基于solidworks工業(yè)機器人設計

1、 遼寧石油化工大學畢業(yè)設計（論文）用紙 遼寧石油化工大學畢業(yè)設計（論文） Graduation Project (Thesis) for Undergraduate of LSHU題 目基于SolidWorks工業(yè)機器人設計TITLEBase SolidWorks Industrial Equipment Human Design學 院礦業(yè)工程學院SchoolSchool of Mining Engineering專業(yè)班級機制1341Major&ClassMechanism1341姓 名宋記峰NameSong Jifeng指導教師浦艷敏SupervisorPu Yanmin2

2、017年06月20日論文獨創(chuàng)性聲明本人所呈交的論文，是在指導教師指導下，獨立進行研究和開發(fā)工作所取得的成果。除文中已特別加以注明引用的內容外，論文中不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的工作做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明并致謝。本聲明的法律結果由本人承擔。特此聲明。論文作者（簽名）： 2017年 6 月 20日摘 要 在當代所有全自動高智能的制造區(qū)域，工業(yè)用的機械人本領是在這幾十年里發(fā)展而來的。工業(yè)機器手是工業(yè)機器人的一類，它們是通過自己的手臂和機械結構性能的雙方的結合來完成任務的，各種動作是通過編程來實現的特征，尤其是機器人的智力和接受性1。在保證精

3、度情況下，能在多樣環(huán)境下完成操縱能力，多功能自動定位控制和變化性的控制，能適應多個自由度，不同環(huán)境的作業(yè)有不同的機器人工作。本文作為設計對象選擇汽車生產線軸鍛造搬運的機械手設計，設計了手和身體的各部分設計，機械手采用液壓氣缸臂驅動，使用SolidWorks軟件進行了組裝圖和零件圖的設計，對機械手進行簡單的3D造型、爆炸圖、動漫。關鍵詞：SolidWorks；機械手；液壓31Abstract In the field of automatic manufacturing, industrial robot technology has been developed here for decade

4、s. Industrial robot hand is a kind of industrial robot, which is the completion of their own human and mechanical structure and performance of both sides of the task, for a variety of programming features, especially human intelligence and adaptability. In the case of guaranteed accuracy, the abilit

5、y to perform manipulation, automation, positioning, control, and change in a variety of environments, the task of delivering jobs in a wide variety of environments with varying degrees of freedom, is something.The manipulator design of automobile production spool handling this draft forging as the d

6、esign object, the design of each part of the design of hand and body, the mechanical hand adopts hydraulic cylinder arm drive, SolidWorks is used to design the assembly drawing and parts drawing, simple 3D modeling, animation of the manipulator, explosion diagram.Keywords :SolidWorks; Manipulator; H

7、ydraulic pressure31目錄引言11 總體方案設計41.1 汽車半軸模鍛生產線的總體方案41.2 機器人總體方案62 手臂的設計計算82.1 手臂直線運動的驅動力計算82.1.1 手臂水平回轉運動驅動力計算82.1.2 手臂豎直升降運動驅動力計算112.2 手臂上下驅動的力矩計算122.3 液壓缸的選擇132.3.1 伸縮缸的選擇132.3.2 擺動缸的選擇152.4 手臂的結構及裝配172.4.1 連接擺動缸182.4.2 安裝伸縮缸192.4.3 手臂連接203 機身設計223.1 機身材料選用223.2 機身結構設計223.3 機械定位擋塊設計243.3.1 豎直定位擋塊2

8、43.3.2 水平定位擋塊253.4 機器人裝配254 機器人SolidWorks建模仿真274.1 SolidWorks軟件介紹 274.2 機器人SolidWorks三維建模及裝配 274.2.1 零件的建模274.2.2 機器人裝配304.3 機器人SolidWorks運動仿真 31結論34參考文獻35致謝36附錄37I引 言目前在我國民營企業(yè)中的汽車行業(yè)名列前茅，近些年每個家庭都會擁有汽車導致汽車發(fā)展迅速。跟著社會的不斷發(fā)展再加上各行業(yè)的競爭導致汽車行業(yè)不斷地生產新型汽車，以先進的系統(tǒng)漂亮的外形經濟實惠的車去拓展市場。汽車的零部件半軸是汽車重要的傳力零件之一，它的零件工藝質量水準會導致

