LDR15-B02型机器人机械本体设计.doc

1、学 号： 毕业设计说明书GRADUATE DESIGN 设计题目：LDR15-B07型机器人机械本体设计学生姓名：专业班级：学 院：指导教师：摘 要摘 要为了提高产品的生产效率和生产质量，并满足实际工作需要，本课题设计了一台负载为250kg的四自由度关节型搬运机器人。首先，介绍了工业机器人的基本常识和原理，特别是对搬运机器人的组成、分类和LDR15-B07型机器人的主要技术性能参数进行了简要的综述。其次，根据搬运机器人的工作要求和结构特点，进行了机器人的总体设计，确定了机器人的外形尺寸和工作空间，拟定了机器人各关节和总体传动方案。重点对机器人的小臂关节结构进行了详细设计，包括对伺服电机的选型和

2、计算，减速机的选型和计算，臂杆等零件的结构设计。然后，利用Creo 2.0软件进行了机械本体的三维实体建模，并绘制了整机装配图、部件图和零件图等二维图。最后进行了轴、轴承、键和螺钉的设计计算和校核，进而完成了该四自由度搬运机器人的本体设计。关键词：搬运机器人；四自由度；本体设计AbstractIn order to improve the production efficiency and the quality of production, and meet the actual needs of the actual work, this topic designs a load of f

3、our DOF articulated robot for 250kg. First of all, the basic knowledge and principle of industrial robots are introduced, especially a brief overview of the main technical performance parameters of robot moving component, classification and LDR15-B07 robots main technical performance parameters. Sec

4、ondly, The overall design of the robot is carried out, robot size and shape of the workspace is determined, at each joint of the robot and the overall transmission scheme is worked out based on the work requirements for therobotmovingandthecharacteristicsofthe structure. Most importantly, it focuses

5、 on the detailed design of the structureoftherobotssmallarm, including the selectionandcalculationoftheservo motor, theselection and calculation of thespeedreducer,thestructuredesignof the arm and so on. Then,the 3Dsolidmodelofthemechanicalbodyismodeledby Creo2.0,andthe2Dchartof the wholeassemblydra

6、wing,thepartchartandthepart chart aredrawn.Atlast, the design calculationandverificationofshaft,bearing,keyand screw are carried out, thus it finishes the designing of therobotwithfourdegreeof freedom.Keywords: carrying robot; four degree of freedom; ontology design目 录目 录摘 要2ABSTRACT3第一章绪论11.1课题研究的背

7、景与意义11.2国内外机器人发展现状21.3搬运机器人分类31.4搬运机器人的构成及应用41.4.1搬运机器人构成41.4.2搬运机器人技术参数61.4.3搬运机器人的应用7第二章机器人机械本体设计82.1引言82.1.1机器人结构设计的主要坐标式82.1.2机器人本体设计原则102.2码垛机器人本体的构型分析112.2.1码垛机器人技术参数112.2.2码垛机器人总体设计122.3搬运机器人平衡142.3.1搬运机器人平衡原理及分类142.3.2工业机器人平衡系统的主要目的142.3.3工业机器人平衡措施15第三章电机和减速机的选型和计算173.1 机器人驱动系统减速机的简介173.2 机器

8、人驱动系统电机的简介213.3机器人关节的详细设计243.3.1关节T轴（腕部）减速机选型和计算243.3.2关节T轴（腕部）电机的选型和计算283.3.3关节U轴（小臂）减速机选型和计算293.3.4关节U轴（小臂）电机的选型和计算333.3.5关节L轴（大臂）减速机选型和计算343.3.6关节L轴（大臂）电机的选型和计算383.3.7关节S轴（腰座）减速机选型和计算393.3.8关节S轴（腰座）电机的选型和计算42第四章结构校核454.1 轴的校核454.1.1 大臂轴的校核454.1.2 小臂轴的校核464.2 轴承校核464.3 键的校核484.4 螺钉校核49结 论51参考文献54谢

9、 辞55附 录56第一章绪论1.1课题研究的背景与意义随着现代科技的迅猛发展，机器人技术已广泛应用于人类社会的各个领域。在制造业中诞生的搬运机器人是继动力机、计算机之后而出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具。机器人的应用是一个国家工业自动化水平的重要标志。有关专家研究表明，国外发达国家已广泛应用机器人自动化生产线，并已形成一个巨大的产业，年市场容量约为1000亿美元。我国有关部门及企业应该做好充分准备，借鉴国外推动产业发展的先进经验。我国机器人产业要快速发展，就不能只靠几个爱好者的激情和科研单位的单方努力，机器人就不能只作为展览会上的表演者。研制单位必须和需求紧密结合，让机器人走进工厂

