【正文】 .............. 48 SGMGH系列 1500 轉(zhuǎn)電機(jī) ........................................................................................48 III7 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) SGMPH系列 3000 轉(zhuǎn)電機(jī).........................................................................................49 本章小結(jié) ........................................................................................................... 51 第四章 7 自由度工業(yè)機(jī)器人三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................................52 機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)三維圖 ................................................................................... 52 底座造型圖 ...............................................................................................................52 S腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)造型圖 ..............................................................................................53 L小臂擺動(dòng)關(guān)節(jié)造型圖 ..............................................................................................56 E大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)造型圖 ..............................................................................................60 U臂部俯仰關(guān)節(jié)造型圖..............................................................................................60 R腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)造型圖..............................................................................................61 B腕部俯仰關(guān)節(jié)造型圖..............................................................................................62 機(jī)器人裝配圖 ................................................................................................... 65 本章小結(jié) ........................................................................................................... 66 第五章 結(jié)論和展望 ....................................................................................................................67 結(jié)論 ................................................................................................................... 67 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告 ........................................................................................... 68 技術(shù)可行性分析 .......................................................................................................69 技術(shù)優(yōu)越性分析 .......................................................................................................69 展望 ................................................................................................................... 69 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 71 致 謝 ............................................................................................................................. 73 聲 明 ............................................................................................................................. 74 IV7 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 課題背景 [1][2][3]機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝備，除了在制造業(yè)、農(nóng)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(yīng)用之外，也滲透到人們生活的各個(gè)方面，隨著工業(yè)機(jī)器人向更深、更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范圍還在不斷地?cái)U(kuò)大。機(jī)器人產(chǎn)品技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是正在快速成長(zhǎng)中的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起越來越重要的作用。國(guó)外專家預(yù)測(cè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。在這樣的背景下，機(jī)器人技術(shù)與相關(guān)方面人才的需求也迅速增加，各高校也相應(yīng)加大了對(duì)機(jī)器人技術(shù)人才的培養(yǎng)力度 。 研究并開發(fā)機(jī)器人是一項(xiàng)極其具有價(jià)值的科研工作。 工業(yè)機(jī)器人 一般需要六個(gè)自由度,它是機(jī)器人在工 作空間內(nèi),達(dá)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(jī)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(jī)器人受到奇異構(gòu)形空間、障礙物、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)極限和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩極限等一系列運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題的限制。因此，七自由度冗余手臂是智能化機(jī)器人的一個(gè)重要主題，而且有資料顯示，未來的通用機(jī)器人一般應(yīng)至少具有七個(gè)自由度 。 從“七五”科技攻關(guān)開始，我國(guó)將工業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用工程作為研究開發(fā)重點(diǎn)之一，經(jīng)過研制、生產(chǎn)、應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“從無到有”。“十五”期間是我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。經(jīng)過多年的研究開發(fā)，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)已日趨成熟；市場(chǎng)需求在“十五”初期也有了一個(gè)“井噴式”的發(fā)展，此外我國(guó)業(yè)已形成了幾家具有一定競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)器人公司和產(chǎn)業(yè)化基地。 