传动替换原有的齿轮齿条结构，论述了圆弧齿同步带传动的优点。
（3）设计了同步带传动结构装置，并对设计的结构进行强度校核，结果表明设计的结构均符合强度要求。加工出了优化结构的零件，并完成了零件的装配和调试。
（4）对改进的同步带传动装置进行了试验研究，搭建了试验台，通过测量气动机器人腰关节的转角输出波动曲线来验证结构优化效果，试验结果表明结构优化后的机器人腰部关节在定位时的振动明显减小，定位精度和运行稳定性都得到了很大的提高，并且优化后的结构抗冲击能力较好。
本文只是对气动机器人的腰部关节的结构进行了优化，但是机器人最终的定位精度是反映在末端执行器上的。作为多关节机器人，任何一个关节出现定位误差都会影响机器人最终的定位精度。因此以后需要对气动机器人的其他关节进行精确定位的研究，另外由于该机器人工作部分的惯性很大，在运行时产生很大的振动，如何减小惯性对定位精度的影响以及如何对机器人定位进行缓冲等都是今后值得研究的课题。
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致谢
在本文完成之际，首先向指导老师教授和副教授表示衷心的谢意。在我完成毕业设计的过程中，导师对我进行了全面的训练。导师渊博的知识、塌实的工作作风、科学的工作方法、严谨的治学态度和敏锐的洞察力，使我深受教育。这些会给我以后的学习生活产生很大的影响，受益终身。
感谢路老师，高工在毕业设计中给予的指导和帮助。
感谢师兄许有熊、等在毕业设计过程中给予的热情帮助和支持，感谢缪小冬、邵春收、胡海燕等给予我的鼓励和帮助。
感谢我的室友们的关心和支持，感谢所有直接或间接帮助过我的老师和同学们。 最后，衷心感谢我的父母，为了支持我学业付出的劳苦艰辛。