山東大學(xué)機(jī)電一體化工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工業(yè)機(jī)器人摘 要 本文是關(guān)于三自由度工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)。首先對(duì)工業(yè)機(jī)器人做了簡(jiǎn)單的概述；接著根據(jù)要求擬定了整體的設(shè)計(jì)方案，然后對(duì)主要的零部件結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其中重點(diǎn)對(duì)手爪、小臂、立柱及底座的結(jié)構(gòu)和采用的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)(手爪和小臂采用組合式液壓缸完成了左右伸縮運(yùn)動(dòng)，立柱采用柱塞式液壓缸完成了上下垂直運(yùn)動(dòng)，底座采用擺動(dòng)液壓缸完成了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))，最后簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)了液壓泵、電機(jī)的選擇和機(jī)器人的控制。工業(yè)機(jī)器人在工作中不僅提高了工作效率，而且能大大減少人為所造成的成本浪費(fèi)，它正開(kāi)始改變現(xiàn)代化工業(yè)的面貌。 關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人，三自由度，液壓缸industrial robot designabstractthis text is concerning the industrial robot of three freedom degrees of design.did to in brief and all say to the industrial robot first;immediately after according to request to draft an overall design project, then carried on a design to the main parts structure and the size, among them, the point designed hand claw, small arm and sign the drive of structure and adoption of pillar and base method(hand claw and small arm adopted a sectional liquid to press an urn to complete or so flexible sport and signed the pillar adoption pillar fill type a liquid to press an urn to complete top and bottom perpendicular sport, base adoption swing the liquid pressed an urn of completion to revolve sport) and at last in brief designed the control that the liquid press the choice of pump, electrical engineering and robot.the industrial robot not only raised a work efficiency, but also can consumedly reduce the cost waste result in by factitiousness in the work and it was starting change a modern industrial feature.key words: industrial robot, three freedom degree, the liquid presses an urn6目錄前 言1第1章 概述31.1 機(jī)器人概述31.2 機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀51.3 機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)7第2章 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)92.1 工業(yè)機(jī)器人總體方案擬定92.2 驅(qū)動(dòng)方式的選擇9第3章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)123.1 手部的設(shè)計(jì)123.1.1 手爪的設(shè)計(jì)123.1.2 手部螺栓的選擇143.2 小臂的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)153.2.1 小臂的結(jié)構(gòu)153.2.2 伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)163.3 立柱的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)183.3.1 立柱的結(jié)構(gòu)183.3.2 柱塞式液壓缸的設(shè)計(jì)183.4 底座回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)203.5 擺動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)223.6 液壓泵、電機(jī)的選擇22結(jié)論25謝 辭26參考文獻(xiàn)27前 言隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，自動(dòng)化控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人是相對(duì)較新的電子設(shè)備，它正開(kāi)始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工，大大降低了勞動(dòng)力，并且大大增加了工作效率和降低了產(chǎn)品的成本，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展起到非常重要的作用，但現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人只是在危險(xiǎn)作業(yè)（廣義的）、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工作業(yè)的環(huán)境。