【正文】 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真摘要工業(yè)機(jī)器人是一種集多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備，隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。雖然近年來我國工業(yè)機(jī)器人的需求量逐年增加，但目前國產(chǎn)的機(jī)器人大多還需要進(jìn)口，這與我國快速的發(fā)展的工業(yè)水平不相適應(yīng)。本文以FESTO柔性生產(chǎn)線裝配工作站的三菱工業(yè)機(jī)器人為基礎(chǔ)，針對五軸工業(yè)機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)；機(jī)器人主體機(jī)構(gòu)三維建模；機(jī)器人關(guān)鍵零部件的三維建模和工程圖繪制；通過機(jī)器人手腕、前臂、后臂、立柱和底座這幾部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真，探討在solidworks軟件環(huán)境下, 建立了機(jī)械手臂的三維實(shí)體建模、虛擬裝配、動(dòng)態(tài)模擬和干涉檢查,并運(yùn)用solidworks的motion模塊進(jìn)行機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)仿真,實(shí)現(xiàn)Solidworks軟件環(huán)境下機(jī)械手臂的虛擬設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人采用交流伺服電機(jī)及帶傳動(dòng)的工作方式，機(jī)器人傳動(dòng)環(huán)節(jié)減少，結(jié)構(gòu)簡單，提高了系統(tǒng)的精度，減少維護(hù)工作量，同時(shí)也簡化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真模擬、solidworksIV五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真AbstractThe industrial robot is a set of advanced technologies in the integration of multidisciplinaryimportant modern manufacturing equipment, with the development of science and technology, theindustrial robot applications are constantly expanding. Although in recent years the demand robot ofour country increases year by year, but at present homebred robot also need to be imported, and thisdoes not suit to China39。s rapid industrial development level.This paper is based on the Mitsubishi industrial robot of FESTO flexible manufacture systemassembly workstation based on five axis robot, structure design, including the movement of eachjoint motor and transmission mechanism design of the robot body mechanism。 3D modeling。 robotkey parts of the 3D modeling and engineering drawing。 through the robot wrist, forearm, arm acolumn and a base, the parts of the structure design and the movement simulation, discusses in theSolidWorks software environment, to establish a mechanical arm of the 3D solid modeling, virtualassembly, dynamic simulation and interference check, and by using the SolidWorks motion modulefor mechanical arm movement simulation, implementation of Solidworks software environment forvirtual design of mechanical arm. The design of the industrial robot driven by AC servo motor andbelt transmission mode, the robot transmission link is reduced, and has the advantages of simplestructure, improve the precision of the system, reduces the maintenance workload, but also simplifiesthe production process, reduce the production cost.Key words: industrial robot, structure design, simulation, SolidWorksV五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真目錄第一章 緒 論 ........................................................1 選題背景 .......................................................1 國內(nèi)外研究綜述 .................................................2 研究現(xiàn)狀 .......................................................4 研究意義 .......................................................7第二章 設(shè)計(jì)選型 .......................................................8 機(jī)構(gòu)選型 .......................................................8 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) .......................................................... 