【正文】 支承手臂的部件，其作用是帶動(dòng)臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動(dòng)。（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。A、 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成抓取工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、機(jī)身等。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用。這種機(jī)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(rèn)識(shí)自身和周圍的環(huán)境，識(shí)別對(duì)象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從1980年開始進(jìn)入了實(shí)用階段，不久即將普及應(yīng)用。第二代機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡單到復(fù)雜，由初級(jí)到高級(jí)逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代：第一代工業(yè)機(jī)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(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)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(dòng)作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個(gè)國家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。關(guān)鍵詞：三自由度，圓柱坐標(biāo)，工業(yè)機(jī)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(biāo)型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，學(xué)號(hào)：2001121622，姓名：小三 指導(dǎo)老師：孫二娘第一章 緒論機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。本設(shè)計(jì)為三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，其工作方向?yàn)閮蓚€(gè)直線方向和一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。哇哈哈大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）書題目三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)（中英文）The design for three degrees of freedom cylindrical industrial robot作者姓名所在專業(yè)所在班級(jí)申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)學(xué)士指導(dǎo)教師職稱答辯時(shí)間20**年 06月 11日目　錄 中文摘要 ……………………………………………………………………………………… 2Abstract ……………………………………………………………………………………… 2第1章 緒論 ……‥………………………………………………………………………… 3第2章 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 3 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 …………………………………………… 3 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析 ……………………………………………………………… 4 設(shè)計(jì)要求 ………………………………………………………………………… 5 總體方案擬定 …………………………………………………………………… 5 工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) ………………………………………………… 5第3章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 6 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析 ……………………………………………………… 6 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)概述 ……………………………………………………………… 6 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過程分析 ……………………………………………………… 7 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 8 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………………… 8 手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 11 腰部和基座設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 12 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) ‥……………………………………………… 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(jī)器人的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 ……………………………………………… 20 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及對(duì)控制功能的基本要求 ‥……………………… 21 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 ……………………………………………………… 22 硬件電路的組成 ………………………………………………………………… 22第5章 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)應(yīng)采取的安全措施 …………………………………………… 22 安全要求 ………………………………………………………………………… 22 實(shí)施方法 …………………………………………………………………………… 23鳴謝 ……………………………………………………………………………………… 23參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………… 24附外文翻譯中文摘要在工業(yè)上，自動(dòng)控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人是相對(duì)較新的電子設(shè)備，它正開始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。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(dòng)作,本文是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的介紹和總結(jié)。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)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。目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。參考國外的定義，結(jié)合我國的習(xí)慣用語，對(duì)工業(yè)機(jī)器人作如下定義：工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)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(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。