【正文】 45 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 五軸機(jī)器人主體 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 參考文獻(xiàn) ［ 1］潘麗霞 .論工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用 [J].山西科技 ,2020,25(3):2223. ［ 2］畢勝 .國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 [J].機(jī)械工程師， 2020， (7):57. ［ 3］姚志良 .我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的幾點(diǎn)思考 [J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用， 2020,(3):2829. ［ 4］金茂菁，曲忠萍，張桂華 .世紀(jì)之交國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) [J].國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體 化技術(shù)， 2020,4(2):1215. ［ 5］中國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展訪談 [J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用， 2020,(5):16. ［ 6］工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀淺談 [J].北京 :自動(dòng)化博覽， 2020,24(2):5455. ［ 7］馬秀峰 . 機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué) [M ] . 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 ,1989. ［ 8］楊紅梅等 . 在機(jī)械加工中多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂與工件干涉問(wèn)題的研究 [J] .遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào) , 1998, ( 5) .： 5863. ［ 9］李守軍，陳穎．西門子 CP340 模塊在天津城市供水過(guò)程中的應(yīng)用［ J］．水電自動(dòng)化與大 壩監(jiān)測(cè)， 2020， 30（ 2）： 75－ 77． ［ 10］ 孫海維． SIMATIC 可編程控制器及應(yīng)用［ M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020． ［ 11］ 滿永奎．通用變頻器及其應(yīng)用［ M］，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1995． ［ 12］喻偉闖． 基于 PLC 的三自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［ J］ ． 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2020 （ 11）： 155－ 157． ［ 13］姜曉勇， 倪敬， 張蕓， 等． 多自由度火車車輪生產(chǎn)機(jī)械手設(shè)計(jì)［ J］ ． 機(jī)電工程， 2020 （ 12）： 89－ 91． ［ 14］呂景泉． 自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試［ M］ ． 北京： 中國(guó)鐵道出版社， 2020． ［ 15］張同蘇．亞龍培訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)［ Z］ ． 亞龍科技集團(tuán)有限公司， 2020． ［ 16］霍偉 . 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與控制 [M ]. 高等教育出版社 , 2020 ［ 17］姜哲 , 金奕江等譯 . 人工智能一種現(xiàn)代方法 (第二版 ) [M]. 人民郵電出版社 , 2020 ［ 18］侯國(guó)柱 , 孔慶忠 . 一關(guān)節(jié)型機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及雅可比矩陣求解 [J]. 寧夏工程技術(shù) , 2020, 47 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 6 ( 1): 14 ~ 17 ［ 19］ Lu GM, Sun L N, Zhang B. K inema tics analys is of the DOF rehabilitant mechanical arm[ J]. Journal of Harbin Institute of Technology ( New Series), 2020, 38( 5): 698~ 701 ［ 20］ Xie J, Qiang W Y. Inverse kinematics problem for DOF space manipulator based on the they of screws [ A ]. Proceedings of the 2020 IEEE International Conference on Robotics and Biao mime tics [ C], Sanya. 