【正文】 摘 要機(jī)器人是一種集機(jī)械、電子、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。進(jìn)入80年代，隨著自動(dòng)化生產(chǎn)流水線以及柔性生產(chǎn)系統(tǒng)（FMS）和柔性自動(dòng)化（FA）在工業(yè)生產(chǎn)中的大量應(yīng)用，機(jī)器人發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。機(jī)器人的特點(diǎn)是能在自動(dòng)控制下通過(guò)編程完成目標(biāo)操作或移動(dòng)作業(yè)；機(jī)器人的構(gòu)造和性能體現(xiàn)了人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，特別是體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性以及機(jī)器的作業(yè)準(zhǔn)確性和在各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。綜觀機(jī)器人發(fā)展的歷史和高新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，可以斷言，機(jī)器人必將成為現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中不可缺少的必備工具。本文設(shè)計(jì)了一種關(guān)節(jié)式機(jī)器人，具有六個(gè)自由度，其中手腕關(guān)節(jié)具有三個(gè)自由度，其它的關(guān)節(jié)各具有一個(gè)自由度，各個(gè)關(guān)節(jié)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)主要介紹關(guān)于機(jī)器人的一些基本常識(shí)和原理，包括機(jī)器人的組成、分類和主要技術(shù)性能參數(shù)并參考通用型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行六自由度弧焊機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)從實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)可行方案進(jìn)行了充分論證，用Pro/Engineer 和AutoCAD 等軟件設(shè)計(jì)出了機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞: 六自由度；弧焊機(jī)器人；控制系統(tǒng)vABSTRACTThe robot is the mechanicalelectrical production which is posed of the technique of mechanical、electrical、sensor、control. Coming the 80 age, with the application of the automatic manufacture pipelining、flexible manufacture system and flexible automation, the robot will exert the profound influence on this. A characteristic of the robot is its ability to plete object manipulation or moving task through programming under the autocontrol. The constitution and performance of the robot embody each quality of the man and robot, especially the man’s intelligence and applicability as well as the veracity of the robot’s task and the ability of pleting task under each environment.A joint type robot was designed in this paper．It had six degrees of freedom．The wrist had three degrees of freedom and the other joints had three degrees of freedom．The painting robot’s joints were driven by motors．This scheme introduced some basic information and theory of the robots. It is included that the position of the robot, the group of the robot, and the main capability of technology. It consulted the structure of the mon robot to design the structure and puter control system of six degrees of freedom robot. After demonstrating the feasibility of robot mechanics, the article have designed the robot’s entity structure with Pro/engineer and AutoCAD and otherwise software from the matter of fact.KEYWORDS：Six degrees of freedom；Arc welding robot；Control system 目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒 論 1 機(jī)器人的定義及特點(diǎn) 1 機(jī)器人基本組成及技術(shù)參數(shù) 1 機(jī)器人的基本組成 1 機(jī)器人技術(shù)參數(shù) 2 機(jī)器人的分類及應(yīng)用 3 機(jī)器人的分類 3 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域及優(yōu)點(diǎn) 4第2章 機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 6 基本參數(shù)的確定 6 機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 手臂配置形式 7 位置檢測(cè)裝置的選擇 7 驅(qū)動(dòng)與控制方式選擇 7第3章 結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖 8第4章 操作機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 9 操作機(jī)結(jié)構(gòu)方案的對(duì)比分析及選擇 9 電機(jī)的選擇 9 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 10 選擇材料及精度等級(jí) 10 確定主要參數(shù) 10 強(qiáng)度校核 12 潤(rùn)滑 13 齒輪設(shè)計(jì) 13 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 14 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 16 軸及軸承設(shè)計(jì) 18 蝸桿軸及蝸輪軸設(shè)計(jì) 18 蝸桿軸及蝸輪軸校核 19 蝸桿軸校核 19 齒輪軸設(shè)計(jì)與校核 26 設(shè)計(jì) 26 蝸輪軸校核 26 軸承設(shè)計(jì)與校核 29 蝸桿軸軸承 29 蝸輪軸軸承 32 齒輪軸軸承 32 鍵設(shè)計(jì) 32 聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 33第5章 操作機(jī)提升機(jī)構(gòu) 34 傳動(dòng)方案的分析與選擇 34 綜述 34 螺旋傳動(dòng) 34 電機(jī)選擇 34 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 35 選材 35 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35 壓桿穩(wěn)定性核算 36 剛度的驗(yàn)算 36 聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 37第6章 手臂伸縮機(jī)構(gòu) 38 傳動(dòng)方案的分析與選擇 38 綜述 38 螺旋傳動(dòng) 38 電機(jī)選擇 38 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 38 選材 38 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 39 壓桿穩(wěn)定性核算 40 剛度的驗(yàn)算 40 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 41第7章 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 44結(jié) 論 45致 謝 46參考文獻(xiàn) 47第1章 緒論“機(jī)器人”(Robot)是1920年捷克作家卡雷爾卡佩克發(fā)表的科幻劇本《羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人》中塑造的形象。