六自由度工业机器人的设计文档格式.docx

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结构设计；

控制系统；

-II-

Abstract

Inthemodernlarge-scalemanufacturingindustry,enterprisespaymoreattentionontheautomationdegreeoftheproductionprocessinordertoenhancetheproductionefficiency,andguaranteetheproductquality.Asanimportantpartoftheautomationproductionline,industrialrobotsaregraduallyapprovedandadoptedbyenterprises.Thetechniquelevelandtheapplicationdegreeofindustrialrobotsreflectthenationalleveloftheindustrialautomationtosomeextent,currently,industrialrobotsmainlyundertakethejopsofwelding,spraying,transportingandstowingetc.,whichareusuallydonerepeatedlyandtakehighworkstrength,andmostoftheserobotsworkinplaybackway.

Inthispaper,IwilldesignanindustrialrobotwithsixDOFs.First,Iwilltransformlinelayoutanddesignthestructureofthebasetoimprovetheworkefficiencyofproduction,andthen,accordingtothedesignrequirements,Idesigntherobotmechanicalstructureoftheoverallplanandspecific,andchosetherightmeansoftransmissionanddrivemode,Then,Idesignthebigarm,thesmallarmandtheendmanipulatoroftherobot,andIdesignthetransmissionstructure,Thisrobotisa6-DOFjointrobot,Thesejointsareallrotaryjoints,jointsusedmotor,reducer,geartransmission,wormgearandwormdrivemechanismtorealizevariousdegreesoffreedom,soastoachievetherequiredmovement.Onthisbasis,thispaperwilldesignthecontrolsystemoftherobot,whichcontrolledbyPCandDSPmotioncontrolcard,anddeterminetheoverallschemeofthecontrolsystem,designDSPandPCIbusinterfacecircuit.

Keywords:

6-DOFindustrialrobot, linelayout, structuredesign, thecontrolsystem

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章绪 论 1

1.1课题背景及研究的目的和意义 1

1.2国内外在该方向的研究现状及分析 2

1.3本文的主要研究内容 4

第2章生产线布局及总体方案的确定 5

2.1生产线布局方案 5

2.1.1机械手 5

2.1.2工作流程 6

2.1.3方案预期达到的目标 6

2.2总体方案的设计 7

2.2.1机构的选型 7

2.2.2驱动方式的选择 7

2.2.3传动方案的选择 8

2.2.4总体结构方案设计 9

2.2.5控制方案的设计 11

2.2.6技术参数列表 12

2.3本章小结 13

第3章结构的设计 14

3.1引言 14

3.2电机力矩的计算以及驱动电机的选择 14

3.3减速器的设计 16

3.4腰部的设计 17

3.5手臂的设计 18

3.5.1手臂的设计基本要求 18

3.5.2大臂和小臂 18

3.5.3连杆 19

3.6手腕部的设计 19

3.7末端执行器的设计 20

3.8本章小结 21

哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）

第1章绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

轮毂制造业属于劳动密集型的行业，除了繁重的体力工作外，几乎每个工序都存在着对人体有害的污染源和潜在的工伤事故:

热加工工序烫灼伤的危险，大量易燃易爆燃料及消耗材料时时刻刻威胁着操作手的安全;

铝液除气除渣产生的有毒烟尘，机加工冷却液的有害蒸汽，以及涂装工序液体漆、粉漆、前处理药液等等都会严重影响工人的健康;

无处不在的轰鸣及刺耳的噪音会使你情绪坏到极点。

[1]

针对原有轮毂生产线存在的劳动强度高，生产效率低，粗加工加工尺寸不稳定等问题，通过工业机器人及新的数控加工设备，不仅有效解决了轮毂大小头轴承孔同轴度，大小头螺孔位置度的质量问题，满足用户图纸的要求，而且降低了工人的劳动强度，提高生产效率将近一倍，取得了良好的经济效益。

[2]

工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。

特别适合于多品种、变批量的柔性生产。

[3]它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。

[4]生产中应用机械手可以提高生产的自动化水

平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;

尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。

因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。

在工业领域广泛应用着工业机器人。

工业机器人一般指在工厂车间环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、加工、

-12-

装配等操作的一种机器人。

工业机器人的定义为：

“一种自动定位控制、可重复

编程的、多功能的、多自由度的操作机。

能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。

”操作机定义为：

“具有和人的手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。

”一个典型的机器人系统由本体、关节伺服驱动系统、计算机控制系统、传感系统、通讯接口等几部分组成。

机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

轮毂生产线改造设计是一个实际应用课题。

通过本设计可以使学生在实际课题设计中对生产加工，机械系统设计，机械手及其控制等知识得到切实的锻炼。

1.2国内外在该方向的研究现状及分析

在西方发达国家，企业主为了避免这种强体力高危工种所带来的高额人工费用，早已采用了自动化生产线代替部分人工操作进行铝合金轮毂的生产。

在亚洲，日、韩企业的自动化生产起步较早，形成了鲜明的地域特色。

[1]而在中国大陆，一直没有铝合金轮毂生产厂真正考虑过这个问题，到目前还没有一条像样的轮毂自动化生产线。

中国大陆企业之所以不重视这方面的发展，首先是由于近几十年的惯性思维使然。

过去几十年缺乏资金和技术，拥有的优势就是众多的廉价劳动力，为了促进经济的发展，充分利用这个优势，无论在社会大环境要求还是在经济指标考量上无疑都是正确的。

另外的原因是企业管理者僵化的思维。

随着经济的发展和企业规模的不断扩大，有的企业管理者还把思维定位在旧的发

展模式上，认为搞自动化生产线硬件投入大，得不偿失，而没有综合考虑

自动化生产带来的综合效益。

机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动作业任务的机械装置。

机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自

动控制及人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代

表，是当代科技发展最活跃的领域。

机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。

近十几年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。

我国是从 20 世纪80 年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。

1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。

1987 年，我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。

目前，我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。

最初我国在机器人技术方面的主要目的是跟踪国际先进的机器人技术，随后，我国在机器人技术及其应用方面取得了很大成就。

主要研究成果有：

哈尔滨工业大学研制的两足步行机器人，北京自动化研究所1993年研制的喷涂机器人，1995年完成的高压水切割机器人，国家开放实验和研究单位沈阳自动化研究所研制的有缆深潜300m机器人，无缆深潜机器人，遥控移动作业机器人，2000年国防科技大学研制的两足类人机器人，北京航空航天大学研制的三指灵巧手，华理工大学研制的点焊、弧焊机器人，以及各种机器人装配系统等。

[3]

我国目前拥有机器人4000台左右，主要在工业发达地区应用，而全

世界应用机器人数量为83 万台，其中主要集中在美国、日本等工业发达国家。