毕业设计论文重物提升机械手基座的结构设计论文Word文档下载推荐.docx
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3参数计算及校核13
3.1机器人工作台丝杠选择与计算13
3.1.1丝杠传动形式及精度选择13
3.1.2丝杠计算及选型14
3.1.3对所选丝杠进行校验15
3.2导轨的选择16
3.3腰部回转关节电机和减速器的选择17
3.4大臂电机、减速器计算19
3、5轴承的计算21
3.6螺栓的计算21
4参考文献23
5结论24
致谢25
1前言
1.1选题背景与意义
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的重要的现代制造业自动化装备。
机器人的研究与发展至今已有40多年的历史，它正在以制造业为中心迅速的得到推广和普及应用。
国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。
KUKA工业机器人
焊接机器人
工业机器人现状
美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人。
但日本在从1960年代起的短短20几年的发展后，一跃成为“机器人王国”，美国、德国紧随其后。
目前，国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。
日系中主要有安川，OTC，松下，FANUC，不二越，川崎等公司的产品。
欧系中主要有德国的KUKA，CLOOS，瑞典的ABB，意大利的COMAU及奥地利的IGM公司。
工业机器人已成为柔性制造系统（FMS），工厂自动化（FA），计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。
据专家预测，机器人产业是继汽车，计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。
目前全球工业机器人的著名企业是发那科（FANUC），其在2008年6月成为全球第一个安装20万台机器人的厂商，而ABB，KUKA等，安装15万台左右。
工业机器人作为机电一体化的最高成就，前景看好。
并且已经成为柔性制造系统、自动化工厂等等应用场合的自动化工具。
使用工业机器人，不仅可以保障产品生产的质量、数量；
而且在保障人身的安全，改善劳动时环境，提高生产效率、降低劳动强度等方面具有明显的优势；
大力发展工业机器人产业，对我国的制造业崛起有着十分积极的意义。
1.2目前国外机器人领域的发展现状
目前，这一行业占据优势的主要是欧美和日本，日本经过一系列的政策复制后从上世纪60年代的摇篮期、到70年代的实用期，再到80年代的普及工业机器人发展已经相对成熟，并且有效缓解了劳动力紧缺，并且成功助推日本的汽车、电器等行业，使得“日本制造”成功进军欧美市场。
美国作为工业机器人的诞生地，由于决策的原因将对机器人研究仅限于军事、航空、和工程等尖端领域，而并未在应用方面进行普及；
但在20世纪80年代后政府开始重视工业机器人的研究，使得这一行业在美国有了长足的发展。
德国是欧洲工业机器人行业的最大市场，也是最大的发展引擎。
德国政府推行的一系列政策为工业机器人行业的发展开辟了道路。
与此同时机器人关键基础部件的相关技术也被欧美、日本等所掌控；
例如在高精度机器人减速器方面，市场份额中75%被两家日本企业占据；
分别为提供RV摆线针轮减速机的日本Nabtesco和提供高性能谐波减速机的日本HarmonicDrive。
在伺服电动机和驱动系统方面，目前欧系的驱动部分主要有伦茨，Lust，博世力士乐等公司来提供，这些欧系电机的过载能力，动态响应好，驱动器开放性强，且具有总线接口，但是价格却昂贵。
而日系品牌的工业机器人关键部件主是由安川，松下，三菱等公司提供，其价格相对降低，但动态响应能力、开放性较差，且大部分只具备模拟量和脉冲控制方式。
在控制器方面，目前国外的主流机器人厂商控制器均采用在通用的多轴运动控制器平台的基础上进行自主研发的形式。
对工业机器人主要制造国们来说,研发设计的经验及制造的历史已经有几十年的积累,整个产学研系较为完善,技术成熟,通过相互之间的竞争、模仿，推陈出新，它们的技术对于国内来说,已近乎完美。
当前国际上工业机器人的发展趋势是：
1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。
2．机械结构向模块化、可重构化发展。
例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；
由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；
国外已有模块化装配机器人产品问市。
3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；
器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；
大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；
多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
5．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人
1.3中国工业机器人行业发展现状
目前，我国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，例如在谐波减速机方面，国内已有可替代的产品，如中技克美、北京谐波传动所，但是产品在输入转速上，扭转高度、传动精度、效率等方面与日系产品还有不小的差距。
