M10型工業(yè)機器人手腕轉(zhuǎn)動機構設計說明書【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 要 機器人技術是一門綜合學科，包含有 機械設計 、機械原理、電子設計、軟件工程、材料科學 、以及 仿生學 等一系列 基礎學科 。作為現(xiàn)代化高新技術，其應用于各式各樣的場合，尤其突出的是在制造領域中的應用。機械制造業(yè)的基本發(fā)展方向是既要增加產(chǎn)品數(shù)量，又要提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時還要降低成本。機器人技術恰恰能夠 較好的處理好制造業(yè)中這幾個方面的問題，它把人類從完成機械重復的枯燥勞動中解放出來，補充了對簡單勞動各種增長的需要。 本畢業(yè)設計概述了工業(yè)機器人的分類、歷史、以及發(fā)展趨勢。探討了用于金屬切削機床的 工業(yè)機器人的總體結(jié)構和手腕轉(zhuǎn)動機構。重點在對于手腕轉(zhuǎn)動組件的分析與設計，首先是原理分析，其次是其各個部件作用，最后對于其主要零部件進行了設計，包括計算、結(jié)構等方面的問題。例如軸承選用、軸的設計、蝸桿傳動的選擇。 關鍵詞 ： 工業(yè)機器人；機械制造；機器人總體結(jié)構；手腕轉(zhuǎn)動機構 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 is a it so on a of a in a of in of of is to to of in of of in of of 10 is on is is in is of as of of 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 錄 第一章 前言 1 工業(yè)機器人概述 1 工業(yè)機器人驅(qū)動方式 1 動式工業(yè)機器人 1 壓式工業(yè)機器人 1 動式工業(yè)機器人 2 工業(yè)機器人的分類 2 承載能力分 2 生產(chǎn)形式分 2 工 業(yè)機器人的歷史 3 工業(yè)機器人的技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 5 業(yè)機器人的技術現(xiàn)狀 5 業(yè)機器人的發(fā)展趨勢 5 第二章 工業(yè)機器人總體結(jié)構設計 7 工業(yè)機器人設計內(nèi)容與要求 7 業(yè)機器人在制造領域主要作用 7 業(yè)機器人主要設計內(nèi)容 7 工業(yè)機器人的總體設計 7 10型工業(yè)機器人總體結(jié)構圖 8 10型工業(yè)機器人主要設計參數(shù) 8 工業(yè)機器人的驅(qū)動方式選擇 9 工業(yè)機器人的運動學分析 12 10 型工業(yè)機器人運動學簡圖 12 10 型工業(yè)機器人運動分析 13 合運動學簡圖和總體結(jié)構圖的綜合分析 13 工業(yè)機器人的材料選擇 13 料選擇的基本要求 13 構材料介紹 14 第三章 手腕轉(zhuǎn)動機構設計 16 工業(yè)機器人手腕介紹 16 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 設計要求 16 腕的結(jié)構 17 手腕轉(zhuǎn)動機構 運動分析和電動機的選擇 19 腕轉(zhuǎn)動機構 結(jié)構圖 19 動分析 19 電動機的選擇 19 擇電動機類型 19 擇電動機的容量 20 定電動機轉(zhuǎn)速 20 手腕轉(zhuǎn)動機構 氣動原理和運動結(jié)構分析 21 腕轉(zhuǎn)動機構氣動原理圖 21 動原理圖分析 21 構圖 22 動分析 22 手腕轉(zhuǎn)動機構軸承和鍵的選擇 22 用軸承類型及選擇 22 用軸承類型及選擇 23 的選擇 28 第四章 典型零件設計 29 軸的設計與校核 29 用途及分類 29 設計的主要內(nèi)容 29 的結(jié)構設計 29 的強度校核計算 30 蝸桿傳動的選擇 35 桿傳動的介紹 35 桿傳動的類型 35 桿傳動主要參數(shù)介紹 36 輪蝸桿參數(shù)選擇 38 第五章 結(jié)論 42 參考文獻 43 致謝 44 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 1 - 第 1章 前言 業(yè)機器人概述 工業(yè)機器人 是一種模擬人手臂、手腕和手功能的機電一體化裝置，其 應用 領域分為很多種類，從常用的 機器人 系列和市場占有率來看，焊接、裝配、搬運、上料 /卸料、鑄造、沖壓和噴漆是主要的 工業(yè)機器人 品種。 