劇中，羅薩姆公司把機(jī)器人作為人類生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品推向市場(chǎng)，讓它去充當(dāng)勞動(dòng)力，以呆板的方式從事繁重的勞動(dòng)。后來(lái)，羅薩姆公司使機(jī)器人具有了感情，在工廠和家務(wù)勞動(dòng)中，機(jī)器人成了必不可少的成員。在劇本中，卡佩克把捷克語(yǔ)“ Robota ”(農(nóng)奴)寫(xiě)成了“Robot(機(jī)器人)。這也是人類社會(huì)首次使用“機(jī)器人”這一概念。1987年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了定義:“機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。”我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是:“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。宋健教授1999年7月5日在國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)第14屆大會(huì)報(bào)告中所指出的：“機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用是本世紀(jì)自動(dòng)控制最有說(shuō)服力的成就，是當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化?！?機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生根本性的變化，而且將對(duì)人類的社會(huì)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響?？茖W(xué)的進(jìn)步與技術(shù)的創(chuàng)新，為機(jī)器人的研究與應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的思路與空間。本次設(shè)計(jì)是對(duì)六自由度弧焊機(jī)器人的二維設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)研究所的一項(xiàng)科研項(xiàng)目。我所做的設(shè)計(jì)是在老師及其他同學(xué)的幫助下，同過(guò)運(yùn)用CAD軟件來(lái)完成。結(jié)合所學(xué)的本專業(yè)的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)，針對(duì)六自由度弧焊機(jī)器人的特點(diǎn)及功能要求進(jìn)行研究，在指導(dǎo)老師的幫助下進(jìn)行對(duì)該機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，這對(duì)我們是一種很好的鍛煉機(jī)會(huì)，而且也是對(duì)我們專業(yè)知識(shí)的檢驗(yàn)。我們可以找到自己的缺點(diǎn)和不足，并充實(shí)自己的知識(shí)。 機(jī)器人的概念機(jī)器人是一個(gè)在三維空間中具有較多自由度，并能實(shí)現(xiàn)較多擬人動(dòng)作和功能的機(jī)器，而機(jī)器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)器人。美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)提出的機(jī)器人定義為：“機(jī)器人是一種可重復(fù)編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)”。英國(guó)和日本機(jī)器人協(xié)會(huì)也采用了類似的定義。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1264390將機(jī)器人定義為：“機(jī)器人是一種能自動(dòng)定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)”。而將操作機(jī)定義為：“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置”。機(jī)器人系統(tǒng)一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元、控制裝置和為使機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)而要求的外部設(shè)備組成。 操作機(jī)操作機(jī)是機(jī)器人完成作業(yè)的實(shí)體，它具有和人手臂相似的動(dòng)作功能。通常由下列部分組成：（1）末端執(zhí)行器又稱手部 是機(jī)器人直接執(zhí)行工作的裝置，并可設(shè)置夾持器、工具、傳感器等，是機(jī)器人直接與工作對(duì)象接觸以完成作業(yè)的機(jī)構(gòu)。（2）手腕 是支承和調(diào)整末端執(zhí)行器姿態(tài)的部件，主要用來(lái)確定和改變末端執(zhí)行器的方位和擴(kuò)大手臂的動(dòng)作范圍，一般有2～3個(gè)回轉(zhuǎn)自由度以調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)。有些專用機(jī)器人可以沒(méi)有手腕而直接將末端執(zhí)行器安裝在手臂的端部。（3）手臂 它由機(jī)器人的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成，是用于支承和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器位置的部件。手臂有時(shí)包括肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)，即手臂與手臂間。手臂與機(jī)座間用關(guān)節(jié)連接，因而擴(kuò)大了末端執(zhí)行器姿態(tài)的變化范圍和運(yùn)動(dòng)范圍。（4）機(jī)座 有時(shí)稱為立柱，是機(jī)器人機(jī)構(gòu)中相對(duì)固定并承受相應(yīng)的力的基礎(chǔ)部件?？煞止潭ㄊ胶鸵苿?dòng)式兩類。 驅(qū)動(dòng)單元它是由驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)單元等組成的部件，是用來(lái)為操作機(jī)各部件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。 控制裝置它是由人對(duì)機(jī)器人的啟動(dòng)、停機(jī)及示教進(jìn)行操作的一種裝置，它指揮機(jī)器人按規(guī)定的要求動(dòng)作。 人工智能系統(tǒng)它由兩部分組成，一部分是感覺(jué)系統(tǒng)，另一部分為決策－規(guī)劃智能系統(tǒng)。 機(jī)器人的研究發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)器人有50至60年的發(fā)展歷史。1959年美國(guó)的發(fā)明家英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺(tái)機(jī)器人，機(jī)器人第一次出現(xiàn)在人們的視野中。英格伯格在大學(xué)時(shí)攻讀的伺服電機(jī)理論，伺服電機(jī)理論是一種研究機(jī)構(gòu)如何能更好地跟蹤控制信號(hào)的理論。德沃爾于1946年發(fā)明了一種可以“重演”記錄的運(yùn)動(dòng)的機(jī)器。德沃爾又于1954年獲得可編程機(jī)械手專利，這種機(jī)械手臂能夠按程序進(jìn)行工作，同時(shí)也可以根據(jù)不同的工作需要以及工作對(duì)象編制不同的控制程序，因此在實(shí)際工作中具有很好通用性和靈活性。英格伯格和德沃爾都是研究機(jī)器人的著名發(fā)明家，他們都認(rèn)為汽車工業(yè)是最適于用機(jī)器人的行業(yè)，因?yàn)槠囍圃煨袠I(yè)是用重型機(jī)器進(jìn)行工作的，而且生產(chǎn)過(guò)程比較固定。英格伯格和德沃爾又于1959年聯(lián)手制造出第一臺(tái)機(jī)器人。這種機(jī)器人外形類似于坦克炮塔，基座上安裝有一個(gè)大機(jī)械臂，大臂可繞軸在基座上轉(zhuǎn)動(dòng)，大臂的末端又可以伸出一個(gè)小機(jī)械臂，它相對(duì)大臂可以做伸縮運(yùn)動(dòng)。小臂的末端裝有一個(gè)手腕，可繞小臂的軸線旋轉(zhuǎn)。手腕的末端裝有機(jī)械手。這臺(tái)機(jī)器人成為世界上第一臺(tái)真