【正文】 本科生畢業(yè)論文題目三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人設(shè)計目　錄 中文摘要 ……………………………………………………………………………………… 2Abstract ……………………………………………………………………………………… 2第1章 緒論 ……‥………………………………………………………………………… 3第2章 工業(yè)機器人的總體設(shè)計 …………………………………………………………… 3 工業(yè)機器人的組成及各部分關(guān)系概述 …………………………………………… 3 工業(yè)機器人的設(shè)計分析 ……………………………………………………………… 4 設(shè)計要求 ………………………………………………………………………… 5 總體方案擬定 …………………………………………………………………… 5 工業(yè)機器人的主要技術(shù)參數(shù) ………………………………………………… 5第3章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計 ……………………………………………………… 6 工業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析 ……………………………………………………… 6 機器人的運動概述 ……………………………………………………………… 6 機器人的運動過程分析 ……………………………………………………… 7 工業(yè)機器人的執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計 ……………………………………………………… 8 末端執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計 ……………………………………………………………… 8 手臂機構(gòu)設(shè)計 ………………………………………………………………… 11 腰部和基座設(shè)計 ………………………………………………………………… 12 工業(yè)機器人的機械傳動裝置設(shè)計 ‥……………………………………………… 18 滾珠絲杠的選擇 ………………………………………………………………… 18 諧波齒輪的選擇 ………………………………………………………………… 19 聯(lián)軸器的選擇 ………………………………………………………………… 20第4章 工業(yè)機器人的計算機控制系統(tǒng)概述 ……………………………………………… 20 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點及對控制功能的基本要求 ‥……………………… 21 計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計方案 ……………………………………………………… 22 硬件電路的組成 ………………………………………………………………… 22第5章 工業(yè)機器人運行時應(yīng)采取的安全措施 …………………………………………… 22 安全要求 ………………………………………………………………………… 22 實施方法 …………………………………………………………………………… 23鳴謝 ……………………………………………………………………………………… 23參考文獻 ………………………………………………………………………………… 24附外文翻譯中文摘要在工業(yè)上，自動控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動化機床控制，計算機系統(tǒng)，機器人等。而工業(yè)機器人是相對較新的電子設(shè)備，它正開始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。本設(shè)計為三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人，其工作方向為兩個直線方向和一個旋轉(zhuǎn)方向。在控制器的作用下，它執(zhí)行將工件從一條流水線拿到另一條流水線這一簡單的動作,本文是對整個設(shè)計工作較全面的介紹和總結(jié)。關(guān)鍵詞：三自由度，圓柱坐標，工業(yè)機器人Abstract Industrially, automatic control systems are found in numerous applications, such as automation machine tool control, puter systems and robotics. Industrial robots are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry. This scheme introduced a cylindrical robot for three degree of freedom. It is posed of two linear axes and one rotary axis current control only allows these devices move from one assembly line to other assembly line in space, perform relatively simple taskes. This paper is more prehensive introduction and summingup for the for the whole design work.Key words ：three degrees of freedom, cylindrical, Industrial robot 三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人設(shè)計專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化，學(xué)號：2001121622，姓名：小三 指導(dǎo)老師：孫二娘第一章 緒論機器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機械工程、電子工程、計算機工程、自動控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我 國科技界跟蹤國際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個國家科技水平和經(jīng)濟實力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。目前，工業(yè)機器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給工業(yè)機器人下的定義：工業(yè)機器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運材料，傳遞工件。參考國外的定義，結(jié)合我國的習(xí)慣用語，對工業(yè)機器人作如下定義：工業(yè)機器人是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機械。主要用于加工自動線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。工業(yè)機器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來的信號，自動進行各種操作。工業(yè)機器人的發(fā)展，由簡單到復(fù)雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代：第一代工業(yè)機器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機器人是帶感覺的機器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機器人要復(fù)雜得多，這種機器人從1980年開始進入了實用階段，不久即將普及應(yīng)用。第三代工業(yè)機器人即智能機器人。這種機器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用。