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1、 大连交通大学信息工程学院毕 业 设 计 (论 文)题 目 机器人结构设计 学生姓名 专业班级 机械06-2班 指导教师 职称教 授 所在单位 大 连 交 通 大 学 教学部主任 完成日期 2010年7月2日摘 要在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制，计算机系统，机器人等。而机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。自问世以来，倍受世界各国的关注，并广泛应用于各行各业。移动机器人作为机器人学的一个重要分支，其研究工作始于20世纪60年代。移动机器人的最成功应用是动化生产系统中的物料搬运，用于完成机床之间、机床与自动仓库之间的工件工具传送等点位作业。本论文研究
2、的是根据设计内容和需求确定机器人，利用电机驱动和三轮全向轴来实现机器人的运动；利用另一台电机驱动皮带，从而使与方块滑行轴套连在一起的手臂实现上下运动。与具有同样功能的固定基座搬运机器人相比，具有更大的工作空间和和负载车重比。文中首先论述了近年来工业搬运机器入和移动机器人技术研究的发展状况，接着在此基础上对三轮全向轴搬运机器人进行了系统分析，然后提出了各个功能模块的实现方案。这些模块包括移动载体、操作臂、控制系统、等。最后，用机器人样机进行了搬运模拟物料的功能实验，验证了设计方案的可行性。本文对机器人的结构设计进行重点研究。通过结构选型分析，并对该载体进行了运动分析，进而确定了机器人系统的控制方
3、案。在这一控制方案中完成了所要求的任务与要求。关键字：三轮全向轴 机器人 搬运 结构设计ABSTRACTIn industry, automatic control system has a wide range of applications such as industrial automation, machine control, computer systems, robotics. The robot is a relatively new electronic equipment, it is beginning to change the face of modern indu
4、stry. Since its inception, and has never concerned about the world and is widely used in industries. Mobile robot as an important branch of robotics, the research began in the 20th century 60s. The most successful application of mobile robot is moving production of material handling systems for the
5、complete machine, between machines and automatic warehouse transfer between the workpiece tool such as point and work. Of this thesis is based on the content and design of robot needs to determine, using motor-driven three-axis to achieve omnidirectional robot; use another motor drive belt, so that
6、together with the box, slide the sleeve arm up and down movement to achieve. And has the same functions than the fixed base handling robot, with more work space and weight and the load ratio. The paper first discusses the recent industrial handling machines and mobile robotics research into the deve
7、lopment of the situation, and then based on this three-axis handling robot to carry out the whole system analysis, and proposed implementation scheme of the various functional modules. These modules include mobile carriers, operating arm, the control system, and so on. Finally, the robot has conduct
8、ed a simulation of material handling function experiments demonstrate the feasibility of design. In this paper, the structural design of the robot carry out focused research. Through the selection of structural analysis and dynamic analysis of the vector, and then determine the robots control progra
9、m. In the control program completed the required tasks and requirementsKeywords: 3-omni-axis robot transportaion structural design目 录1. 课题分析11.1简介11.2课题意义21.2.1机器人技术研究的发展状况21.2.2搬运机器人经历的三个进程21.2.3三代物料搬运机器人共同特点21.3课题的设计工作任务要求22. 机械方案设计分析32.1 具体设计要求分析32.1.1总体方案拟定设计方案32.1.2工作载荷32.13运动参数32.2 工作原理分析32.2.
10、1 运动原理分析32.2.2 力传递分析（主动件到执行件）43. 设计组成要素分析选择43.1 基本组成结构43.2 动力分析53.3 传动部件分析63.3.1 轴的强度计算63.3.2 电机的选择73.4 执行部件分析84. 机械零件设计计算114.1机械零件设计计算114.1.1机器人的组成及各部分关系概述114.1.2 机器人系统组成114.1.3 机器人结构简图和机器人的外形图124.14 机器人主要技术性能参数134.2 机器人运动时执行件的载荷计算，动力参数计算14结 论18谢 辞19参考文献201. 课题分析1.1简介机器人作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，
11、经历40余年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生成长一一成熟期后，已成为制造业中不可或缺的重要设备，世界上有约75万台工业机器人正战斗在各条战线上。机器人技术虽然以工业机器人起步，但近年来随着社会的进步和科学技术的迅猛发展，特别是在微电子技术、信息技术、计算机技术、材料技术等学科迅速发展的支持下，机器人的种类日益繁多，性能不断地改进，工作领域也在不断地扩大现代科学技术的迅速发展，尤其是进入80年代以来，机器人技术的进步以及在各个领域的广泛应用，引起了各国专家学者的普遍关注。许多发达国家均把机器人技术的开发、研究列入高新技术发展计划，机器人的研究领域和开发类型也在逐渐拓宽和增多。移动机
12、器人作为机器人学的一个重要分支，其研究工作始于20世纪60年代。移动机器人的最成功应用是动化生产系统中的物料搬运，用于完成机床之间、机床与自动仓库之间的工件工具传送等点位作业。点位机器人是一种能够在倾斜或垂直壁面进行移动作业的极限点位作业机器人，也是一种移动机器人。近年来，机器人应用从制造领域向非制造领域扩展。由于这种扩展，机器人在诸如野外作业、深海探测以及一些人类本身所不能进入的特殊环境的作业中，正在发挥越来越大的作用，近年来机器人研究在多方面都已经取得了很大的进展, 研究的成果必将成为各行各业提高生产力的强有力的工具. 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通
13、过“七五”、“八五”科技攻关，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、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；其中有130多台配套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的
14、机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。1.2课题意义 1.2.1机器人技术研究的发展状况近年来工业搬运机器入和移动机器人技术研究的发展状况，接着在此基础上对轮式物料搬运机器人进行了系统分析，然后提出了各个功能模块的实现方案。这些模块包括移动载体、操作臂、控制系统、无线通讯模块等。最后，用机器人样机进行了搬运模拟物料的功能实验，验证了设计方案的可行性。本文对物料搬运机器人的移动载体和控制
15、系统进行了重点研究。1.2.2搬运机器人经历的三个进程（1）第一代搬运机器人主要特征是示教再现型，具备各种遥控操作器。（2）第二代搬运机器人的主要特征是带有传感系统，可以离线编程。这种传感系统使得机器人具有视觉、触觉等功能，可以完成最精密的元件检测、装配、物料的装卸等。（3）第三代搬运机器人的主要特征是具各自治能力。它不仅具备感觉功能，而且根据这些感觉，它还有一定的决策及规划能力：能根据人的命令，按所处环境自行决策，规划出行动。目前尚处于开发之中。1.2.3三代物料搬运机器人共同特点：操作臂的基座被固定在地板上。这就决定了它们只能在有限的工作空间内完成操作任务。另外，由于采用串联机构作为操作臂，使得负载与机器人机体重量的比值很小，而且运动误差会通过各个关节被不断累加，导致操作臂精度下降，这些情况极大的限制了物料搬运机器人的应用。1.3课题的设计工作任务要求亚太地区大学生机器人竞赛是高水平的竞赛活动，体现大学生机械结构
