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題 目 具有空間運(yùn)動(dòng)能力的產(chǎn)品輸送機(jī)
機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專業(yè)班級(jí) 08級(jí)機(jī)電（2）班
學(xué) 號(hào) 08102080216
學(xué)生姓名 張耐
指導(dǎo)教師 李潤(rùn)
設(shè)計(jì)所在單位 西安文理學(xué)院
2012 年 5 月
工業(yè)機(jī)器人
摘要
在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。
本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)三自由度的工業(yè)機(jī)器人，用于給輸送產(chǎn)品。首先，本文將設(shè)計(jì)機(jī)器人的機(jī)械手爪、手臂、腰部和基座的設(shè)計(jì)，然后選擇合適的傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式，搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺(tái)；在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)方式和電機(jī)的選擇、反饋方式和反饋元件的選擇、端子板電路的設(shè)計(jì)以及控制軟件的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程的安全性，最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：關(guān)節(jié)的伺服控制和制動(dòng)問(wèn)題、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況、機(jī)器人的示教編程和在線修改程序、設(shè)置參考點(diǎn)和回參考點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：機(jī)器人，示教編程，伺服，制動(dòng)
INDUSTRIAL ROBOTS
Abstract
In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the
production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the
automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by
enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.
In this paper I will design an industrial robot with four dofs, which is used to
carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point.
KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
目錄
1 緒論…………………………………………………………………（1）
1.1工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介………………………………………………………… （1）
1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展……………………………………………………… （3）
1.3課題的提出、意義及主要任務(wù)………………………………………… （4）
2 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)……………………………………………（5）
2.1工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述………………………………… （5）
2.1.1執(zhí)行系統(tǒng)………………………………………………………… （5）
2.1.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)………………………………………………………… （5）
2.1.3控制系統(tǒng)………………………………………………………… （6）
2.1.4檢測(cè)系統(tǒng)………………………………………………………… （6）
2.2工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析………………………………………………… （6）
2.2.1設(shè)計(jì)要求………………………………………………………… （6）
2.2.2工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)參數(shù)……………………………………… （7）
2.3 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)概述………………………………………………………（7）
2.3.1工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度……………………………………… （8）
2.3.2 機(jī)器人的工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類型……………………………（8）
2.3.3 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析 ……………………………………… （9）
2.4原理方案的擬定………………………………………………………… （9）
2.4.1原理方案的選擇………………………………………………… （9）
2.4.2原理方案的確定…………………………………………………（10）
3 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………… （11）
3.1機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)………………………………………………………（11）
3.1.1設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問(wèn)題……………………………………………（11）
3.1.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………（11）
3.1.3氣缸的選擇和夾緊力的校驗(yàn)……………………………………（12）
3.1.4彈性爪的強(qiáng)度校驗(yàn)………………………………………………（13）
3.2手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………（14）
3.2.1手臂的設(shè)計(jì)要求…………………………………………………（14）
3.2.2手臂機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………（14）
3.2.3伸縮氣缸的選擇…………………………………………………（15）
3.2.4活塞桿的強(qiáng)度校核………………………………………………（15）
3.3腰部和基座設(shè)計(jì)…………………………………………………………（17）
3.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………（17）
3.3.2升降氣缸的選擇…………………………………………………（18）
3.3.3步進(jìn)電機(jī)的選擇 ……………………………………………… （18）
3.3.4連軸器的選擇……………………………………………………（21）
3.3.5 軸承的選取………………………………………………………（22）
3.3.6齒輪的選擇………………………………………………………（24）
4 工業(yè)機(jī)器人氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………… （25）
4.1氣動(dòng)系統(tǒng)的概述…………………………………………………………（25）
4.2氣動(dòng)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)…………………………………………………（25）
5 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)應(yīng)采取的安全措施………………………… （27）
5.1安全要求…………………………………………………………………（27）
5.2實(shí)施方法…………………………………………………………………（28）
總結(jié)………………………………………………………………… （28）
致謝………………………………………………………………… （29）
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… （30）
1緒論
1.1工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介
在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。
“工業(yè)機(jī)器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。
機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。