但是与制造业大国地位不符的是，中国的工业机器人应用数量仍然偏少，且主要依赖从日本，瑞典，德国，意大利，美国进口。
其中，日本约占50%，欧洲约占40%。
制造商主要有FANUC，YASKAWA，ABB，COMAU，KUKA和Staubli等。
同时，中国的工业机器人制造业刚起步，制造水平和技术含量都较为落后。
以目前规模最大，技术领先的厂商新松公司为例，2009年仅生产600多台工业机器人，与国际上动辄年产数千台有很大差距。
打个比方说国内相关行业目前正处于黎明前的黑暗，有不少企业都有研发和制造的想法，但真正能够立项研究并取得一定成果的单位或组织只能说是极少数、距离产业化、商品化还有相当长的一段距离，技术经验、人才储备还未健全。
我国的机器人研究开发工作始于20世纪70年代初、到现在已经历了30年的历程。
前10年处于研究单位自行开展研究工作状态、发展比较缓慢。
1985年后开始列入国家有关计划、发展比较快。
特别是在“七五”、“八五”、“九五”机器人技术国家攻关、“863”高技术发展计划的重点支持下、目前已经有哈尔滨工业大学、燕山大学等30余所高校展开了对工业机器人的研究。
一些数控机床和系统制造商开始将未来的盈利点瞄向工业机器人。
例如，沈阳机床已有研发工业机器人的计划；
华中数控、广州数控也已经开始研发并制造工业机器人。
我国的机器人技术取得了重大发展。
但应该看到；
我国的机器人技术的发展与世界发达国家相比还有不小的差距，首先在起步上我国就落后了20年左右，在一些机器人的关键部件上，像如谐波减速器、RV减速器、伺服电机，我国虽已能够独立制造，但在制造精度和使用性能，批量生产上和日本及欧美等国相比仍有需要改进的地方。
我国的工业机器人技术的发展离不开政府的支持，国家应加大技术投入与研发力度，在参考国外经验基础上独立自主，抓住历史机遇，使我国从制造业大国像制造业强国转变。
中国工业机器人产业化正处在关键时期；
如果政府能够加大扶持力度，将使我国的机器人行业进入快速发展期；
而对于中国的相关行业来说应力争做到以下几点：
1）以市场需求为导向做好重点产品的技术突破。
2）国家应专项立项，发展我国自己的工业机器人产业；
3）以企业为主体，形成产、学、研一体的联盟建设，从而形成强大的研发、生产、销售的体系
1.4工业机器人的新发展与发展趋势
随着计算机技术、网络技术等的发展进步；
机器人技术的发展也进入了一个新台阶；
目前世界各国都在加大对于工业机器人技术的研发；
智能化、多样化是其趋势，具体研究的内容有以下几个方面：
1）工业机器人的机构优化技术；
包括新材料的开发与使用、以及模块化、可重构技术等；
以德国的KUKA公司为例，将工业机器人的并联平行四边形结构优化为开链机构，加以轻质铝合计材料的使用，使整机性能大幅提升。
2）机器人控制技术；
控制性能进一步提升、人机界面更加友好，控制系统的标准化、网络化趋势愈加明显。
3）小型化，控制系统的精简使得工业机器人的机电一体化程度越来越高，体积也越小。
4）虚拟化技术,以实现工业机器人的虚拟遥控操作和人机交互为目标
5）仿人仿生技术，机器人的最高发展水平，目前尚停留在基础研究阶段。
1.5选题目的及意义
关节型工业机器人操作灵活、运动速度较快；
广泛应用在如焊接、喷涂、搬运等诸多场合。
也是目前工业机器人领域较为热门的一个研究方向
我国目前正从劳动密集型向现代化制造业方向发展、振兴制造业、实现工业化是我国经济发展的重要任务。
从制造业的发展历程看、生产手段必然要经历机械化、自动化、智能化、信息化的变革。
我国正处在经济高速发展的阶段、工业机器人在未来必然拥有巨大的市场需求。
而且、工业机器人显然更适合从事危险系数高、污染严重的工作，并可以有效替代人口老龄化后劳动力减少的空缺；
另一方面，目前我国工业机器人的应用数量仍然偏少，而且主要依赖于进口，发展我国工业机器人工程化产品，自动化生产线和机械手关键技术都极为迫切。
因此发展工业机器人技术对我国工业制造水平的提升，使我国从制造大国转变为工业强国都具有重大意义。
2设计内容及方案
重物提升机械手是工业机器人的一种，其工作环境一般，主要用途有物料的搬运，货物码垛，自动上下料等方面。
作为一个整体一般包括操作机（机械手）、驱动系统、控制系统三部分。
在对其进行设计时首先要使其满足动作要求，之后尽量保证具有足够的运动灵活性和定位准确性，工作过程要平稳
我所设计的内容是关于重物提升机械手的底座结构以及机身部分（腰部回转机构、大臂、肘部）的设计，该机器人采用关节坐标式结构；
此外还包括了驱动系统和控制系统部分。
机器人操作机的坐标形式：
受到广泛使用的机器人坐标形式有：
1、直角坐标式：
主要用于生产设备的上下料；
主体结构有三个自由度，分别为机体的横移、手臂伸缩、升降2、圆柱坐标式：
圆柱坐标机器人通用性高，常用于物料搬运；
主体结构有三个自由度，腰转、手臂伸缩、升降3、球面坐标式：
又叫做极坐标式机器人；
主体结构有三个自由度；
分别是绕垂直轴线和水平轴线的转动和手臂伸缩。
4、关节坐标式：
它是一种广泛使用的拟人化机器人，腰、肩、肘关节全部是转动关节。
本方案设计采用关节坐标形式，其工作范围大且占地面积小，结构紧凑。
直角坐标式圆柱坐标式
球坐标式关节坐标式
工业机器人机械手的组成一般由手部，腕部，臂部，机身、底座等几部分组成。
底座：
机械手机座是支撑部件，主要用来为整体提供支承同时底座应能实现回转或是横移等运动；
一般用铸铁或铸钢来制造。
对于机身底座的设计要求满足：
（1）要有足够的刚度和稳定性
（2）运动要灵活（3）结构布置要合理；
为了扩大操作机的移动范围，在机座底部可以安装行走机构。
腰部：
腰部作为是连接基座与臂部的部件；
通常设计为回转部件；
通过腰部的回转实现操作机在空间内的运动。
臂部：
下臂部分的作用是连接底座回转工作台和小臂，实现操作机在空间中的运动；
手臂的结构可分为伸缩
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