五自由度工业机器人结构设计

ee题目五自由度工业机器人结构设计学生姓名e学号e所在学院机械工程学院专业班级e指导教师e2009年6月1日eII五自由度工业机器人结构设计e（e）指导老师:e[摘要]机器人是机器进化和科学技术发展的必然结果，机器人从问世到现在经过50多年的发展，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较详细的了解。在此基础上，结合本人的设想，和设计工作中需要解决的任务，本文主要研究机器人总体结构进行设计，主要进行以下工作: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eIIIFiveDegreeofFreedomIndustrialRobotStructureDesigne（e）Tutor:eAbstract:Thispaperstudiedanddesignedafive-DOFassemblyprocessingrobot,andcarriesonthekinematicsanddynamicsanalysis,simulation.AtlaststaticanalysisandmodalanalysisforthekeypartsoftherobotbyFEM,comparedtheanalyticalresults.Themainworkwasasfollows:Onthebasisofactualsituationandsimilarstructure,DesignedthekinematicsandStructuralprogramsforthefive-Dofassemblyprocessingrobot,andused3-Dsoftwaretodevisethestructureofmainpartofthesecondproposal,atlast,framedthedimensionalmodel.Compliedtheassemblyprocessingrobotanalyticalsoftandkinematicsanalytical;calculatethekinematicequationsandthepositive&reversesolutions,andusedtheMonteCarlomethodtocalculatetheworkspaceoftherobot,andusedthevectorproductmethodtoconstructthespeedJacobianmatrixoftherobot.Atlast,accordingtovirtualprototypingtechnology,simulatedthepositive&reversesolutionsandthespeedJacobianmatrixinADAMS,andcomparedthesimulationresultswiththeanalyticalresultstoverifythecorrectnessoftheresolutionofkinematic.Usedsecond-classLagrangianmethodtocreatetherobotmodel,anddeducedtherobotdynamicsequation.AccordingtocompilingdynamicssolverprogrambyMatlabsoftware,Theauthorsimulatedtheinverseproblemofdynamicsandprovidedthebasisforthecontrolandtrajectoryplanninginthefuture.Thepaperstudiedthefive-Dofassemblyprocessingrobotsandestablishedthefoundationfortheresearchoftheseriesofrobotsinthefuture.Keywords：AssemblyRobots；Schemedesign；KinematicAnalysis；DynamicAnalysis；LagrangeMethod；Finiteelementmethod；Modalanalysis.eIV目录引言....................................................................11工业机器人简介.......................................................11.1机器人简介..................................................................11.2机器人研究现状及发展趋势....................................................11.3国内外机器人研究现状........................................................31.3.1国外机器人研究现状....................................................31.3.2国内机器人研究现状....................................................31.3.3工业机器人运动学系统研究现状..........................................41.3.4工业机器人轨迹规划研究的现状与意义....................................41.4本文研究的意义及主要内容....................................................42机器人本体结构方案的设计.............................错误!未定义书签。2.1机器人的工作要求............................................错误!未定义书签。2.2机器人机械设计的特点........................................错误!未定义书签。2.2.1机器人独特的结构特点..................................错误!未定义书签。2.2.2与机器人有关的概念....................................错误!未定义书签。2.3机器人手臂结构方案设计......................................错误!未定义书签。2.3.1方案功能设计与分析....................................错误!未定义书签。2.3.2步进电机..............................................错误!未定义书签。2.3.3步进电机选用..........................................错误!未定义书签。2.3.4步进电机型号、参数、尺寸..............................错误!未定义书签。3机器人的结构设计.....................................错误!未定义书签。3.1腕部回转关节的设计..........................................错误!未定义书签。3.1.1腕部设计的基本要求.....................................错误!未定义书签。3.1.2典型的腕部结构.........................................错误!未定义书签。3.1.3腕部回转关节的设计.....................................错误!未定义书签。3.2小臂回转关节的设计..........................................错误!未定义书签。3.2.1小臂部设计的基本要求...................................错误!未定义书签。3.2.2小臂回转关节步进电机和减速器的选择....................错误!未定义书签。3.3大臂回转关节的设计..........................................错误!未定义书签。3.3.1大臂部设计的基本要求...................................错误!未定义书签。3.3.2大臂回转关节步进及减速器的选择........................错误!未定义书签。3.4腰部回转关节的设计..........................................错误!未定义书签。3.4.1腰部回转关节设计要求..................................错误!未定义书签。3.4.2腰部回转关节步进电机及减速器的选择....................错误!未定义书签。3.5气爪的选择..................................................错误!未定义书签。致谢....................................................错误!未定义书签。参考文献................................................错误!未定义书签。外文翻译................................................错误!未定义书签。e第1页共35页引言工业机器人，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发展，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。我国的工业机器人发展的历史已经有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，不仅在机器人的基础理论和关键技术方面取得重大突破，而且在工业机器人整机方面，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及其工程应用的水