2020: 1659~ 1663 ［ 21］ Bilge G, et al. Mechanical and electrical design of a four wheel drive, four wheel steer mobile manipulator with PA210 arm[ J ].Institute of Electrical and Electronics Engineers Computer Society, 2020, 2: 1777~ 1782 ［ 22］ Danevit J, Harte berg R S. A kinematic notation for lower pair chains based on matrices [ J]. A SM E Journal of App lied Mechanics, 1995, 22: 215~ 221 48 。今 后進(jìn)一步的研究方向主要在提高精度方面，其研究空間也是很大的，例如，在傳動(dòng) 方面， ,可以選擇精度更高的滾珠絲杠傳動(dòng)，在電機(jī)控制方面選用 plc 控制系統(tǒng)，使 機(jī)械動(dòng)作精 度更高。 展望 本設(shè)計(jì)中五軸機(jī)器人的設(shè)計(jì)有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是本設(shè)計(jì)的 結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)、裝 配簡(jiǎn)單，成本較低。主要完成了以下幾個(gè)任務(wù)： （ 1）五軸機(jī)器人的外形設(shè)計(jì) （ 2）五軸機(jī)器人關(guān)節(jié)臂的設(shè)計(jì) （ 3）電機(jī)選型及運(yùn)動(dòng)仿真 在機(jī)器人的研究過(guò)程中實(shí)驗(yàn)和仿真是了解它的有效途徑。其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò) 化和智能化的程度越來(lái)越高，功能也越來(lái)越強(qiáng) ，正在向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā) 展。目前，工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造 業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造 業(yè)等領(lǐng)域中。 44 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 第六章 總結(jié)與展望 總結(jié) 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。由于 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度快，可以大大提高空程運(yùn)行速度，減少空程時(shí)間，使生產(chǎn)節(jié)拍得以 提高，所以工業(yè)用機(jī)械手的市場(chǎng)應(yīng)用前景非常光明。使用機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu) 夾持焊槍，并采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，次品減少，產(chǎn)品一致性 好，并且可以改善工作條件和環(huán)境，將工人從原來(lái)的繁重體力勞動(dòng)中、惡劣的工作 環(huán)境中解脫出來(lái) 。 中國(guó)加入世貿(mào)組織后，客觀上也迫使國(guó)內(nèi)企業(yè)加快技術(shù)發(fā)展步伐，以提高企業(yè) 自動(dòng)化水平， 增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。基于這種原因，中國(guó) 對(duì)機(jī)器人的 市場(chǎng)需求越來(lái) 越大。另外，在工業(yè)機(jī)器人的需 求上，中國(guó)將同國(guó)際市場(chǎng)需求趨勢(shì)基本一致，即以機(jī)器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)取代單臺(tái)機(jī) 器人。 隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、工業(yè)自動(dòng)化水平的提升，中國(guó)機(jī) 器人市場(chǎng)潛力日益 增大，到 2020 年，中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)容量將達(dá)十幾萬(wàn)臺(tái)（套）。 圖 添加關(guān)節(jié)電機(jī) 42 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 電機(jī)設(shè)置 43 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 第五章 市場(chǎng)前景 市場(chǎng)分析 近幾年來(lái)，機(jī)器人及機(jī)械手的開(kāi)發(fā)研制取得了顯著的進(jìn)展，并朝著商用化的道 路迅速邁進(jìn) 。接下來(lái) 就是對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真部分的工作了。如圖 圖 裝配端蓋 進(jìn)行機(jī)器人夾持部分的裝配。如圖 圖 裝配機(jī)器人手腕 整體 結(jié)構(gòu)安裝 完成后， 對(duì)機(jī)器人 前臂和后 臂上的 帶輪進(jìn)行 傳送帶安 裝。如圖 圖 調(diào)取零件 進(jìn)行 機(jī)器人前 臂的裝配 和控制機(jī) 器人手腕 的電機(jī) 的裝配以 及控制機(jī) 器人前臂 的帶輪的裝配。如圖 圖 調(diào)取帶輪 進(jìn)行帶輪的裝配。如圖 圖 裝配電機(jī) 3 電機(jī) 3裝配完成后進(jìn)行對(duì)機(jī)器人后臂控制的電機(jī) 4 裝配。