【正文】 摘 要機器人是一種集機械、電子、傳感技術、控制技術等多種現(xiàn)代技術于一體的機電一體化產品。進入80年代，隨著自動化生產流水線以及柔性生產系統(tǒng)（FMS）和柔性自動化（FA）在工業(yè)生產中的大量應用，機器人發(fā)揮著越來越重要的作用。機器人的特點是能在自動控制下通過編程完成目標操作或移動作業(yè)；機器人的構造和性能體現(xiàn)了人和機器各自的優(yōu)點，特別是體現(xiàn)了人的智能和適應性以及機器的作業(yè)準確性和在各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。綜觀機器人發(fā)展的歷史和高新技術的發(fā)展趨勢，可以斷言，機器人必將成為現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中不可缺少的必備工具。本文設計了一種關節(jié)式機器人，具有六個自由度，其中手腕關節(jié)具有三個自由度，其它的關節(jié)各具有一個自由度，各個關節(jié)采用電機驅動。本設計主要介紹關于機器人的一些基本常識和原理，包括機器人的組成、分類和主要技術性能參數(shù)并參考通用型機器人的結構，進行六自由度弧焊機器人的結構設計和其計算機控制系統(tǒng)的設計。本設計從實際情況出發(fā)，對機器人的機構可行方案進行了充分論證，用Pro/Engineer 和AutoCAD 等軟件設計出了機器人本體結構。關鍵詞: 六自由度；弧焊機器人；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 機器人的定義及特點 1 機器人基本組成及技術參數(shù) 1 機器人的基本組成 1 機器人技術參數(shù) 2 機器人的分類及應用 3 機器人的分類 3 機器人的應用領域及優(yōu)點 4第2章 機器人的總體設計 6 基本參數(shù)的確定 6 機器人主體結構設計 6 手臂配置形式 7 位置檢測裝置的選擇 7 驅動與控制方式選擇 7第3章 結構運動學簡圖 8第4章 操作機轉動機構 9 操作機結構方案的對比分析及選擇 9 電機的選擇 9 蝸輪蝸桿設計 10 選擇材料及精度等級 10 確定主要參數(shù) 10 強度校核 12 潤滑 13 齒輪設計 13 齒面接觸疲勞強度計算 14 齒根彎曲疲勞強度驗算 16 軸及軸承設計 18 蝸桿軸及蝸輪軸設計 18 蝸桿軸及蝸輪軸校核 19 蝸桿軸校核 19 齒輪軸設計與校核 26 設計 26 蝸輪軸校核 26 軸承設計與校核 29 蝸桿軸軸承 29 蝸輪軸軸承 32 齒輪軸軸承 32 鍵設計 32 聯(lián)軸器設計 33第5章 操作機提升機構 34 傳動方案的分析與選擇 34 綜述 34 螺旋傳動 34 電機選擇 34 螺旋傳動設計 35 選材 35 結構設計 35 壓桿穩(wěn)定性核算 36 剛度的驗算 36 聯(lián)軸器設計 37第6章 手臂伸縮機構 38 傳動方案的分析與選擇 38 綜述 38 螺旋傳動 38 電機選擇 38 螺旋傳動設計 38 選材 38 結構設計 39 壓桿穩(wěn)定性核算 40 剛度的驗算 40 帶傳動設計 41第7章 手腕轉動機構 44結 論 45致 謝 46參考文獻 47第1章 緒論“機器人”(Robot)是1920年捷克作家卡雷爾卡佩克發(fā)表的科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》中塑造的形象。劇中，羅薩姆公司把機器人作為人類生產的工業(yè)產品推向市場，讓它去充當勞動力，以呆板的方式從事繁重的勞動。后來，羅薩姆公司使機器人具有了感情，在工廠和家務勞動中，機器人成了必不可少的成員。在劇本中，卡佩克把捷克語“ Robota ”(農奴)寫成了“Robot(機器人)。這也是人類社會首次使用“機器人”這一概念。1987年國際標準化組織對機器人進行了定義:“機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機?！蔽覈茖W家對機器人的定義是:“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機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、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。宋健教授1999年7月5日在國際自動控制聯(lián)合會第14屆大會報告中所指出的：“機器人學的進步和應用是本世紀自動控制最有說服力的成就，是當代最高意義上的自動化。” 