還有它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)器人本身的損壞。針對(duì)于上述各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對(duì)系統(tǒng)本身也提出越來(lái)越多的要求。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和多品種、小批量的生產(chǎn)過(guò)程。計(jì)算機(jī)集成制造（cim）要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車(chē)間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)器人系統(tǒng)具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。然而，目前商品化的機(jī)器人系統(tǒng)多采用封閉結(jié)構(gòu)的專(zhuān)用控制器，一般采用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)作為上層主控計(jì)算機(jī)，使用專(zhuān)用機(jī)器人語(yǔ)言作為離線(xiàn)編程工具，采用專(zhuān)用微處理器，并將控制算法固化在eprom中，這種專(zhuān)用系統(tǒng)很難（或不可能）集成外部硬件和軟件。修改封閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。解決這些問(wèn)題的根本辦法是研究和使用具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)。由于種種原因，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展比較慢。目前我國(guó)已開(kāi)始有計(jì)劃地從國(guó)外引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，通過(guò)引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人將會(huì)獲得快速的發(fā)展。國(guó)內(nèi)通過(guò)“七五”機(jī)器人技術(shù)攻關(guān)，已具備了生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的基礎(chǔ)，但國(guó)產(chǎn)機(jī)器人無(wú)論在技術(shù)上，還是可靠性上，都與國(guó)外機(jī)器人差相當(dāng)一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開(kāi)放型的自主科研道路。本設(shè)計(jì)根據(jù)所需的要求和實(shí)踐理論分析，設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)由液壓驅(qū)動(dòng)的三自由度機(jī)器人，使工件經(jīng)一條流水線(xiàn)運(yùn)送至指定位置，機(jī)械手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)把工件沿指定路線(xiàn)搬運(yùn)到另一條流水線(xiàn)上，再由這條流水線(xiàn)將工件運(yùn)走。 第1章 概述1.1 機(jī)器人概述在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專(zhuān)用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)?！肮I(yè)機(jī)器人”（industrial robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱(chēng)作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱(chēng)為專(zhuān)用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱(chēng)為通用機(jī)器人。簡(jiǎn)而言之，機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。機(jī)器人一般分為三類(lèi)。第一類(lèi)是不需要人工操作的通用機(jī)器人，也即本文所研究的對(duì)象。它是一種獨(dú)立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類(lèi)是需要人工操作的，稱(chēng)為操作機(jī)（manipulator）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線(xiàn)電訊號(hào)操作機(jī)器人來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類(lèi)是專(zhuān)業(yè)機(jī)器人，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)器人在國(guó)外通常被稱(chēng)之為“mechanical hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專(zhuān)用的。機(jī)器人按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類(lèi)型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過(guò)基座周?chē)囊恍┱系K物等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類(lèi)似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1-1 所示。