M40型工業(yè)機器人小車傳動裝置設(shè)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 i 目錄 第一章 緒論 . 1 業(yè)機器人及其發(fā)展歷史、現(xiàn)狀分析 . 1 工業(yè)機器人 . 1 國外機器人發(fā)展情況 . 2 我國的工業(yè)機器人 . 3 工業(yè)機器人發(fā)展趨勢 . 4 業(yè)機器人的組成和設(shè)計方案 . 5 工業(yè)機器人的組成 . 5 自由度和坐標(biāo)系的選擇 . 7 機器人驅(qū)動裝置和傳動裝置 . 9 機器人的控制 系統(tǒng) . 9 第二章 工業(yè)機器人總體設(shè)計 . 10 器人的總體結(jié)構(gòu) . 10 40 型工業(yè)機器人的總體結(jié)構(gòu) . 10 40 型工業(yè)機器人運動分析 . 12 器人驅(qū)動方式的選擇 . 13 器人的操作機構(gòu) . 16 操作機的整體結(jié)構(gòu) . 16 操作機的各部分的運動 . 17 第三章 小車傳動裝置的設(shè)計 . 20 體方案的確定 . 20 動方式的確定 . 20 動方案的確定 . 21 動比的確定 . 21 速器相關(guān)數(shù)據(jù)的計算 . 22 速器齒輪傳動的設(shè)計計算 . 23 速軸齒輪的設(shè)計計算 . 23 速軸齒輪的設(shè)計計算 . 27 動軸的設(shè)計計算 . 31 動軸的設(shè)計 . 31 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 傳動軸的設(shè)計 . 35 第四章 總結(jié) . 39 參 考 文 獻(xiàn) . 40 致 謝 . 41 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第一章 緒論 業(yè)機器人及其發(fā)展歷史、現(xiàn)狀分析 工業(yè)機器人 工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。 工業(yè)機器人最顯著的特點有以下幾個： （ 1）可編程。生產(chǎn)自動化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性啟動化。工業(yè)機器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系 統(tǒng)中的一個重要組成部分。 （ 2）擬人化。工業(yè)機器人在機械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、手臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業(yè)機器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業(yè)機器人對周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。 （ 3）通用性。除了專門設(shè)計的專用的工業(yè)機器人外，一般工業(yè)機器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。 （ 4）工業(yè)機器技術(shù)涉及的學(xué)科 相當(dāng)廣泛，歸納起來是機械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合 三代智能機器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器，而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計算機技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。因此，機器人技術(shù)的發(fā)展必將帶動其他技術(shù)的發(fā)展，機器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平也可以驗證一個國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平。 當(dāng)今工業(yè)機器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng)能力的方向發(fā)展。目前，工業(yè)機器人的研究和改進(jìn)方案主要體現(xiàn)在 下面四個方面 : ： （ 1）技術(shù)先進(jìn)工業(yè)機器人集精密化、柔性化、智能化、軟件應(yīng)用開發(fā)等先進(jìn)制造技術(shù)于一體，通過對過程實施檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，實現(xiàn)增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本、減少資源消耗和環(huán)境污染，是工業(yè)自動化水平的最高體現(xiàn)。 （ 2）技術(shù)升級工業(yè)機器人與自動化成套裝備具備精細(xì)制造、精細(xì)加工以及柔性生產(chǎn)等技術(shù)特點，是繼動力機械、計算機之后，出現(xiàn)的全面延伸人的體力和買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 智力的新一代生產(chǎn)工具，是實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化、自動化以及智能化的重要手段。 （ 3）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛工業(yè)機器人與自動化成套裝備是生產(chǎn)過程的關(guān)鍵設(shè)備 ，可用于制造、安裝、檢測、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車整車及汽車零部件、工程機械、軌道交通、低壓電器、電力、 備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。 （ 4）技術(shù)綜合性強工業(yè)機器人與自動化成套技術(shù)，集中并融合了多項學(xué)科，涉及多項技術(shù)領(lǐng)域，包括工業(yè)機器人控制技術(shù)、機器人動力學(xué)及仿真、機器人構(gòu)建有限元分析、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計、智能測量、建模加工一體化、工廠自動化以及精細(xì)物流等先進(jìn)制造技術(shù)，技術(shù)綜合性強。 國外機器人發(fā)展情況 機器人首先是從美國開始研 制的， 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機器人。它的結(jié)構(gòu)特點是機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969 年從美國引進(jìn)兩種典型機器人后，大力從事機器人的研究。 當(dāng)前，對全球機器人技術(shù)的發(fā)展最有影響的國家是美國和日本。美國在工業(yè)機器人技術(shù)的綜合研究水平上仍處于領(lǐng)先地位，而日本生產(chǎn)的工業(yè)機器人在數(shù)量、種類方面則居世界首位， 而歐盟等西方發(fā)達(dá)國家則在工業(yè)機器人和醫(yī)療機器人等領(lǐng)域有較強的競爭力。 現(xiàn)如今，世界各國都推行出結(jié)合本國情況的 機器人戰(zhàn)略部署，美國推行“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，大力發(fā)展工業(yè)機器人，希望重振制造業(yè)。日本 2004 年 5 月發(fā)布的“新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”明確了機器人產(chǎn)業(yè)等 7 個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域為重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)。近兩年又開始重新審視機器人產(chǎn)業(yè)政策。韓國： 2009 年公布 智能機器人 基本計劃，2012 年 10 月發(fā)布 了“機器人未來戰(zhàn)略展望 2022”，將政策焦點放在了擴大韓國機器人產(chǎn)業(yè)并支持國內(nèi)機器人企業(yè)進(jìn)軍海外市場方面。歐盟 2011 年 8 月通過了一份發(fā)展制造業(yè)計劃，提出新工業(yè)革命概念，以機器人和信息技術(shù)為支撐，實現(xiàn)制造模式的變革。 目前工業(yè)機器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開環(huán)式，沒有識別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代機器人已經(jīng)投入使用，它設(shè)有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息進(jìn)行反饋，使機器人具有感覺機能。 第三 代機器人則能獨立地完成工作過程中的任務(wù)，更加智能化和復(fù)雜化，能夠?qū)崿F(xiàn)加工和生產(chǎn)的自動化，它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，能夠自動檢查工作情況并做出反饋和調(diào)整，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) 柔性制造單元 的重買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 要一環(huán)。 我國的工業(yè)機器人 我國工業(yè)機器人是從 二十 世紀(jì) 八十 年代開始起步，經(jīng)過 二十 多年的努力，已經(jīng)形成了一些具有競爭力的工業(yè)機器人研究機構(gòu)和企業(yè)。先后研發(fā)出弧焊、 電焊、裝配、 工業(yè) 、注塑、沖壓及噴漆等工業(yè)機器人。近幾年，我國工業(yè)機器人及含工業(yè)機器人的自動化生產(chǎn)線相關(guān)的產(chǎn)品的年銷售額已突破 10 億元。 目前國內(nèi)市場年需求量在 3000 臺左右，年銷售額在 20 億元以上。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國市場上工業(yè)機器人總共擁有量 近 萬臺，占全球總量的 其中完全國產(chǎn)工業(yè)機器人 (行業(yè)規(guī)模比較大的前三家工業(yè)機器人企業(yè) )行業(yè)集中度占30%左右，其余都是從日本、美國、瑞典、德國、意大利等 20 多個國家引進(jìn)的。國產(chǎn)工業(yè)機器人目前主要以國內(nèi)市場應(yīng)用為主，年出口量為 100 臺左右，年出口額為 元以上 。 