但是，從整體上來說，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還很薄弱，機(jī)器人研究仍然任重而道遠(yuǎn)。我國(guó)市場(chǎng)上機(jī)器人總共擁有量近萬臺(tái)，僅占全球總量的 %，其中完全國(guó)產(chǎn)機(jī)器人行業(yè)集中度僅占 30%，其余皆為從日本、美國(guó)、瑞典、德國(guó)、意大利等20 多個(gè)國(guó)家引進(jìn)。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(dòng)化成套裝備產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)務(wù)之急 。 由于常年以來發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖，尤其是對(duì)我國(guó)的工業(yè)技術(shù)部門。 因此對(duì)能應(yīng)用于各行各業(yè)的 7 自由度工業(yè)機(jī)器人，我國(guó)有必要自主研制和開發(fā)。 17 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展概況 國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè),將對(duì) 未來生產(chǎn)和社會(huì) 發(fā)展起越來越重要的作用。據(jù)UNECE (聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì))和IFR (國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì))統(tǒng)計(jì)，從20世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長(zhǎng)的良好勢(shì)頭，進(jìn)入90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年銷售量增長(zhǎng)率平均在10%左右；2004年增長(zhǎng)率達(dá)到了創(chuàng)記錄的20%，其中,亞洲機(jī)器人增長(zhǎng)幅度最為突出,增長(zhǎng)43%，如圖11所示。 UNECE估計(jì),2004年全球至少安裝了10萬臺(tái)新的工業(yè)機(jī)器人。其中： 歐盟31100臺(tái)(比2003年增加15%,但比2001年的記錄僅增加1%)； 北美16100臺(tái)(比2003年增加27%,比2000年的記錄高24%)； 亞洲51400臺(tái),主要在日本,但中國(guó)市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速(比2003年增長(zhǎng)24%)。 圖11 2003年制造業(yè)中每1萬名雇員擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量 在國(guó)外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。從而，相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機(jī)器人公司，它們包括：瑞典的ABB Robotics， 日本 的FANUC、 Yaskawa，德 國(guó)的 KUKA Roboter， 美國(guó)的 Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、ST Robotics，意大利的COMAU，英國(guó)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(jī)器人王國(guó)”之稱，其工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展令人矚目，無論機(jī)器人的27 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [4][5]數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一。日本安川電機(jī)(Yaskawa Electric Co.)自1977年研 制出第一臺(tái)全電 動(dòng)工業(yè)機(jī)器人 以來，已有29年 的機(jī)器人研發(fā)生 產(chǎn)的歷史,旗下?lián)碛蠱otoman美國(guó)、瑞典、德 國(guó)以及Synetics Solutions美國(guó)公司等子公司，至今共生產(chǎn)13000 多臺(tái)機(jī)器人產(chǎn)品，而最近2年生產(chǎn)的機(jī) 器人30000多臺(tái)，超過了其他機(jī)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(gè)新的機(jī)器人制造廠，已于200 5年11月運(yùn)行 ，2006年1月達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)。目 前，該公司每月工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)能力達(dá)到2000臺(tái)。安川電機(jī)核心工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品包括：點(diǎn)焊和弧焊機(jī)器人、油漆和處理機(jī)器人、LCD玻璃板傳輸機(jī)器人和半導(dǎo)體晶片傳輸機(jī)器人等。該公司是將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域的最早廠商之一。2004年該公司機(jī)器人銷售收入為1051億日元，占該公司營(yíng)業(yè)總收入3096億日元的34% 。 德國(guó)KUKA Roboter Gmbh公司位于德國(guó)奧格斯堡,是世界幾家頂級(jí)工業(yè)機(jī)器人制造商之一，1973年研制開發(fā)了KUKA的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。該公司工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量接近10000臺(tái)，至今已在全球安裝了60000臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。這些機(jī)器人廣泛應(yīng)用在儀器、汽車、航天、食品、制藥、醫(yī)學(xué)、鑄造、塑料等領(lǐng)域。 中國(guó)首鋼莫托曼機(jī)器人有限公司由中國(guó)首鋼總公司、日本株式會(huì)社安川電機(jī)和日本巖谷產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社共同投資組建,三方出資比例分別為45%、43%和12%,引進(jìn)日本株式會(huì)社安川電機(jī)最新UP系列機(jī)器人生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)SG—MOTOMAN機(jī)器人，并設(shè)計(jì)制造應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機(jī)械、化工等行業(yè)的焊接、噴漆、裝配、研磨、切割和搬運(yùn)等領(lǐng)域的機(jī)器人、機(jī)器人工作站等。該公司目前是國(guó)內(nèi)最大、最先進(jìn)的機(jī)器人生產(chǎn)基地,年生產(chǎn)能力為800臺(tái)。但是，中國(guó)的首鋼莫托曼機(jī)器人工業(yè)主要是進(jìn)口日本工業(yè)機(jī)器人，只是在國(guó)內(nèi)進(jìn)行組裝而已。沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司是由中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化所為主發(fā)起人投資組建的高技術(shù)公司，是機(jī)器人國(guó)家工程研究中心、國(guó)家八六三計(jì)劃智能機(jī)器人主題產(chǎn)業(yè)化基地、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃成果產(chǎn)業(yè)化基地、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃成果產(chǎn)業(yè)化基地。該公司是在國(guó)內(nèi)率先通過ISO9001國(guó)際質(zhì)量保證體系認(rèn)證的機(jī)器人企業(yè),并在《福布斯》2005年最新發(fā) 布的“中國(guó) 潛力100榜” 上名列第48位 。其產(chǎn)品包 括：rh6弧焊 機(jī)器人、rd120點(diǎn)焊機(jī)器人及水切割、激光加工、排險(xiǎn)、澆注等特種機(jī)器人 。 我國(guó)的機(jī)器人研究始于二十世紀(jì) 70 年代。經(jīng)過近 20 年努力，特別是經(jīng)過“七五”攻關(guān)、“863”計(jì)劃，取得了一批重要成果，掌握了機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、機(jī)器人語言等技術(shù)。 37 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [6]鑒于上述國(guó)內(nèi)外形勢(shì)，國(guó)家七五科技攻關(guān)計(jì)劃將工業(yè)機(jī)器人和水下機(jī)