9、車的產品發(fā)生問題。那么問題來了，怎樣提高半軸的質量呢？這是個值得研究重要的課題。調查得知半軸模鍛生產線時遇到的問題：生產過程中勞動力大；工作環(huán)境中的安全隱患；產量問題得不到固定；要對半軸模鍛生產線進行智能化設計及改善。自動生產線上的應用近些年頻繁用到工業(yè)機器人技術。工業(yè)機器人現已是工業(yè)中的扛把子，現在頻繁的能在車間里看到自動化的設備配合生產，工業(yè)機器人的出現解決了人的勞動力，起作用搬運、組裝、噴漆的操作。它通過編程可以做重復的作業(yè)、多個自由度的操作。工業(yè)機器人的工作是模擬人的手臂來工作。其構造及系統(tǒng)組成分別是由控制器及伺服驅動系統(tǒng)，當然還有檢測傳感裝置這幾個重要的核心件組裝而成,它的行動像人的

10、工作一樣、自動控制、編程可循環(huán)、可以完成各操縱的三維機電一體化的高機械設備的自動生產2。更加適合與多品種、高質量、大批量的成產，因為工業(yè)機器人的在工廠的出現不僅僅保證了數量問題，更重要的是質量得到了無法想象的提高，所以工人地勞動力自然也隨之改善，在工業(yè)生產中起到了很重要的地位。在20世紀50年代末的美國由約瑟夫·英格伯格他們的團隊一起研發(fā)出世界上的第一臺工業(yè)機器人。自從有了它之后我們多半工廠里的搬運工作、噴漆工作、焊接工作等都有它來代替。在過十年之后人們開始重點研究它的外部傳感器還有控制方面的使用方法。隨著科學的不斷進步和發(fā)展機器人得到了更廣泛的應用，慢慢出現在各行各業(yè)的機器人給我們

11、帶來了更全面的服務即使用。在當代工業(yè)中，自動化設備已成為加工中心的不可缺少的地位生。每個行業(yè)的自動化水平都在不斷提高，當代加工中心都會有工業(yè)機器人的出現，它出現的目的都是為了高效率的生產及代替工人做工作中會高難度的危險工作。現實中的例子有：汽車都是由零件組成，它的零件在生產過程中需要搬運，這個時候我們的工業(yè)機器人就起到了關鍵的作用，它可代取工人來作業(yè)，它甚至能把加工完的工件自動取出、自動包裝、自動堆放以及卸貨等?，F在中國的汽車生產中的沖壓生產線就采用搬運機器人，這就實現了自動化生產。在1995年中國遼寧省沈陽自動化研究所開始對只能生產系統(tǒng)加以研究，便開始實現使用工作，就在1997年中國長春一汽

12、大眾汽車車間的沖壓生產線已經投入了自動化設備。 焊接機器人的出現提高了生產效率，在汽車制造業(yè)起到了至關重要的地位，因為車門的各個焊點都需要高難度、高精度、高質量的焊接?；『傅臅r候機器人必須擁有多個自由度這樣確保證它質量。點焊的時候能仔復雜空間作業(yè)，在焊接的位置數量得到了準確性的保障，要是工人難免會有漏洞的時候。在英國的MOTOMAN公司研究了兩臺高性能焊接機器人的設備。它的出現為了生產新型Jaguar Saloon汽車制造過程中的需要，第1臺有六個自由度以及一個手動地旋轉工作臺。而第2臺在它的基礎上擁有標準的外形，自帶報警器及電力線地載源，它的自由度也達到了六軸的機器人水平還有2個自動地工作臺

13、。自從這兩臺設備的生產投入后，汽車的成產超出了預計。生產零件后的組裝是個復雜的工作，通常在裝配的時候會遇到工件的誤差，導致裝配出現問題，自從工業(yè)機器人的出現解決了這難題還保證了自動組裝的產量還提高了質量。在1959年美國弄出世界第一臺Unimate工業(yè)機器人之后，它在發(fā)達的工業(yè)國家中得到極其廣泛的應用。有個非常典型的例子，在目前的日本可以算是工業(yè)機器人應用較為多的國家，而且所占有的數量達到了全地球的50%左右。沒想到美國還沒日本的數量多，但其技術水平還是非常高的。我國的研發(fā)工業(yè)機器人工作在70年代開始的，當時處于經濟科學落后的狀態(tài)，研究的結果較為遲鈍，后來通過了20多年得變化世界工業(yè)變化，得到