國內(nèi)在機器人的研究方面起步比發(fā)達(dá)國家要晚很多，但是發(fā)展迅速，經(jīng)過30 多年的發(fā)展，我國機器人數(shù)量也達(dá)到了一定的規(guī)模， 目前已基本掌握了機器人的基本技術(shù)， 機器人的研究在一些方面也已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但在整體水平上與發(fā)達(dá)國家相比仍然有很大差距。仔細(xì)觀察， 不難發(fā)現(xiàn)的事實是：我國在機器人的研究方面采取的方法主要是借鑒外國的先進(jìn)技術(shù)，然后再進(jìn)行二次開發(fā)，自主創(chuàng)新開發(fā)的技術(shù)少，這就造成了我國自身創(chuàng)新技術(shù)較少，制約了機器人產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。 總體上來說，我國目前已基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件 設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、鑄造、弧焊、電焊、裝配、搬運等機器人。也有一些產(chǎn)品的技術(shù)水平已達(dá)到國際先進(jìn)水平，但在總體技術(shù)上還有很大差距，僅相當(dāng)于國外 90 年代中期的水平。 伴隨我國工業(yè)機器人需求的迅猛增長，實力良莠不齊的企業(yè)紛紛進(jìn)入工業(yè)機器人生產(chǎn)市場，勢必造成質(zhì)低價廉的惡性競爭；雖然我國有近百家從事工業(yè)機器人研究生產(chǎn)的高校院所和企業(yè)，但現(xiàn)行的體制造成研究形式上過于獨立封閉、內(nèi)容上較為分散，難以形成合力，造成重復(fù)研究與時間、經(jīng)費的浪費；多數(shù)企業(yè)熱衷于大而全，一些關(guān)鍵部 件研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)入整機的生產(chǎn)，難以形成研發(fā)、生產(chǎn)、制造、銷售、集成、服務(wù)等有序、細(xì)化的產(chǎn)業(yè)鏈。因此，工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有待規(guī)范。 在我國，工業(yè)機器人的最初應(yīng)用是在汽車和工程機械行業(yè)，主要用于汽車及工程機械的噴涂及焊接。目前，由于機器人技術(shù)及研發(fā)的落后，工業(yè)機器人還主要應(yīng)用在制造業(yè)，非制造業(yè)使用的較少。據(jù) 不完全 統(tǒng)計，近幾年國內(nèi)廠家所生產(chǎn)工業(yè)機器人有超過一半是提供給汽車行業(yè)。 由此 可見，汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 我國工業(yè)機器人增長的原動力之一。 工業(yè)機器人在實際的工作中就是一個機械手，機械手的發(fā)展是由于它的 積極作用正日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的重視。機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強 。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 國內(nèi)機器人研究存在問題 : 大部分 (尤其是高精尖設(shè)備 )仍只能靠進(jìn)口。 遍沿用國外落后和淘汰的技術(shù)。 乏核心技術(shù)，沒有擁有核心競爭力的技術(shù)和產(chǎn)品。 有合適的技術(shù)交流和共享平臺，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。 工業(yè)機器人發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機器人設(shè)計生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強，尤其當(dāng)機器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。 就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機器人有以下幾個發(fā)展趨勢： （ 1) 提高運動速度和運動精度，減少重量和占用空間，加速機器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機器人的各個機械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機器人； （ 2) 開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合，如開發(fā)微動機構(gòu)用以保證精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂 和手指；開發(fā)各類行走機器人，以適應(yīng)不同的場合； （ 3) 研制各類傳感器及檢測元器件，如，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳感器等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問題求解、動作規(guī)劃，同時，越來越多的系統(tǒng)采用微機進(jìn)行控制。