圖1-1 機(jī)器人的一般組成機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴(lài)以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿(mǎn)足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī)(manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。1.2 機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀機(jī)器人首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)器人。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后，大力從事機(jī)器人的研究。目前工業(yè)機(jī)器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開(kāi)環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)器人正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息進(jìn)行反饋，使機(jī)器人具有感覺(jué)機(jī)能。第三代機(jī)器人（機(jī)器人）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)fms(flexible manufacturing system) 和柔性制造單元fmc(flexible manufacturing cell) 中的重要一環(huán)。隨著工業(yè)機(jī)器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多。國(guó)際工業(yè)機(jī)器人會(huì)議isir決定每年召開(kāi)一次會(huì)議，討論和研究機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用問(wèn)題。目前，工業(yè)機(jī)器人主要用于裝卸、搬運(yùn)、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。使用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作的，主要是在危險(xiǎn)作業(yè)（廣義的）、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工作業(yè)的環(huán)境。在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)器人本身的損壞。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，針對(duì)于上述各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對(duì)系統(tǒng)本身也提出越來(lái)越多的要求。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和多品種、小批量的生產(chǎn)過(guò)程。計(jì)算機(jī)集成制造（cim）要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車(chē)間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)器人系統(tǒng)具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。然而，目前商品化的機(jī)器人系統(tǒng)多采用封閉結(jié)構(gòu)的專(zhuān)用控制器，一般采用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)作為上層主控計(jì)算機(jī)，使用專(zhuān)用機(jī)器人語(yǔ)言作為離線(xiàn)編程工具，采用專(zhuān)用微處理器，并將控制算法固化在eprom中，這種專(zhuān)用系統(tǒng)很難（或不可能）集成外部硬件和軟件。修改封閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。解決這些問(wèn)題的根本辦法是研究和使用具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)。美國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：（1）1963-1967年為試驗(yàn)定型階段。1963-1966年，萬(wàn)能自動(dòng)化公司制造的工業(yè)機(jī)器人供用戶(hù)做工藝試驗(yàn)。1967年，該公司生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人定型為1900型。（2）1968-1970年為實(shí)際應(yīng)用階段。這一時(shí)期，工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)進(jìn)入應(yīng)用階段，例如，美國(guó)通用汽車(chē)公司1968年訂購(gòu)了68臺(tái)工業(yè)機(jī)器人；1969年該公司又自行研制出sam新工業(yè)機(jī)器人，并用21組成電焊小汽車(chē)車(chē)身的焊接自動(dòng)線(xiàn)；又如，美國(guó)克萊斯勒汽車(chē)公司32條沖壓自動(dòng)線(xiàn)上的448臺(tái)沖床都用工業(yè)機(jī)器人傳遞工件。（3）1970年至今一直處于推廣應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展階段。1970-1972年，工業(yè)機(jī)器人處于技術(shù)發(fā)展階段。1970年4月美國(guó)在伊利斯工學(xué)院研究所召開(kāi)了第一屆全國(guó)工業(yè)機(jī)器人會(huì)議。