14、了國家的重視，開展全方面的迅速對它實行鉆研。在“七五”時期的時候國家在工業(yè)機器人方向做了兩件特大的工程項目，投資在遼寧沈陽成立了“機器人國家研究中心”“智能機器人中心”，正是有關高校，機械工業(yè)和科學院參加了工業(yè)機器人的科技研究，取得了的進步。 國產機器人當時的技術是在“七五”時期調查取得了非常不錯的結果，就在那個時候才開始對機器人的采用，由于當時國內的技術比較落后，所以發(fā)展相對緩慢，在那個的新中國時期都是以工人為主，然而機器人還沒實現工業(yè)化。那時候的研發(fā)一直在不斷地努力，當前機器人使用的項目如下：現已經成立了一批電弧焊生產、組裝生產、噴涂生產和焊接生產線都視為工業(yè)成產成立的。在最近的幾年來機器

15、人的發(fā)展來看，其產品都是以高智能化模塊化。進展的形式來看：模塊化及可重復結構； 控制技術開發(fā)，智能化還有網絡化；伺服驅動技術的數字化和分散化5； 多傳感器的融洽技術以及現實的采用；工作環(huán)境的設計和操作靈活性，自動化網絡系統(tǒng)。目測在過幾十年工業(yè)中將全面實行機械智能化。1 總體方案設計1.1 汽車半軸模鍛生產線的總體方案至今所有的汽車半軸模鍛的生產線鍛壓半軸上下料由員工進行作業(yè)，這些會使上下料的員工有較大的勞動強度，會導致生產中不連續(xù)，生產流程無序；工作環(huán)境中的所隱藏的安全隱患；產品的質量問題得不到確保；生產的數量不是很固定；所以本課題針對汽車半軸模鍛生產線進行設計和改造。更改后的工業(yè)線的工藝路線

16、跟當前的工藝路線不變，它工藝尺寸如表1.1。表1.1 半軸模鍛工藝尺寸序號工序工藝圖形工藝尺寸mm加熱長度mm備注1毛坯L0b0L0=13501590 14301590b0=1952401350只有1個品種2花鍵端成型L1b1L1=13001478b1=4005403擺碾端預成型L2L2=95011504擺碾L3L3=9501100其順序是：取胚料 第一次加熱 鍛壓花鍵端 噴水冷卻 第二次加熱 預鍛法蘭盤端 第三次加熱（或不加熱） 擺碾鍛造法蘭盤。生產線的生產胚料為4855mm，長13501590mm的圓鋼棒料，重量小于30kg。生產節(jié)拍為70秒至10秒。本課題生產線改造方案要求重新布置和安裝

17、現有的主設備如圖1.1，在汽車半軸模鍛生產線上采用三臺機器人搬運胚料和上下料，使用的是全自動傳送鏈傳動送胚料，而且應用液壓驅動及可編程控制器來控制系統(tǒng)，同時完成自動化的生產線。圖1.1 設備平面布置示意圖方案中搬運機器人1夾取胚料，胚料一端加熱后，由水平方向轉為垂直方向，并保持垂直平推進入鍛壓機；鍛壓后，保持垂直平拉出鍛壓機，再由垂直方向轉為水平方向，放到傳送鏈。然后由搬運機器人2完成同樣的動作來完成胚料另一端的鍛壓預墩粗。最后由搬運機器人3在胚料一端加熱后，使胚料保持水平，以30°角度方向推進入擺輾機，擺輾成法蘭盤；擺輾后，保持水平拉出擺輾機，放到傳送鏈送入成品料倉8。經過這樣改造

18、可以實現半軸模鍛的自動化生產，就可以縮小人工和勞動強度，充分發(fā)揮主設備的生產效率，保證產品產量和質量。此次設計的重點任務是完成上下料搬運機器人的機身和手臂零件的設計。然后在SolidWorks中對機身和手臂三維建模和運動仿真。1.2 機器人總體方案根據生產的要求，此次設計中的搬運機器人的機座是可移動的，同時預防鍛壓機中心及胚料中心產生位移，把地面安裝臺做成可滑動的導軌。機身上安裝著扭動缸，同時輸出軸相聯手臂，即可完成手臂的俯仰運動。手臂上安伸縮液壓缸，來帶動手臂的關節(jié)伸縮運動。為了使夾取的胚料運動平穩(wěn)受力均衡，機器人設有兩個手抓，兩手抓對稱分布在手臂兩側。手臂手抓之間用一塊橫板支架來連接，橫板