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 業(yè)機器人的組成和設(shè)計方案 工業(yè)機器人的組成 工業(yè)機器人通常由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動一傳動裝置和控制系統(tǒng)三部分組成 (。這些部分之間的相互作用可用圖 執(zhí) 行 機 構(gòu)機器人控 制 系 統(tǒng)驅(qū) 動 - 傳 動 系 統(tǒng)手 部腕 部臂 部腰 部基 座 部 （ 固 定 或 移 動 ）電 、 液 或 氣 驅(qū) 動 裝 置單 關(guān) 節(jié) 伺 服 控 制 器關(guān) 節(jié) 協(xié) 調(diào) 及 其 它 信 息 交 換計 算 機圖 器人的組成 位 形 檢 測控 制 系 統(tǒng) （ 二 ）驅(qū) 動傳 動裝 置執(zhí) 行機 構(gòu)工 作 對 象智 能 系 統(tǒng)控 制 系 統(tǒng) （ 一 ）圖 器人各組成部分之間的關(guān)系 執(zhí)行機構(gòu) (也稱操作機 )是機器人賴以完成工作任務(wù)的實體，通常由桿件和關(guān)節(jié)組成。從功能的角度，執(zhí)行機構(gòu)可分為：手部、腕部、臂部、腰部和基座等部分，如圖 示。 （ 1）手部 手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為 外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 傳力機構(gòu)形式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。本次設(shè)計的手部 選擇夾持類回轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)手部。 本次設(shè)計的工業(yè)機器人手部執(zhí)行部件如圖 圖 業(yè)機器人手部執(zhí)行部件示意圖 如圖 機構(gòu)簡圖，手部執(zhí)行依靠桿的伸縮運動來實現(xiàn)其張合運動，桿的動力源來自后續(xù)驅(qū)動源的液壓缸，該液壓缸采用的是伸縮式液壓缸，該液壓缸能夠節(jié)省橫向的工作空間。 （ 2）腕部 腕部是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 部，而直接用臂部運動驅(qū)動手部工業(yè)工件。 目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?270），并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下， 采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 設(shè)計的工業(yè)機器人的腕部的運動為一個自由度的回轉(zhuǎn)運動，運動參數(shù)是實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)的角度控制在 0范圍內(nèi)。 腕部的驅(qū)動方式采用直接驅(qū)動的方式，由于腕部裝在手臂的末端，所以必須設(shè)計的十分緊湊可以把驅(qū)動源裝在手腕上。 機器人手部的張合是由雙作用單柱塞液壓缸驅(qū)動的；而手腕的回轉(zhuǎn)運動則由回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)。將夾緊活塞缸的外殼與擺動油缸的動片連接在一起；當(dāng)回轉(zhuǎn)液壓缸中不同的油腔中進(jìn)油時即可實現(xiàn)手腕不同方向的回轉(zhuǎn)。 （ 3）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工 作或夾具），并帶動他們做空間運動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。 手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。 （ 4）機座 機座是機身機器人 的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。對固定式機器人，直接聯(lián)接在地面上，對可移動式機器人，則安裝在移動結(jié)構(gòu)上。機身由臂部運動（升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰）機構(gòu)及其相關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件等組成。并且，臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上。臂部的運動越多，機身的結(jié)構(gòu)和受力越復(fù)雜。 自由度和坐標(biāo)系的選擇 機器人的運動自由度是指各運動部件在三維空間相當(dāng)于固定坐標(biāo)系所具有的獨立運動數(shù)，對于一個構(gòu)件來說，它有幾個運動坐標(biāo)就稱其有幾個自由度。各運動部件自由度的總和為機器人的自由度數(shù)。機器人的手部要像人 手一樣完成各種動作是比較困難的，因為人的手指、掌、腕、臂由 19 個關(guān)節(jié)組成，共有 27個自由度。而生產(chǎn)實踐中不需要機器人的手有這么多的自由度一般為 3。 工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點，分別介紹如下： （ 1） 直角坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的，示。