第2章 工業(yè)機器人的總體設(shè)計 工業(yè)機器人的組成及各部分關(guān)系概述 圖21 工業(yè)機器人的組成圖 它主要由機械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。A、 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機器人完成抓取工件，實現(xiàn)各種運動所必需的機械部件，它包括手部、腕部、機身等。（1） 手部：又稱手爪或抓取機構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。（2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。（3） 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負荷，并把它傳遞到預(yù)定的位置。（4） 機身：是支承手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運動。B、 驅(qū)動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅(qū)動其動力的裝置。常用的機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。C、 控制系統(tǒng)：通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作，當(dāng)發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。D、 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機構(gòu)的運動情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進行比較，以保證運動符合要求。圖22 各部分關(guān)系圖 設(shè)計要求綜合運用所學(xué)知識,搜集有關(guān)資料獨立完成三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人操作機和驅(qū)動單元的設(shè)計工作。原始數(shù)據(jù)：自動線上有Ａ，需設(shè)計工業(yè)機器人將一零件從A帶送到B帶。零件尺寸：內(nèi)孔 ￠100，壁厚 10，高 100。零件材料：45鋼。 總體方案擬定 在工業(yè)機器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的伺服控制驅(qū)動。本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標型工業(yè)機器人，利用步進電機驅(qū)動和諧波齒輪傳動來實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)運動；利用另一臺步進電機驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實現(xiàn)上下運動；考慮到本設(shè)計中的機器人工作范圍不大，故利用液壓缸驅(qū)動實現(xiàn)手臂的伸縮運動；末端夾持器則采用內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動夾緊。圖23 機器人外形圖　工業(yè)機器人主要技術(shù)性能參數(shù)工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)是說明其規(guī)格和性能的具體指標。主要技術(shù)參數(shù)有如下：A、 抓取重量：抓取重量是用來表明機器人負荷能力的技術(shù)參數(shù)，這是一項主要參數(shù)。這項參數(shù)與機器人的運動速度有關(guān)，一般是指在正常速度下所抓取的重量。B、 抓取工件的極限尺寸：抓取工件的極限尺寸是用來表明機器人抓取功能的技術(shù)參數(shù)，它是設(shè)計手部的基礎(chǔ)。C、 坐標形式和自由度：說明機器人機身、手部、腕部等共有的自由度數(shù)及它們組成的坐標系特征。D、 運動行程范圍：指執(zhí)行機構(gòu)直線移動距離或回轉(zhuǎn)角度的范圍，即各運動自由度的運動量。根據(jù)運動行程范圍和坐標形式就可確定機器人的工作范圍。E、 運動速度：是反映機器人性能的重要參數(shù)。通常所指的運動速度是機器人的最大運動速度。它與抓取重量、定位精度等參數(shù)密切有關(guān)，互相影響。目前，國內(nèi)外機器人的最大直線移動速度為1000mm/s左右，一般為200～400mm/s；回轉(zhuǎn)速度最大為180186。/s，一般為50186。/s。F、 定位精度和重復(fù)定位精度：定位精度和重復(fù)定位精度是衡量機器人工作質(zhì)量的一項重要指標。G、 編程方式和存儲容量。 本設(shè)計中的三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人的有關(guān)技術(shù)參數(shù)見表11。表11機械手類型三自由度圓柱坐標型抓取重量自由度3個（1個回轉(zhuǎn)2個移動）機座長120mm，回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn)角180176。，步進電機驅(qū)動 單片機控制腰部機構(gòu)長680mm，伸縮運動，升降范圍450mm，步進電機驅(qū)動 單片機控制手臂機構(gòu)長826mm，伸縮運動，伸縮范圍50mm，液壓缸驅(qū)動 行程開關(guān)控制末端執(zhí)行器液壓缸驅(qū)動 行程開關(guān)控制第3章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計 工業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析 機器人的運動概述 工業(yè)機器人的運動，可從工業(yè)機器人的自由度，工作空間和機械結(jié)構(gòu)類型等三方面來討論。 如圖21所示，為工業(yè)機器人機構(gòu)的簡圖。圖31 機構(gòu)簡圖a．工業(yè)機器人的運動自由度 所謂機器人的運動自由度是指確定一個機器人操作位置時所需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，它是表示機器人動作靈活程度的參數(shù)。 本設(shè)計的工業(yè)機器人具有四轉(zhuǎn)動副和移動副兩種運動副，具有手臂伸降，旋轉(zhuǎn)，前后往復(fù)三自由度。 b．機器人的工作空間和機械結(jié)構(gòu)類型 （1）工作空間 工作空間是指機器人正常運行時，手部參考點能在空間活動的最大范圍，是機器人的主要技術(shù)參數(shù)，工作空間圖如圖32。 圖32 工作空間圖（2）機械結(jié)構(gòu)類型 圓柱坐標型為本設(shè)計所采用方案，這種運動形式是通過一個轉(zhuǎn)動，兩個移動，共三個自由度組成的運動系統(tǒng)（代號RPP），工作空間圖形為圓柱形。它與直角坐標型比較，在相同的工作條件下，機體占體積小，而運動范圍大。 機器人的運動過程分析 工業(yè)機器人的運動過程中各動作如圖33和表31。 圖33 表31機器人開機，處于A位工步一手臂上升工步二，工步七，工步十三旋轉(zhuǎn)至B位工步三手臂伸出工步四, 工步十手臂下降工步五，工步十一夾緊工件工步六手臂收縮工步八，工步十四旋轉(zhuǎn)至C位工步九放松工件工步十二實現(xiàn)運動過程中的各工步是由工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)和各種檢測原件來實現(xiàn)的，這里尤其要強調(diào)的是機器人對工件的定位夾緊的準確性，這是本次設(shè)計成敗之關(guān)鍵所在。 末端執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計 工業(yè)機器人的末端執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計是用來抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、準確和牢靠程度都將直接影響到工業(yè)機械手的工作性能，它是工業(yè)機械手的關(guān)鍵部件之一。 設(shè)計時要注意的問題：