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1、 摘要状配是产品生产的后续工序, 在制造业中占有重要地位, 在人力、物力、财力消耗中占有很大比例，所以为了节约装配时间，实现装配的自动化，装配机器人应运而生。本文介绍了装配机器人的设计过程，其中绪论中介绍了设计的背景和意义，还有简要的设计要求，然后根据设计要求先进行机器人的总体设计，接着针对每个部分进行了具体的结构设计，最后为该机器人设计了一套单片机控制系统。所设计的机器人为关节型机器人，自由度为六个；应用步进电机来驱动每个关节的运动；在减速器设计中应用了结构紧凑的谐波齿轮减速；在传动过程应用了同步带传动；机器人的控制系统为基于单片机STC89C52的控制步进电机的控制系统。关键词：工业机器人
2、；谐波齿轮减速；单片机控制；生产线AbstractAssembly is a follow-up production processes in the manufacturing sector, which plays an important role in the manufacturing. It takes a large proportion in the consumption of human, material and financial, so in order to save assembly time, to achieve the automation of the
3、assembly, the assembly robot came into being. This article describes the design process of the assembly robot. There are the backgroundand significance of the design in the introduction, which followed bya brief design requirements. And then it is described the overalldesign ofthe robot according to
4、 the requirements, and then the concretestructure design. Finally,amicrocomputer control systemfor therobotis designed. The robot is articulated robot of 6 degrees of freedom. Stepper motor is applied in driving the movement of each joint. The harmonic gear is applied in the compact design. Timing b
5、elt is used in the transmission process. The control system which mainly controls the stepper motors is based on microcontroller STC89C52Keywords : Industrial robots; harmonic gear; microcomputer control; production line目录 摘要IAbstractII第1章 绪论11.1装配机器人的概念11.2工业机器人的分类11.3工业机器人的基本结构21.4装配机器人发展现状21.5装配机
6、器人发展趋势41.6课题研究的意义与内容5第2章 装配机器人的总体设计72.1设计目标和设计内容72.2设计方案72.2.1 运动方案的确定72.2.2 传动方式的确定82.2.3 驱动电机的选择9第3章 装配机器人手臂各部分的结构设计103.1 基本设计参数103.2 机器人各关节力和力矩的计算103.3 机器人各关节结构的设计133.3.1 关节1（腰部）的结构设计133.3.3 关节3的结构设计183.3.4 手腕的结构设计203.3.5 手爪的结构设计22第4章 装配机器人控制系统硬件设计284.1控制电路各芯片的选择284.2控制电路原理图的设计31结论33致谢34参考文献35III
7、哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计第1章 绪论1.1装配机器人的概念设计所指的装配机器人是工业机器人的一种。所谓工业机器人，就是一种具有自动控制操作移动功能，能完成各种作业的可编程的机电一体化产品。也可称为机器人操作臂、机器人臂、机械手等。从外形来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链。这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸、上臂和下臂，工业机器人的关节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节，如图1-1所示。操作臂的前端装有末端执行器或相应的工具。也常称为手或手抓。手抓是由两个或多个手指所组成，手指可以“开”或“合”，实现抓取动作和细微操作。综上所述，装配机器
8、人就是指应用在自动化生产线通过计算机控制能够完成所要求的装配任务的工业机器人。突1-1 工业机器人基本结构图1.2工业机器人的分类工业机器人按发展历史的演变顺序可分类三类，第一代机器人、第二代机器人和第三代机器人。第一代机器人具有示教再现的功能后具有可编程NC装置，设有位置、速度、力等内部信息的检测元件（内部传感器）和基于这些传感器的控制系统的私服机构。现在工业中应用的喷漆、搬运、电焊机器人，大多属于第一代机器人。第二代机器人不仅具有内部传感器，还能利用外部传感器探测外部环境和操作对象的有关信息，来改变行动，进行规划，适应外界的变化和干扰。第二代机器人的中心技术是传感器技术和微机控制技术。第三