據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)大約200臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，工作時(shí)間共達(dá)60萬(wàn)小時(shí)以上，與此同時(shí)，出現(xiàn)了所謂了高級(jí)機(jī)器人，例如：森德斯蘭德公司（sundstrand）發(fā)明了用小型計(jì)算機(jī)控制50臺(tái)機(jī)器人的系統(tǒng)。又如，萬(wàn)能自動(dòng)公司制成了由25臺(tái)機(jī)器人組成的汽車(chē)車(chē)輪生產(chǎn)自動(dòng)線(xiàn)。麻省理工學(xué)院研制了具有有“手眼”系統(tǒng)的高識(shí)別能力微型機(jī)器人。其他國(guó)家，如日本、蘇聯(lián)、西歐，大多是從1967，1968年開(kāi)始以美國(guó)的“versatran”和“unimate”型機(jī)器人為藍(lán)本開(kāi)始進(jìn)行研制的。就日本來(lái)說(shuō)，1967年，日本豐田織機(jī)公司 引進(jìn)美國(guó)的“versatran”,川崎重工公司引進(jìn)“unimate”，并獲得迅速發(fā)展。通過(guò)引進(jìn)技術(shù)、仿制、改造創(chuàng)新。很快研制出國(guó)產(chǎn)化機(jī)器人，技術(shù)水平很快趕上美國(guó)并超過(guò)其他國(guó)家。經(jīng)過(guò)大約10年的實(shí)用化時(shí)期以后，從1980年開(kāi)始進(jìn)入廣泛的普及時(shí)代。我國(guó)雖然開(kāi)始研制工業(yè)機(jī)器人僅比日本晚5-6年，但是由于種種原因，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展比較慢。目前我國(guó)已開(kāi)始有計(jì)劃地從國(guó)外引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，通過(guò)引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人將會(huì)獲得快速的發(fā)展。1.3 機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)各行各業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求將越來(lái)越多，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將穩(wěn)步增長(zhǎng)，根據(jù)目前的現(xiàn)狀，我國(guó)機(jī)器人近幾年發(fā)展的形式將會(huì)怎樣呢？根據(jù)我們的分析將會(huì)呈現(xiàn)如下幾個(gè)特點(diǎn)：1從國(guó)際市場(chǎng)來(lái)看，機(jī)器人工業(yè)是一種高投入低贏利的產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)極為激烈，機(jī)器人工業(yè)必須上一定規(guī)模才有利潤(rùn)可言，才有必需的開(kāi)發(fā)投入，才能走上良性循環(huán)的發(fā)展道路。世界上機(jī)器人產(chǎn)量最大的三家公司年產(chǎn)機(jī)器人數(shù)均超千臺(tái)以上，其中abb公司達(dá)到9000臺(tái)，安川電機(jī)公司近2500臺(tái)，kuka公司近2000臺(tái)，從國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀來(lái)看，大公司、大企業(yè)通過(guò)與外國(guó)機(jī)器人公司合資合作，引進(jìn)技術(shù)和資金，逐步規(guī)模化生產(chǎn)機(jī)器人，把國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)推向一個(gè)新的階段，其中有代表性的，如首鋼集團(tuán)公司與安川電機(jī)公司合資的首鋼莫托曼公司、唐山電子設(shè)備廠(chǎng)與松下電器公司合資的唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司、東風(fēng)汽車(chē)公司與德國(guó)kuka公司合作、濟(jì)南二機(jī)床公司與美國(guó)isi機(jī)器人公司合作等等。這些合資合作的開(kāi)展，將會(huì)有效地推動(dòng)中國(guó)機(jī)器人工業(yè)的進(jìn)步，全面促進(jìn)中國(guó)機(jī)器人工業(yè)水平的提高，但是它也會(huì)和其他外國(guó)機(jī)器人公司一樣，沖擊中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)，影響具有自主開(kāi)發(fā)能力的中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的形成，也會(huì)使國(guó)內(nèi)其他的機(jī)器人生產(chǎn)廠(chǎng)家面臨一種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。2由注重機(jī)器人單機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)渡到成套開(kāi)發(fā)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)生產(chǎn)機(jī)器人多的大型公司，可以憑借規(guī)模優(yōu)勢(shì)，占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，形成規(guī)模效益，而一些中小公司要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得生存，必須具有自己的特色。國(guó)外許多中小公司把自己的市場(chǎng)定位在機(jī)器人系統(tǒng)集成或某些有特長(zhǎng)領(lǐng)域，從而形成自己的局部?jī)?yōu)勢(shì)，在市場(chǎng)中求得生存和發(fā)展，如奧地利igm公司以向用戶(hù)提供大型機(jī)器人焊接系統(tǒng)著稱(chēng)，機(jī)器人在系統(tǒng)中只占售價(jià)的1/3左右，賣(mài)單臺(tái)機(jī)器人贏利甚微，而賣(mài)機(jī)器人系統(tǒng)卻贏利可觀。