【正文】 .............. 48 SGMGH系列 1500 轉電機 ........................................................................................48 III7 自由度工業(yè)機器人機械結構設計 SGMPH系列 3000 轉電機.........................................................................................49 本章小結 ........................................................................................................... 51 第四章 7 自由度工業(yè)機器人三維結構設計 ........................................................................52 機器人各個關節(jié)三維圖 ................................................................................... 52 底座造型圖 ...............................................................................................................52 S腰部回轉關節(jié)造型圖 ..............................................................................................53 L小臂擺動關節(jié)造型圖 ..............................................................................................56 E大臂回轉關節(jié)造型圖 ..............................................................................................60 U臂部俯仰關節(jié)造型圖..............................................................................................60 R腕部扭轉關節(jié)造型圖..............................................................................................61 B腕部俯仰關節(jié)造型圖..............................................................................................62 機器人裝配圖 ................................................................................................... 65 本章小結 ........................................................................................................... 66 第五章 結論和展望 ....................................................................................................................67 結論 ................................................................................................................... 67 技術經(jīng)濟分析報告 ........................................................................................... 68 技術可行性分析 .......................................................................................................69 技術優(yōu)越性分析 .......................................................................................................69 展望 ................................................................................................................... 69 參考文獻 ......................................................................................................................... 71 致 謝 ............................................................................................................................. 73 聲 明 ............................................................................................................................. 74 IV7 自由度工業(yè)機器人機械結構設計 第一章 緒論 課題背景 [1][2][3]機器人是典型的機電一體化裝備，除了在制造業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、海洋開發(fā)、航天工程等方面得到了越來越廣泛的應用之外，也滲透到人們生活的各個方面，隨著工業(yè)機器人向更深、更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應用范圍還在不斷地擴大。機器人產(chǎn)品技術附加值很高，應用范圍很廣，機器人產(chǎn)業(yè)是正在快速成長中的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。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)的新的大型高技術產(chǎn)業(yè)。在這樣的背景下，機器人技術與相關方面人才的需求也迅速增加，各高校也相應加大了對機器人技術人才的培養(yǎng)力度 。 研究并開發(fā)機器人是一項極其具有價值的科研工作。 工業(yè)機器人 一般需要六個自由度,它是機器人在工 作空間內,達到任意位置和方向所需要的最少的數(shù)量。