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(shí)讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進(jìn)行反饋的能力。第三代工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人。并且能跟蹤工作對(duì)象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。第2章 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 圖21 工業(yè)機(jī)器人的組成圖 它主要由機(jī)械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))、控制檢測(cè)系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。（1） 手部：又稱手爪或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。（3） 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負(fù)荷，并把它傳遞到預(yù)定的位置。B、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置。C、 控制系統(tǒng)：通過對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖22 各部分關(guān)系圖 設(shè)計(jì)要求綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),搜集有關(guān)資料獨(dú)立完成三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)工作。零件尺寸：內(nèi)孔 ￠100，壁厚 10，高 100。 總體方案擬定 在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動(dòng)是最主要的功能。本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展開的。圖23 機(jī)器人外形圖　工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)性能參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是說明其規(guī)格和性能的具體指標(biāo)。這項(xiàng)參數(shù)與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，一般是指在正常速度下所抓取的重量。C、 坐標(biāo)形式和自由度：說明機(jī)器人機(jī)身、手部、腕部等共有的自由度數(shù)及它們組成的坐標(biāo)系特征。根據(jù)運(yùn)動(dòng)行程范圍和坐標(biāo)形式就可確定機(jī)器人的工作范圍。通常所指的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)器人的最大運(yùn)動(dòng)速度。目前，國內(nèi)外機(jī)器人的最大直線移動(dòng)速度為1000mm/s左右，一般為200～400mm/s；回轉(zhuǎn)速度最大為180186。/s。G、 編程方式和存儲(chǔ)容量。表11機(jī)械手類型三自由度圓柱坐標(biāo)型抓取重量自由度3個(gè)（1個(gè)回轉(zhuǎn)2個(gè)移動(dòng)）機(jī)座長120mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角180176。 如圖21所示，為工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的簡圖。 本設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人具有四轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副兩種運(yùn)動(dòng)副，具有手臂伸降，旋轉(zhuǎn)，前后往復(fù)三自由度。 圖32 工作空間圖（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)類型 圓柱坐標(biāo)型為本設(shè)計(jì)所采用方案，這種運(yùn)動(dòng)形式是通過一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（代號(hào)RPP），工作空間圖形為圓柱形。 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過程分析 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過程中各動(dòng)作如圖33和表31。 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是用來抓持工件或工具的部件。 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問題：a. 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工件的重力外，還應(yīng)考慮工件在傳送過程中的動(dòng)載荷。其大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且應(yīng)注意手部接近工件的運(yùn)動(dòng)路線及其方位的影響。d. 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動(dòng)夾緊，它的結(jié)構(gòu)形式如圖24。該種夾持器多用于內(nèi)孔薄壁零件的夾持。表32 冶金設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓油技術(shù)規(guī)格缸 徑 /mm活塞桿直徑 /mm油口直徑速度比通徑/mm聯(lián)接螺紋 2 40222810b． 夾緊力校驗(yàn)1）零件的計(jì)算. 取G=27（N）2） 緊力的計(jì)算：要夾持住零件必須滿足條件： f為手指與工件的靜摩擦系數(shù)，工件材料為45號(hào)鋼，手指為鋼材，查《機(jī)械零件手冊(cè)》 表25 f=，N為作用在零件內(nèi)壁上壓緊力，G為零件重力。 取p=500(N).按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》公式 415 D為汽缸的內(nèi)徑(m)，P為工作壓力（Pa）,由《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表91負(fù)載F/N 50005000～1000010000～2000020000～3000030000～5000050000工作壓力p/MPa～1～2～33～44～55～7取p=。所以該液壓缸能夠滿足要求。當(dāng)彈性手工作時(shí)，由于夾緊過程具有彈性，就可以避免易損零件被抓傷，變形和破損。 則彈簧爪截面上的剪應(yīng)力為[τ]=30MPa，τ=Q/A= 故彈性爪滿足強(qiáng)度要求。c、 盡量減小手臂重量和相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和偏重力矩，以減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷；減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。采用緩沖和限位裝置提高定位精度。它的結(jié)構(gòu)如下圖。 伸縮液壓油缸的選擇選液壓缸型號(hào)為YHG1C50/28100LJ1HL1Q，它的主要技術(shù)參數(shù)如表23。工件重量為：。LAB －QLAB － Q在B處的彎應(yīng)力為：σB= MB/A= 安全。采用了雙導(dǎo)柱導(dǎo)向，以防止手臂在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。該種設(shè)計(jì)采用了環(huán)形軸承的機(jī)器人支承結(jié)構(gòu)。這種諧波減速器只有剛輪柔輪7和諧波發(fā)生器8三大件，而無單獨(dú)的外殼（這種結(jié)構(gòu)有利于傳動(dòng)系統(tǒng)的小型化、輕型化）。齒形皮帶傳動(dòng)4和位置傳感器6作為機(jī)座用來檢測(cè)手臂機(jī)座的角位移。表34 各種驅(qū)動(dòng)方式比較比較內(nèi) 容驅(qū)動(dòng)方式機(jī)械傳動(dòng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)氣壓傳動(dòng)液壓傳