如圖 圖 裝配后臂 進(jìn)行機(jī)器人后臂上帶輪的裝配。如圖 圖 底座與立柱的裝配 裝配完成后，打開(kāi)機(jī)器人后臂零件圖進(jìn)行下一步裝配。如圖 圖 裝配電機(jī)和前端蓋調(diào)取 安裝完成后將此裝配圖保存。如圖 圖 調(diào)取零件 將選擇出的電機(jī) 1 安裝在機(jī)器人手腕機(jī)構(gòu)內(nèi)。如 圖 圖 調(diào)取卡軸 機(jī)器人立柱部分就裝配完成了。如圖 圖 裝配后蓋 后端蓋安裝完成后，對(duì)機(jī)器人立柱 前端蓋進(jìn)行安裝。如圖 圖 調(diào)取立柱 安裝已經(jīng)選好的電機(jī) 5。如圖 圖 solidworks裝配圖界面 第二部是從已經(jīng)做好 的零件中選擇零件進(jìn)行機(jī)器人手腕、機(jī)器人前臂、機(jī)器人 后臂、機(jī)器人立柱和機(jī)器人底座的拼裝。 機(jī)器人底座設(shè)計(jì) 圖 、 是機(jī)器人底座的 結(jié)構(gòu)圖和尺寸圖 機(jī)器人底座是承載機(jī)器人以上所有關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)，立柱的旋轉(zhuǎn)連接也是連接在底 座上，底座還有固定機(jī)器人的作用，使機(jī)器人更穩(wěn)定的工作。 圖 24 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 圖 圖 、 為機(jī)器人立柱前端 蓋結(jié)構(gòu)圖和尺寸圖 圖 25 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 圖 圖 、圖 是機(jī)器人立柱后端蓋結(jié)構(gòu)圖和尺寸圖。 圖 23 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 圖 機(jī)器人立柱設(shè)計(jì) 圖 、圖 是機(jī)器人立柱的結(jié)構(gòu)圖和尺寸圖 機(jī)器人立柱是連接機(jī)器人后臂和機(jī)器人底座的連接機(jī)構(gòu)。 機(jī)器人后臂是連接機(jī)器人前臂和機(jī)器人立柱的機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是安裝控制機(jī)器人 前臂和機(jī)器人立柱電機(jī)、減速器、帶輪、同步傳動(dòng)帶的裝置，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的主要 連接部分。 機(jī)器人前臂外端蓋是對(duì)機(jī)器人前臂內(nèi)電機(jī)、減速器、同步傳送帶、帶輪等保護(hù) 的裝置，也方便于日后的檢修和維護(hù)。 機(jī) 器 人前臂是 與機(jī)器人 手腕和機(jī) 器人后臂 連接的 機(jī)構(gòu)，控 制機(jī)器人 手腕的電 機(jī)、減速器、同步傳送帶帶輪和傳送帶都要安裝在機(jī)械前臂中，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的主 要連接部分。 機(jī)器人手腕的后端是安裝電機(jī)和與后端機(jī)器人前臂連接的機(jī)構(gòu)。 前端蓋是安裝完電機(jī)后的保護(hù)蓋，對(duì) 電機(jī)進(jìn)行保護(hù)與前端的氣壓機(jī)械手相連。 (2) 設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)械臂最前端的抓舉重量為 5k g，依此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算出機(jī)械 臂每個(gè)關(guān)節(jié)的具體參數(shù)。 根據(jù)減速比選擇能配合松下 MSMA 系列的 ECT行星減速機(jī) PB 系列 PB60 減速機(jī) 減速器的減速比為 111。＜ 3 得 R＞ 104 輸出轉(zhuǎn)速 =,滿足要求。 假設(shè)減速比為 R，則折算到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載慣量為 5850/R178。/8 =5850kg （ 5）電機(jī) 5（電機(jī) 5為控制機(jī)器人立柱旋轉(zhuǎn)的電機(jī)）及減速器選型，如圖 電機(jī) 尺寸圖 M=13kg D=60cm n=25r/min Jl=MD178。 所以選松下 MSMA 系列（小慣量） 100w 型電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。 按照負(fù)載慣量＜ 3 倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 JM 的原則 如果選擇 100w 電機(jī)，查松下 A系列伺服電機(jī)手冊(cè)（圖 ）得： JM= 則 1045/R178。 cm178。 =10 36/8+10 10178。 14 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 五軸機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 =MD178。 根據(jù)減速比選擇能配合松下 MSMA 系列的 ECT行星減速機(jī) PB 系列 PB40 減速機(jī) 減速器的減速比為 100。＜ 3 得 R＞ 80 輸出轉(zhuǎn)速 n=,滿足要求。 假設(shè)減速比為 R，則折算到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載慣量為 684/R178。 =36+648 =684kg/8+md178。 （ 3）電機(jī) 3（電機(jī) 3為控制機(jī)器人前臂旋轉(zhuǎn)的電機(jī)）及減速器選型，如圖 電機(jī) 尺寸圖 M=8kg D=6cm n=30r/min