然而，六自由度機器人在跟蹤特定位置和方向的能力受到很大的 限制。因此,通 過增加自由度的 辦法來提高它 的靈活性，大大 地克服了六自由度機器人受到奇異構形空間、障礙物、關節(jié)運動極限和電機的轉矩極限等一系列運動學和動力學問題的限制。因此，七自由度冗余手臂是智能化機器人的一個重要主題，而且有資料顯示，未來的通用機器人一般應至少具有七個自由度 。 從“七五”科技攻關開始，我國將工業(yè)機器人及應用工程作為研究開發(fā)重點之一，經(jīng)過研制、生產(chǎn)、應用，實現(xiàn)了中國機器人產(chǎn)業(yè)“從無到有”?！笆濉逼陂g是我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個關鍵轉折點。經(jīng)過多年的研究開發(fā)，我國的機器人技術已日趨成熟；市場需求在“十五”初期也有了一個“井噴式”的發(fā)展，此外我國業(yè)已形成了幾家具有一定競爭力的機器人公司和產(chǎn)業(yè)化基地。 但是，從整體上來說，我國機器人產(chǎn)業(yè)還很薄弱，機器人研究仍然任重而道遠。我國市場上機器人總共擁有量近萬臺，僅占全球總量的 %，其中完全國產(chǎn)機器人行業(yè)集中度僅占 30%，其余皆為從日本、美國、瑞典、德國、意大利等20 多個國家引進。究其原因，很大程度在于自主品牌不夠，發(fā)展壯大自主品牌及其自動化成套裝備產(chǎn)業(yè)成為當務之急 。 由于常年以來發(fā)達國家對我國的技術封鎖，尤其是對我國的工業(yè)技術部門。 因此對能應用于各行各業(yè)的 7 自由度工業(yè)機器人，我國有必要自主研制和開發(fā)。 17 自由度工業(yè)機器人機械結構設計 國內外工業(yè)機器人的發(fā)展概況 國內外工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀 機器人是最典型的機電一體化裝備，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)展起越來越重要的作用。據(jù)UNECE (聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會)和IFR (國際機器人聯(lián)合會)統(tǒng)計，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90年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年銷售量增長率平均在10%左右；2004年增長率達到了創(chuàng)記錄的20%，其中,亞洲機器人增長幅度最為突出,增長43%，如圖11所示。 UNECE估計,2004年全球至少安裝了10萬臺新的工業(yè)機器人。其中： 歐盟31100臺(比2003年增加15%,但比2001年的記錄僅增加1%)； 北美16100臺(比2003年增加27%,比2000年的記錄高24%)； 亞洲51400臺,主要在日本,但中國市場增長迅速(比2003年增長24%)。 圖11 2003年制造業(yè)中每1萬名雇員擁有工業(yè)機器人的數(shù)量 在國外，工業(yè)機器人技術日趨成熟，已經(jīng)成為一種標準設備被工業(yè)界廣泛應用。從而，相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機器人公司，它們包括：瑞典的ABB Robotics， 日本 的FANUC、 Yaskawa，德 國的 KUKA Roboter， 美國的 Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、ST Robotics，意大利的COMAU，英國的AutoTech Robotics，加拿大的Jcd International Robotics，以色列的Robogroup Tek公司，這些公司已經(jīng)成為其所在地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)。 日本素有“機器人王國”之稱，其工業(yè)機器人的發(fā)展令人矚目，無論機器人的27 自由度工業(yè)機器人機械結構設計 [4][5]數(shù)量還是機器人的密度都位居世界第一。日本安川電機(Yaskawa Electric Co.)自1977年研 制出第一臺全電 動工業(yè)機器人 以來，已有29年 的機器人研發(fā)生 產(chǎn)的歷史,旗下?lián)碛蠱otoman美國、瑞典、德 國以及Synetics Solutions美國公司等子公司，至今共生產(chǎn)13000 多臺機器人產(chǎn)品，而最近2年生產(chǎn)的機 器人30000多臺，超過了其他機器人制造 公司。2005年4月,該公司宣布將投資4 億日元,建造一個新的機器人制造廠，已于200 5年11月運行 ，2006年1月達到滿負荷生產(chǎn)。目 前，該公司每月工業(yè)機器人生產(chǎn)能力達到2000臺。安川電機核心工業(yè)機器人產(chǎn)品包括：點焊和弧焊機器人、油漆和處理機器人、LCD玻璃板傳輸機器人和半導體晶片傳輸機器人等。該公司是將工業(yè)機器人應用到半導體生產(chǎn)領域的最早廠商之一。2004年該公司機器人銷售收入為1051億日元，占該公司營業(yè)總收入3096億日元的34% 。 德國KUKA Roboter Gmbh公司位于德國奧格斯堡,是世界幾家頂級工業(yè)機器人制造商之一，1973年研制開發(fā)了KUKA的第一臺工業(yè)機器人。該公司工業(yè)機器人年產(chǎn)量接近10000臺，至今已在全球安裝了60000臺工業(yè)機器人。這些機器人廣泛應用在儀器、汽車、航天、食品、制藥、醫(yī)學、鑄造、塑料等領域。 中國首鋼莫托曼機器人有限公司由中國首鋼總公司、日本株式會社安川電機和日本巖谷產(chǎn)業(yè)株式會社共同投資組建,三方出資比例分別為45%、43%和12%,引進日本株式會社安川電機最新UP系列機器人生產(chǎn)技術生產(chǎn)SG—MOTOMAN機器人，并設計制造應用于汽車、摩托車、工程機械、化工等行業(yè)的焊接、噴漆、裝配、研磨、切割和搬運等領域的機器人、機器人工作站等。該公司目前是國內最大、最先進的機器人生產(chǎn)基地,年生產(chǎn)能力為800臺。但是，中國的首鋼莫托曼機器人工業(yè)主要是進口日本工業(yè)機器人，只是在國內進行組裝而已。沈陽新松機器人自動化股份有限公司是由中國科學院沈陽自動化所為主發(fā)起人投資組建的高技術公司，是機器人國家工程研究中心、國家八六三計劃智能機器人主題產(chǎn)業(yè)化基地、國家高技術研究發(fā)展計劃成果產(chǎn)業(yè)化基地、國家高技術研究發(fā)展計劃成果產(chǎn)業(yè)化基地。該公司是在國內率先通過ISO9001國際質量保證體系認證的機器人企業(yè),并在《福布斯》2005年最新發(fā) 布的“中國 潛力100榜” 上名列第48位 。其產(chǎn)品包 括：rh6弧焊 機器人、rd120點焊機器人及水切割、激光加工、排險、澆注等特種機器人 。 我國的機器人研究始于二十世紀 70 年代。經(jīng)過近 20 年努力，特別是經(jīng)過“七五”攻關、“863”計劃，取得了一批重要成果，掌握了機器人控制系統(tǒng)硬件設計、軟件設計、機器人語言等技術。 37 自由度工業(yè)機器人機械結構設計 [6]鑒于上述國內外形勢，國家七五科技攻關計劃將工業(yè)機器人和水下機