搬运机器人的机械设计.doc

1、摘 要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量， 工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采 用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家 工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运 以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。木课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结 构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到木课题中，从而使 得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机 器人在工业上的应用现状，提岀了具体的搬运机器人设计要求，并根 据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括: 机

2、器人的手部、腕部、臂部、腰部在内的机械结构设计。此搬运机器 人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压 缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节 运动，进而实现搬运机器人的实际作业。关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作AbstractIn the modem large-scale manufacturing industiy enteiprises to improve productivity, and, guarantee product quality, as an important pait of the automation pr

3、oduction line, industrial robots are gradually approved and adopted by enteiprises. Industrial robot teclmology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Cunently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stack

4、ing, repetitive and intensity of significant work.The subject of the main part of the handling of their machineiy discussions, and on the original mechanical stmcture proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working enviromnent

5、 Tlnough a detailed understanding of the robot in the industrial application, to propose specific handling robot design requirements, and according to the robot design principles of various parts, for the system as well as including: the robots hand, wrist, ann, waist, the design of mechanical stmct

6、ures Hie transfer robot driven by the source fiom the hydraulic system, and the implementation of components including: plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydiaulic cylinders, etc. Tluough the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion

7、, And realize the operational handling robot.Keywords： Transfer robot； Hydraulic System； Mechanical Design；Operating第一章绪论11概论在工业领域广泛应用着工业机器人。工业机器人一般指在工厂车间 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。工业机器人的定义为：“一种自动 定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能搬运材 料、零件或操持工具，用以完成各种作业。”操作机定义为：“具有和人的手臂相似的动作功能，可在空间抓放物 体

8、或进行其它操作的机械装置。” 一个典型的机器人系统由本体、关节伺服驱动系统、计算机控制系 统、传感系统、通讯接口等几部分组成。一般多自由度串联机器人具 有46个自由度，其中23个自由度决定了末端执行器在空间的位 置，其余23个自由度决定了末端执行器在空间的姿态。搬运机器人在实际的工作中就是一个机械手，机械手的发展是由 于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操 作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置 来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装 配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率, 加快实现工业生产机械化和自动化的

9、步伐。因而，受到很多国家的重 视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、 噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年 也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。机械 手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制 成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序 控制通用机械手”，简称通用机械手错误!未找到引用源。由于通 用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生 产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作 位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。

10、机器人一般分为三类。 第一类是不需要人工操作的通用机器人，也即木文所研究的对象。它 是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制 程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外, 还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的, 称为操作机(Manipiilator)。它起源于原子、军事工业，先是通过操 作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行 探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专 业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下 料和工件传送。这种机器人在国外通常被称之为Mechanical Ha

11、nd”， 它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的， 因此是专用的。机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器 人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过 基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一 种结构形式，世界一些著名机器人的木体部分都采用这种机构形式的 机器人。要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、 腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构一一执行机构；像肌肉那 样使手臂运动的驱动一传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。 这些系统的性能就决定了机器人的性能。对于现代智能机器人而言，还具有智能

12、系统，主要是感觉装置、视觉 装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机器人“眼睛”， 使它能识别物体和躲避障碍物，以及机器人的触觉装置。机器人的这 些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从 而构成一个机器人的。要实现机器人所期望实现的功能，机器人的各 部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约。机器人的机械系统主要由执行机构和驱动一传动系统组成。执行 机构是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由 驱动一传动系统提供动力，按控制系统的要求完成工作任务。1. 2工业机器人的历史、现状及应用机器人首先是从美国开始研制的，1958年美国联合控制公司研 制出

13、第一台机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装 有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。日本是工业机器人 发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人 后，大力从事机器人的研究。目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制； 控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和 提高精度。第二代机器人正在加紧研制，它设有微型电子计算机控制系统, 具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把 感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。第三代机器人则能独立地完成工作过程中的任务，它与电子计算 机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔

14、性制造系统FMS (Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元 FMC (Flexible Manufacturing Cell)中的重要一环。随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个 领域的机器人系统的应用和研究对系统木身也提岀越来越多的要求。 制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不 同的应用场合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制造(CIM) 要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员 为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结 构和集成各种外部传感器的能力。美国工业机器人技术的发

15、展，大致经历了以下几个阶段：(1) 1963-1967年为试验定型阶段。1963-1966年，万能自动化 公司制造的工业机器人供用户做工艺试验。1967年，该公司生产的 工业机器人定型为1900型；(2) 1968-1970年为实际应用阶段。这一时期，工业机器人在美国进 入应用阶段，例如，美国通用汽车公司1968年订购了 68台工业机器人; 1969年该公司又自行研制出SAM新工业机器人，并用21组成电焊小汽车车身的焊接自动线；又如，美国克莱斯勒汽车公司32条冲压自动线上的448台冲床都用工业机器人传递工件；(3) 1970年至今一直处于推广应用和技术发展阶段。19701972 年，工业机器人

16、处于技术发展阶段。1970年4月美国在伊利斯工学 院研究所召开了第一届全国工业机器人会议。据当时统计，美国大约 200台工业机器人，工作时间共达60万小时以上，与此同时，出现 了所谓了高级机器人，例如：森徳斯兰徳公司(Sundstrand)发明了 用小型计算机控制50台机器人的系统。又如，万能自动公司制成了 由25台机器人组成的汽车车轮生产自动线。麻省理工学院研制了具 有“手眼”系统的高识别能力微型机器人问。1.21我国机器人研究现状机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动 作业任务的机械装置。机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及 人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代表, 是当代科技发展最活跃的领域。机器人的研究、制造和应用正受到越 来越多的国家的重视。近十几年来，机器人技术发展非常迅速，各种 用途的机器人在各个领域广泛获得应用。我国是从20世纪80年代开始涉足机器人领域的