工業(yè) 機器人 產(chǎn)業(yè)鏈由零部件企業(yè)、本體企業(yè)、系統(tǒng)集成商、代理商、終端客戶構成。當前， 工業(yè)機器人應用 領域正不斷拓寬，種類更加繁多，功能越來越強，自動化和智能化水平顯著提高。據(jù)國際機器人聯(lián)合會統(tǒng)計，來自汽車整車及零部件工業(yè)的需求，合計占工業(yè)機器人下游總需求的 60%左右。在亞洲，電子電氣工業(yè)對工業(yè)機器人的需求僅次于汽車工業(yè)排名第二。 在加速科技進步中機械制造業(yè)的發(fā)展起著關鍵作用，其任務是在工業(yè)生產(chǎn)中迅速將工藝裝備的獨立單元轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊a(chǎn)綜合體（自動化工段、生產(chǎn)線和自動化 車間），將來甚至實現(xiàn)自動化工廠。這種自動化生產(chǎn)最重要的特點是具有柔性，它能預料到，在節(jié)省勞力（或無人）情況下，根據(jù)工藝條件調(diào)整設備，以適應多種產(chǎn)品生產(chǎn)。 當代柔性自動化生產(chǎn)的建立和廣泛應用，取決于作為科技進步的催化劑的機床制造、機器人技術、計算機技術、微電子技術、儀器制造等技術的加速發(fā)展。工業(yè)機器人是多品種經(jīng)常更換產(chǎn)品的生產(chǎn)過程自動化的通用手段。在機械制造中，工業(yè)機器人既有效地用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)組成工藝裝備的基本工序中，也有效地用于輔助操作中。工業(yè)機器人與傳統(tǒng)自動化手段不同之處，首先在于它在各種生產(chǎn)功 能上的通用性和重新調(diào)整的柔性。在柔性生產(chǎn)系統(tǒng)中，工業(yè)機器人廣泛應用于數(shù)控機床、鍛壓機床、鑄造機械和倉儲設備上，以完成傳送、裝配和其它操作。工業(yè)機器人和基本工藝裝備、輔助手段以及控制裝置一起形成各種不同形式的機器人技術綜合體 業(yè)機器人驅(qū)動方式 動式工業(yè)機器人 這類工業(yè)機器人以壓縮空氣來驅(qū)動操作機，其優(yōu)點是空氣來源方便，動作迅速，結(jié)構簡單造價低，無污染，缺點是空氣具有可壓縮性，導致工作速度穩(wěn)定性較差，有因氣源壓力一般只有 6右，所以這類工業(yè)機器人抓 舉力較小，一般只有幾十牛頓，最大百余牛頓。 壓式工業(yè)機器人 液壓壓力比氣壓壓力高很多，一般為 70右，故液壓傳動工業(yè)機器人具有較大買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 2 - 的抓舉能力，可以達到上千牛頓。這類工業(yè)機器人結(jié)構緊湊，傳動平穩(wěn)，動作靈敏，但對密封要求較高，且不宜在高溫或低溫環(huán)境下工作。 動式工業(yè)機器人 這是目前用的最多的一類工業(yè)機器人，不僅因為電動機品種多，為工業(yè)機器人設計提供了多種選擇，也因為他們可以運用多種靈活控制方法。早起多采用步進電機驅(qū)動，后來發(fā)展了直流伺服驅(qū)動單元，目前交流伺服驅(qū)動單元 也在迅速發(fā)展。這些驅(qū)動單元或是直接驅(qū)動操作機，或是通過諸如諧波減速器的裝置來減速后驅(qū)動，結(jié)構十分緊湊、簡單。 業(yè)機器人的分類 承載能力分 （ 1）超輕型（ 下） 2）輕型（ 上 10 3）中型（ 10上 10020； 40； 80 （ 4）重型（ 100上 1000160； 250； 500； 1000； （ 5）超重型（ 1000上） 1250； 1500； 2000； 2500； 3000； 5000； 7500；10000； 生產(chǎn)形式分 （ 1） 鑄造生產(chǎn)中的工業(yè)機器人 工業(yè)機器人在鑄造生產(chǎn)中應用最廣泛的領域是在壓鑄機上、噴砂處理和噴丸處理情理上和鑄件運輸上。 工業(yè)機器人所完成的基本功能是：從機器工作區(qū)域取出鑄件，依次將鑄件移送到檢測位置，進入冷卻裝置，放入切邊機的壓膜中，從壓膜中拿走，分放在包裝箱中，將泥芯放到鑄造砂型中并澆注金屬。 用于鑄造生產(chǎn)中的工業(yè)機器人應具有特殊結(jié)構形式，以防止周圍介質(zhì)的作用； 如控制柜、控制臺、導軌以及摩擦表面的密封，將控制系統(tǒng)布置在獨立單元中等等。 