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湖南科技大学毕业设计（论文）题目六自由度工业机器人结构设计作者学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师二〇一六年五月二十日湖南科技大学毕业设计（论文）任务书机电工程学院院机械设计制造及其自动化系（教研室）系（教研室）主任:（签名）年月日学生姓名:学号:专业:机械设计制造及其自动化1设计（论文）题目及专题：六自由度工业机器人结构设计2学生设计（论文）时间：自2015年3月1日开始至2015年5月29日止3设计（论文）所用资源和参考资料：《工业机器人》、《机器人学》、《机器人运动学基础》、《Solidworks2013从入门到精通》4设计（论文）应完成的主要内容：（1）介绍工业机器人的发展现状及前景；（2）工业机器人工作空间计算和简单的运动学分析；（3）工业机器人结构设计及关键零部件计算；（4）对关键零部件进行强度校核。5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）相关的计算、设计框图及仿真图；（2）论文不少于35页；（3）说明书中必须有与设计（论文）内容或专业相关的不少于1500字的外文资料翻译。6发题时间：2015年3月1日指导教师：学生：湖南科技大学毕业设计（论文）指导人评语[主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价]指导人：（签名）年月日指导人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）评阅人评语[主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价]评阅人：（签名）年月日评阅人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）答辩记录日期：学生：学号：班级：题目：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1设计（论文）说明书共页2设计（论文）图纸共页3指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：[主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价]答辩委员会主任：（签名）委员：（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩：总评成绩：摘要六自由度工业机器人是一种高精度的自动化机械，具有高度的灵活性以及平稳性。所以在设计中我们应当注意其结构工艺的合理性，在材料选择上应当使其具有高强度和轻便的特性。本论文主要对搬运工业机器人的驱动方式及各轴的传动方案进行了设计，并对驱动运动的电动机进行了选型；在对其工作空间分析的基础上，对关键的零部件进行了受力分析及强度校核；根据其基本结构参数，利用Solidworks2013软件进行了三维图形的绘制，并用CAD绘制了装配图及部分关键零件图。关键词：工业机器人；结构设计；传动方案设计；受力分析；强度校核AbstractSixdegreeoffreedomindustrialrobotisakindofautomaticmachinewithhighaccuracy,withhighdegreeofflexibilityandstability..Sointhedesignweshouldpayattentiontotherationalityofthestructureandtechnology,inthechoiceofmaterialsshouldbesothatithashighstrengthandlightweight,thispapermainlyforthehandlingofindustrialrobottotaldrivewayandtheaxisofthetransmissionschemedesign,andthedrivemotorselection;inworkspaceanalysisbasedonthekinematicscalculation,ofkeypartswerestressanalysisandstrengthcheck;accordingtothebasicstructureparametersusingsoftwareSolidworks2013of3Dgraphicsrendering,andmappingwithCADassemblydrawingandpartofthekeypartsofthemap.KeyWords：Industrialrobots;Structuraldesign;Transmissiondesign;Forceanalysis；Intensityverification-i-目录第一章绪论………………………………………………………………………………11.1工业机器人概述……………………………………………………………………11.2课题研究背景及意义………………………………………………………………11.3国内外研究现状及发展趋势………………………………………………………21.3.1国内研究现状…………………………………………………………………31.3.2国外发展趋势…………………………………………………………………41.4工业机器人相关技术………………………………………………………………51.5本文主要内容………………………………………………………………………5第二章总体方案与传动机构设计…………………………………………………62.1总体方案设计与分析………………………………………………………………62.1.1方案要求……………………………………………………………………62.1.2机构选型……………………………………………………………………72.1.3驱动方式选择………………………………………………………………82.2传动方案的初步设计………………………………………………………………92.2.1腕关节传动机构设计………………………………………………………102.2.2小臂传动机构………………………………………………………………102.2.3大臂传动机构………………………………………………………………112.2.4腰身传动机构………………………………………………………………122.3机器人部分技术参数……………………………………………………………10第三章工作空间分析及计算………………………………………………………123.1工作空间…………………………………………………………………………123.2工作空间与机器人结构尺寸的相关性…………………………………………123.3分析………………………………………………………………………………14-ii-第四章结构设计……………………………………………………………………154.1传动方案的设计…………………………………………………………………154.2手腕传动…………………………………………………………………………154.3腰部………………………………………………………………………………164.3.1腕部的设计要求……………………………………………………………164.3.2腕部结构……………………………………………………………………164.4手臂………………………………………………………………………………174.4.1手臂作用概述………………………………………………………………174.4.2电机选择……………………………………………………………………174.5传动结构设计计算………………………………………………………………204.5.1腰部设计……………………………………………………………………204.5.2大臂设计……………………………………………………………………214.5.3小臂设计……………………………………………………………………22第五章关键零部件的校核……………………………………………………………245.1腕部中心轴的结构设计与校核……………………………………………………245.1.1腕部中心轴的结构设计……………………………………………………255.1.2腕部中心轴的强度校核……………………………………………………255.2连杆传动轴的结构设计与校核…………………………………………………285.2.1连杆传动轴的结构设计……………………………………………………285.2.2连杆传动轴的强度校核……………………………………………………295.3手腕齿轮连接轴的结构设计与校核……………………………………………285.4手腕齿轮连接轴2的结构设计与校核…………………………………………295.5回转底盘与腰部主轴连接螺钉的校核…………………………………………295.6部分三维图形的绘制……………………………………………………………30第六章总结……………………………………………………………………………35参考文献…………………………………………………………………………………36致谢………………………………………………………………………………………37-1-第一章绪论1.1工业机器人概述工业机器人是一种高精度的自动化生产装备，它的设计涉及到了多门学科知识，包括了气动、液压、电路、PLC以及材料力学，理论力学等等。它最早出现于20世纪，人们通常广义的把机器人认为是能模仿人类动作的机器。相较于人具有大脑，手足，和眼睛等功能器官，随着机器人的发展，它也拥有了类似的能力，甚至在功能上远超人类。工业机器人顾名思义，是用于辅助生产的机器人。早在20世纪20年代就出现了一种能够在生产线上，代替人搬送装卸工件的机械手。而在40年代则直接出现了可以由工人操作的机器人。60年代则出现了可以自动的多操作的机械手。工业机器人发展迅速，功能越来越多，甚至出现了具有智能的机器人。目前，世界上把机械手、机器人等也一并称为工业机器人。我国将其定义为：一种能自动控制，可重复编程、多功能、多自由度的机器人，并能搬运材料工件或者其他工具，用以实现多种作业。1.2课题研究背景及其意义工业机器人是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。它能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。制造业属于劳动密集型的行业，除了繁重的体力工作外，几乎每个工序都存在着对人体有害的污染源和潜在的工伤事故:热加工工序烫灼伤的危险，大量易燃易爆燃料-2-及消耗材料时时刻刻威胁着操作手的安全;铝液除气除渣产生的有毒烟尘，机加工冷却液的有害蒸汽，以及涂装工序液体漆、粉漆、前处理药液等等都会严重影响工人的健康;无处不在的轰鸣及刺耳的噪音会使你情绪坏到极点。针对原有生产线存在的劳动强度高，生产效率低，粗加工加工尺寸不稳定等问题，通过工业机器人及新的数控加工设备，不仅有效降低了工人的劳动强度，提高生产效率将近一倍，取得了良好的经济效益。工业机器人由机器人(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动