【正文】 ..........................................32 結(jié) 論 ................................................................................................................33 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................34 致 謝 ................................................................................................................35 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 1章 緒 論 課題背景及研究的目的和意義 輪轂制造業(yè)屬于勞動(dòng)密集型的行業(yè)，除了繁重的體力工作外，幾乎每個(gè)工序都存在著對(duì)人體有害的污染源和潛在的工傷事故 :熱加工工序燙灼傷的危險(xiǎn)，大量易燃易爆燃料及消耗材料時(shí)時(shí)刻刻威脅著操作手的安全 。在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的控制系統(tǒng)，采用 PC+DSP 運(yùn)動(dòng)控制卡的控制方式，確定了控制系統(tǒng)的總體方案，設(shè)計(jì)了 PCI 總線接口電路和 DSP。 本文設(shè)計(jì)和研究了一個(gè)六自由度的工業(yè)機(jī)器人，用于生產(chǎn)線的進(jìn)送料和裝配。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 在當(dāng)今輪轂制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。首先，本文對(duì)生產(chǎn)線布局進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)的工作效率，然后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)了機(jī)器人的整體方 案和具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，選擇了合適的傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)了機(jī)器人的底座、大臂、小臂和手部的結(jié)構(gòu)；并且對(duì)機(jī)器人的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，機(jī)器人為六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人，全部采用轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)處采用電機(jī)，減速機(jī)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)自由度，從而實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)。 關(guān)鍵詞 : 六自由度 工業(yè)機(jī) 器人 ； 生產(chǎn)線 ； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng) ； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 各位如果需要此設(shè)計(jì)的全套內(nèi)容（包括二維圖紙、中英文翻譯、完整版論文、程序、答辯 PPT）可加695939903，如果需要代做也請(qǐng)加上述 ,代做免費(fèi)講解。鋁液除氣除渣產(chǎn)生的有毒煙塵，機(jī)加工冷卻液的有害蒸汽，以及涂裝工序液體漆、粉漆、前處理藥液等等都會(huì)嚴(yán)重影響工人的健康 。 [1] 針對(duì)原有輪轂生產(chǎn)線存在的勞動(dòng)強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率低，粗加工加工尺寸不穩(wěn)定等問(wèn)題，通過(guò)工業(yè)機(jī)器人及新的 數(shù)控加工設(shè)備，不僅有效解決了輪轂大小頭軸承孔同軸度，大小頭螺孔位置度的質(zhì)量問(wèn)題，滿足用戶圖紙的要求，而且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率將近一倍，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。 在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用著工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人的定義為：“一種自動(dòng)定 位控制、可重復(fù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)?！辈僮鳈C(jī)定義為：“具有和人的手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。 機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程 產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。通過(guò)本設(shè)計(jì)可以使學(xué)生在實(shí)際課題設(shè)計(jì)中對(duì)生產(chǎn)加工，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)械手及其控制等知識(shí)得到切實(shí)的鍛煉。在亞洲，日、韓企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)起步較早，形成了鮮明的地域特色。 中國(guó)大陸企業(yè)之所以不重視這方面的發(fā)展，首先是由于近幾十年的慣性思維使然。另外的原 因是企業(yè)管理者僵化的思維。 機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程，并在 自動(dòng)控制下執(zhí)行某種操作或移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置。機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用正受到越來(lái)越多的國(guó)家的重視。 我國(guó)是從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始涉足機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的。 1987 年，我國(guó)的“ 863”計(jì)劃將機(jī)器人方面的研究列入其中。最初我國(guó)在機(jī)器人技術(shù)方面的主要目的是跟蹤國(guó)際先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，隨后，我國(guó)在機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用方面取得了很大成就。 [3] 我國(guó)目前擁有機(jī)器人 4000 臺(tái)左右，主要在工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)用，而全世界應(yīng)用機(jī)器人數(shù)量為 83 萬(wàn)臺(tái)，其中主要集中在美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家。 目前，在國(guó)內(nèi)外各種機(jī)器人的研究的現(xiàn)狀和大體趨勢(shì)如下： A．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 B．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度 提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 D．關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門(mén)式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、 模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開(kāi)發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)； E．焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本文設(shè)計(jì)和研究了一個(gè)六自由度的工業(yè)機(jī)器人，用于生產(chǎn)線的進(jìn) 送料和裝配。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 2章 生產(chǎn)線布局及 總體方案的確定 生產(chǎn)線布局方案 如圖 21 所示， 采取兩車床相臨，與加工中心依次排布的布局方式； 圖 21 生產(chǎn)線布局圖 機(jī)械手 1. 雙爪（手指為兩個(gè)夾持機(jī)構(gòu)） 2. 機(jī)械手的自由度 （ 1）機(jī)械手手部?jī)蓚€(gè)自由度（回轉(zhuǎn)） （ 2）手腕一個(gè)自由度（兩個(gè)回轉(zhuǎn)） （ 3）手臂一個(gè)自由度（回轉(zhuǎn)） （ 4）機(jī)身兩 個(gè)自由度（兩個(gè)回轉(zhuǎn)） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 工作流程 ：由機(jī)械手將工件從傳送帶取下，夾持工件外圓，固定到車床一上、夾緊，進(jìn)行工序一； ，機(jī)械手再次從傳送帶上取下工件，存放在手上； ，由機(jī)械手的另一只手將工件取下，將存放手上的工件固定車床一，進(jìn)行工序一； ，將從車床一取下的工件調(diào)頭撐內(nèi)孔固定到車床二上，進(jìn)行工序二； 4； ，進(jìn)行工序三； ，機(jī)械手將工件取出反 轉(zhuǎn)，重新固定，進(jìn)行工序四； ，機(jī)械手將成品件從加工中心取出，放到出料傳送帶上； 9 重復(fù)流程 5~8。 圖 22 工序流程圖 方案預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)： 方案最大的特點(diǎn)是采用了雙爪機(jī)構(gòu)（手指為兩個(gè)夾持機(jī)構(gòu)），在生產(chǎn)流程中，省去了等待工序一加工完才可夾持下一工件的時(shí)間和各個(gè)工序之間所需的時(shí)間間隙，雙抓舉手實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的不間歇生產(chǎn)，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。我們主要從以下幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行研究： (1） 可達(dá)空間的范圍。 (3) 自由度的選取。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人 可 分為直角坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、 球坐標(biāo)型機(jī)器人和開(kāi)鏈連桿式機(jī)器人。 2. 具有很高的可達(dá)性。 3. 因?yàn)闆](méi)有移動(dòng)關(guān)節(jié)，所以不需要導(dǎo)軌。 4. 所需關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩小，能量消耗少。 機(jī)器人本體由機(jī)座、腰部、大臂、 小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)裝置組成。 驅(qū)動(dòng)方式的選擇 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)可分為氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等多種類型。 三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見(jiàn)表 21。 傳動(dòng)方案的選擇 傳動(dòng)方式的選擇是指選擇驅(qū)動(dòng)源以及傳動(dòng)裝置與關(guān)節(jié)部件的連接形式和驅(qū)動(dòng)方式。 （ 1） 直接連接傳動(dòng)。 （ 2） 遠(yuǎn)距離連接傳動(dòng)。 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 輸出功率 很大 大 較大 控制性能 利 用 液 體 的 不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無(wú)級(jí)調(diào) 速 ， 反 應(yīng) 靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 氣體壓縮性大，精度 低， 阻尼效 果差 ，低 速不易 控制 ，難 以實(shí)現(xiàn) 高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)源經(jīng)一個(gè)速比遠(yuǎn)大于 1的機(jī)械傳動(dòng)裝置與關(guān)節(jié)相連。驅(qū)動(dòng)源不經(jīng)過(guò)中間環(huán)節(jié)或經(jīng)過(guò)一個(gè)速比等于 1的機(jī)械傳動(dòng)這樣 的中間環(huán)節(jié)與關(guān)節(jié)相 連。 綜上所述，本課題采用圖 23中的 a)方式， 即直接連接傳動(dòng)，間接驅(qū)動(dòng)。 整個(gè)結(jié) 構(gòu)為空間關(guān)節(jié)型的， 本體由機(jī)座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)裝置組成。 圖 24 六自由度機(jī)械臂簡(jiǎn)圖 手爪是機(jī)械臂中的比較重要的部件，采用了氣動(dòng)夾持器。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動(dòng)手爪的抓取運(yùn)動(dòng)具有一定的柔順性，這一點(diǎn)是抓取動(dòng)作十分需要的。在連接處，采用高強(qiáng)度的螺栓連接，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)處，選用了高精度的軸承，使得運(yùn)轉(zhuǎn)很靈活，磨損小。這幾種機(jī)器 人專用軸承具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，精度高、剛度大，承載能力強(qiáng)（可承受徑向力、軸向力、傾覆力矩）和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。在電機(jī)的布置上，考慮盡量將電機(jī)放置在相應(yīng)的操作臂的前端，這樣可以減小扭矩，同時(shí)也可以起到重力平衡的作用，但同時(shí)盡量避免過(guò)長(zhǎng)的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)固定在箱體 上。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （ 3） 大臂部件 :包括大臂和連桿。 （ 5） 手腕部件：包括手腕殼體、傳動(dòng)齒輪和機(jī)械接口等。 整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，基本滿足設(shè)計(jì)要求。到目前為止，基于 PC 機(jī)控制系統(tǒng)一般包括單 PC 控制模式， PC+PC 的控制模式， PC+分布式控制器的控制模式， PC+DSP 運(yùn)動(dòng)控制卡的控制模式， PC+數(shù)據(jù)采集卡的控制模式， DSP 屬于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)，增強(qiáng)型哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，運(yùn)算速度極快 (超過(guò) 20MIPS)，為系統(tǒng)實(shí)時(shí)性提供了有力保障，也使復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)成為可能，特別是面向電機(jī)控制應(yīng)用的 DSP，它通過(guò)把一個(gè)高性能的 DSP 內(nèi)核和常用外圍設(shè)備集成為一個(gè)芯片的方法，將 DSP 的高速運(yùn) 算特性和優(yōu)化的控制特性結(jié)合起來(lái)，成為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)核