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1、摘要摘要随着现代科学技术的发展，机器人技术越来越受到广泛关注，在工业生产日益现代化的今天，机器人的使用变得越来越普及。因此对于机器人技术的研究也变得越来越迫切，尤其是工业机器人方面。本文作者在搜集了国内外机器人相关资料的基础上，选择了国内外各生产厂商的机械臂作为参考，设计了一款拥有5个自由度的机械臂。该机械臂由多个系统组成，包括机电系统，液压系统和传动系统。本人绘制了机械臂的相关原理图和零件图。本机械臂的特点是传动简单，维护方便，可用于工业生产当中各种物件的搬运，用途广泛。关键词工业机器人；多关节机械臂；5自由度；液压系统I燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractWith the dev
2、elopment of modern science and technology, robot technology has become more and more attention, in todays increasingly modernized industrial production, the use of robots is becoming more and more popular. So for the robot technology research has become more and more urgent, especially for industria
3、l robots. Robot at home and abroad in this article the author collected the relevant data, on the basis of domestic and foreign various manufacturers of mechanical arm as the reference, design a model with five degrees of freedom mechanical arm. The mechanical arm is composed of several systems, inc
4、luding mechanical and electrical system, hydraulic system and transmission system. I draw the related principle of mechanical arm and part drawing. Transmission characteristics of this manipulator is simple, maintenance is convenient, can be used in the industrial production of a variety of objects
5、carrying, wide range of uses.Keywords industrial robot；Multi-joint robotic arm；5 degrees of freedom；The hydraulic systemII 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论61.1 课题背景61.1.1机械臂的发展81.1.2 国内外机器人研究现状101.1.3机械臂技术的要素121.1.4研究主要成果131.1.5发展趋势151.1.6 工业机器人研究意义151.2本章小结16第2章 机械臂总体方案设计172.1机器人机械设计的特点172.1.1 与机器人有关的概念182.1
6、.2机器人学的基本术语202.1.3机器人的规格202.1.4机器人的分类212.2 设计方案222.2.1方案要求222.2.2方案的功能设计与分析232.3本章小结24第3章 机械臂总体结构设计253.1 腰部回转总体结构设计253.2大臂回转结构设计263.3小臂回转机构设计273.4 大臂及其内部总体结构的布局273.5本章小结28第4章 机械臂液压缸尺寸设计294.1 回转缸尺寸设计与校核294.1.1回转缸转动时所需的驱动力矩294.1.2回转缸的尺寸及其校核304.2伸缩缸设计324.2.1导向装置324.2.2伸缩缸的尺寸设计及校核324.3本章小结33结论34参考文献35致谢
7、36附录1开题报告37附录2文献综述43附录3外文翻译49第2章 机械臂的方案设计 第1章 绪论1.1 课题背景工业机器人，一般指的是在工厂车间环境中，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、装配等操作的一种机器人。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。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。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成
8、的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。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各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和
9、劳动生产率: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.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。国
10、际标准化组织(ISO)在 对工业机器人所下的定义是“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用设备，以执行种种任务” 。 随着科学和技术的不断发展，在过去的几个世纪里，人类在许多方面都取得了重大的进展。机器人技术作为人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，经历了短短的40年，已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生、成长、成熟期后，已成为制造业中必不可少的核心装备，而且工业机器人不仅在工厂里成了工人必不可少的伙伴，而且正在以惊人的速度向航空航天、军事、服务、娱乐等人类生活的各个领域渗透。据联
11、合国经济委员会和国际机器人联合会去年关于世界机器人的报 告，仅2003年新投入使用的机器人接近10万个，使世界目前使用的机器人总数超过75万。世界使用机器人最多的国家是日本，约38 .9万；其次为德国(9.1万)、美国 (9万)、意大利(3.9万)、韩国(3.8万)、法国(2.1万)、西班牙(1.3万)和英国(1.2 万)，并且报告估计2004年，全世界使用的机器人总数将超过100万。 我国的工业机器人发展的历史已经有20多年，从“七五”科技攻关开始，正式列入国家计划，在国家的组织和支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，不仅在机器人的基础理论和关键技术方面取得重大突破，而且在工业机器人整机方
12、面，己经陆续掌握了喷漆、弧焊、点焊、装配和搬运等不同用途、典型的工业机器人整机技术，并成功的应用于生产，掌握了相关的应用工程知识。但总的看来，我国的工业机器人 技术及其工程应用的水平和国外的相比还有一定的距离。我国目前大约有 4000台工业机器人，其中仅有1/5是国产的，其余的则是从40多个国外厂商进口的机器人。总之，各种各样机器人的出现和应用是人类走向文明和发展的一个巨大进步和标志，在未来社会中，机器人的广泛应用和发展是一个必然的发展趋势。相信在不远的将来，机器人技术将一定能够为人类带来更多的方便，为人类的文明和发展带来更大的机会。 1.1.1机械臂的发展20世纪50年代是工业机器人的萌芽时
13、期，1954年美国戴沃尔发表了“通用重复 型机器人”的专利论文，第一次提出了“工业机器人”的概念。1958 年美国联合控制公司研制出第一台数控工业机器人原型。1959 年美国 UNIMATION 公司推出第一台工业机器人。美国是机器人的故乡。 20世纪60年代随着传感技术和工业自动化的发展，工业机器人进入发展期，机器人开始向适用化发展，并被用于电焊和喷涂作业。20世纪70年代随着计算机和人工智能的发展，机器人进入适用化时代。日本虽起步较晚，但结合国情，面向中小企业，采取了一系列鼓励使用机器人的措施。其机器人拥有量很快超过了美国，一举成为“机器人王国”。 20世纪80年代工业机器人进入普及时代，
14、汽车、电子等行业开始大量使用工业机器人，推动了机器人产业的发展。工业机器人的应用满足了人们特性化的要求，产品的批量越来越大，品种越来越多，而且产品的一致性也大大提高，为商家占有了更多的市场份额，获得了更多的市场利润。20世纪90年代初期，工业机器人的生产与需求达到了一个高峰期。1990年世界上新装备工业机器人80943台，1991年装备了76443台，到1991年底世界上己有53万台工业机器人工作在各条战线上。目前工业机器人主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、金属加工以及金属制品业等。在日、美、西欧等一些工业发达的国家中，工业机器人得到越来越广泛的应用。随着生产的发展，机器
15、人功能和性能的不断改善和提高，机器人的应用领域日益扩大，其应用范围已不限于制造业，还用于农业、林业、交通运 输业、原子能工业、医疗、福利事业、海洋和太空的开发事业中。在工业领域广泛应用着工业机器人。我国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。机械臂（Manipulator）是模拟人的上臂而构成的。为了保证机器人手部有6个空间自由度，其主动关节数目一般为6。一般情况下，全部关节皆为转动型关节，而且其前3个关节一般都集中在手腕部。关节型机械臂的特点是结构紧凑，所占空间体积小，相对的工作空间最大，还能绕过基座周围的一些障碍物，是机械臂中使用最多的一种结构形式，比较典型的如PUMA、SCARA等。多关节机械臂的优点是：动作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作，目前广泛应用于工业自动化生产线上。机械臂发展状况如下： （1）第一代机械臂，即按事