8 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ..................................................10 控制機(jī)構(gòu)...................................................11 電機(jī)選型 ......................................................13第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) ..................................................18 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ......................................................18 機(jī)器人手腕設(shè)計(jì) .............................................18 機(jī)器人前臂設(shè)計(jì) .............................................20 機(jī)器人后臂設(shè)計(jì) .............................................22 機(jī)器人立柱設(shè)計(jì) .............................................24 機(jī)器人底座設(shè)計(jì) .............................................27 第四章 機(jī)器人裝配及運(yùn)動(dòng)仿真 ..........................................29 機(jī)器人裝配 ....................................................29 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真 ................................................42第五章 市場前景 ......................................................44 市場分析 ......................................................44第六章 總結(jié)與展望 ....................................................45 總結(jié) ..........................................................45 展望 ..........................................................45致 謝 ................................................................46參考文獻(xiàn) .............................................................47VI五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真第一章 緒 論 選題背景工業(yè)機(jī)器人是一種集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。我國工業(yè)機(jī)器人研究開始于20世紀(jì)80 年代中期，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)、引進(jìn)到自主開發(fā)的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了我國制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展［1］。但隨著我國門戶的逐漸開放， 國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨著越來越大的競爭與沖擊。雖然我國機(jī)器人的需求量逐年增加，但目前生產(chǎn)的機(jī)器人還很難達(dá)到所要求的質(zhì)量，很多機(jī)器人的關(guān)鍵部件還需要進(jìn)口。所以目前來說，我國還處在一個(gè)機(jī)器人消費(fèi)型的國家。我國現(xiàn)有的機(jī)器人研究開發(fā)和應(yīng)用的工程單位超過200家，其中從事工業(yè)機(jī)器人研究和應(yīng)用的超過80 家?；菊莆樟瞬僮鳈C(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人，目前生產(chǎn)的各類工業(yè)機(jī)器人中有90%以上用于生產(chǎn)中［2］。近年，我國機(jī)器人市場保有量將增至48600 臺，年銷售額約90 多億元。根據(jù)發(fā)達(dá)國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展與升級的歷程和工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢預(yù)測，到2015 年，我國機(jī)器人市場容量將達(dá)十幾萬臺套［3］。現(xiàn)代制造業(yè)中, 自動(dòng)化程度要求非常高, 各種機(jī)械手臂在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)線中扮演著十分重要的角色。例如, 挖掘機(jī)本身就是一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂、汽車生 產(chǎn) 過 程 中 的 噴 漆 機(jī) 器 人 、 海 洋 水 下 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 安 裝 時(shí) 用 到 的 ROV(RemotelyOperated Vehicles)等, 各種設(shè)備中機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵技術(shù)［4］。在機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)及控制過程中, 機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)軌跡及作業(yè)空間是關(guān)鍵的參數(shù), 目前求解的方法主要有解析法、圖解法、數(shù)值法等。解析法表達(dá)式過于復(fù)雜,直觀性不強(qiáng), 不適于工程實(shí)際應(yīng)用；圖解法采用正投影原理, 把機(jī)械手的作業(yè)空間問題轉(zhuǎn)化為平面幾何問題來處理, 得到的是作業(yè)空間的各類剖截面或剖截線。這種方法直觀性強(qiáng), 但受到自由度數(shù)目的限制, 當(dāng)關(guān)節(jié)數(shù)較多時(shí)圖解過程就變得非常復(fù)雜, 必須進(jìn)行分組處理；數(shù)值法首先計(jì)算機(jī)械手作業(yè)空間邊界曲面上的特征點(diǎn),然后用這些點(diǎn)構(gòu)成的線表示機(jī)械手的邊界曲線, 最后用這些邊界曲線構(gòu)成的面來1五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真表示機(jī)械手的邊界曲面, 此方法通用性強(qiáng),但計(jì)算量非常大［5］。本文以五自由度機(jī)械手臂為例, 探討在solidworks軟件環(huán)境下, 建立機(jī)械手臂的三維實(shí)體建模、虛擬裝配、動(dòng)態(tài)模擬、干涉檢查, 并運(yùn)用solidworks的motion模塊進(jìn)行機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)仿真, 以期仿真出機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)軌跡及作業(yè)空間, 實(shí)現(xiàn)Solidworks軟件環(huán)境下機(jī)械手臂的虛擬設(shè)計(jì)。 國內(nèi)外研究綜述隨著工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的深度和廣度， 以及機(jī)器人智能水平的提高，工業(yè)機(jī)器人已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。自從20 世紀(jì)60 年代初人類創(chuàng)造了第一臺工業(yè)機(jī)器人以后，工業(yè)機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，在短短50 年的時(shí)間中，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展［6］。目