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1、湖南科技大学 毕业设计（论文） 题目 六自由度工业机器人 结构设计 作者 学院 机电工程学院 专业 机械设计制造及其自动化 学号 指导教师 二一六年五月二十日湖南科技大学 毕业设计（论文）任务书 机电工程学院院机械设计制造及其自动化系（教研室） 系（教研室）主任:（签名）年月日 学生姓名: 学号: 专业:机械设计制造及其自动化 1设计（论文）题目及专题：六自由度工业机器人结构设计 2学生设计（论文）时间：自2015年3月1日开始至2015年5月29日止 3设计（论文）所用资源和参考资料： 工业机器人、机器人学、机器人运动学基础、Solidworks2013从入门 到精通 4设计（论文）应完成的
2、主要内容： （1）介绍工业机器人的发展现状及前景； （2）工业机器人工作空间计算和简单的运动学分析； （3）工业机器人结构设计及关键零部件计算； （4）对关键零部件进行强度校核。 5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： （1）相关的计算、设计框图及仿真图； （2）论文不少于35页； （3）说明书中必须有与设计（论文）内容或专业相关的不少于1500字的外文资料翻 译。 6发题时间：2015年3月1日 指导教师： 学生：湖南科技大学 毕业设计（论文）指导人评语 主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用 性，科学性，文本（图纸）规范程度，
3、存在的不足等进行综合评价 指导人：（签名） 年月日 指导人评定成绩：湖南科技大学 毕业设计（论文）评阅人评语 主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法， 实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价 评阅人：（签名） 年月日 评阅人评定成绩：湖南科技大学 毕业设计（论文）答辩记录 日期： 学生：学号：班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料： 1 设计（论文）说明书 共 页 2 设计（论文）图纸 共 页 3 指导人、评阅人评语 共 页 毕业设计（论文）答辩委员会评语： 主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对
4、设计 （论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价 答辩委员会主任：（签名） 委员：（签名） （签名） （签名） （签名） 答辩成绩： 总评成绩：摘要 六自由度工业机器人是一种高精度的自动化机械，具有高度的灵活性以及平稳性。 所以在设计中我们应当注意其结构工艺的合理性，在材料选择上应当使其具有高强度 和轻便的特性。本论文主要对搬运工业机器人的驱动方式及各轴的传动方案进行了设 计，并对驱动运动的电动机进行了选型；在对其工作空间分析的基础上，对关键的零 部件进行了受力分析及强度校核；根据其基本结构参数，利用Solidworks2013软件进 行了三维图形的绘制，并用CAD绘制了装配图及部分关键零件图
5、。 关键词：工业机器人；结构设计；传动方案设计；受力分析；强度校核Abstract Sixdegreeoffreedomindustrialrobotisakindofautomaticmachinewithhighaccuracy,withhig hdegreeofflexibilityandstability.Sointhedesignweshouldpayattentiontotherationalityofthestruc tureandtechnology,inthechoiceofmaterialsshouldbesothatithashighstrengthandlightwei
6、ght,this papermainlyforthehandlingofindustrialrobottotaldrivewayandtheaxisofthetransmissionscheme design,andthedrivemotorselection;inworkspaceanalysisbasedonthekinematicscalculation,ofke ypartswerestressanalysisandstrengthcheck;accordingtothebasicstructureparametersusingsoftw areSolidworks2013of3Dgr
7、aphicsrendering,andmappingwithCADassemblydrawingandpartofth ekeypartsofthemap. KeyWords：Industrialrobots;Structuraldesign;Transmissiondesign;Forceanalysis；Intensity verification-i- 目录 第一章绪论1 1.1 工业机器人概述1 1.2 课题研究背景及意义1 1.3 国内外研究现状及发展趋势2 1.3.1国内研究现状3 1.3.2国外发展趋势4 1.4 工业机器人相关技术5 1.5 本文主要内容5 第二章总体方案与传动
8、机构设计6 2.1 总体方案设计与分析6 2.1.1方案要求6 2.1.2机构选型7 2.1.3驱动方式选择8 2.2 传动方案的初步设计9 2.2.1腕关节传动机构设计10 2.2.2小臂传动机构10 2.2.3大臂传动机构11 2.2.4腰身传动机构12 2.3机器人部分技术参数10 第三章工作空间分析及计算12 3.1工作空间12 3.2工作空间与机器人结构尺寸的相关性12 3.3分析14 -ii- 第四章结构设计15 4.1传动方案的设计15 4.2手腕传动15 4.3腰部16 4.3.1腕部的设计要求16 4.3.2腕部结构16 4.4手臂17 4.4.1手臂作用概述17 4.4.2
9、电机选择17 4.5传动结构设计计算20 4.5.1腰部设计20 4.5.2大臂设计21 4.5.3小臂设计22 第五章关键零部件的校核24 5.1 腕部中心轴的结构设计与校核24 5.1.1 腕部中心轴的结构设计25 5.1.2 腕部中心轴的强度校核25 5.2连杆传动轴的结构设计与校核28 5.2.1连杆传动轴的结构设计28 5.2.2连杆传动轴的强度校核29 5.3手腕齿轮连接轴的结构设计与校核28 5.4手腕齿轮连接轴 2的结构设计与校核29 5.5回转底盘与腰部主轴连接螺钉的校核29 5.6部分三维图形的绘制30 第六章总结35 参考文献36 致谢37- 1 - 第一章 绪论 1.1
10、工业机器人概述 工业机器人是一种高精度的自动化生产装备，它的设计涉及到了多门学科知识， 包括了气动、液压、电路、PLC以及材料力学，理论力学等等。 它最早出现于20世纪，人们通常广义的把机器人认为是能模仿人类动作的机器。 相较于人具有大脑，手足，和眼睛等功能器官，随着机器人的发展，它也拥有了类似 的能力，甚至在功能上远超人类。 工业机器人顾名思义，是用于辅助生产的机器人。早在20世纪20年代就出现了 一种能够在生产线上，代替人搬送装卸工件的机械手。而在40年代则直接出现了可以 由工人操作的机器人。60年代则出现了可以自动的多操作的机械手。 工业机器人发展迅速，功能越来越多，甚至出现了具有智能的
11、机器人。目前，世 界上把机械手、机器人等也一并称为工业机器人。我国将其定义为：一种能自动控制， 可重复编程、多功能、多自由度的机器人，并能搬运材料工件或者其他工具，用以实 现多种作业。 1.2 课题研究背景及其意义 工业机器人是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化 装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电 子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速 发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与 机械化和自动化的有机结合。它能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳 动强度，
12、提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于 零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更 普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组 成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于 中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工 件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产 品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的 水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接 影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此， 进行机械手的研究设计是非常有意义的。 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
