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1、e题 目 五自由度工业机器人结构设计 学生某某 e 学号 e所在学院 机械工程学院 专业班级 e 指导教师 e 2009 年 6 月 1 日五自由度工业机器人结构设计ee指导教师:e摘要机器人是机器进化和科学技术开展的必然结果，机器人从问世到现在经过50多年的开展，在国民经济，科学研究以至整个社会领域发挥着越来越显著的作用，成为人们生活学习中的好帮手，近十年来各种用途的机器人得到了更广泛的应用，如焊接、喷漆、搬运等用于制造车间的工业机器人。学习了机器人技术知识，查阅了大量的文献资料，对国内外机器人、主要是工业机器人的现状有了比拟详细的了解。在此根底上，结合本人的设想，和设计工作中需要解决的任务
2、，本文主要研究机器人总体结构进展设计，主要进展以下工作:本体结构设计，本机器人手臂结构方案确定后要运用AutoCAD把其平面装配图做出。关键词机器人、AutoCAD、机械手臂Five Degree of Freedom Industrial Robot Structure DesigneeTutor:eAbstract: Thispaperstudied and designed afive-DOF assembly processing robot, and carries on the kinematics and dynamics analysis, simulation. At las
3、t static analysis and modal analysis for the key parts of the robot by FEM, pared the analytical results .The main work was as follows:On the basis ofactual situation and similar structure, Designed the kinematics and Structural programs for the five-Dof assembly processing robot, and used 3-D softw
4、are to devise the structure of main part of the second proposal, at last, framed the dimensional model.plied the assembly processing robot analytical soft and kinematics analytical; calculate the kinematic equations and the positive & reverse solutions, and used the Monte Carlo method to calculate t
5、he workspace of the robot , and used the vector product method to construct the speed Jacobian matrixof the robot. At last , according to virtual prototyping technology, simulated the positive & reverse solutions and the speed Jacobian matrix in ADAMS, and pared the simulation results with the analy
6、tical results to verify the correctness of the resolution of kinematic.Used second-class Lagrangian method to create the robot model, and deduced the robot dynamics equation. According to piling dynamics solver program by Mat lab software , The author simulated the inverse problem of dynamics and pr
7、ovided the basis forthe control and trajectory planning in the future.The paper studied the five-Dof assembly processing robots and established thefoundationfor theresearch of the series of robots in the future.Key words：Assembly Robots；Scheme design； Kinematic Analysis；Dynamic Analysis；Lagrange Met
8、hod；Finite element method；Modal analysis.目 录引言11 工业机器人简介21.1 机器人简介21.2 机器人研究现状与开展趋势21.3 国内外机器人研究现状41.3.1 国外机器人研究现状41.3.2 国内机器人研究现状41.3.3 工业机器人运动学系统研究现状51.3.4 工业机器人轨迹规划研究的现状与意义51.4 本文研究的意义与主要内容52 机器人本体结构方案的设计72.1 机器人的工作要求72.2 机器人机械设计的特点72.2.1 机器人独特的结构特点72.2.2 与机器人有关的概念72.3 机器人手臂结构方案设计82.3.1 方案功能设计与分析