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機器人有可能達(dá)到很高的位置精度 （ m 級 ） 。但是，這種直角坐標(biāo)機器人的運動空間相對機器人的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因此，為了實現(xiàn)一定的運動空間，直角坐標(biāo)機器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多 2。 直角坐標(biāo)機器人的工作空間為一空間長方體。直角坐標(biāo)機器人主要用于裝配作業(yè)及工業(yè)作業(yè)，直角坐標(biāo)機器人有懸臂式、龍門式、天車式三種結(jié)構(gòu)。 （ 2）圓柱坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo)機器人的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的，如圖 b） 。這種機器人構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于工業(yè)作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。 （ 3）球坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機器人的空間運動是由兩個 回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動來實現(xiàn)的，c） 。這種機器人結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于工業(yè)作業(yè)。其工作空間是一個類球形的空間。 （ 4）關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機器人的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，如圖 d） 。關(guān)節(jié)型機器人動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對機器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、工業(yè)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機器人。 關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。 根據(jù)要求及在實際生產(chǎn)中的用途，本次設(shè)計的工業(yè)機器人采 用圓柱坐標(biāo)。 圖 種機器人坐標(biāo) 形式 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 機器人驅(qū)動裝置和傳動裝置 工業(yè)機器人的驅(qū)動一傳動裝置包括驅(qū)動器和傳動機構(gòu)兩個部分，它們通常與執(zhí)行機構(gòu)連成一體。傳動機構(gòu)常用的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪輪系。驅(qū)動器通常有電機 (直流伺服電機、步進(jìn)電機、交流伺服電機 )、液動或氣動裝置，目前使用最多的是交流伺服電機。 （ 1）氣動式工業(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(gòu)簡單造價低，無污染，缺點是空氣具有可壓縮性，導(dǎo)致工作速 度的穩(wěn)定性較差，又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。 （ 2）液壓式工業(yè)機器人 液壓壓力比氣壓壓力高得多，一般為 70右，故液壓傳動工業(yè)機器人具有較大的抓舉能力，可達(dá)上千牛頓。這類工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)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。 （ 3）電動式工業(yè)機器人 這是目前用得最多的一類工業(yè)機器人，不僅因為電動機品種眾多，也因為它們可以運用多種靈活控制的方法。早期多采用步進(jìn)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，或是通過諧波減速器等裝置來減速后驅(qū)動，結(jié)構(gòu)十分緊湊、簡單。 機械設(shè)備中常用的傳動方式主要有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動四種傳動方式。 帶傳動：撓性傳動，結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等特點，傳動中有彈性滑動，傳動比不能保持恒定，傳動中心距較大。 鏈傳動：撓性傳動，與摩擦型帶傳動相比，鏈傳動無彈性打滑和整體打滑現(xiàn)象，但其瞬時速度不均勻，有沖擊，動載和噪聲。 齒輪傳動：適用功率和速度范圍廣，效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比穩(wěn)定、工作可靠、壽命長。但其對制造 和安裝精度要求較高，成本較高。 