意大利comau公司以承接壓機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)見(jiàn)長(zhǎng)，在這里，機(jī)器人系統(tǒng)是促銷(xiāo)售的關(guān)鍵。我國(guó)國(guó)內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)廠(chǎng)家規(guī)模大都較小，甚至談不上規(guī)模，而國(guó)內(nèi)一般企業(yè)又沒(méi)有能力將機(jī)器人有效地集成到生產(chǎn)系統(tǒng)中去，因此，那些進(jìn)行系統(tǒng)集成并向用戶(hù)提供一條龍服務(wù)的公司，在機(jī)器人市場(chǎng)中將有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)廠(chǎng)家中北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，以承接涂裝自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)見(jiàn)長(zhǎng)，累計(jì)產(chǎn)值近2000萬(wàn)元，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所承接焊接生產(chǎn)線(xiàn)，累計(jì)產(chǎn)值近5000萬(wàn)元，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所的機(jī)器人碼垛生產(chǎn)線(xiàn)正在產(chǎn)業(yè)化，累計(jì)產(chǎn)值超千萬(wàn)元。3機(jī)器人開(kāi)發(fā)走開(kāi)放型科研之路國(guó)內(nèi)通過(guò)“七五”機(jī)器人技術(shù)攻關(guān)，已具備了生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的基礎(chǔ)，但國(guó)產(chǎn)機(jī)器人無(wú)論在技術(shù)上，還是可靠性上，都與國(guó)外機(jī)器人差相當(dāng)一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開(kāi)放型的自主科研道路。1）多方籌措開(kāi)發(fā)資金，通過(guò)政府部門(mén)投資、用戶(hù)單位投資、自我積累、外商投資、銀行貸款等形式，籌措國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)資金。2）消化和利用國(guó)外機(jī)器人技術(shù)、資料、樣機(jī)和關(guān)鍵元器件，為我所用。3）選擇引進(jìn)國(guó)外質(zhì)量可靠的機(jī)器人零部件和元器件。4）大力開(kāi)展國(guó)內(nèi)合作，利用國(guó)內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)具有中國(guó)技術(shù)特色的國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)品。5）注意機(jī)器人產(chǎn)品的高可靠性，使國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的可靠性與國(guó)外機(jī)器人具有可比性，同時(shí)要做到低成本、易操作。山東大學(xué)機(jī)電一體化工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 2.1 工業(yè)機(jī)器人總體方案擬定本設(shè)計(jì)為三自由度工業(yè)機(jī)器人，其工作方向?yàn)閮蓚€(gè)直線(xiàn)方向和一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。在控制器的作用下，它執(zhí)行將工件從一條流水線(xiàn)拿到另一條流水線(xiàn)這一簡(jiǎn)單的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減少人工勞動(dòng)量,本文是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的介紹和總結(jié)。如2-1圖所示其為兩傳送帶上的工件搬運(yùn)：工件經(jīng)流水線(xiàn)1運(yùn)送至指定位置，機(jī)械手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)把工件沿弧線(xiàn)3搬運(yùn)到流水線(xiàn)2上，再有流水線(xiàn)2將工件運(yùn)走。圖2-1 工件搬運(yùn)圖2.2 驅(qū)動(dòng)方式的選擇機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類(lèi)型。這三種方法各有所長(zhǎng)，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見(jiàn)表2-1表2-1三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照內(nèi)容驅(qū)動(dòng)方式液壓驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出功率很大，壓力范圍為50140pa大，壓力范圍為4860較大控制性能利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜響應(yīng)速度很高較高很高結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較大結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較小伺服電動(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除dd電動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問(wèn)題安全性防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn)防爆性能好，高于1000kpa(10個(gè)大氣壓)時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差對(duì)環(huán)境的