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1、目录一、机械部分1、四轴立式关节机器人的总体机械结构设计32、腰部底座的结构设计73、手臂及关节处的结构设计74、腕部的结构设计95、机械手末端执行器的结构设计10二、电气与PLC部分1、电机主电路112、电气元件的选型与确定123、PLC 的 I/O 口分配144、PLC 的外围接线图15三、参考文献、机械部分概述：本次设计的是专业机器人，主要附属于自动机床或 自动生产线上，用以吸取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。四轴立式关节机器人其结构形式为关节型机器人，
2、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，也是目前机器人中 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。计下表为本机器人的主要技术参数项目规格机械结构四自由度，立式关节式机器人工作范围腰部转动360大臂转动130小臂转动160腕部转动230臂长大臂800mm小臂800mm承载能力最大3kg （不包括吸盘）驱动系统交流伺服电机机械手重量约 50kg转盘轴凰2、腰部底座的结构设计该机器人腰座是圆柱坐标机器人的回转基座。它是机器人的第一个回转关节。机器人的运动部分全部安装在腰座上它承受了机器人的全部重量。腰座
3、有足够大的安装面，保 证了机器人在工作时整体的稳定性。下躺 一齿瞅为 M一小饑-3、手臂及关节处的结构设计该机器人手臂的作用是在一定的载荷和一定的速度下， 实现在机器人所要求的工作空间内的运动。机械手的大臂旋转和小臂的旋转运动是通过齿轮传动 来实现。因为考虑到搬运工件的重量不大，属小型重量，同 时考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性、安全性、对手 臂的刚度有较高的要求。因此综合考虑两手臂的驱动均选择 齿轮驱动方式。大臂关节处的结构设计如图所示:小臂关节处的结构设计如图所示4、腕部的结构设计该机器人的手臂运动包括腰座的回转运动给出了机器 人末端执行器在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人 手臂
4、末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间 中的运动姿态。机器人手腕是机器人操作机的最末端，它与 机器人手臂配合动，实现安装在手腕上的末端执行器的空间 运动轨迹与运动姿态，完成所需要的作业动作。此腕部结构 采用一比一的小链轮带动，由伺服电机直接带动。5、机械手末端执行器的结构设计机器人末端执行器是安装在机器人手腕上用来进行某 种操作或作业的附加装置。上图为机械手末端执行器结构设计，采用气流负压式结 构吸盘，吸附可靠，吸力大，结构简单，成本较低。通过用 气流调节阀来调节其运动速度。另外由于气体的可压缩性， 使气动吸盘的吸取运动具有一定的柔顺性，这一点是吸取动 作十分需要的。:、电气与PLC
5、部分概述：机械手的动作有圆柱腰部的旋转，大臂及小臂的俯仰，腕部的俯仰以及负流式吸盘的吸放。整个机器人的运动 均由交流伺服电动机实现驱动，而吸盘由相应的电磁阀控 制。当机械手接通电源，通过PLC程序的控制实现机械手的 启动运行、吸放、停止等动作。例如，当吸取工件时，机械 手运动靠近到工件时，机械手停止，然后吸取工件后运动到 工作部位放下工件。1、电机主电路医1r傀r代j3亡瑁 珥胶关节小臂犬臂腰关节设计原理：（1）交流接触器 KM1、KM2、KM3、KM4 分别控制腕 关节、小臂、大臂和腰关节。（2）电动机 M1、M2、M3、M4 分别由热继电器 FR1、 FR2、FR3、FR 实现过载保护。（
6、3）QF 为电源总开关。（4）熔断器 FU1、FU2、FU3、FU4 分别实现各负载回 路的短路保护。FU5、FU6分别完成交流控制回路和PLC控 制回路。2、电气元件的选型与确定（一）电机的选择电机的功率应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量 使电机在额定负载下运行。实践证明，电机的负荷为额定负 荷的70%80%时效率最高。在选择电机的转速时，不宜选得过低，因为电机的额定 转速越低，极数越多，体积越大，价格超高。但高转速的电 动机启动转矩小，启动电流大，电动机的轴承也容易磨损。 因 此 在 工 业 上 选 用 同 步 转 速 为 1500r/min（ 四 极 ） 或 1000r/min（六极
7、）的电机较多，这类电动机适用性强，功率 因数和效率也较高。为了获得准确的定位精度和提高机器人的工作效率。此 次四轴机器人的电机选用了伺服电动机，电机可以根据指令 信号作位置、速度或转矩的跟随来控制四轴机器人的四个关节的运动是由四个AC伺服电机来 驱动完成的，其功率和型号如下表：中惯量系列（GYG电机） 额定旋转速度1500r/min。其转矩根据公式P=Tn/9550而计算 得到。电机功率电机型号驱动器型号驱动转矩腕关节0.5KWGYG501BC2-T2G-BRYC501B3-VVT2318N/m小臂0.85KWGYG851BC2-T2G-BRYC851B3-VVT2541N/m大臂1.3KWG
8、YG132BC2-T2G-BRYC132B3-VVT2827N/m腰关节1.8KWGYG182BC2-T2G-BRYC182B3-VVT211.46N/m由表算得的转矩，再根据汽车传动原理，机械设计及电 机拖动整合可知，齿轮比放大倍数即为力矩放大倍数，所能 带动的重量=（额定转矩T/重力G）*传动比n）/转盘半径R。 算得各电机所能带动的重量依次为 6.36kg、16.23kg、99.24kg 183.36kg 。（二）其它低压电器的选用1、低压电器的额定电压应不小于回路的工作电压，即UeUgo2、低压电器的额定电流应不小于回路的计算工作电流即 IeIgo3、设备的遮断电流应不小于短路电流卩I
9、zhIch4、热稳定保证值应不小于计算值。5、按回路起动情况选择低压电器。3、PLC的I/O 口分配X0机器人启动Y0绿色指示灯XI机器人停止Y1红色指示灯X2腰部限位开关Y2电动机M1X3大臂限位开关1Y3电动机M2X4大臂限位开关2Y4电动机M3X5小臂限位开关1Y5电动机M4X6小臂限位开关2Y6吸盘电磁阀X7腕部限位开关1X10腕部限位开关2X11末端物料检测传感器综上所述：PLC选取三菱FX2N-16MR型号就可满足要求。4、外围接线图COMXOCOMYOX1Y1mm-X2Y2-X3PLCY3-X4FX2N-16MRUX5Y5mwX6Y64*X7NmwX10X11机器手PLC控制的外
10、围接线图*注：由于机器人内部有齿轮带动，维修较为困难，需要定困时润滑三、参考文献1、伺服电机应用技术 主编：颜嘉男2、电机及拖动 主编：许晓峰3、电机轴承使用手册 主编：宋昌才4、工业机器人运用技术 主编：郭洪红5、电气控制与PLC技术运用主编：徐超6、机械设计与创新主编：朱秀娟7、机械设计简明手册主编：杨黎明 杨志勤8、机械工程材料主编：吕烨 许德珠9、工程力学主编：皮智谋10、液压与气动技术主编：王文深 吴尚纯 林晖 刘建平11、传感器技术与应用（第三版）主编：金发庆*注：各位舍友的工作分配情况伍广侨（负责整体布局及设计、CAD画图）朱炜棋（三维画图、资料查询、整理）吴朝阳（写报告、资料查询、整理及机械手的设计整合）沈志文（写报告、整理数据）
