《发动机专用机器人腰部设计-学位论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发动机专用机器人腰部设计-学位论文（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院毕业设计(论文)发动机气门生产工序工业机器人腰部机构及传动设计所在学院专 业班 级姓 名臧云锋学 号指导老师朱火美 年 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文发动机气门生产工序工业机器人腰部机构及传动设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日摘 要机器人既有人对环境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备，也是先进制造技术领域不可缺少的自
2、动化设备。如今，机器人工业已成为世界各国备受关注的产业。根据机器人的工作要求和结构特点，进行了机器人的总体设计，确定了机器人的外形尺寸和工作空间，拟定了机器人各关节的总体传动方案，对机器人腰关节结构进行了详细设计，合理布置了电机和齿轮，确定了各级传动参数，进行了齿轮、轴和轴承的设计计算和校核。关键词：机器人,传动；腰部,传动系统AbstractRobot people on the environment both rapid reaction and analytical skills, but also the machine can continue to work long hours
3、，High accuracy, ability to resist bad environmental，In a sense it is a product of the evolution of the machine，It is the industrial and non-industrial sector, an important production and service equipment，Advanced manufacturing technology is indispensable automation equipment。Today, the robot indust
4、ry has become the industry closely watched around the world.According to the job requirements for the robot and structure characteristic , I have carried on the overall design of the robot, confirmed the external dimension and workspace of the robot, drafted the overall transmission scheme of every
5、joint of the robot. I have designed the waist structure of the robot in detail, assigned the electrical machinery and gear wheel rationally, confirmed at all level transmission parameters , carried on the design and calculating of gear wheels , shafts and bearings and checking them.Key Words: Robot;
6、 transmission; strength目 录摘 要3Abstract4目 录5第1章绪论71.1 机器人概念71.2 国内外研究现状81.3 课题研究的背景和意义81.4 本课题研究内容9第2章机器人总体方案设计102.1 确定基本技术参数102.1.1 机械结构类型的选择102.1.2 额定负载112.1.3 工作范围112.1.4 机器人的驱动系统设计122.1.5 确定机器人手臂的配置形式132.2 机器人本体结构设计132.3 本章小结15第3章机器人腰部结构设计及传动设计153.1 电动机的选择153.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比173.3 轴的设计计算173.
7、3.1 计算各轴转速、转矩和输入功率173.3.2 确定三根轴的具体尺寸183.4 确定齿轮的参数233.4.1选择材料233.4.2 压力角的选择233.4.3 齿数和模数的选择233.4.4齿宽系数233.4.5 确定齿轮传动的精度233.4.6 齿轮的校核253.5 腰部结构设计283.5.1机身结构的设计283.5.2 电机的选择293.5.3 减速器的选择293.5.4 螺柱的设计与校核303.5.5 机座的机械结构示意图313.5.6壳体设计323.6本章小结32总 结33参考文献34宁波大红鹰学院本科生毕业设计第1章 绪论1.1 机器人概念机器人（Robot）是自动执行工作的机器