影響液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染排氣時(shí)有噪聲無(wú)續(xù)表2-1三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人，如沖壓機(jī)器人本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)器人氣動(dòng)夾具適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)器人，如ac伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等成本液壓元件成本較高成本低成本高維修及使用方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求方便較復(fù)雜機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有：1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高；2）反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁地起、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)切換；3）驅(qū)動(dòng)盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??；4）安全可靠；5）操作和維護(hù)方便；6）對(duì)環(huán)境無(wú)污染，噪聲要??；7）經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積。經(jīng)上述分析此工業(yè)機(jī)器人采用液壓驅(qū)動(dòng)的方式。其中，機(jī)座采用擺動(dòng)液壓缸同完成驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，小臂及手爪采用伸縮組合液壓缸完成動(dòng)作，大臂采用柱塞式液壓缸完成升降動(dòng)作。第3章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 手部的設(shè)計(jì)3.1.1 手爪的設(shè)計(jì)（一）、最大夾緊力計(jì)算查表知鋼和鋼之間的摩擦系數(shù)為物重 （3-1）最大夾緊力f由公式得， （3-2）=100/0.15666.7n手指加緊力計(jì)算 （3-3） 其中：k1為安全系數(shù)，1.2-2，；k2為工作情況系數(shù)，可按k2=1.1-2.5，或估算（a為機(jī)械手在搬運(yùn)工件過(guò)程的機(jī)速度）；k3位方位系數(shù)，即當(dāng)手爪處在不同位置夾取工件，不同放置位置時(shí)的系數(shù)，按1.5計(jì)算；g為被抓取工件的重量。 (二)、受力分析圖3-1 受力分析圖 如3-1圖，在活塞桿推力作用下，由于為水平方向力，可算出活塞桿推力f（三）、手部夾緊v型塊結(jié)構(gòu)及尺寸圖3-2 v型塊結(jié)構(gòu)圖如圖3-2其中塊與支座端用m10螺栓連接。塊與手部活塞通過(guò)兩個(gè)m6螺栓及連接塊連接。根據(jù)所夾取工件的大小取兩v型塊張開(kāi)角度均為120度。（四）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算圖3-2中2所示指座在工作中用來(lái)定位并承受v型塊及自身重力和活塞的推力，因此其強(qiáng)度必須滿(mǎn)足工況需要。利用抗彎強(qiáng)度校核計(jì)算指座系數(shù), （3-4）而 選取材料 q235，其抗彎強(qiáng)度 ，則對(duì)于矩形截面來(lái)說(shuō) （3-5）取指座厚度為，寬度為，即能完全能夠滿(mǎn)足工況要求。從而得手抓的具體形狀如圖3-3所示。圖3-3 手爪結(jié)構(gòu)圖1指端部螺栓 2指架 3連接螺栓 4活塞桿 5連接塊3.1.2 手部螺栓的選擇經(jīng)計(jì)算型塊固定處螺栓受切應(yīng)力最大為 選擇材料q235， 4.6級(jí)螺栓，查表得其抗剪強(qiáng)度為48mpa根據(jù)螺栓抗剪強(qiáng)度計(jì)算螺栓直徑 圓整為 由于塊自身重力不大，圓整后根據(jù)配合要求取m10 x 40的螺栓即可完全滿(mǎn)足使用要求。塊處兩螺栓主要用于連接活塞與塊，并受到所夾取的工件因重力而產(chǎn)生的剪應(yīng)力。經(jīng)計(jì)算塊固定處螺栓受切應(yīng)力最大為 f=150n選擇材料q235， 4.6級(jí)螺栓，查表得其抗剪強(qiáng)度為20根據(jù)螺栓抗剪強(qiáng)度計(jì)算螺栓直徑 圓整為 根據(jù)配合要求取m6 x 30的螺栓即完全滿(mǎn)足。3.2 小臂的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)3.2.1 小臂的結(jié)構(gòu)小臂采用液壓驅(qū)動(dòng)，可水平伸縮距離400，移動(dòng)速度約0.2。在此設(shè)計(jì)中與手抓共同采用伸縮套筒組合液壓缸驅(qū)動(dòng)。如圖3-4所示：圖3-4 組合液壓缸該伸縮缸是兩級(jí)夾緊液壓缸，其中小臂2的活塞就是手抓夾緊缸1的缸筒。伸縮缸逐個(gè)伸出時(shí)，有效工作面積逐漸減小，當(dāng)輸入流量相同時(shí)，外伸速度逐漸增大；當(dāng)負(fù)載恒定時(shí)液壓缸的工作壓力逐次增高?？蛰d縮回的順序是從手抓夾緊缸1缸到小臂缸2缸，收縮后液壓缸總長(zhǎng)度較短，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于安裝空間受到限制而要求很長(zhǎng)的場(chǎng)合。在此用做兩傳送帶上的圓柱型工件搬運(yùn)工作非常合適。3.2.2 伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來(lái)確定活塞桿的直徑經(jīng)分析液壓缸的最大工作力為f = 666.7n由于手爪是靠推力夾緊的，所以驅(qū)動(dòng)液壓缸的活塞桿選用材料45鋼 查表得，由 (3-6)取 得 又得 活塞桿穩(wěn)定校核歐拉公式 （3-7）由于此活塞桿是一端固定，一端鉸接，所以 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求取 查表得 ht-15的彈性模量 取 又 （3-8）為了更安全，取 =7 得 （3-9）而得根據(jù)gb/t-2348-1993圓整得 液壓缸參數(shù)確定由 得缸內(nèi)徑 根據(jù)gb/t-2348-1993圓整得由得活塞寬度導(dǎo)向套長(zhǎng)端蓋厚度外徑根據(jù)gb/t-2348-1993 選取由伸縮套筒液壓缸特點(diǎn)知此液壓缸外缸徑即為小臂外缸的活塞桿.