完善用于壓鑄機和熱塑自動機的機器人應朝著增加運行的快速性和可靠性方向發(fā)展?？梢灶A料，簡化結(jié)構的專用工業(yè)機器人的生產(chǎn)會增加，同時建造組合模塊原則的工業(yè)機器人結(jié)構也會得到發(fā)展。 （ 2）鍛壓設備中的工業(yè)機器人 在鍛壓生產(chǎn)中應用的工業(yè)機器人，其功能包括：從規(guī)定位置夾持毛坯，移送到工作買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 3 - 位置，從一個位置轉(zhuǎn)放到另一個位置（其中包括轉(zhuǎn)動），取下成品件并將其放到包裝箱中，抓放廢料，發(fā)出控制機器人技術綜合裝置的指令。鍛壓機用的工業(yè)機器人有： 1）用于曲柄 壓力機，模壓曲柄彎管機，螺旋壓力機； 2）用于熱模壓力機。 （ 3）金屬切削機床用的工業(yè)機器人 在柔性生產(chǎn)單元、工段和生產(chǎn)線和制造中等批量和單件毛坯生產(chǎn)的自動化相結(jié)合時，采用工業(yè)機器人是最有成效的。 工業(yè)機器人所完成的基本功能是：在機床工作空間內(nèi)安裝事先已定向的毛坯，從機床上取下零件并放入包裝箱中，翻轉(zhuǎn)零件清洗零件和夾具的基準面，發(fā)出工藝指令，檢測零件。由于采用輔助裝置和機構，可以擴大工業(yè)機器人的功能。 新研制的工業(yè)機器人的特點在于其基本組合模塊結(jié)構，這樣就能拿得到基本型號的變型機構。 （ 4）裝配用工業(yè)機器人 在裝配生產(chǎn)中工業(yè)機器人即可為自動裝配機服務，又可直接用來完成裝配作業(yè)。為實現(xiàn)工業(yè)機器人操作必須保證： 1） 在垂直方向上手臂應能做直線運動 ; 2） 結(jié)構沿垂直軸方向上要有足夠高的剛度，承受在裝配圖方向上產(chǎn)生相當大的作用力； 3） 有補償定位誤差的可能性； 4） 工作機構能做高速運動。 考慮到上述要求，裝配機器人合理的結(jié)構應該是帶有在水平面上鉸接的工作手臂和具有垂直行程的工作機構。工業(yè)機器人的承載能力不超過 40外，裝配工業(yè)機器人的特點是具有很靈活的操作機和較大的工作空間以及相當緊湊的結(jié)構。 （ 5）金屬 電鍍車間設備用的工業(yè)機器人 在電鍍槽上服務或完成涂漆作業(yè)的工業(yè)機器人可用于工業(yè)各個領域內(nèi)如電鍍法、化學法、和陽極機械法在零件上涂層。 這類工業(yè)機器人的發(fā)展方向是依靠提高操作機移動速度并研制電傳動的結(jié)構來提高勞動生產(chǎn)率，同時還要減少金屬消耗量和所占工作面積。 業(yè)機器人的歷史 已知最早的工業(yè)機器人，符合 義是由 “條例 ”格里菲斯 P泰勒于 1937 年完成并出版的 志， 1938 年 3 月。幾乎完全是用吊車狀裝置建成的 和動力由單個電動機。運動五軸是可能的 ，包括搶而搶旋轉(zhuǎn)。自動化是用穿孔紙帶通電螺買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 4 - 線管，這將有利于起重機的控制桿的運動來實現(xiàn)的。該機器人可以在預先設定的圖案疊積木。需要為每個所需的運動馬達的轉(zhuǎn)數(shù)，第一次繪制在坐標紙上。然后這個信息被轉(zhuǎn)移到紙帶上，從而也推動了機器人的單個馬達。 1997，克里斯舒特建造的機器人的完整副本。 喬治 迪沃申請了第一個機器人的專利在 1954 年（ 1961 年授予）。制作機器人的第一家公司是 迪沃并成立約瑟夫 F. 1956 年，并且是基于迪沃的原始專利。 器人也 被稱為可編程移機，因為一開始他們的主要用途是從一個點傳遞對象到另一個，不到十英尺左右分開。他們用液壓 執(zhí)行機構，并編入關節(jié) 坐標，即在一個教學階段進行存儲和回放操作中的各關節(jié)的角度。他們是精確到一英寸的 1 / 10,000。 授權其技術，川崎重工和 造 別在日本和英國。一段時間以來 一的競爭對手是美國辛辛那提米拉克龍公司 的俄亥俄州。這從根本上改變了 20 世紀 70 年代后期，幾個大財團的日本開始生產(chǎn)類似的工業(yè)機器人。 1969 年，維克多 沙因曼 在斯坦福大學發(fā)明了斯坦福大學的手臂，全電動， 6 軸多關節(jié)型機器人的設計允許一個手臂的解決方案。這使得它精確地跟蹤在太空中任意路徑拓寬了潛在用途的機器人更復雜的應 用，如裝配和焊接。