10、和家庭，实现真正的产业化。把发展中国机器人产业纳入政府重要产业政策中，引导和扶持企业进行产业和产品结构调整，加速机器人产业化进程。近年来我国的机器人自动化技术也取得了长足的发展，但是与世界发达国家相比，还有一定的差距，如可靠性低于国外产品，机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。我国目前从事机器人研发和应用工程的单位相对较少，搬运机器人的拥有量远远不能满足需求量，长期大量依靠从国外引进。在应用规模上，我国已安装的国产搬运机器人，约占全球已安装台数的O.4。产生以上差距，有关专家认为主要是我国没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是根据用户的要求，“一个客户，一次重

11、新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本较高、而且质量、可靠性不稳定。本课题研究的四自由度平面关节型机器人是工业领域中应用较为广泛的机器人之一。据统计资料介绍，目前，国外已有的各种专用和通用装配机器人中，平面关节型装配机器人是应用数量最多且较为广泛的一种装配机器人。1991年世界上4万余台在生产上应用的装配机器人中，平面关节型机器人约占34左右。其主要应用领域为电子电器业、家用电器业、精密机械业。从事印刷电路板上电子元器件的插入作业；家用电器及仪器仪表的组装作业；小型电器开关、接触器等电器产品的组装作业。可以说，平面关节型机器人在轻型、较简单并且要求机器人价格较低的装

12、配作业中大显了身手。而且平面关节型最显著的特点是他们在XY平面上的运动具有较大的柔性，而沿Z轴方向具有很强的刚性，这种选择性的柔性，在装配作业中是很重要的特性，非常适合应用于搬运、焊接和装配等重复性任务，因此在工业生产中得到广泛应用。鉴于平面关节型机器人在工业领域应用中的独特优势，研究平面关节型机器人也就具有相当的代表性。而在众多的机器人研究中，大多主要侧重于研究机器人的控制系统和运动学分析，在机器人结构设计与优化方面反而没有引起足够多的重视。1.2国内外机器人发展现状机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生

13、产和社会发展起越来越重要的作用。目前在国外机器人广泛应用于各行各业。主要进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。目前，全球现役搬运机器人83万台。过去10年，机器人的价格降低约80，现在继续下降，而欧美劳动力成本上涨了40。现役机器人的平均寿命在10年以上，可能高达15年，它们还易于重新使用。由于机器人及自动化成套装备对提高制造业自动化水平，提高产品质量和生产效率、增强企业市场竞争力、改善劳动条件等起到了重大的作用，加之成本大幅度降低和性能的迅速提高，其增长速度较快。据国际机器人联合会及联合国欧洲经济委员会(UCENE)统计，2001年机器人安装量为7.8万台套，年增长率9。机器人的

14、应用主要有两种方式，一种是机器人工作单元，另一种是带机器人的生产线，并且后者在国外已经成为机器人应用的主要方式。以机器人为核心的自动化生产线适应了现代制造业多品种、少批量的柔性生产发展方向，具有广阔的市场发展前景和强劲生命力，已开发出多种面向汽车、电气机械等行业的自动化成套装备和生产线产品。在发达国家，机器人自动化生产线已形成一个巨大的产业，年市场容量约为1000亿美元。纵观目前经济发展现状，我国机器人市场增长异常迅猛，从销售量上更是充分说明了这个不争的事实。在中国市场上占有35市场份额的ABB公司2004年在中国卖出了600台机器人。而该公司在过去9年中一共才在中国大陆市场销售了2000台机

15、器人。专家预测，我国机器人2008年拥有量将增至7600台，到2010年拥有量将达到17300台，到2015年，市场容量将达十几万台(套)。据悉，汽车制造、工程机械及电机、电子等行业的企业是中国今后对机器人需求最大的部门，其中所需机器人的品种以点焊、弧焊、喷漆、装配、搬运、冲压等为主。但是，我国现有主要生产搬运机器人厂家其生产规模较小，这与当前市场需求有较大差距。生产规模达到大批量生产能力，才能提高机器人的稳定性、可靠性及降低成本，才能占领国内市场。目前主要生产第一代示教再现型机器人。随着建筑施工、石化、食品、核工业、水下、高空及微加工行业的需求，将推出一批新机型，如大负载、高精度、蛇形的、无人飞行器以及家用、病人护理、盲人引导犬等。目前正在逐步建立上海、沈阳、北京机器人及其自动化生产线产业基地，开发出一批有市场前景的，具有自主知识产权的机器人及其自动化生产线产品。进一步加强与外企合作，引入先进技术及资金使我国成为国际生产机器人基地，占领国内市场，走向世界。1.3搬运机器人分类