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三自由度工業機器人

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更新時間：2016-02-27
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三自由度工業機器人.rar
目錄
摘要---------------------------------------------------------Ⅰ
引言--------------------------------------------------------------------1
第一章概述-----------------------------------------------------------2
1.1 工業機器人的含義及技術概述 ---------------------------------- 2
1.2 工業機器人的組成 ---------------------------------------- 2
1.3 工業機器人的現狀及國內外發展趨勢 ---------------------------3
1.4 設計的任務要求-------------------------------------------4
第二章機器人的結構分析-------------------------------------------5
2.1 總體結構的概述-------------------------------------------------5
2.2 第一軸（大臂）的結構---------------------------------------6
2.3 傳動方案的確定-------------------------------------------7
第三章設計計算 ----------------------------------------------------9
第四章傳動結構的設計計算--------------------------------------11
4.1 第一軸的傳動結構設計--------------------------------------------11
4.2軸承的選擇--------------------------------------------------26
第五章機器人各零部件的結構設計 -----------------------------28
5.1 轉角范圍的控制設計---------------------------------------------------------------28
5.2主要零部件的結構設計（第一臂與底座）-------------------------------------29
總結 --------------------------------------------------------30
致謝 ------------------------------------------------------- 31
參考文獻 ---------------------------------------------------32
引言
在加速科技進步中，機械制造業的發展起著關鍵的作用，其任務是在工業生產中迅速將工藝裝備的獨立單元變為自動化綜合體（自動化工段，生產線和自動化車間），將來甚至實現自動化工廠。這種自動化生產最重要的特點是具有柔性，它能預料到，在節省勞力（或無人）情況下，根據工藝條件調整裝配，以適應多種產品生產。
當代柔性自動化生產的建立和廣泛應用，取決于作為科技進步的催化劑的機床制造、機器人技術、計算機技術、微電子技術、儀器制造等技術的加速發展。工業機器人是多品種的經常更換產品的生產過程自動化的通用手段。在機械制造中，工業機器人既有效地用于柔性生產系統組成工藝裝備的基本工序中，也有效地用于輔助操作中。工業機器人與傳統自動化手段不同之處，首先在于它在各種生產功能上的通用性和重新調整的柔性。在柔性生產系統中，工業機器人廣泛應用于數控機床、鍛壓機床、鑄造機械和倉儲設備上，以完成傳送裝備和其它操作。工業機器人和基本工藝裝備、輔助手段以及控制裝置一起形成各種不同形式的機器人技術綜合體—柔性生產系統基本結構模塊。
隨著工業技術和經濟的驚人發展，標志著多品種中、小批量生產最新水平的FMS（柔性制造系統），FA（工廠自動化）技術更加引人注目；作為FMS、FA技術重要組成之一的工業機器人技術也將得到迅速發展。應用工業機器人是提高生產過程自動化，改善勞動環境條件，提高產品質量和生產效率手段之一。
本次設計是根據對工業六自由度機器人的總體結構及傳動系統的分析和探討，進行三自由度工業機器人的結構設計。關鍵在于三軸（臂）的傳動系統的設計以及整體的結構設計，避免運動的干涉。但在本次設計中出于公司的要求,我主要負責第一臂與底座的結構設計,在設計中趙勇彪老師給予了很大的指導和幫助，在此謹致謝意。
限于水平，本設計難免有缺點、錯誤，懇請各位老師批評指正。

第一章概述
1.1工業機器人的含義及技術概述
到目前為止，世界各國對“工業機器人”還沒有做出統一的明確定義。通常所說的“工業機器人”是一種能模擬人的手、臂的部分動作，按照預定的程序、軌跡及其它要求，實現抓取、搬運工件或操縱工具的自動化裝置。而它與“機械手”有一些區別：“工業機器人”多數指程序可變的獨立的抓取、搬運工件、操縱工具的裝置；“機械手”多數是指附屬于主機、程序固定的自動抓取、操作裝置。如自動線、自動機的上、下料，加工中心的自動換刀的自動化裝置。
工業機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生產社備。它對穩定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。工業機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業自動化水平的重要標志。機器人并不是在簡單意義上的代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業以及非產業界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。

1.2工業機器人的組成
工業機器人一般由執行系統、驅動系統、控制系統和人工智能系統組成。如圖1-1所示。
目前，具有人工智能系統的工業機器人即智能機器人還處于研究實驗階段。而應用于生產實際的多數是那些具有執行系統、驅動系統和控制系統的工業機器人。
1．執行系統執行系統是工業機器人完成握取工件（或工具）實現所需的各種運動的機械部件，包括：手部、腕部、臂部，還有機身和行走機構。
2．驅動系統驅動系統是向執行系統各部件提供動力的裝置。采用的動力源不同，驅動系統的傳動方式也不同。驅動系統的傳動方式有四種：液壓式、氣壓式、電氣式、機械式。
3．控制系統控制系統是工業機器人或機械手的指揮系統，它控制驅動系統，讓執行機構按照規定的要求進行工作、并檢測其正確與否。一般常見的為電氣與電子回路控制，計算機控制系統也不斷增多。就其控制方式，可分為分散控制與集中控制兩種類型。若以控制的運動軌跡來分，有兩種：點位控制和連續軌跡控制。
1.3 工業機器人的現狀及國內外發展趨勢
工業機器人是一種對生產條件和生產環境適應性和靈活性很強的柔性自動化設備，它對穩定提高產品品質、提高生產效率和改善勞動條件起著十分重要的作用。工業機器人技術的發展必將對社會經濟和生產力發展產生更加深遠的影響。所以，國內外工業機器人的發展十分迅速。
國外機器人領域發展近幾年有如下幾個趨勢：
1．工業機器人的性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作與維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。
2．機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速器、檢測系統三為一體；由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產品問世。
3．工業機器人系統控制向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。
4．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。
5．虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。
6．當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。
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