工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含全套CAD圖紙和WORD說(shuō)明書(shū)】

陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第第2頁(yè)共17頁(yè)工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)00(陜理工機(jī)械工程學(xué)院機(jī)自專業(yè)000班，陜西漢中723003)指導(dǎo)教師：000［plc控制的機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理機(jī)械手各個(gè)部件的整體尺寸設(shè)計(jì)，plc控制的特點(diǎn)本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)利用可編程序控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了plc型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制訂了可編程序控制器的控制方案，畫(huà)出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖可編程序控制器的控制程序。[關(guān)鍵詞］工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手TheIndustrialrobotdesign000(Grade00,Class00,MajorMechanicalDesign，ManufacturingandAutomation，415Dept。，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723003，Shaanxi）Tutor:000Abstract Thispaperintroducestheconceptofthecompositionofindustrialrobots，robothardwareandsoftware,systemworkingprinciplethatplcmanipulatorcontrol,theoverallsizeofthevariouscomponentsoftherobotdesign,plccontrolcharacteristics.Inthispapertherobotoverallprogramdesigntodeterminethecoordinatesoftherobotformsdegreesoffreedomtodeterminethetechnicalparametersoftherobot.Whilethedesignofthehandgrippingstructureoftherobottype，thedesignofthestructureoftherobotwrist，thewristrequiredtocalculatetherotationofthedrivingtorqueanddrivingtorqueoftherotarycylinder。Designedarobotarmstructure。Theprogrammablelogiccontrollerforrobotcontrol，selecttheappropriateplcmodel,accordingtotheworkflowrobotcontrolschemedevelopedprogrammablecontroller，drawatimingdiagramoftherobot'sworkanddrawaprogrammablecontroldevicecontrolprogram.Keyword Industrialrobot manipulator目錄目錄 3引言 51。1選題的目的及研究意義 5綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、研究方法及應(yīng)用域等 513對(duì)本課題將要解決的主要問(wèn)題及解決問(wèn)題的思路與方法擬采用的研究方法（技術(shù)路)或設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）方案進(jìn)行說(shuō),論文要寫(xiě)出相應(yīng)寫(xiě)作提綱 6工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8手指的形狀和分類 821。2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 8213手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 92。2腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)軸回) 1222.1步進(jìn)電機(jī)的選擇： 12222Y軸進(jìn)給的設(shè)計(jì) 133Z軸進(jìn)給的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。224Z軸旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。31確定減速器總傳動(dòng)比與各級(jí)傳動(dòng)比 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3。2計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.3圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。軸的計(jì)算和設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。41軸一的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.2軸二的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。滾子軸承的校核 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5。1滾子軸承校核 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。鍵的校核 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。軸一鍵校核 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。軸二間校核 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。潤(rùn)滑方式及密封形式的選擇 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7。1潤(rùn)滑方式 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。72密封形式的選擇 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。減速箱體設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。箱體設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。系統(tǒng)設(shè)計(jì)與PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。結(jié)論 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。致 謝 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn) 16引言選題的目的及研究意義在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)“工業(yè)機(jī)器人”：多數(shù)是指程序可變(編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人)。62～3機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。1。2綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等程、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(IFR）2006520062005121000200497000％。這是繼2003年也成為近1599000220002005914000臺(tái),20048501/316％；1％的比例。就2005年幾大應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人類型來(lái)看，機(jī)械手的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他類型的工業(yè)機(jī)器43500200427200514000接下來(lái)依次是：點(diǎn)焊接機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人和分配機(jī)器人,其產(chǎn)量分別約為20500臺(tái)、17500臺(tái)、13000臺(tái)和4500臺(tái)。20世紀(jì)50通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作裝置，并將其稱為工業(yè)機(jī)器人；60年代初，美國(guó)研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用；1969年，美國(guó)通用汽車公司用217020370809020雖然中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國(guó)際同行相比，差距依舊明顯。從市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō)，更無(wú)法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。在發(fā)達(dá)國(guó)家中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動(dòng)化裝備的主化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了大量的工傷事故。全球諸多國(guó)家近半個(gè)世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實(shí)踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普及是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高社會(huì)生產(chǎn)效率，推動(dòng)企業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。IEEE的科學(xué)家在對(duì)4個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。一個(gè)國(guó)家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移為產(chǎn)業(yè)技術(shù)（產(chǎn)業(yè)化）必須具備5個(gè)要素即1.3（技術(shù)路線計(jì)（實(shí)驗(yàn)）方案進(jìn)行說(shuō)明，論文要寫(xiě)出相應(yīng)的寫(xiě)作提綱在本次設(shè)計(jì)中，擬應(yīng)用到的文獻(xiàn)涉及機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)類，機(jī)械繪圖類，機(jī)械工程控制類，機(jī)械工程材料和力學(xué)以及工業(yè)機(jī)器人或工業(yè)機(jī)器人手臂相關(guān)的資料，在設(shè)計(jì)過(guò)程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機(jī)器人手臂相關(guān)的技術(shù)以及現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)；其次，利用這些資料，可電動(dòng)機(jī)可以選擇步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。使用直流伺服電機(jī)能構(gòu)成閉環(huán)控制，精度高，額定轉(zhuǎn)速6個(gè)關(guān)節(jié)都采用步進(jìn)電驅(qū)動(dòng)，開(kāi)環(huán)控制。各部件組成和功能描述如下:（1）底座部件：底座部件包括底座、回轉(zhuǎn)部件、傳動(dòng)部件和步進(jìn)電機(jī)等。底座部件固定在(AGV）回轉(zhuǎn)軸，同時(shí)起到減速作用。（2)機(jī)。（3)大臂部件:包括大臂和傳動(dòng)部件.（4）（靠近大臂的一端固定驅(qū)動(dòng)手腕三個(gè)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)。(5）手腕部件：包括手腕殼體、傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸、機(jī)械接口等(6）100mm從功能角度分析可將機(jī)器人分解成四個(gè)部分：操作機(jī)、末端執(zhí)行器、傳感系統(tǒng)、控制器。操作機(jī)：是由機(jī)座、手臂和手腕、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成，其功能是使手腕具有某種工作空間,并調(diào)整手腕使末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)要求的動(dòng)作。末端執(zhí)行器：也叫工業(yè)機(jī)器人的手部，它是安裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。控制器：機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。主要是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作時(shí)間等。具有編程簡(jiǎn)單、軟件菜位的和輪廓的；同步的和異步的；數(shù)字的和模擬的?？筛鶕?jù)機(jī)器人的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求及工藝任務(wù)的特點(diǎn)來(lái)選擇系統(tǒng)的具體方案。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等.2。1.1手指的形狀和分類支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型（設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題(一）具有足夠的握力(即夾緊力）在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證攻堅(jiān)不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落.(二）手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。（三)保證工件準(zhǔn)確定位（四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上,以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。（五)考慮被抓取對(duì)象的要求根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)，兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型,其結(jié)構(gòu)如附圖所示。。3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示:圖3—1齒輪齒條式手部其工件重量G=3kg，V形手指的角度120b66mmR24mmf0.10（1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為：第9頁(yè)共17頁(yè)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第第10頁(yè)共17頁(yè)（2-1）

