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陕西理工学院毕业设计第1页共17页工业机器人结构设计00（陕理工机械工程学院机自专业000班，陕西汉中723003）指导教师：000[摘要]本文简要介绍了工业机器人的概念，机器手硬件和软件的组成，即plc控制的机械手的系统工作原理，机械手各个部件的整体尺寸设计，plc控制的特点。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的plc型号，根据机械手的工作流程制订了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图，并绘制了可编程序控制器的控制程序。[关键词]工业机器人机械手陕西理工学院毕业设计第2页共17页TheIndustrialrobotdesign000（Grade00,Class00,MajorMechanicalDesign,ManufacturingandAutomation，415Dept.，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723003，Shaanxi）Tutor：000AbstractThispaperintroducestheconceptofthecompositionofindustrialrobots,robothardwareandsoftware,systemworkingprinciplethatplcmanipulatorcontrol,theoverallsizeofthevariouscomponentsoftherobotdesign,plccontrolcharacteristics.Inthispaper,therobotoverallprogramdesign,todeterminethecoordinatesoftherobotformsanddegreesoffreedomtodeterminethetechnicalparametersoftherobot.Whilethedesignofthehandgrippingstructureoftherobottype,thedesignofthestructureoftherobotwrist,thewristrequiredtocalculatetherotationofthedrivingtorqueanddrivingtorqueoftherotarycylinder.Designedarobotarmstructure.Theprogrammablelogiccontrollerforrobotcontrol,selecttheappropriateplcmodel,accordingtotheworkflowrobotcontrolschemedevelopedprogrammablecontroller,drawatimingdiagramoftherobot'sworkanddrawaprogrammablecontroldevicecontrolprogram.KeywordIndustrialrobotmanipulator陕西理工学院毕业设计第3页共17页目录目录......................................................31引言.....................................................51.1选题的目的及研究意义....................................51．2综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等........................................................51.3对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明，论文要写出相应的写作提纲..................................................62工业机器人的结构设计.....................................82．1手部结构设计...........................................82.1.1手指的形状和分类...................................82.1.2设计时考虑的几个问题...............................82.1.3手部夹紧气缸的设计.................................92.2腕部回转关节的设计(Y轴回转)............................122.2.1步进电机的选择：..................................122.2.2Y轴进给的设计...................................132.2.3Z轴进给的设计....................错误!未定义书签。2.2.4Z轴旋转设计......................错误!未定义书签。3传动系统的设计.........................错误!未定义书签。3.1确定减速器总传动比与各级传动比..........错误!未定义书签。陕西理工学院毕业设计第4页共17页3.2计算传动装置的运动和运动参数............错误!未定义书签。3.3圆锥齿轮传动的设计计算..................错误!未定义书签。4轴的计算和设计..........................错误!未定义书签。4.1轴一的设计..............................错误!未定义书签。4.2轴二的设计..............................错误!未定义书签。5滚子轴承的校核..........................错误!未定义书签。5.1滚子轴承校核............................错误!未定义书签。6键的校核................................错误!未定义书签。6.1轴一键校核..............................错误!未定义书签。6.2轴二间校核..............................错误!未定义书签。7润滑方式及密封形式的选择................错误!未定义书签。7.1润滑方式................................错误!未定义书签。7.2密封形式的选择..........................错误!未定义书签。8减速箱体设计............................错误!未定义书签。8.1箱体设计................................错误!未定义书签。9系统设计与PLC控制系统设计..............错误!未定义书签。9.1系统的设计..............................错误!未定义书签。9.2机械手的PLC控制系统设计................错误!未定义书签。结论.....................................错误!未定义书签。致谢...................................错误!未定义书签。参考文献.................................................16陕西理工学院毕业设计第5页共17页1引言1.1选题的目的及研究意义在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。“工业机器人”：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。而少自由度工业机械人中大多数为机械手，而机械手机器人主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。1.2综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。据国际机器人联盟（IFR）2006年5月发布的“2006世界机器人调查”显示，2005年世界新安装工业机器人121000台，比2004年的97000台增长25%。这是继2003年工业机器人安装数量重回增长态势后的重大突破，2005年也成为近15年来世界工业机器人新安装台数最多的年份，比上一个峰值――2000年的99000台增长22000台。据国际机器人联盟统计局预测，截至2005年底，全世界在运行中的工业机器人共有914000台，比2004年增加8%。其中，有50%来源于亚洲地区；欧洲和美洲分别占1/3和16%；而澳大利亚和非洲地区大概占1%的比例。就2005年几大应用领域的工业机器人类型来看，机械手的产量遥遥领先于其他类型的工业机器人，约达到43500台。其中，亚洲地区机械手的产量比2004年增加了27%；美洲地区机械手的产量幅度更是高达53%；虽然欧洲地区2005年机械手的产量比上年略有下降，但其产量仍接近14000台。陕西理工学院毕业设计第6页共17页接下来依次是：点焊接机器人、弧焊机器人、装配机器人和分配机器人，其产量分别约为20500台、17500台、13000台和4500台。20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家