8、装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。 图 1-1工业机器人现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”它能为人类
9、带来许多方便之处。机器人是近30年发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。1.2 国内外研究现状我国已在“七五”计划中把机器人列人国家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十几年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人及水下作业、军用和特种机器人。目前，示教再现型机器人技术已基本成熟，并在工厂中推广应用。我国自行生产的机器人喷漆流水线在长
10、春第一汽车厂及东风汽车厂投入运行。1986年3月开始的国家863高科技发展规划已列入研究、开发智能机器人的内容。就目前来看，我们应从生产和应用的角度出发，结合我国国情，加快生产结构简单、成本低廉的实用型机器人和某些特种机器人。国内机器人的研究也在863计划和自然科学基金的支持下持续开展了多年，如国防科技大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学、清华大学、上海交通大学、中国科学技术大学等，都先后开始研制机器人样机4。1.3 课题研究的背景和意义机器人的出现和应用是人类生产和社会进步的需要，是科学技术发展和生产工具进化的必然。机器人一词最早出现于1920年捷克作家Karel Capek的剧本罗萨姆的万能
11、机器人中，在该剧中，机器人“Robota”这个词的本意是指苦力，是剧作家笔下的一个具有人的外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳动力。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类生活领域，研制具有人类外观特征、可模拟人类行走和其他动作的机器人一直是人类的梦想之一。机器人是一门综合性很强的科学，有着极其广泛的研究和应用领域。机器人技术是综合了计算机技术、信息融合技术、机构学、传感技术、仿生科学以及人工智能等多学科而形成的高新技术，它不仅涉及到线性、非线性、基于多种传感器信息控制以及实时控制技术，而且还包括复杂机电系统的建模、数字仿真技术及混合系统的控制研究等方面的技术。机器人是机器人技术中的
12、一个重要研究课题，而双足机器人是机器人研究的前奏。步行技术是人与大多数动物所具有的移动方式，是一种高度自动化的运动，双足步行系统具有非常复杂的动力学特性，对于环境具有很强的适应性，它相对轮式、履带式机器人具有无可比拟的优越性，它可以进入狭窄的作业空间，也可跨越障碍、上下台阶、斜坡及在不平整地面上工作，可以护理老人、康复医学以及在一般家庭的家政服务都可以应用。它适应环境的能力更强，因此具有更加广泛的应用前景。在机器人的研制中，机器人仿真是机器人研究的一项重要的内容，它涉及机器人机构学、机器人运动学、机器人零件建模、仿真机器人三维实现和机器人的运动控制，是一项综合性有创新意义和实用价值的研究课题。
13、仿真利用计算机可视化和面向对象的手段，模拟机器人的动态特性，帮助研究人员了解机器人工作空间的形态及极限，提示机构的合理运动方案及有效的控制算法，从而解决在机器人设计、制造以及运行过程中的问题，避免了直接操作实体可能会造成的事故或者不必要的损失。仿真也为机器人本体结构方案设计提供参考依据，并在这台机器上模拟能都实现的功能，使用户直接看到设计效果，及时找出缺点和不足进行改进，避免了大量的物力、人力的浪费1，2。1.4 本课题研究内容本课题的主要任务是对机器人的腰部及传动进行设计，并完成总装配图和零件图的绘制。要求对机器人模型进行静力学分析，估算各关节所需转矩和功率，完成电机和减速器的选型。其次从电
14、机和减速器的连接和固定出发，设计关节结构，并对机构中的重要连接件进行强度校核。主要任务：（1）机器人腰部机构设计、三维造型（2）机器人腰部受力计算与校核（3）机器人腰关节传动设计（4）重要零件图及装配图绘制（5）伺服电机选型（6）撰写1万字以上设计说明书一份原始数据：气门电镦成型工序电镦机、摩擦压力机与机机器人布置如下图所示。以机机器人为中心，半径为875mm的圆周上，布置三台电镦机和一台摩擦压力机。电镦机工作平面高1500mm，摩擦压力机工作平面高900mm，预留机器人基座高度500mm。电镦机每29秒完成一个毛坯的电镦工作，摩擦压力机6秒可完成压力成型工序。机器人的工作任务是将电镦后的工件
15、及时送入摩擦压力机的工作区域，即每9.6秒需要完成从零件抓取到最后零件释放的一系列动作。相关设备现场布置示意图及机器人机构简图根据以上工作要求，综合考虑机器人的功能实现和通用性，确定采用六自由度结构。整体方案确定各连杆长度（以转动副的中心为端点）数据如下，连杆1（即大臂）长650mm，连杆2（即小臂）长570mm，连杆3（即手爪）长280mm。初定各关节额定转速为20r/min，手爪末端额定负载为5kg。机器人结构简图如上图所示，关节1为腰部旋转关节，关节2为大臂俯仰关节，关节3为小臂俯仰关节，关节4为小臂旋转关节，关节5为手腕俯仰关节，关节6为手腕旋转关节，本课题的任务就是对机器人腰部机构及传动进行设计。第2章 机器人总体方案设计2.1