9、代智能机器人将极大地扩展机器人的应用领域，是当前研究的重点。智能机器人本身能够认识工作环境、工作对象及其状态，他根据人给予的指令和自身认识外界的结果，独立地决定工作方式，由操作机构和移动机构实现任务目标，并能适应工作环境的变化。1.3工业机器人的基本结构机器人整机，基本上由两部分组成，一是操作机，一是控制装置，操作机是机器人的本体结构，包括： 基座、驱动器或驱动单元、手臂、手腕、末端执行器、行走机构以及安装在操作机上的各种感受装置等。控制装置一般包括计算机控制系统、司服驱动系统、电源装置以及与操作者联系的装置等。驱动器或驱动单元是机器人的动力执行机构，根据动力源的类别不同， 可分为电机驱动，
10、液压驱动和气动驱动三类。电动驱动在多数情况下采用直流、交流司服电机， 也可采用力矩电机、步进电机等。手臂和手腕是机器人操作机中的基本部件，它由旋转运动和往复运动的机构组成。其结构形式是多种多样的， 但多数机器人的手臂和手腕是由关节和杆件构成的空间机构， 一般有310 个自由度组成，工业机器人一般有3 6 个自由度，由于机器人具有多自由度手臂、手腕的机构， 使操作运动具有通用性和灵活性， 这也是区别于一般自动机的特点。末端执行器是机器人手腕末端机械接口所连接的直接参与作业的机构，如夹持器，焊钳，焊枪，喷枪或其他作业工具，传感器等。1.4装配机器人发展现状装配是产品生产的后续工序, 在制造业中占有
11、重要地位, 在人力、物力、财力消耗中占有很大比例, 作为一项新兴的工业技术, 机器人装配应运而生。1)我国的发展现状经过多年来的研究与开发, 我国在装配机器人方面有了很大的进步。目前在装配机器人研制方面, 基本掌握了机构设计制造技术, 解决了控制、驱动系统设计和配置、软件设计和编制等关键技术, 还掌握了自动化装配线及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术, 在基础元器件方面, 谐波减速器、六轴力传感器、运动控制器等也有了突破。 我国已研制出精密型装配和实用型装配机器人,如广东吊扇电机机器人自动装配线, 小型电器机器人自动装配线, 以及自动导引汽车发动机装配线, 精密机芯机器人自动装配线等机
12、器人示范应用工程。近几年来, 大连贤科机器人技术有限公司!与国内5家高校、科研所合作, 开发出具有自主知识产权的系列化模块化直角坐标型装配机器人CAD 设计平台;开发出两个系列共4 种规格的平面关节型装配机器人; 开发出两种类型3 个系列的直线运动单元以及由此组成的直角坐标型装配机器人; 研制出基于开放式体系结构的机器人控制器。 贤科!自主开发的装配机器人已在家电、电子仪表、轻工等行业得到初步应用,其质量不亚于国外同类产品, 是国内当之无愧的最精密的装配机器人。上海交通大学研制的 精密一号装配机器人!, 是一台带有多传感器和多任务操作系统、可离线编程的高速、高精度、四轴SCARA 平面关节式智
13、能精密装配机器人。装配机器人属于高、精、尖的机电一体化产品, 其自主开发一直受到国家863智能机器人主题专家们的关注, 必将取得更大的突破。2)国外的发展现状美、日、西欧的制造业中约40% 的劳动力用于装配, 西德电子工业产品总成本的50 70% 是装配。装配机器人是高质量、高柔性、高效率完成自动装配的理想手段。所以装配机器人得到迅速发展, 如美国工业界Delph i法调查表明到2000年应用于装配和检验的机器人销售台数将从1985年占工业机器人总数16%猛增到35%。日本装配机器人的增长比任何其他工业应用领域的机器人都快, 增长速度比欧洲和美国更快。日本装配机器人的增长臂人和其他工业应用领域
14、的机器人都快, 增长速度比欧洲和美国更快。日本机器人的广泛的应用领域在装配工段, 1985年装配机器人已达15800台, 是焊接机器人的两倍, 成为工业应用领域中应用最多的机器人。1995 年为33500 台, 产值为2590 3000 亿日元, 到2004 年, 达到55000 台, 产值4200 5100亿日元。这个数值远远高于其他领域机器人的发展速度, 为世界所瞩目。日本作为机器人王国, 各产业中应用的机器人总数占世界的40%。其中装配机器人近年来异军突起,发展迅速。据日本产业机器人协会统计, 在1982 1991年的10年中, 日本用于装配作业的机器人台数为177500台, 居工程应用
15、数量之首。据日本产业机器人协会的统计, 日本装配机器人1980年左右首次达到最高点。生产台数为2849台, 产值2497亿日元, 以后又呈上升趋势。目前, 日本应用的装配机器人的主要型号有: 直角坐标型、水平多关节型、垂直多关节型及圆柱坐标型等。据日本产业机器人协会的预测, 在日本制造业, 装配机器人的需求逐年上升。1.5装配机器人发展趋势目前机器人领域正在加大科研力度, 进行装配机器人共性技术及关键技术的研究, 并朝着智能化和多样化的方向发展。主要研究内容集中在以下几个方面:1)装配机器人操作机结构的优化设计技术: 探索新的高强度轻质材料, 进一步提高负载/自重比, 同时机构进一步向着模块化、可重构方向发展。2)直接驱动装配机器人: 传统机器人都要通过一些减速装置来达到降速并提高输出力矩, 这些传动链会增加系统功耗、惯量、误差等, 并降低系统可靠性, 为了减小关节惯性, 实现高速、精密、大负载及高可靠性。一种趋势是采用高扭矩低速电机直接驱动。3)机器人控制技术: 重点研究开放式, 模块化控制系统, 人机界面更加友好, 语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化, 以及基于PC机网络式控制器己成为研究热点。编程技术除进一步提高在线