蝸桿傳動：傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)，噪聲小。但其傳動效率低，不適用于低速大功率傳動。且其制造和安裝精度要求也高，成本較高。 機器人的控制系統(tǒng) 控統(tǒng)一般由控制計算機和伺服控制器組成。前者發(fā)出指令協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動器之間的運動，同時還要完成編程、示教 /再現(xiàn)以及和其他環(huán)境狀況 (傳感器信息 )、工藝要求、外部相關(guān)設(shè)備 (如電焊機 )之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運動。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第二章 工業(yè)機器人總體設(shè)計 器人 的總體結(jié)構(gòu) 40 型工業(yè)機器人的總體結(jié)構(gòu) 專用工業(yè)機器人是一款擁有 5 個自由度搬運機器人，它用于各種工藝設(shè)備上，其中包括組成柔性自動化系統(tǒng)的數(shù)控金屬切削機床。 工業(yè)機器人裝備有定位式數(shù)控裝置和電氣自動控制裝置，使之能夠?qū)崿F(xiàn)沿三個坐標(biāo)軸的給定程序的位移，并且完成大量控制機器人本身及其看管的工藝裝備的工作循環(huán)指令。 工業(yè)機器人裝備有自動可換夾持器的裝置，其中雙夾持器的裝置用來保證同時操作毛坯和在機床上的加工。工業(yè)機器人操作機結(jié)構(gòu)還可以在其上安裝附加機構(gòu)和裝置。例如：為毛坯定基準(zhǔn)面的檢驗、測量在 機床上加工零件的直徑、清洗機床和工藝裝備的基準(zhǔn)表面。 圖 40 型機器人的總體結(jié)構(gòu)正視圖 門架 1，小車 2，滑板 3，手臂 4，手腕 5，夾持器 6，單軌 7，電氣控制機 8，數(shù)控裝置柜 9。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 40 型機器人的總體結(jié)構(gòu)左視圖 工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)： 1. 承載能力 40. 自由度數(shù) 5 個 3. 最大位移 :小車沿單軌 10800臂在垂直方向的位移 420臂轉(zhuǎn)動 100，手腕轉(zhuǎn)動 90，手腕相對縱軸轉(zhuǎn)動 90， 180。 4. 小車位移最大速度 s。手臂在垂直方向最大速 度 s 手腕及手轉(zhuǎn)動 90 /s。 5. 定位精度 1. 重量 (數(shù)控裝置除外 )3000 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 40 型工業(yè)機器人運動分析 圖 40 型機器人的運動學(xué)簡圖 小車 1，單軌 2，滑板 6，手臂 7，手腕 8，夾持器 9，滑板機體 13，連桿 14，線性電液步進(jìn)式驅(qū)動裝置， 15，齒輪條 16 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 如圖機器人運動學(xué)簡圖 ， 機器人主要的運動元件有：帶動操作機（機械手）橫向移動的小車 1，以及由滑板 6，手臂 7，手腕 8，和夾持器 9組成的操作機，以及小車運動的軌道單軌 2，以及負(fù)責(zé)驅(qū)動和控制機 器人各部分運動的液壓元件和電氣控制機和數(shù)控裝置柜。 工業(yè)機器人一共有五個自由度：小車 1 帶動操作機的 X 軸方向上橫向左右移動，滑板 6 帶動操作機在 Z 軸方向的上下移動，手臂 7 相對其縱軸在的擺動，手腕 8 相對其縱軸的擺動，以及手腕 8 相對縱軸的轉(zhuǎn)動。 為了方便實現(xiàn)自動化控制和提高操作精度，操作機各桿件的驅(qū)動方式是液壓式的，機器人設(shè)有液壓站，然后由多個液壓馬達(dá)或者液壓缸驅(qū)動和控制各個部分（手臂 6、手腕 7、夾持器 8 等）的運動，小車裝置中的傳動裝置也是用液壓馬達(dá)驅(qū)動。 工業(yè)機器人的操作機是可以移動的，并為其在 X 軸方向上的運動設(shè)計有門架結(jié)構(gòu)，使之能夠在一組帶有水平主軸的金屬切削機床上工作。在門架上裝有可以移動的小車 1，它支撐著手臂垂直縮進(jìn)機構(gòu)滑板 6，小車沿國定在門架上的單軌 2 移動。 工業(yè)機器人的工作方式是小車 1 帶動操作機在安裝在門架上的導(dǎo)軌 2沿 X 軸移動，當(dāng)操作機在 X 軸方向上移動到指定的位置時，操作機通過滑板 6在 Z 軸方向上垂直上下移動、以及在手臂 7 和手腕 8 在 面內(nèi)完成手臂 7 的擺動 7、手腕 8 的擺動，以及手腕相對縱軸轉(zhuǎn)動等運動的組合從而完成工件的抓取或者擺放等工作。 小車 1 在 X 軸方向上的移動距離是 10800車 1 在 X 方向軸上移動的最大速度為 s；操作機在 Z 軸方向上下移動由滑板 6 帶動， Z 軸方向上下移動的行程是 420板 6 在 Z 軸上下移動的最大移動是 s；此外手臂 4和手腕 8 可以在 面內(nèi)擺動，手臂 4 擺動的角度為 100，手腕 8 擺動的角度為 90，這兩個擺動角的中心線都是同一條與 Z 軸平行的線；手腕 8 相對縱軸傳動的角度 90和 180，所有手臂 7 和手腕 8 轉(zhuǎn)動和擺動運動的角速度都是90 /s。 