沙因曼則設計了第二臂的 工智能實驗室，被稱為 “麻省理工學院的手臂。 ” 沙因曼，接收獎學金從 展他的設計后，賣給那些設計以 進一步發(fā)展他們的支持，通用汽車公司，后來它上市的可編程的通用機裝配（ 工業(yè)機器人在歐洲起飛相當快，既 器人和庫卡機器人帶來機器人市場在1973 年 器人（原 出 ，世界上首位市售全電動微型處理器控制的機器人。前兩個 機器人被出售給馬格努森在瑞典進行研磨和拋光管彎曲并在1974 年 1 月被安裝在生產(chǎn)同樣是在 1973 年，庫卡機器人建立了自己的第一個機器人，被稱為 1 第一關節(jié)機器人具有 6 機電驅(qū)動軸。 在機器人技術在 20 世紀 70 年代后期，許多美國公司的興趣增加進入該領域，包括大公司，如通用電氣和通用汽車公司（這就形成合資 器人與 本美國創(chuàng)業(yè)公司包括 嫻熟技 術，公司在機器人熱潮在 1984 年的高度，購了西屋電氣公司 107 萬美元。西屋出售 史陶比爾法韋日 988 年，還在進行關節(jié)型機器人用于一般工業(yè)和潔凈室應用，甚至買的機器人事業(yè)部，博世于 2004 年底。 只有少數(shù)的非日本公司管理，最終在這個市場中生存，其中主要的有：嫻熟技術，史陶比爾， 瑞典 - 瑞士公司 西亞 布朗 司，在德國公司的 器人與意大利公司柯馬。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 5 - 業(yè)機器人的技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 業(yè)機器 人的技術現(xiàn)狀 工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起 著越來越重要的作用。國外專家預測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會 (國際機器人聯(lián)合會 (統(tǒng)計，世界機器人市場前景看好，從 20 世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入 20 世紀 90 年代，機器人產(chǎn)品發(fā) 展速度加快，年增長率平均在 10%左右。 2004 年增長率 達到創(chuàng)記錄的 20%。其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，高達43%。 我國的工業(yè)機器人從 80 年代 “七五 ”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過 “七五 ”、 “八五 ”科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有 130 多臺套噴漆 機器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水 平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200 臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求， “一客戶，一次重新設計 ”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。 業(yè)機器 人的發(fā)展趨勢 工業(yè)機器人在許多生產(chǎn)領域的使用實踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關注。在新的世紀，機器人工業(yè)必將得到更加快速的發(fā)展和更加廣泛的應用。 （ 1）工業(yè)機器人的技術發(fā)展趨勢 從近幾年世界機器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機器人技術正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構的模塊化和可重構化；控制技術的開放 化、和網(wǎng)絡化；伺服驅(qū)動技術的數(shù)字化和分 散化；多傳感器融合技術的實用化；工作買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 6 - 環(huán)境設計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和智能化等方面。 （ 2）工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 據(jù) 測，至 2007 年，全球新安裝裝機器人的數(shù)量將從 2003 年的 81800套增至 2007 年的 106000 套，年平均增長 7%。其 中，日本 2003工業(yè)機器人的銷售將從 2003 年的 31600 增長至 2007 年的 41000 套；歐洲 2003工業(yè)機器人將從 2003 年的 27100 套增長至 2007 年的 34000 套；北美 2003工業(yè)機器 人市場每年平均增長 至 2007 年將增長到 16000 套。 （ 3）國外機器人領域發(fā)展趨勢 1）工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從 91 年的 美元降至 97 年的 美元。 2）機械結(jié)構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、 減速機 、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 3）工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構；大大提高了系統(tǒng)的易操作性和可維修性。 4）機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多 傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。 5）虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 7 - 第 2章 工業(yè)機器人總體結(jié)構設計 業(yè)機器人的設計內(nèi)容與要求 業(yè)機器人在制造領域主要作用 工業(yè)機器人在制造領域應用十分廣泛，其主要作用如下 ： （ 1） 減輕工人的勞動強度，其最終目的是把工人從簡單、重復而繁重的勞動中解放出來； （ 2） 依靠工藝過程的集約化并保證兩班、三 班時設備正常工作，以提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量； （ 3） 生產(chǎn)組織中達到進一步質(zhì)的飛躍并向全自動化柔性生產(chǎn)過渡創(chuàng)造條件。 業(yè)機器人主要設計內(nèi)容 機器人運動機構和機器人控制是機器人的核心技術。 專用工業(yè)機器人是用來在金屬切削機床上工作的。例如，車床工段的帶數(shù)控裝置機床的裝料與卸料。這種形式的工業(yè)機器人的特點是保證操作機工作機構（夾持器）在球坐標系中運動，以及在結(jié)構上能直接放置在所工作的工藝裝備中。工業(yè)機器人程序控制裝置使操作機工作機構能夠沿六個坐標軸定位，其中兩個是四個自由度機構所共有的。本畢 業(yè)設計旨在設計 腕轉(zhuǎn)動機構，以及工業(yè)機器人中典型零部件的設計計算等。主要研究內(nèi)容有： （ 1） 工業(yè)機器人各個關節(jié)部分有的選用電動機驅(qū)動，有的采用氣動驅(qū)動，要求機械傳動協(xié)調(diào)、結(jié)構緊湊、體積小； （ 2） 完成機械傳動方案選擇設計和機器人結(jié)構設計，要求繪制機器人總體結(jié)構圖和手腕轉(zhuǎn)動機構裝配圖，以及典型零件圖，要求圖紙不少于 紙； （ 3） 理清機器人設計過程中的運動學部分； （ 4） 保證工藝的柔性，要適應生產(chǎn)條件的變化； （ 5） 在經(jīng)常變換運輸、裝料和其他輔助裝置的情況下能使不同用途的裝備進行對接； （ 6） 運行中工作效率 和可靠性要高； （ 7） 預先考慮到進一步發(fā)展和完善的可能性。 業(yè)機器人的總體設計 工 業(yè)機器人總體設計主要包括機械本體、驅(qū)動裝置、行程開關等。為了實現(xiàn)機械傳動結(jié)構簡單、體積小、結(jié)構緊湊等要求，整個機器人的結(jié)構大致分為機座（包括垂直平買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 8 - 面的手臂轉(zhuǎn)動部件）、手臂部件（包括水平或垂直直線移動機構和在垂直平面或者水平面的轉(zhuǎn)動機構）、手臂、手腕轉(zhuǎn)動機構、過渡套筒。各個關節(jié)之間均采用轉(zhuǎn)動或者移動關節(jié)，有的采用電動機驅(qū)動有的采用電氣驅(qū)動，實現(xiàn)精密控制。 