9、82.3.2 步进电机92.3.3 步进电机选用92.3.4 步进电机型号、参数、尺寸113 机器人的结构设计143.1 腕部回转关节的设计141414143.2 小臂回转关节的设计14143.2.2 小臂回转关节步进电机和减速器的选择153.3 大臂回转关节的设计15153.3.2 大臂回转关节步进与减速器的选择153.4 腰部回转关节的设计163.4.1 腰部回转关节设计要求163.4.2 腰部回转关节步进电机与减速器的选择163.5 气爪的选择16致谢18参考文献19外文翻译20引言工业机器人，一般指的是在工厂车间环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、加工、装配等操
10、作的一种机器人。国际标准化组织(ISO)在 对工业机器人所下的定义是“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用设备，以执行种种任务 。 随着科学和技术的不断开展，在过去的几个世纪里，人类在许多方面都取得了重大的进展。机器人技术作为人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，经历了短短的40年，已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生、成长、成熟期后，已成为制造业中必不可少的核心装备，而且工业机器人不仅在工厂里成了工人必不可少的伙伴，而且正在以惊人的速度向航空航天、军事、服务、娱乐等人类生活的各
11、个领域渗透。据联合国经济委员会和国际机器人联合会去年关于世界机器人的报 告，仅2003年新投入使用的机器人接近10万个，使世界目前使用的机器人总数超过75万。世界使用机器人最多的国家是日本，约38 .9万；其次为德国(9.1万)、美国 (9万)、意大利(3.9万)、韩国(3.8万)、法国(2.1万)、西班牙(1.3万)和英国(1.2 万)，并且报告估计2004年，全世界使用的机器人总数将超过100万。我国的工业机器人开展的历史已经有20多年，从“七五科技攻关开始，正式列入国家计划，在国家的组织和支持下，通过“七五、“八五科技攻关，不仅在机器人的根底理论和关键技术方面取得重大突破，而且在工业机器
12、人整机方面，己经陆续掌握了喷漆、弧焊、点焊、装配和搬运等不同用途、典型的工业机器人整机技术，并成功的应用于生产，掌握了相关的应用工程知识。但总的看来，我国的工业机器人 技术与其工程应用的水平和国外的相比还有一定的距离。我国目前大约有 4000台工业机器人，其中仅有1/5是国产的，其余的如此是从40多个国外厂商进口的机器人。总之，各种各样机器人的出现和应用是人类走向文明和开展的一个巨大进步和标志，在未来社会中，机器人的广泛应用和开展是一个必然的开展趋势。相信在不远的将来，机器人技术将一定能够为人类带来更多的方便，为人类的文明和开展带来更大的机会。1 工业机器人简介1.1 机器人简介机器人是机器进
13、化和科学技术开展的必然结果，机器人从问世到现在经过50多年的开展，在国民经济，科学研究以至整个社会领域发挥着越来越显著的作用，成为人们生活学习中的好帮手，近十年来各种用途的机器人得到了更广泛的应用，如焊接、喷漆、搬运等用于制造车间的工业机器人。特别是在医疗，服务、外空、国防等人类极限以外的领域，发挥着无可替代的作用。正是因为如此，世界上许多国家投入巨资开展机器人技术。机器人技术已经形成了一门新学科机器人学Robotics，以微电子技术为主导涉与了工程力学、计算机科学技术、机械电子工程学、自动控制理论、人工智能和生物学等多门学科为一体，是一门综合技术学科。1.2 机器人研究现状与开展趋势现代机器
14、人技术的研究开始于20世纪50年代，当时计算机科学技术、机械电子技术，自动化控制技术的开展为现代机器人的开展提供了有利的条件。1960年到1970年是机器人技术的缓慢开展阶段，许多科研院校和个人都对机器人技术进展了研究，投入了大量的人力，物力，材料但都没有取得突破性进展，但还是取得了一些成果，主要成果是斯坦福研制的移动式机器人。到了80年代末期，对于传统的机器人生产量供过于求，结果导致国际机器人产业出现不景气，机器人产业进入了缓慢开展的时期。进入21世纪以来国际机器人处于比拟稳定的开展阶段。世界上第一台机器人诞生于美国，美国研究机器人的时间比日本还早，现在已经成为世界上工业机器人技术研究的强国
15、之一，在技术上遥遥领先。日本虽然比美国研究机器人的时间晚，但是开展很快，日本被称为“机器人王国，其工业机器人的数量远远超过世界上其他的国家，位于世界第一。到了20世纪80年代日本的机器人技术得到了迅速开展，处于鼎盛时期，机器人逐渐应用于各个生产部门，工业机器人有了巨大的开展，机器人制造业成为开展最快的和最好的经济部门之一，带动了国民经济的开展。从上个世纪90年代中期开始，相比世界上其他国家和地区，欧洲和北美对机器人技术的研究进入了迅速开展时期。到了21世纪，国外机器人技术已经日趋成熟，被工业界广泛采用，有的已经成为机器人设计方面的参照标准和设计标准。目前世界上著名的制造工业机器人公司主要有ABB Robotics、Yaskawa KUKARoboter等，这些公司成为当地的支柱性产业，带动当地经济快速开展。目前，机器人自动化生产线已经广泛使用于汽车、电子、物流、仓储行业，提高了生产效率和产品的质量。我国于19世纪70年代年开始研制工业机器人，当时在许多科研单位和院校建立了研发中心，开始了机构学，计算机
