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1、毕业设计（论文）工业机器人三维设计与运动分析摘 要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。本论文作者在参考大量文献资料的基础上，结合设计要求，设计了一种小型的、固定在AGV 上以实现移动的六自由度串联机器人。首先，针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较，选择其中最优的方案进行了结构设计；
2、同时进行了运动学分析，用D-H 方法建立了坐标变换矩阵，写出运动学方程。这些工作为移动式机器人的结构设计、动力学分析和运动控制提供了依据。最后用ADAMS 软件进行了机器人手臂的运动学仿真，并对其结果进行了分析，对在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试，积累了经验。关键词：机器人；运动学分析；工作空间分析；虚拟样机技术Industrial Robot Of 3D Modeling And Analysis Of The MovementABSTRACTIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more at
3、tention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the applic
4、ation degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robo
5、ts work in playback way.Based on larger number of relative literatures and combined with the need of project, the author have designed a kind of small-size serial robot with 6 degree of freedom which can be fixed on the AGV to construct a mobile robot.Write the kinematics equation，These works provid
6、ed a basis to the structure design , kinematics analyse and control. At last, the robot arms kinematics was simulated by using software ADAMS, and the simulation result was analyzed. In the experiment, the author tried to use the virtual prototyping technology in mechanism design.keywords: Robot; Ki
7、nematics Analysis; Working Space Analysis;Virtual PrototypingTechnology目 录引 言- 1 -第1章 绪论- 2 -1.1 机器人概述- 2 -1.2 机器人的历史、现状- 2 -1.3机器人发展趋势- 4 -1.4 研究课题的提出- 4 -1.5本论文研究的主要内容- 4 -第2章 工业机器人总体方案的确定和机械系统设计- 5 -2.1 工业机器人相关知识点- 5 -2.2 工业机器人总体方案的确定- 6 -第3章 运动学分析- 12 -3.1 工业机器人连杆坐标系的建立- 12 -3.2 工业机器人运动学方程- 13 -
8、第4章 基于ADAMS的运动学仿真- 17 -4.1 ADAMS功能介绍- 17 -4.2 基于ADAMS 的机器人运动学仿真- 18 -4.3 ADAMS环境下6自由度机器人的动力学仿真分析- 21 -结论与展望- 28 -参考文献- 30 -附 录- 31 -附录A 外文文献及其译文- 31 -附录B 主要参考文献摘要- 38 -插图清单图 2- 1 手臂的几种结构构型- 6 -图 2- 2 末端执行器空间运动姿态- 7 -图 2- 3 手腕的4种形式- 7 -图 2- 4 工业机器人的总体构型- 8 -图 2- 5 机械手手指形状- 9 -图 2- 6 机械手机构简图- 9 -图 2-
9、7 工业机器人总体模型图- 10 -图 3- 1 工业机器人连杆坐标系- 13 -图 4- 1 将文件导入到ADAMS中- 19 -图 4- 2 6自由度机器人的虚拟样机模型- 20 -图 4- 3 处理后机器人的虚拟样机模型- 21 -图 4- 4 末端点在X方向上的位移曲线- 21 -图 4- 5 末端点在Y方向上的位移曲线- 22 -图 4- 6 末端点在Z方向上的位移曲线- 22 -图 4- 7 末端点在X方向上的速度曲线- 22 -图 4- 8末端点在X方向上的速度曲线- 23 -图 4- 9 末端点在X方向上的速度曲线- 23 -图 4- 10 末端点在X方向上的加速度曲线- 23
10、 -图 4- 11 末端点在Y方向上的加速度曲线- 24 -图 4- 12 末端点在Z方向上的加速度曲线- 24 -图 4- 13 中间点在X方向上位移曲线- 24 -图 4- 14 中间点在X方向上位移曲线- 25 -图 4- 15 中间点在X方向上位移曲线- 25 -图 4- 16 中间点在X方向上速度曲线- 25 -图 4- 17 中间点在Y方向上速度曲线- 26 -图 4- 18 中间点在Z方向上速度曲线- 26 -图 4- 19 中间点在X方向上加速度曲线- 26 -图 4- 20 中间点在Y方向上加速度曲线- 27 -图 4- 21 中间点在Z方向上加速度曲线- 27 -插表清单图
11、 3- 1 工业机器人连杆坐标系- 12 - - 43 - -安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）引 言工业机器人是一种仿人操作、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生产设备 1 。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。典型的工业机器人如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多固定在生产线或加工设备旁边作业, 随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深, 机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用具有现实意义。工业机器
12、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现代制造业重要的自动化装备。工业机器人的诞生可显著提高劳动生产率、改善作业环境等。所以本课题的研究具有很强的实用意义，本课题研究的主要内容：对工业机器人进行总体结构设计；绘制各零部件的二维图及装配图；利用ADAMS进行运动分析。第1章 绪论1.1 机器人概述 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
13、但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行
14、加工。机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机（Manipulator）。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是
15、为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。1.2 机器人的历史、现状 机器人首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机器人正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。第三代机器人（机器人）则能独立地完成工作过程中