工業(yè)機器人總體結(jié)構圖 圖 工業(yè)機 器人總體結(jié)構圖 工業(yè)機器人主要設計參數(shù) 夾持器的 10 雙夾持器的 25 控運動坐標數(shù)） 5 Z 最大線位移， 150 （ ） A 90 B 120 C 180 （轉(zhuǎn)動組件 ） 90 或 180 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 9 - （轉(zhuǎn)動組件 ） 270 （ ） /s A， B 及 C 120 90 Z 線位移速度范圍 ,m/s 630 N 360 500 外徑 20 150 按內(nèi)徑 38 168 110 驅(qū)動方式：電機或者氣動 安裝方式：掛壁 動作類型：垂直多關節(jié)型 業(yè)機器人的驅(qū)動方式選擇 現(xiàn)代工業(yè)機器人只有三種驅(qū) 動方式：氣動驅(qū)動、液壓驅(qū)動和電機驅(qū)動。他們的不同特點及使用范圍如表所示： 表 驅(qū)動方式的分類表 驅(qū)動類型 氣動 液壓 電動 傳動性能 適合小功率傳動，可達較高速度，但高速時有沖擊，氣體具有可壓縮性，阻尼效果差，故平穩(wěn)性較差。 適合中、大功率傳動傳動平穩(wěn)、無沖擊，可達較高速度，液體不可壓縮，故響應性能良好。 適合中、小功率傳動，傳動平穩(wěn)、靈活、速度快。 控制性能 控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)較簡單，高速時要設置緩沖或者制動裝置，低速不易控制，速度位置控制難以達到精確值，一般不能用于伺服控制。 控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)較簡單，在高、低速下都可將位置、速度控制到精確值，常用伺服控制。 直流伺服電機控制較簡單，交流伺服電機控制較復雜，速度、位置都可控制到精確值，常用于伺服控制。 快速響應性能 較高 很高 很高 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 10 - 效率 流調(diào)速）至 積調(diào)速） 全性能 防爆型能好 防爆性能好，液壓油泄漏后有發(fā)生火災的危險 交流電機防爆性能好，直流電機電刷產(chǎn)生火花，不防爆 結(jié)構性能 執(zhí)行機構（直線氣缸、氣壓馬達）可做成獨立的標準件，易實現(xiàn)直接驅(qū)動；壓力?。ㄒ话阈∮?1輸 出力??；密封問題不突出，泄漏對環(huán)境無污染，需要氣壓供給系統(tǒng)。 執(zhí)行機構（直線缸、擺動缸）可做成獨立的標準部件，易實現(xiàn)直接驅(qū)動；相同輸出條件下，體積小、重量輕、慣性?。幻芊忾g隙很重要，泄漏影響工作性能和污染環(huán)境；需要油源占地面積大。 電機是標準件，結(jié)構性能好，除特殊電機（直接驅(qū)動電機、大力矩電機）外；電機都要減速器，不能直接驅(qū)動，加減速器后體積、慣量變大。 安裝維護 安裝要求不太高，能在高溫、多粉塵條件下工作；無發(fā)熱、爆炸、火災等問題；維護簡單；要求過濾水分及注意系統(tǒng)潤滑、防銹等問題。 安裝 維護要求高，溫度升高時，油液粘度降低，影響工作性能，需要冷卻裝置；油液要定期過濾、更換；密封件要定期更換；油液的泄漏影響工作性能，易發(fā)生火災。 安裝要求隨傳動方式而異無管路系統(tǒng)，維護方面；對直流電機要求定時調(diào)整、更換電刷及注意防爆問題。 成本 低 高 高 應用 適用于小載荷（ 200有限點位控制的上下料（搬運）機器人，如沖床上的快道上下料；手爪上應用尤其廣泛。 適 用 于 重 負 荷（ 1000N）的搬運、點焊等機器人，以及連續(xù)軌跡伺服控制噴漆機器人（具有防爆性能）等。 適用于中小符合（幾十 牛頓到幾千牛頓）的搬運、焊接、噴漆（限交流電機）、裝配、涂膠等各種伺服型機器人。 機器人驅(qū)動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點，通常對機器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有： （ 1） 驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高； （ 2） 反應速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大，能夠進行頻繁的氣動、止動，正、反轉(zhuǎn)切換； （ 3） 驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??