器人驅(qū)動方式的選擇 目前所采用的的方式有電動機、液壓和氣壓驅(qū)動三種類型，三種方式的特 點比較見表 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 表 業(yè)機器人主要驅(qū)動方式性能特點比較 驅(qū)動方式 氣壓驅(qū)動 液壓驅(qū)動 電動機驅(qū)動 輸出功率和使用范圍 氣壓較低，輸出功率小，當(dāng)輸出功率增大時，結(jié)構(gòu)尺寸將過大只適于中小型，快速驅(qū)動 油壓高，可獲得較大的輸出功率，傳動平穩(wěn)，無沖擊，適用于重型，低速驅(qū)動 適合中小功率傳動，傳動平穩(wěn)，靈活，速度快 控制性能 壓縮性大，對速度、位置的精確控制困難，阻尼效果差，低速不易控制，排氣有噪聲，泄漏對環(huán)境無影響 液體不可以壓縮，壓力、流量易控制，反應(yīng)靈敏，可無級調(diào)速，能實現(xiàn)速度、位置的精確控制， 傳動平穩(wěn)，泄漏會污染環(huán)境 交、直流普通電動機控制比較簡單，控制效果較差，步進(jìn)、伺服電動機控制比較復(fù)雜，速度和位置都可以控制到精確值 快速響應(yīng)性能 較高 很高 很高 效率 效率低 (效率中等 (效率中等 右 安全性能 防爆性能好 防爆性能好，液壓油泄漏后有發(fā)生火災(zāi)的危險 交流電機防爆性能好，直流電動機電刷產(chǎn)生火花，不防爆結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)性能 執(zhí)行機構(gòu) (直線氣缸、氣壓馬達(dá) )可做成獨立的標(biāo)準(zhǔn)件，易于實現(xiàn)直接驅(qū)動；壓力小，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(gòu) (直線缸、擺動缸 )可單獨做成標(biāo)注案件，易于實現(xiàn)直接驅(qū)動；相同輸出條件下，重量輕、慣量?。幻芊忾g隙比較重要，泄漏會影響工作性能和污染環(huán)境；需要油源，單獨油源占面電機是標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)性能好，除特殊電機 (直接驅(qū)動電機、大力矩電機 )外；電機都要加減速器，不能直接驅(qū)動，加減速器后體積、慣量變大 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 積大 安裝維護(hù) 安裝要求不高，能在高溫、多粉塵條件下工作；無發(fā)熱、爆炸、火災(zāi)等問題；維護(hù)簡單；要求過濾水分及注意系統(tǒng)潤滑，防銹問題。 安裝維護(hù)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 ；油液需要定期過濾，更換；油液的泄漏會影響工作性能，易發(fā)生火災(zāi) 安裝要求隨傳動方式而不同，無管路系統(tǒng)，維護(hù)方便；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(yīng)用 適用于小負(fù)荷 (200N 左右 )的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；手爪上的應(yīng)用尤其廣泛。 適用于重負(fù)荷 (1000N 以上 )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 (需要防爆性能 )等。 適用于中小負(fù)荷 (幾十牛頓到幾千牛頓 )的搬運、焊接、噴漆 (限交流電動機 )、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，通常對機器人驅(qū)動系統(tǒng)的要求有 : (1) 驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量要盡可能輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高。 (2) 反應(yīng)速度要快，能夠進(jìn)行頻繁的啟動、制動，正、反轉(zhuǎn)。 (3) 驅(qū)動盡可能要靈活，位移偏量和速度偏差要小。 (4) 安全可靠，操作和維護(hù)方便。 (5) 對環(huán)境無污染，噪聲要小。 (6) 經(jīng)濟上要合理，尤其要減少占地面積。 根據(jù) 工業(yè)機器人的設(shè)計參數(shù)和工作條件 : 最大承載能力 40且能組成柔性自動化系統(tǒng)的數(shù)控金屬切削機床，完成大量控制工業(yè)機器人本身以及其看管的工 藝裝備的循環(huán)指令。 由此可知機器人要求方便實現(xiàn)自動化，機器人的控制要靈敏且要能適應(yīng)不同的機床和最大承載能力內(nèi)的不同載荷的工作，并且操作機位移精度要求比較高( 1液壓驅(qū)動傳動平穩(wěn)載荷也能達(dá)到最大載荷需要的驅(qū)動力，且能夠?qū)崿F(xiàn)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 無級調(diào)速，能夠?qū)崿F(xiàn)位置和速度的精確控制，本次設(shè)計液壓驅(qū)動的方式對機器人進(jìn)行驅(qū)動。 機器人可以搭配不同的機床和搬用不同載荷的物體，所以操作機移動需要不同的運動速度，所以小車機構(gòu)不能使用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動，小車傳動裝置里面應(yīng)該有減速器。 器人的操作機構(gòu) 操作機的各部分 的運動 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第三章 小車傳動裝置的設(shè)計 體方案的確定 動方式的確定 目前機械設(shè)備減速器中常見的傳動方式主要有四種：帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動。 （ 1）帶傳動： 撓性傳動，結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等特點，傳動中有彈性滑動，傳動比不能保持恒定，傳動中心距較大，有些類型的帶傳動，傳動中不產(chǎn)生震動，但傳遞功率較小。 （ 2）鏈傳動： 撓性傳動，與摩擦型帶傳動相比，鏈傳動無彈性打滑和整體打滑現(xiàn)象，但其瞬時速度不均勻，傳動比不能保持恒定，傳動速度較低，有沖擊，動載和 噪聲。 （ 3）齒輪傳動： 適用功率和速度范圍廣，效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、適用于近距離的傳動，瞬時傳動比穩(wěn)定、工作可靠、壽命長。但其對制造和安裝精度要求較高，成本較高，無過載保護(hù)作用。 （ 4）蝸桿傳動：傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)，噪聲小。但其摩擦損失買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 較大，傳動效率低，不適用于低速大功率傳動。且其制造和安裝精度要求也高，成本較高。 與齒輪傳動相比，帶傳動和鏈傳動都沒有確定的瞬時傳動比，而蝸桿差傳動效率低，摩擦損失傳遞功率且為傳動帶來危害。結(jié)合機器人的設(shè)計參數(shù)要求，機器人定位精度要求高，故應(yīng)該選擇傳動比準(zhǔn)確可靠的傳動 ； 綜上所述，本次減速器設(shè)計傳動方式選擇最穩(wěn)定可靠齒輪傳動為小車傳動裝置的減速器的傳動方式。 而對于齒輪傳動，常用于減速器的常見齒輪類型有直齒圓柱齒輪，斜齒圓柱齒輪，圓錐齒輪。因為不需要力矩傳遞方向的改變，所以不需要使用使用圓錐齒輪，而斜齒圓柱齒輪與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪傳動時有軸向分力，傳遞效率不如直齒圓柱齒輪。所以，選擇直齒圓柱齒輪。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 動方案的確定 動比的確定 圖 速器的運動簡圖 減速器的運動簡圖如圖 示，液壓馬達(dá)經(jīng)減速器后，在減速器輸出軸通過模數(shù) m=數(shù) z=24 的齒輪 5 與齒輪齒條 6 連接。 已知小車驅(qū)動力 F=2000N，小車由型號為 液壓馬達(dá)驅(qū)動，傳動的最大位移速度 V=s。 表 壓馬達(dá)參數(shù) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 由表 知，液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速為 1 0 0 0 / m ，又已知小車傳動最大的位移速度 V m s 。由此可知與齒輪條 4 嚙合的齒輪 5 V m s 。 已知齒輪 5 的模數(shù) m=數(shù) z=24,所以可知 齒輪 5 的半徑 11 2 . 5 2 4 2 922R m z m m 齒輪 5 的轉(zhuǎn)速 5 0 . 86 0 6 0 2 6 3 . 4 3 / m i 0 . 0 2 9 所以減速器的總傳動比 51000 3 . 8 02 6 3 . 4 3ni n 為了不超過液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速，取減速器總傳動比 4i 擬定初級傳動比 1i =級傳動比為 減速器相關(guān)數(shù)據(jù)的計算 （ 1）各傳動軸的轉(zhuǎn)速 軸 : 11000 3 0 3 . 0 3 / m i 3 軸 : 123 0 3 . 0 3 2 5 6 . 8 0 / m i 1 8 （ 2）各軸的功率 液壓馬達(dá)輸出功率 1 322 0 0 0 0 . 8 1 . 7 71 0 0 0 1 0 0 0 0 . 9 9 0 . 9 8 0 . 9 7k w 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 321 2 3 0 . 9 0a ， 1 ， 2 ， 3 分別為軸承，齒輪傳動，齒條傳動的效率，分別取 1 =2 =3 = 軸 : 1 12 1 . 7 7 0 . 9 9 0 . 9 8 1 . 7 2P P k w 軸 : 12 1 . 7 2 0 . 9 9 0 . 9 8 1 . 6 7P P k w （ 3）各軸的轉(zhuǎn)矩 液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩 1 1 . 7 79 5 5 0 9 5 5 0 1 6 . 9 01000d 軸 : 111 2 1 6 . 9 0 3 . 3 0 . 9 9 0 . 9 8 5 4 . 1 2 i N m 軸 : 1 2 1 2 5 4 1 2 0 0 82002 1 3 2 表 速器 各數(shù)據(jù) 項目 液壓馬達(dá) 軸 軸 轉(zhuǎn)速 (r/1000 率 ( 轉(zhuǎn)矩 (N m) m m m 傳動比 效率 速器齒輪傳動的設(shè)計計算 速軸齒輪的設(shè)計計算 度等級、材料及齒數(shù) （ 1）根據(jù)之前傳動方式的選擇，選用直齒圓柱齒輪。 （ 2）機器人要求傳動平穩(wěn)，速度不高，選用 7 級精度 (0095 （ 3）材料選擇。由機械設(shè)計表 10擇小齒輪材料為 40質(zhì) )，硬度為 280齒輪材料為 45 鋼 (調(diào)質(zhì) )，硬度為 2