19、支架要既能連接手臂和手抓，又要能夠連接支撐手抓的驅動液壓缸。由此可知機器人用兩個手抓抓起工件，小臂的自由度分為兩個，沒別是回轉副、移動副如圖1.2，根據小臂回轉副旋轉90°來導致工件豎直方向和水平方向的演變，再通過小臂的移動副的移動來完成胚料水平和豎直方向上的移動。因此這次設計中體現了機器人構造是手部和臂部及機身組合行來的。具體生產需求以下設計內容，機器人應該有的數據如下表1.2。圖1.2 機器人1運動機過符號圖表1.2 機器人1技術要求自由度最大負載重量（kg）運動范圍及運動方式控制方式驅動方式機座機身手臂230固定固定伸縮450mm，225mm/s俯仰±90°

20、，45°/sPLC液壓驅動2 手臂的設計計算工業(yè)機器人最為主要零件是手臂，其用處是維持腕部和抓鉤，它的存在主要帶動它們工作。本設計機器人手臂為雙導桿伸縮機構，其中有兩個動作伸縮、俯仰9。這章主要說明手臂的來回運轉，手臂的上下移動及其安置在機身上。2.1 手臂直線運動的驅動力計算 2.1.1 手臂回轉運動驅動力計算當手臂做回轉動作時，不僅要控制摩擦阻力，還要考慮油缸與活塞產生的摩擦阻力，然后導向桿和支撐滑套所產生的阻礙，而且克服啟動時的過程所出現的慣性力。其驅動力計算: （N） （2.1）式中：各支撐處的摩擦阻力 啟動過程中的慣性力 （1）的計算當有不匹配配置和導向截面時，它的摩擦阻力

21、不一樣，所以要看具體情況數據進行分析。本設計是雙導向桿導向，它導向桿的表面是圓柱面，它的配置兩邊一樣，位置在伸縮缸的兩邊。因兩導向桿是對稱配置，所以受力相等，計算時導向桿能用同一個公式。其受力示意圖如圖2.1。圖2.1 臂部受力示意圖 其計算如下： 得 得 (2.2) 式中：全部運動的零件受到的總重力； 手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（m）, 參考上一節(jié)的計算； 導向支撐的長度（m）； 當量摩擦系數，其值與導向支撐的截面有關。 對于圓柱面： （2.3） 摩擦系數，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 鋼對鑄鐵：取 計算： 選取鋼為導向桿的材料，它的支撐為青銅，手臂運轉部

22、件的質量估算約70kg，則N，m,其支撐設計為0.1m。 將有關數據代入進行計算：N （2） 的計算 大小可按下式估算 （N） （2.4） 式中：手臂伸縮部件的總重量（N）； 重力加速度（9.8）； 啟動過程中的平均加速度（）。 而： a=（） （2.5） 速度變化量（m/s）。如果手臂從靜止狀態(tài)加速到工作速度V時，則這個過程的速度變化量就等于手臂的工作速度； 啟動過程所用的時間（s），一般為0.010.5（s）。 計算：本設計中手部運動部件故為686N，啟動時間為0.2s,速度為225mm/s 將有關數據帶入下式計算：N 根據以上計算的=617.4N+78.75N=696.15N，圓整為70

23、0N。 2.1.2 手臂豎直升降運動驅動力計算當手臂豎直運動時，除了克服摩擦時產生的力和運動的慣性力之外，還要克服臂部運動部件的重力，它的驅動力： (N) （2.6） 式中各支撐處的摩擦力（N）； 啟動時慣性力（N）可按臂擺動時的情況計算； 臂部運動部件的總重量（N）； 上升時為正，下降時為負； 其中的計算公式為： =2 取=0.16 （2.7） 計算： 手臂的運動零件總重量約686N,帶進數值后得：=2=N 根據以上計算=78.75N,則手臂上升最大驅動力為：N 從以上計算得垂直升降驅動力大于水平運動驅動力，所以手臂伸縮的驅動力圓整為1000N。2.2 手臂上下驅動的力矩計算驅動手臂上下的力