； （ 4） 安全可靠； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 11 - （ 5） 操作和維護方便； 本次畢業(yè)設計所選用的電機都采用了電機和齒輪輪系一體化，結(jié)構緊湊，具有很強的帶負載能力，但是不能通過電機直接驅(qū)動各個連桿的運動。為 了減小機構運動過程的沖擊和振動，并且不降低控制精度，采用了齒形帶傳動。 齒形帶傳動是同步帶的一種，用來傳遞平行軸間的運動或者將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，主要用于手臂、手腕、腰關節(jié)的傳動。 齒形帶傳動與原理如圖所示： 圖 齒形帶傳動原理圖 齒形帶傳動運算公式為： 2112 （ 齒輪帶的平均速度為： 2211 . a （ 根據(jù)任務書要求：設計手腕轉(zhuǎn)動機構，機器人總體結(jié)構圖，進行運動學分析。通過查上表分析易知在手臂轉(zhuǎn)動，直線移動等機構中采用電動機驅(qū)動，在手腕轉(zhuǎn)動機構中采用氣動驅(qū)動方式，這樣比較經(jīng)濟合理，降低了成本，并且達到設計要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 12 - 業(yè)機器人的運動學分析 工業(yè)機器人運動學簡圖： 圖 工業(yè)機器人運動學簡圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 13 - 工業(yè)機器人運動分析 由上述運動學簡圖可知，轉(zhuǎn)動機構（運動 B）包括電動機 通過齒形帶驅(qū)動單頭蝸桿3渦輪（4z=62）嚙合傳動。渦輪裝在輸出軸上。它與操作機手臂機構剛性連接。此軸的另一端固定著擋塊的盤，擋鐵作用在回轉(zhuǎn)運動 B 控制簡圖中的行程開關上。 X 或者 Z 向的移動是借助于裝在手臂部件中的電動機 過傳動比為 2/3 的（1z=16， =24）的傳動齒形帶、錐齒 輪副（11z=15，12z=30）和導程 t=60多頭滾珠絲桿傳動來實現(xiàn)的。在其上裝有轉(zhuǎn)動組件的支架和傳動螺母一起沿滾珠導軌移動。為防止在斷電時支架隨意下降，錐齒輪11移控制由裝在支架上的擋塊作用于轉(zhuǎn)換開關上來實現(xiàn)。 在垂直（運動 A）或水平 （運動 C）平面中操作機手臂轉(zhuǎn)動機構由電動機 動，它通過傳動比為 2/3（5z=16，6z=24）的傳動齒形帶轉(zhuǎn)動蝸桿7z=62）與其嚙合。后者固裝在轉(zhuǎn)動機構體中的軸上。由于蝸桿 沿固定的渦輪滾動而產(chǎn)生相對于此輪軸的手臂的機體運動 A 或 C。 合運動學簡圖和總體結(jié)構圖的綜合分析 總體結(jié)構部件 1 和部件 3 之間的運動形式是 :在機座 1 內(nèi)有一直流電動機，通過齒形帶傳動將運動傳至蝸桿，蝸桿與渦輪嚙合，產(chǎn)生運動 B；在主視圖的右側(cè)有一電動機，同樣通過齒形帶將轉(zhuǎn)動傳至錐齒輪，通過錐齒輪的嚙合將運動傳至絲桿通過絲桿的轉(zhuǎn)動帶動手臂直線移動，產(chǎn)生了運動 X 或者 Z；同樣通過電動機運動，在通過渦輪蝸桿嚙合，產(chǎn)生運動 A 或者 C；手腕轉(zhuǎn)動部分是通過氣動馬達的轉(zhuǎn)動，通過輸出軸的鍵連接與套筒連接，套筒與法蘭 連接，將轉(zhuǎn)動傳達至可換夾持器。 業(yè)機器人的材料選擇 結(jié)構件材料選擇是工業(yè)機器人材料系統(tǒng)設計中的重要問題之一，正確選擇結(jié)構材料不僅可以降低工業(yè)機器人的結(jié)構成本，更重要的是可適應工業(yè)機器人的高速化、高載荷化及高精度化滿足其靜力及動力特性要求。 料選擇的基本要求 與一般機械相比，機器人結(jié)構的動力特性是十分重要的這是選擇材料的出發(fā)點。材料選擇的基本要求如下： （ 1） 強度高，機器人的手臂是直接受力的構建，高強度材料不僅能滿足機器人手臂的強度條件，而且可望減少臂桿的截面尺寸，減輕重量。 （ 2） 彈 性模量大，從材料力學的公式可知，構建剛度（或變形量）與材料的彈性 E、買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 14 - G 有關，彈性模量越大，變形量越小，剛度越大。不同材料的彈性模量的差異比較大，而同一種材料的確沒有多大差別。 （ 3） 重量輕，在機器人手臂構建中產(chǎn)生的變形很大程度上是由于慣性力引起的，與構建質(zhì)量有關。也就是說，為了提高構建剛度選用彈性模量 E 大二密度 也大的材料是不合理的，因此提出了選用高彈性模量、低密度的材料要求，可用 E/p 來衡量下表列出了幾種材料的 E、 和 E/p 值?？晒﹨⒖?。 表 典型材料 E、 和 E/p 值 材料 10/ )/(10/ 33 )/(10/)/( 227 鋼、合金鋼 、鋁合金 鋁合金（ 62% 鋁合金（ i） 纖維增強鋁材 4） 阻尼大，工業(yè)機器人在選材時不僅要求剛度大、重 量輕，而且希望材料的阻尼盡可能大。機器人的手臂經(jīng)過運動后，要求能平穩(wěn)的停下來。可是由于構建終止運動的瞬時，構建會產(chǎn)生慣性力和慣性力矩，構建自身有具有彈性因而會產(chǎn)生 “殘余振動 ”。從提高定位精度和傳動平穩(wěn)性來考慮，希望能采用較大阻尼材料或采取增加構建阻尼的措施來吸收能量。 （ 5） 材料價格低。材料價格是工業(yè)機器人成本價格的重要組成部分。有些新材料如硼纖維增強鋁合金、石墨纖維增強鎂合金，用來作為機器人手臂的材料是很理想的，但價格昂貴。 構材料介紹 （ 1） 碳素合金鋼、合金結(jié)構鋼：強度好特別是合金結(jié)構鋼增加了 4 到 5 倍， 彈性模量 E 大，抗變形能力強，是應用最廣泛的材料。 （ 2） 鋁、鋁合金機及其它輕合金材料：這類材料的共同特點是重量輕彈性模量 是材料密度小，故 E/p 值仍然可和鋼材相比。有些稀有貴重的鋁金屬品質(zhì)得到了更加明顯的改善和提高，例如增加了 量的鋰的鋁合金，彈性模量增加 14%，E/p 值增加了 16%。 （ 3） 纖維增強合金：如硼纖維增強鋁合金、石墨纖維增強鎂合金其 E/p 值分別達到 這種纖維增強金屬材料具有非常高的 E/p 值，而且沒有無機符合材料的缺點，但價格昂貴。 （ 4） 陶瓷：陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大不易加工成具有長孔的連桿，與金屬零件連接的結(jié)合部分需要特殊設計。然而，日本已經(jīng)測試了在小型工業(yè)機器人上買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 15 - 使用的陶瓷人手臂的樣品。 （ 5） 纖維增強復合材料：這類材料具有良好的 E/p 值，但存在老化、蠕變、高溫膨脹、與金屬件連接困難等問題。這種材料不但重量輕、剛度大，而且還具有十分突出的阻尼大優(yōu)點，傳統(tǒng)金屬材料不可能有這么大的阻尼。所以，在高速 機器人上應用復合材料的實例越來越多。層疊符合材料的制造工藝還允許用戶進行優(yōu)化，改進疊層厚度、纖維傾斜角、最佳橫斷面尺寸等，使其具有最大阻尼比。 （ 6） 粘彈性大阻尼材料：增大機器人連桿件的阻尼是改善機器人動態(tài)特性的有效方法。目前有許多方法來增加結(jié)構件材料的阻尼，其中最適合機器人結(jié)構采用的一種方法是用粘彈性大的阻尼材料來對原構建進行約束阻尼處理。實驗表明：機械臂的重復定位精度在處理前為 理后為 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 16 - 第 3章 工業(yè)機器人手腕轉(zhuǎn)動機構設計 業(yè)機器人手腕介紹 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 17 - 腕轉(zhuǎn)動機構運動分析 動機的選擇 擇電動機類型 按已知的工作要求和條件，選用三相鼠籠式異步電動機，封閉式結(jié)構，電壓 380V，Y 型。 擇電動機的容量 電動機所需的工作功率： P （ 1000（ 因此： 1000 （ 由電動機至輸送鏈的傳動總效率為 43221 a（ 式中：4321 、分別為軸承、渦輪蝸桿、聯(lián)軸器、齒形同步帶的傳動效率。 式中 、，由公式（ a 由公式（ 0 0 0 01 0 0 0 確定電動機轉(zhuǎn)速 工作轉(zhuǎn)速： n=14r/相關資料，總傳動比為 電動機轉(zhuǎn)速的可選為： m 1 d 查下表，在這附近的轉(zhuǎn)速取 1430r/動機選 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 18 - 腕轉(zhuǎn)動機構氣動原理和運動結(jié)構分析 腕轉(zhuǎn)動機構氣動原理圖 圖 手腕轉(zhuǎn)動機構氣動原理圖 動原理圖分析 非整周轉(zhuǎn)動的氣動馬達使手腕繞縱軸（運動 ）的轉(zhuǎn)動組件旋