p 5.5 NR（2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式:N)0.35tg(60542')15(N)所以(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:

p N82.5(N)Rp pK1K2

(2-2)實(shí)際 1、因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故0.94，并取K 1.5。若被抓取工件的最大加速度1取a3g時(shí)，則：K2

1a4g

245實(shí)際

1.540.94

527(N)所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為527N。2、氣缸的直徑力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為：FD2PFF1 4 t

(2-3)式中:F1-活塞桿上的推力，F(xiàn)t—彈簧反作用力，F(xiàn)z-氣缸工作時(shí)的總阻力,NP-氣缸工作壓力,Pa彈簧反作用按下式計(jì)算：FGt f

(1s)GGd4G1fGd4G = 1f 8D3n1

D3n1式中：Gf

—彈簧剛度,N/m1—彈簧預(yù)壓縮量,m。s-活塞行程，m.d,m1D-彈簧平均直徑，m。1n—彈簧有效圈數(shù).GG79.4109PaD2pF F1 4 t

(2-4）4(F4(FFt)p1D

（2-5)代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得

Gd4 79.4109(3.5103)4G 1 f 8D3n 8(30103)31513677.46(N/m)FGt f

(1s)3677.4648103176.52(N)4(F1Ft)4(F1Ft)pn4(490176.52)0.510643(mm)查有關(guān)手冊(cè)圓整，得D49mmd/D0.20.3d(0.20.3)D9.814.7mm圓整后，取活塞桿直徑d12mm校核,按公式F1

/4d2)]有: d(4F1/[])0.5［120MPaF1

750N則： d(4490/120)0.52.2812滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。3、缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:

DPp

/]

（2—6)式中：6—缸筒壁厚,mmD-氣缸內(nèi)徑，mmP —實(shí)驗(yàn)壓力，取Pp

1.5P，Pa材料為：ZL3,［]=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為：DPp

/]496105/(23106)5.5(mm)取5.5mmD1

495.5260(mm)腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)(Y2。2.1步進(jìn)電機(jī)的選擇：腕部旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，設(shè)手爪及物體的最大當(dāng)量回轉(zhuǎn)半徑R=90mm，手爪及物體的總重量m=3。5kg,則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:2J mR2 3.50.092/20.014kgm221設(shè)機(jī)器人手部角速度W1=3.14rad/s所需要的時(shí)間t=0。3s,則其角加速度： /s21負(fù)載啟動(dòng)慣性矩（不計(jì)靜磨擦力矩):T J1 1 1

0.01410.466670.1484Nm。由于步進(jìn)電機(jī)不具有瞬時(shí)過(guò)載能力，故取安全系數(shù)為2（不同TOUT

2T1

20.14840.297Nm。T由于out必須小于步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，所以選擇如下二相步進(jìn)電機(jī)：型號(hào)：42BYG250B-01510.43Nm1.80.23kg4240。絲杠螺母機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算：2。2。2Y軸進(jìn)給的設(shè)計(jì)能，這是使用螺桿螺母機(jī)構(gòu)的最主要原因。因?yàn)闄C(jī)構(gòu)受力不大，且為轉(zhuǎn)速較低的傳動(dòng)。螺桿采用45號(hào)鋼制造，螺母需要較好的耐磨性，選用鑄錫青銅。錯(cuò)誤絲杠直徑校核：末端手抓、氣缸及旋轉(zhuǎn)電機(jī)質(zhì)量為：7kg.，螺母及伸出桿質(zhì)量為5kg。設(shè)計(jì)加速度為a=10m/s查表的剛-剛動(dòng)摩擦因數(shù)：f=0。2:F=fG+ma=1210+12100。2=144N陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)如圖所示，螺桿受到的軸向力為單位為N)，螺紋的承壓面積（軸向力的平面上的面積）為Amm，螺紋中徑為d2m，螺紋工作高度為（單位為m）螺紋距為P(單位為mm，螺母高度為（單位為mm，螺紋工作圈數(shù)為u=H/，則螺紋工作面上的耐磨性條件為：P F

[P]A πd hH22為了導(dǎo)出設(shè)計(jì)計(jì)算式，令=H/d.代入上式可得：2FPd2 h[P]對(duì)于矩形和梯形螺紋,h=0。5P則d2

F 0.8 [P]由表5—12可知:[P]取18MP,對(duì)于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)高，故取=1.2.代入公式得第14頁(yè)共17頁(yè)d 0.2

1441.218 2.1

陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)故初選絲杠d2=29mm,螺距p=6mm此選用T326的螺桿,其參數(shù)為：公稱直徑 螺距 中徑 大徑 小徑d P d D D2 2 4 d D3 132 6 29 33 25 26表：滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓[P］螺桿—螺母的材料 滑動(dòng)速低速鋼—青銅 ≤3。0612

18—2511—187-10鋼-鋼鋼-鑄鐵

〉15低速<2。4612

1—210—1313-184—7注:當(dāng)ф＜2.5或