24、矩，要控制手臂零件的總量跟回轉軸線會生成的偏重力矩和啟動的時候手臂會有慣性力矩，回轉副處也會有摩擦力矩，即: （2.8） 式中：各回轉副摩擦力矩，被設計中摩擦力矩較小故 啟動時慣性力矩； 手臂零件的重量跟回轉軸線的偏重力矩； 上仰為正，下俯為負。 其中按下式： = （2.9） 式中：手臂的零件跟回轉軸線的轉動慣量（）； 工件對回轉軸線的轉動慣量()； 回轉臂的工作角速度（）； 回轉臂啟動時間（s）。本設計中估算工件為4855mm，=30kg，=70kg，rad/s，=0.1s，下面進行計算： 所以： 按下式計算： = （2.10） 式中：、工件、手部、臂部的重量 、工件、手部、臂部的重心位置到

25、回轉軸線的距離本設計估算=980N, =294N，=392N，=294N, =0.8m，=0.7m，=0.3m， 則： 所以根據以上計算，圓整為850。2.3 液壓缸的選擇因為在2.1和2.2的計算，概述的手臂運動的主要參數在表2.1。表2.1 手臂運動技術參數手臂運動方式運動范圍啟動時間運動速度v驅動力（矩）水平伸縮450mm0.2s225m/s700N垂直升降150mm0.2s225m/s1000N俯仰運動900.1s45/s850N 2.3.1 伸縮缸的選擇選擇適當的液壓缸工作壓力很重要。選高了，可以減小液壓缸內徑和它執(zhí)行時機構用的尺寸，會導致機械的手臂結構嚴密，如果是用價格昂貴地高壓油

26、泵及閥，然后讓它密封較為復雜化13。弄底了，就可以用廉價的泵和閥，當使其構造要龐大，自重增加。一般取28Mpa。表3.2推薦了幾組數據，可供參考14。本設計首選液壓缸的工作壓力是。選用保險的系數為1.5，而伸縮缸的動力N。作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓強MPa作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓強MPa小于50000.81 20000300002.04.010000200002.53.050000以上5.08.0表2.2 液壓缸的工作壓力表 （1）液壓缸內徑的計算，如圖2.2所示，該油流進無桿腔時圖2.2 作用相同的兩個液壓缸示意圖 （2.11） 當油進入有桿腔時：已知F=1280N,

27、P=5Mpa,選擇機械效率= 0.95，以無桿腔的D為準得= =20.05 mm 圓整為D=20mm。 （2）活塞桿直徑的確定按GB2348-80差動連接得: （2.12） =14.14 mm 圓整為14mm。本設計選用優(yōu)瑞納斯液壓機械有限公司的液壓缸。依照材料的需求，此設計采用的伸縮液壓缸是后法蘭安裝形式。當滿足材料的同時，而且液壓系統(tǒng)的需求也得到滿足的狀況下，可以查UG系列的工程機械液壓缸采用標準表。本設計選用UG16H40/28的桿端外螺紋式伸縮液壓缸。而事實工作的壓力為：MPaMPa,應滿意其需求。其液壓缸外形尺寸如圖2.3。圖2.3 UG16H40/28液壓缸外形尺寸 2.3.2 擺

28、動缸的選擇此次設計采用保險的系數為1.5，而擺動缸軸輸出產生的力矩是1275,整個圓是1300。本設計中根據機器人的結構需要選擇軸輸出；為了擺動缸和其安裝穩(wěn)定容易，采用腳架式裝置方法。通過查表UB系列此輪此條擺動液壓缸基本參數表（JB/ZQ4713-98），選擇了腳架式軸輸出雙齒條擺動液壓缸的UBJZS63。當工作壓力為6MPa時，其輸出扭矩為1539遠遠大于實際需要扭矩1300。這液壓缸的事實工作壓強為MPaMPa，能夠達到需求。其結構如下圖2.4。圖2.4 擺動缸結構由圖2.4得知，輸出軸，輸出軸和軸套之間通過鍵連接。通過查表2.5選擇的普通平鍵。表2.5 普通平鍵主要尺寸軸的直徑5058