機器人技術的出現(xiàn)與發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產面貌發(fā)生根本性的變化，而且將對人類的社會生活產生深遠的影響?？茖W的進步與技術的創(chuàng)新，為機器人的研究與應用開辟了廣闊的思路與空間。本次設計是對六自由度弧焊機器人的二維設計，該設計是機械設計研究所的一項科研項目。我所做的設計是在老師及其他同學的幫助下，同過運用CAD軟件來完成。結合所學的本專業(yè)的機械基礎知識，針對六自由度弧焊機器人的特點及功能要求進行研究，在指導老師的幫助下進行對該機械產品的設計，這對我們是一種很好的鍛煉機會，而且也是對我們專業(yè)知識的檢驗。我們可以找到自己的缺點和不足，并充實自己的知識。 機器人的概念機器人是一個在三維空間中具有較多自由度，并能實現(xiàn)較多擬人動作和功能的機器，而機器人則是在工業(yè)生產上應用的機器人。美國機器人工業(yè)協(xié)會提出的機器人定義為：“機器人是一種可重復編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機”。英國和日本機器人協(xié)會也采用了類似的定義。我國的國家標準GB/T1264390將機器人定義為：“機器人是一種能自動定位控制、可重復編程的、多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)”。而將操作機定義為：“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進行其它操作的機械裝置”。機器人系統(tǒng)一般由操作機、驅動單元、控制裝置和為使機器人進行作業(yè)而要求的外部設備組成。 操作機操作機是機器人完成作業(yè)的實體，它具有和人手臂相似的動作功能。通常由下列部分組成：（1）末端執(zhí)行器又稱手部 是機器人直接執(zhí)行工作的裝置，并可設置夾持器、工具、傳感器等，是機器人直接與工作對象接觸以完成作業(yè)的機構。（2）手腕 是支承和調整末端執(zhí)行器姿態(tài)的部件，主要用來確定和改變末端執(zhí)行器的方位和擴大手臂的動作范圍，一般有2～3個回轉自由度以調整末端執(zhí)行器的姿態(tài)。有些專用機器人可以沒有手腕而直接將末端執(zhí)行器安裝在手臂的端部。（3）手臂 它由機器人的動力關節(jié)和連接桿件等構成，是用于支承和調整手腕和末端執(zhí)行器位置的部件。手臂有時包括肘關節(jié)和肩關節(jié)，即手臂與手臂間。手臂與機座間用關節(jié)連接，因而擴大了末端執(zhí)行器姿態(tài)的變化范圍和運動范圍。（4）機座 有時稱為立柱，是機器人機構中相對固定并承受相應的力的基礎部件?？煞止潭ㄊ胶鸵苿邮絻深?。 驅動單元它是由驅動器、檢測單元等組成的部件，是用來為操作機各部件提供動力和運動的裝置。 控制裝置它是由人對機器人的啟動、停機及示教進行操作的一種裝置，它指揮機器人按規(guī)定的要求動作。 人工智能系統(tǒng)它由兩部分組成，一部分是感覺系統(tǒng)，另一部分為決策－規(guī)劃智能系統(tǒng)。 機器人的研究發(fā)展現(xiàn)狀機器人有50至60年的發(fā)展歷史。1959年美國的發(fā)明家英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺機器人，機器人第一次出現(xiàn)在人們的視野中。英格伯格在大學時攻讀的伺服電機理論，伺服電機理論是一種研究機構如何能更好地跟蹤控制信號的理論。德沃爾于1946年發(fā)明了一種可以“重演”記錄的運動的機器。德沃爾又于1954年獲得可編程機械手專利，這種機械手臂能夠按程序進行工作，同時也可以根據(jù)不同的工作需要以及工作對象編制不同的控制程序，因此在實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器人的著名發(fā)明家，他們都認為汽車工業(yè)是最適于用機器人的行業(yè)，因為汽車制造行業(yè)是用重型機器進行工作的，而且生產過程比較固定。英格伯格和德沃爾又于1959年聯(lián)手制造出第一臺機器人。這種機器人外形類似于坦克炮塔，基座上安裝有一個大機械臂，大臂可繞軸在基座上轉動，大臂的末端又可以伸出一個小機械臂，它相對大臂可以做伸縮運動。小臂的末端裝有一個手腕，可繞小臂的軸線旋轉。手腕的末端裝有機械手。這臺機器人成為世界上第一臺真