【正文】 Tianjin University of Technology and Education 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 學(xué)號(hào) ： 機(jī)自 0603— 41 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 副教授 二 〇 一 〇 年 六 月 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人組合模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 三自由度手臂結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì) Design of Modular System to an Industrial Robot —— ThreeDOF Arm Module Design 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)自 0603 班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 院 別： 機(jī)械工程學(xué)院 2021 年 6 月 3 摘 要 模塊化機(jī)器人系統(tǒng)不僅包括模塊化的機(jī)械硬件， 而且還包括模塊化電氣硬件、控制算法和軟件。將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行分解，拆分成若干個(gè)獨(dú)立的模塊，即將各種互相耦合在一起的因素分開，將多因素控制降階為單元素控制，是一種分解過程，也是一種創(chuàng)造過程，這是工業(yè)機(jī)器人采用組合式模 塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵步驟。而將分解的模塊再經(jīng)過優(yōu)化組合，特別是通過控制模塊、伺服模塊和執(zhí)行模塊的耦合，最終有機(jī)集成為一個(gè)系統(tǒng)，這又是一個(gè)關(guān)鍵步驟。模塊的合理劃分與重構(gòu)是機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)的重要研究?jī)?nèi)容。手臂包括手臂伸縮模塊、手臂的回轉(zhuǎn)模塊和定位模塊，實(shí)現(xiàn)手臂模塊的三個(gè)自由度。 關(guān)鍵詞 ： 模塊化；手臂模塊；伸縮位模塊；回轉(zhuǎn)模塊 4 ABSTRACT The modular robot system not only includes the modular mechanical hardware, but also includes the modular electricity hardware, the control algorithm and so on. To depose a plex system and split into several independent modules, that is deposing a variety of factors and separating the multifactor control to a single element of control .It is a deposition process, and also a creative is a key step in the modular structure design of industrial robots. The deposition of the module will be further optimized bination, in particular coupling the control module, servo module and the implementation of the module, and then integrate into a anic system, which is also a key step. Rational division of the module is a robot modular design and reconstruction of important research. Arm module includes expansion modules, rotary modules and positioning the arm modules, and the modules to achieve threeDOF arm module. Key Words： modular； arm module； expansion module； rotate module 5 目 錄 1 緒論 .................................................................................................................................... 6 工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介 ...................................................................................................... 6 工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用 ....................................................................... 6 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人 ....................................................................................... 7 工業(yè)機(jī)器人組合式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究 .............................................................. 7 組合式工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)思路 ....................................................................... 8 工業(yè)機(jī)器人組合式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................... 9 課題研究的意義 ......................................................................................... 11 2 模塊式工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) ...................................................................................... 12 模塊式工業(yè)機(jī)器人的任務(wù)和功能要求 ............................................................... 12 任務(wù)要求 .................................................................................................... 12 功能要求 .................................................................................................... 12 各種結(jié)構(gòu)形式的模塊 ........................................................................................... 12 工業(yè)機(jī)器人模塊的選擇 ....................................................................................... 14 模塊選擇的原則 ......................................................................................... 14 機(jī)械模塊的選擇 ......................................................................................... 15 模塊式工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................................... 16 3 手臂模塊 的具體設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 17 手臂模塊的整體設(shè)計(jì) ........................................................................................... 17 伸縮模塊的設(shè)計(jì) ................................................................................................... 18 回轉(zhuǎn)模塊 ............................................................................................................... 20 計(jì)算與校核 ........................................................................................................... 21 4 結(jié) 論 .......................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 28 致 謝 .............................................................................................................................. 29 英 文 .............................................................................................................................. 30 譯 文 .............................................................................................................................. 43 6 1 緒論 工業(yè)機(jī)器人 概述 工業(yè)機(jī)器人（簡(jiǎn)稱 IR）是廣泛適用的能夠自主動(dòng)作，且 多軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備。它們?cè)诒匾闆r下配備有傳感器，其動(dòng)作步驟包括靈活的，轉(zhuǎn)動(dòng)都是可編程控制的（即在工作過程中， 無需任何外力的干預(yù)）。它們通常配備有機(jī)械手、刀具或其它可裝配的 加工工具，以及能夠執(zhí)行搬運(yùn)操作與加工制造的任務(wù) ??1 。 工業(yè) 機(jī)器人 的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡(jiǎn)單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作 ??2 。 20 世紀(jì) 50 年代末，美國(guó)在機(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上，采用伺服機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作裝置，并將其稱為工業(yè)機(jī)器人； 60 年代初，美國(guó)研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用； 1969 年，美國(guó)通用汽車公司用 21臺(tái)工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車車身的自動(dòng)生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。 由于工業(yè)機(jī)器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)， 70 年代 起，常與數(shù)字控制機(jī)床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。 工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有 3～ 6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有 1～ 3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。 工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng)；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和 伸縮動(dòng)作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。 工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能，又可分 為點(diǎn) 型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只 能 制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)；連續(xù)