29、5865657575858595鍵寬b鍵高 h16101811201222142514鍵的長度系列L70,80,90,100,110,125，（1） 鍵連接強度校核假設載荷上的工作表面分布較為平均，正常的平鍵連接強度要求為： （2.13）式中：傳遞的轉矩，； 鍵與輪轂鍵槽的觸碰距離，此處為鍵的高度，mm；鍵的工作長度，mm，圓頭平鍵，鍵表示公稱長度，mm；鍵表示寬度，mm；軸的直徑，mm； 鍵、軸、輪轂這三個材料較為脆弱的許用擠壓地應力，MPa，見表2.6。 計算：已知=1300,=7mm, =125-25=100mm，=90mm。MPa表2.6 鍵連接的許用擠壓應力許用擠壓應力連接工作方式鍵

30、或轂、軸的材料載荷性質靜載荷輕微沖擊沖擊靜連接鋼1201501001206090鑄鐵708050603045本設計中鍵的材料為鑄鐵，所以滿足結構要求。2.4 手臂的結構及裝配本設計中手臂的動作有伸縮和俯仰，伸縮運動由伸縮液壓缸驅動展現，上下移動由擺動液壓缸控制。為了使伸縮缸的伸縮桿承受較小的彎矩，防止其伸縮不穩(wěn)定，在伸縮缸的兩邊對稱分布導向裝置12。這樣手臂就需要有連接機身上擺動缸輸出軸和安裝伸縮缸、導向裝置的作用。這里是工業(yè)機器人的手臂的安裝位置的底座及轉動盤的連接處，為了滿足功能需要，其結構設計成如圖2.5。圖2.5 手臂安裝基板圖中圓圈為俯視圖對其部分的局部放大圖比例是1:10作用為連接

31、軸套；圖中二為左視圖用著安裝固定法蘭安裝座；圖中三為主視圖用著固定導向裝置，對其的底盤部分進行的剖面圖，這樣可以保證手臂的平行度，實現手臂的來回移動。 2.4.1 連接擺動缸為了確定手臂和輸出軸關系的垂直度，應該在基板處弄個軸套。這就會使擺動缸得輸出軸及軸套過程中的鍵連接會傳遞轉矩。把軸套做成如圖2.6所示。軸套和基板之間用六個M8螺栓連接。圖2.6 軸套 2.4.2 安裝伸縮缸伸縮缸的裝置精度非常精密，一定要和手臂的安裝位置保持規(guī)定的的需求度。為了達到安裝要求，在手臂安裝基板上安裝一個法蘭安裝座如圖2.7，法蘭安裝座和手臂安裝基板間用三個螺栓連接緊固。然后用后法蘭連接的伸縮缸用螺栓連接鑲在法

32、蘭安裝座中。由于法蘭安裝座豎直在手臂安裝的底座上，伸縮缸同時裝置在法蘭裝置位置上，因此伸縮缸的進出方向會和手臂安裝基板處于平行狀態(tài)。圖2.7 伸縮缸法蘭安裝座 2.4.3 手臂連接本設計中機器人選擇手臂伸縮機構，手臂由大臂和小臂組成，伸縮缸裝置在手臂尾處，能承受較大彎曲作用，活塞桿均受拉力，故受力簡單，傳動平穩(wěn)。手臂導向裝置由導桿和導套組成。導桿材料為鋼，導套材料為青銅。導向裝置和大小臂關節(jié)連接處如圖2.8，其大臂結構圖如圖2.9，小臂結構如圖2.10。導桿前端有螺紋可以和機器人腕部連接，導套和手臂基板之間用螺栓連接。圖2.8 大小臂關節(jié)連接處圖2.9 大臂結構圖2.10 小臂結構通過此次設計

33、，手臂零件件包含手臂安裝底座、法蘭安裝座、手臂回轉。由這些零件裝配組成機器人的手臂如圖2.11。圖2.11 手臂裝配示意圖3 機身設計說道機身它主要是支撐和驅動手臂的零件。都是實現手臂的旋轉和上下運動，這些運動的傳動機構都安在機身處，甚至構成和機身的軀干跟底座連接在一起。所以臂部的動作較為平凡，會導致機構跟受力狀況較為龐大。機身多半都是固定不動，但是本次設計可以是移動的，設計了軌道機身在上移動。還可以上下升降安裝的升降液壓缸。3.1 機身材料選用機身的結構應用，多半是根據采用需求，本設計中機身的規(guī)定剛度及強度較為大，固定性能好。材料選用鑄鐵，現在鑄鐵已經是機架中采用較為廣泛的一類，其流動性能很