根據(jù)此特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)外缸尺寸如下:在考慮尺寸配合上內(nèi)徑取即手抓外缸徑上活塞直徑為根據(jù)伸縮套筒液壓缸構(gòu)造特點(diǎn)外缸端蓋厚度取3.3 立柱的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)3.3.1 立柱的結(jié)構(gòu)根據(jù)所設(shè)計(jì)機(jī)器人特點(diǎn),立柱大臂須帶動(dòng)橫梁上所有部件及工件升降.因此,考慮到精簡(jiǎn)機(jī)器人元件,減低成本,將活塞桿端部直接與橫梁托板連接起來(lái),這樣既減少了使用元件,又減輕了總體重量、節(jié)約了成本,同時(shí)也減小了立柱活塞桿所承受的壓力.由于其需要較大的活塞桿來(lái)完成這一動(dòng)作,綜合比較各種液壓缸特點(diǎn),在此選用柱塞式液壓缸.3.3.2 柱塞式液壓缸的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的橫梁各部分形式通過(guò)計(jì)算,得出活塞桿工作時(shí)所承受的總壓力為 由于工作時(shí)有液壓油及慣性力的存在，故取f時(shí)要大些。根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來(lái)確定活塞桿長(zhǎng)度要求初算活塞桿直徑經(jīng)分析液壓缸的最大工作力取由于手爪是靠推力夾緊的，所以驅(qū)動(dòng)液壓缸的活塞桿選用材料45號(hào)鋼 查表得 ，由式（3-6） 取 得又 得活塞桿穩(wěn)定校核 歐拉公式 由于此活塞桿是一端固定，一端鉸接，所以 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求取 查表得 ht-15的彈性模量 取 又式（3-8）為了更安全，取 得而 得根據(jù)gb/t-2348-1993圓整得 液壓缸參數(shù)確定由得缸內(nèi)徑根據(jù)gb/t-2348-1993圓整得由得活塞桿密封圈外徑為導(dǎo)向套長(zhǎng)上端蓋厚度3.4 底座回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)1.計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將橫梁等效成74700的均勻直桿，估算出其總質(zhì)量為（包括工作時(shí)的夾持的工件）其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 （3-10） 由于其形心距立柱有效距離為 由平行軸定理得出橫梁相對(duì)立柱形心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （3-11） 將立柱視為901200的均勻圓柱，估算其質(zhì)量則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 （3-12） 則底座托盤(pán)以上整體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算（一）、立柱角速度計(jì)算若要求立柱在0.1秒內(nèi)速度由0增大到15r/min，則 （3-13）角速度= 0.5/0.1= (二)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 （3-14）3.最小軸徑計(jì)算與鍵校核（一）、最小軸徑計(jì)算根據(jù)軸的抗扭強(qiáng)度計(jì)算最小軸徑,選擇材料45號(hào)鋼，查表得其抗扭強(qiáng)度由于 （3-15）又截面系數(shù) （3-16）所以 又軸有一個(gè)鍵槽就削弱抗扭強(qiáng)度3%，故 圓整得 3.5 擺動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)（一）.外徑計(jì)算此液壓馬達(dá)是用于驅(qū)動(dòng)立柱往復(fù)回轉(zhuǎn)180的機(jī)構(gòu)，由公式 （3-17）取馬達(dá)容積高軸徑工作壓力背壓工作效率 則取 （二）.葉片設(shè)計(jì)葉片設(shè)計(jì)如下圖，帶鍵槽的通孔套在底座托盤(pán)軸徑為38的軸上，與之配合。葉片厚度為10mm。（三）.緊固及連接方案上下缸蓋與缸筒之間采用毛氈密封，并用8個(gè)m8的螺釘緊固；至于缸體與底座的連接，用8個(gè)m10的螺栓連接，為防止兩組螺栓孔削弱缸體上端蓋的強(qiáng)度，特將兩組螺栓孔錯(cuò)開(kāi)45。3.6 液壓泵、電機(jī)的選擇(一).流量計(jì)算、手爪驅(qū)動(dòng)缸流量計(jì)算若要求手爪在1秒內(nèi)抓取并夾緊工件，則手爪運(yùn)動(dòng)速度 則手爪驅(qū)動(dòng)缸的流量 /4 （3-18） (二)、橫梁驅(qū)動(dòng)缸的流量計(jì)算 (三)、立柱液壓缸的流量計(jì)算 (四)、底盤(pán)液壓缸流量計(jì)算= 則總流量為 (二).選擇液壓泵為實(shí)現(xiàn)用一個(gè)液壓泵給這幾個(gè)液壓缸供油，需要選擇一個(gè)大流量的液壓泵，根據(jù)液壓泵產(chǎn)品列表選擇cb-32型液壓泵，其相關(guān)參數(shù)為額定排量 32.1 ml/r 額定轉(zhuǎn)速 1500 r/min額定壓力 10 mpa額定功率 9.8 kw質(zhì)量 6.4 kg算得其額定流量 滿(mǎn)足此液壓系統(tǒng)流量要求。(三).選擇電機(jī)根據(jù)液壓泵功率選擇合適的電機(jī)，查電機(jī)產(chǎn)品列表選擇y160m-4 型電機(jī)，其相關(guān)參數(shù)如下：額定功率 11 kw滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 1460 r/min額定電壓 380 v機(jī)械效率 88%22 結(jié)論本次設(shè)計(jì)所做的主要工作有：1總體方案的確定