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題 目 具有空間運動能力的產(chǎn)品輸送機
機械手的機械結(jié)構(gòu)設計
專業(yè)班級 08級機電（2）班
學 號 08102080216
學生姓名 張耐
指導教師 李潤
設計所在單位 西安文理學院
2012 年 5 月
工業(yè)機器人
摘要
在當今大規(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)過程的自動化程度，工業(yè)機器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認同并采用。工業(yè)機器人的技術(shù)水平和應用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平，目前，工業(yè)機器人主要承擔著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復性并且勞動強度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。
本文將設計一臺三自由度的工業(yè)機器人，用于給輸送產(chǎn)品。首先，本文將設計機器人的機械手爪、手臂、腰部和基座的設計，然后選擇合適的傳動方式、驅(qū)動方式，搭建機器人的結(jié)構(gòu)平臺；在此基礎上，本文將設計該機器人的驅(qū)動控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動方式和電機的選擇、反饋方式和反饋元件的選擇、端子板電路的設計以及控制軟件的設計，重點加強控制軟件的可靠性和機器人運行過程的安全性，最終實現(xiàn)的目標包括：關節(jié)的伺服控制和制動問題、實時監(jiān)測機器人的各個關節(jié)的運動情況、機器人的示教編程和在線修改程序、設置參考點和回參考點。
關鍵詞：機器人，示教編程，伺服，制動
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)機器人簡介………………………………………………………… （1）
1.2工業(yè)機器人的發(fā)展……………………………………………………… （3）
1.3課題的提出、意義及主要任務………………………………………… （4）
2 工業(yè)機器人的總體設計……………………………………………（5）
2.1工業(yè)機器人的組成及各部分關系概述………………………………… （5）
2.1.1執(zhí)行系統(tǒng)………………………………………………………… （5）
2.1.2驅(qū)動系統(tǒng)………………………………………………………… （5）
2.1.3控制系統(tǒng)………………………………………………………… （6）
2.1.4檢測系統(tǒng)………………………………………………………… （6）
2.2工業(yè)機器人的設計分析………………………………………………… （6）
2.2.1設計要求………………………………………………………… （6）
2.2.2工業(yè)機器人主要技術(shù)參數(shù)……………………………………… （7）
2.3 機器人的運動概述………………………………………………………（7）
2.3.1工業(yè)機器人的運動自由度……………………………………… （8）
2.3.2 機器人的工作空間和機械結(jié)構(gòu)類型……………………………（8）
2.3.3 機器人的運動過程分析 ……………………………………… （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)機器人機械子系統(tǒng)的設計………………………………… （11）
3.1機械手手爪的設計………………………………………………………（11）
3.1.1設計時要注意的問題……………………………………………（11）
3.1.2總體結(jié)構(gòu)設計……………………………………………………（11）
3.1.3氣缸的選擇和夾緊力的校驗……………………………………（12）
3.1.4彈性爪的強度校驗………………………………………………（13）
3.2手臂機構(gòu)的設計…………………………………………………………（14）
3.2.1手臂的設計要求…………………………………………………（14）
3.2.2手臂機械結(jié)構(gòu)設計………………………………………………（14）
3.2.3伸縮氣缸的選擇…………………………………………………（15）
3.2.4活塞桿的強度校核………………………………………………（15）
3.3腰部和基座設計…………………………………………………………（17）
3.3.1結(jié)構(gòu)設計…………………………………………………………（17）
3.3.2升降氣缸的選擇…………………………………………………（18）
3.3.3步進電機的選擇 ……………………………………………… （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)機器人氣動系統(tǒng)的設計…………………………………… （25）
4.1氣動系統(tǒng)的概述…………………………………………………………（25）
4.2氣動系統(tǒng)的分析與設計…………………………………………………（25）
5 工業(yè)機器人運行時應采取的安全措施………………………… （27）
5.1安全要求…………………………………………………………………（27）
5.2實施方法…………………………………………………………………（28）
總結(jié)………………………………………………………………… （28）
致謝………………………………………………………………… （29）
參考文獻…………………………………………………………… （30）
1緒論
1.1工業(yè)機器人簡介
在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法；程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。機器人的出現(xiàn)并得到應用，為這些作業(yè)的機械化奠定了良好的基礎。
“工業(yè)機器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨立的自動抓取、搬運工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機器人或通用機器人）。
機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化裝置。機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適應性較差。目前我國常把具有上述特點的機器人稱為專用機器人，而把工業(yè)機械人稱為通用機器人。