34、不錯，體積、線萎縮很少，方便得到較復雜外形的鑄件。它的內摩擦很大、阻尼非常強，它的動態(tài)剛性能很不錯，鑄鐵有較好的切屑性能、價格很低和適合多生產的好處，但鑄件的壁厚超過臨界值時，其力學性能會顯著下降，故不宜設計成很厚大的鑄件7。 本設計機身為一個鑄件，選用灰鑄鐵HT150,因為該鑄鐵流動性好。適合承載差不多的彎曲應力（約為107Pa），摩擦的表面中壓強>Pa的鑄件。3.2 機身結構設計本設計機器人的機身由機座和擺動裝置組成，根據使用需要機座設計成如圖3.1的結構。1安裝手臂及發(fā)動機 2 安裝擺動水平凸臺 3安裝移動滑塊 4 底座及滑動軌道圖3.1 機身結構圖3.1中1的作用為安裝手臂及發(fā)動

35、機，圖中2的作用為安裝擺動水平凸臺，3的作用為安裝移動滑塊， 4為底座及滑動軌道。此機身鑄件厚度約，它的截面形狀如圖3.2，不僅提升機身的強度及剛度，而且充實展現出材料的用途。這種結構既滿足使用要求，又方便制造加工。底座設計成如圖3.2所示導軌和機身剖面視圖，底座和導軌安裝臺之間用螺柱和螺母連接固定。將機器人鎖定在上面，機器人的手臂伸縮方向是全方位的，可360°旋轉。由此裝置的機器人非常適合鍛壓的自動生產線的應用。圖3.2 機身剖面視圖3.3 機械定位擋塊設計機器人手臂的定位方式有點位和連續(xù)軌跡控制。本設計選擇點位控制方式。即對手臂的水平工作位置和豎直工作位子進行機械擋塊定位。機械擋

36、塊定位是在手臂豎直和水平位置設置機械擋塊，因為手臂的結構有手臂安裝基板，所以本設計主要以手臂運動到相應位置時，手臂安裝基板的側面緊靠擋塊而定位。 3.3.1 豎直定位擋塊本設計中豎直方向較難定位，故把機械擋塊如圖3.3設計成可調節(jié)的。擋塊和機身間用M16螺紋連接，可以通過旋轉擋塊進行調節(jié)。圖3.3 豎直機械擋塊 3.3.2 水平定位擋塊機器人手臂的水平定位比較簡單，在機身和水平定位擋塊如圖3.4間用螺柱連接固定。擋塊的高低位置是可以更改的，為了調節(jié)方便，更換性簡單，采用加墊片的方式來更改擋塊的位置。圖3.4 水平定位擋塊3.4 機器人裝配 本設計機器人機身上裝置的擺動缸及機械擋塊，根據擺動缸的

37、輸出軸安裝手臂，之后用手臂上的伸縮缸和連接裝置安裝手部。完全的機器人的組裝展示圖如圖3.5。1手部 2臂部 3底盤 4導軌圖3.5 機器人裝配示意圖4 機器人SolidWorks建模和仿真4.1 SolidWorks軟件介紹 SolidWorks是全宇宙上僅此一個基于Windows平臺的優(yōu)秀三維設計軟件，是美國的SolidWorks公司產品，該公司為達索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負責研發(fā)與銷售機械設計軟件的Windows產品，自1995年推出第一版本以來，以其強大的繪圖功能、空前的易用性贏得了眾多用戶，加速了整個3D行業(yè)迅速發(fā)展步伐，利用SolidWor

38、ks軟件，設計師可以快速地按其設計思想繪圖，并嘗試運用各種特征不同尺寸，生成實體模型或制作詳細的工程圖15。SolidWorks的基本設計思想是：用數值參數和幾何約束來控制3D幾何體建模過程，生產3D零件和裝配體模型；再根據工程實際需要做出不同的2D視圖和各種標注，完成零件工程圖和裝配工程圖，從幾何體模型直至工程圖的全部設計環(huán)節(jié)，實現全方位的實時編輯修改16。SolidWorks采用了模塊方式，是草圖生成零件體，然后在把零件組裝成裝配體。SolidWorks不僅可以用于二維圖形的生成、機械設計、磨具設計和消費品設計，而且可以用于動漫的生成演示、圖形渲染以及應力和有限元分析16。本設計中主要使用

39、SolidWorks的三維建模和動漫。4.2 機器人SolidWorks三維建模及裝配 根據對搬運機器人任務以及應用條件的進行考慮，而且看它的同類型機器人大概準確機器人各零件大小，之后用SolidWorks3D實體建模下分別設計出機器人各個部件的三維零件圖。生成每個部件的造型后，在新建裝配體的功能下完成組裝。 4.2.1 零件的建模（1）手臂建模手臂由大臂和小臂組成如圖4.1、導向裝置、手臂連接處及旋轉裝置如圖4.2和手臂安裝的底座如圖4.3組成。圖4.1 手臂圖4.2 手臂連接處及旋轉齒輪盤圖4.3 底座 （2）液壓缸和機身建模 根據液壓缸型號的標準數據完成伸縮液壓缸和升降液壓缸的三維建模后

40、與底座的配合如圖4.4，機械手移動的軌道設計如圖4.5，又根據設計數據在SolidWorks中完成機座如圖4.6三維建模。圖4.4 升降液壓缸及底座的組裝圖4.5 移動的軌道 圖4.6 機器人機身 4.2.2 機器人裝配當完成每個零件的建模后，在零件體模式下生成裝配體 。因為要在Mechanism模塊對機器人進行運動仿真，組件間應會出現對應的運動。因此，在進行組件裝配式，定義擺動液壓缸旋轉軸的鏈接條件為銷釘，以便軸有一個旋轉自由度；伸縮缸液壓桿的連接條件為滑動桿，使其擁有一個平移自由度。這樣本設計在SolidWorks中完成整個機器人的裝配如圖4.7。圖4.7 機器人機身裝配體4.3 機器人S

41、olidWorks的運動仿真利用SolidWorks的運動學分析模塊Mechanism進行運動學分析和效仿，本身在二維空間上很難表現出設計的行動，弄得很直接了當和便于更換，因此方便的省略機構的設計研發(fā)經過，減少研發(fā)時期，節(jié)約了研發(fā)金錢，產品性能得到提升。Mechanism模塊展現出機構的意義，導致機構的部件行動時，它的動作可以分析和研究出來。利用該模塊成立部件中間的連接和組裝的自由度，根據合理的電機選擇對應相對輸入軸設計要求來運動；并且觀察機構運動的時候把數據記錄，然后進行考慮計算。運動分析的結果可以指導修改零件的結構設計或調整零件的材料16。本設計中運用SolidWorks運動模擬和爆炸圖展

42、示。首先是進行馬達定義如圖4.8，然后進行擺動缸的速度、加速度和動漫如圖4.9。圖4.8 馬達設置圖4.9 速度、加速度動漫本設計中還運用SolidWorks運動仿真進行機器人進行爆炸視圖仿真回放如圖4.10。 圖4.10 爆炸圖經爆炸圖和動漫的展示，可以清晰的了解本設計的工業(yè)機器人及各個零部件組裝后的工業(yè)機器人的運動軌跡。結論緊跟著當今工業(yè)生產力的陸陸續(xù)續(xù)的不斷進展，高智能高質量的產業(yè)形勢很快代替了當代工業(yè)所希望的對象。在汽車行業(yè)身為中國民營經濟的主要生產業(yè)，面對著每天不斷地猛烈的市場需求比賽，從而要從智能的生產線慢慢提高。這就體現了工業(yè)機器人技能得到了展示從而達到更好的使用效果，這樣工業(yè)機器人就可以在偉大的汽車行業(yè)中得到廣泛的采用。本文就汽車半軸生產線的自動化改造進行了學習和探討，并對汽車半軸生產線上的搬運機器人進行了設計。通過不斷地進展機器人在汽車半軸行業(yè)的工業(yè)線上的作用進行觀察，還有對液壓驅動的計量。完成了轎車半軸模鍛工業(yè)線搬運機器人的機身及手臂部件的模擬。并根據它的造型仿真圖，在SolidWorks中完成了機器人的3D設計，還進行了運動模擬。由于現在所學的知識水平，本文所完成的工作已達到極限，在今后的工作中還需要對機器人驅動技術、控制技術以及對機器人關鍵零件的有限元分析加以學