SC750三轴伺服驱动机器人机构设计
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目录
前 言 2
第一章 绪 论 3
1.1 引言 3
1.2 工业机器人的含义 4
1.3 选题背景与意义 5
1.4 工业机器人的组成 6
1.5 工业机器人的发展及国内外发展趋势 7
第二章 SC750三轴伺服驱动机器人结构设计方案 12
2.1 机械手的设计方法 12
2.1.1 机械手的选择与分析 12
2.1.2 直角坐标机器人的设计方法 13
2.2 机械手的结构设计 19
2.2.1 机器人的总体设计 19
2.2.2 机械手的传动部件设计 20
2.2.3 机械手的臂部设计 21
2.3 SC750三轴伺服驱动机器人机构的特点 21
第三章 工业机器人的运动系统分析 22
3.1 工业机器人的运动系统分析 22
3.1.1机器人的运动概述 22
3.1.2 机器人的驱动方式 25
第四章SC750三轴伺服驱动机器人零件的设计 26
4.1 伺服电机的选择 26
4.2 减速机的选择 28
4.3 齿轮齿条的选择 30
4.4 导轨的选择 38
第五章 结论 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
前 言
进入21世纪后,FANUC公司开发成功了配备有视觉传感器和力觉传感器的智能机器人。到现在已拥有可搬运质量从2 公斤到1.2 吨的种类丰富的商品系列。随后，FANUC公司又开发了运用这一智能机器人的长时间连续机械加工系统机器人单元 。在整个加 工工序中加工作业本身使用数控机床进行自动化加工已经非常普遍了。但是，附带作业，毛比如在加工中心的夹具上进行加工材料装卸的作业，以及去毛刺边，清洗等作业中的很多部分， 现在还是依靠人工来完成。机器人单元使用智能机器人，不但实现了这些作业的自动化，而且在世界上最早实现了。小时的长时间连续加工 ，现在在FANUC公司的工厂共运转着13 套这样的机器人单元。机器人单元使用了两种控制装置 也就是CNC和机器人控制器我们现在正在开发使这两种控制装置都可以单独地显示双方状态的功能， 以进一步推进机床和机器人的融合。[1]
随着我国工业自动化水平的不断提高 ，在机械加工与制造领域，以及各种装配与包装自动化生产线上机械手的应用已相当普遍机械手通常担负着上料下料等加工任务。由于PLC顺序控制具有系统简单可靠，控制灵活方便等特点 ，而且从 PLC诞生之日起其最基本最普遍的应用领域就是在工业环境下的顺序控 制，因此，基于PLC顺序控制的机械手在工业自动化领域中得到广泛的应用。
机器人是一种很特别的生产工具，因此，机器人应用的范围十分广泛。这些应用可以被划分为3类：材料处理、材料搬运和装配。在材料处理中，机器人用工具来加工和处理原材料。例如，机器人工具可包括钻头，从而可以在原始材料上执行钻孔操作。材料搬运包括装载零件。这些操作可以由机器人可靠地重复执行，因此提高了质量，减少了废料损失。装配是机器人技术的另一个广泛应用。自动装配系统能合并自动测试、机器人自动控制和机械处理，以减少劳动成本，提高产量，消除人工操作的危险性。
第一章 绪 论
1.1 引言
工业机器人是一种提高制造业生产力的工具。他诞生于20世纪60年代,在20世纪90年代得到迅速发展,是最先产业化的机器人技术它可以承担那些对人类可能有危险的工作。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。它的出现是为了适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人工作业。最早的工业机器人就曾用来在核能发电厂中更换核燃料棒。工业机器人也能在装配线上工作，如安装印刷电路板上的电子元器件。这样人们就可以从这种单调的工作中解脱出来。机器人还能拆除炸弹，为伤残人服务，为我们的社会做各种各样的工作。[7]在我国,工业机器人的真正使用到现在已经接近20多年了,已经基本实现了试验、引进到自主开发的转变,促进了我国制造业、勘探业等行业的发展。
机械手作为自动生产线中的重要设备,已成为工业生产自动化的三大支柱之一, 可传统的机械手,采用继电器- 控制器控制气压系统,其控制系统复杂,大量的接线使系统的可靠性降低,设备的工作效率下降, 自动化程度不高,安全系数低.因此,利用PID 算法与PLC 控制技术改造传统的机械手,研制一种智能机械手已成为当今工业生产自动化研究的主流.根据外国资料统计, [8] 在工业控制中 80% 都采用PLC.目前国外应用于自动控制这一领域占60%,应用于数据管理占 20%,用于生产管理占18%,用于人机接占 22%.可见, PLC 在工业领域已占主导地位.因此,研究机械手的智能控制对工业自动控制有重要意义. [9]
在理论上，随着世界经济和技术发展，人类活动领域的不断扩大，机器人应有正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，也从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。SC750三轴伺服机械手的设计，不但在技术上可以追踪机器人的发展趋势，而且还可以填补工业机器人的应用的空白，促进我国工业机器人的技术水平的提高和产业化水平的发展。[10]
本次设计是根据对工业三自由度机器人的总体结构及传动系统的分析和探讨，进行三自由度工业机器人的结构设计。关键在于三轴（臂）的传动系统的设计以及整体的结构设计。
1.2 工业机器人的含义
工业机器人的定义为：一种能够自动定位控制，可重复编程的，多功能的，多自由度的操作机。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。
机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。在我国由于大多数工业机器人所执行的工作为模拟人的手臂而工作，因而通常把工业机器人称做操作机械手。
智能机器人是机器人的发展方向，它具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。
1.3 选题背景与意义
由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作已满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。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中的一个重要组成部分。
本次设计研究的意义有：
1、 可提高生产过程的自动化程度，应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
2、 可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
3、 可以减少人力，并便于有节奏地生产。
4、 本课题研究的机械手机构简单，主要采用一个伺服电机和两个气缸控制机械手在三个方向进行移动来实现上料动作，成本相对其它机械手比较低且控制容易。
毕业设计作为大学四年的一个总结。通过对SC750三轴伺服驱动机器人结构设计，培养我们综合运用所学过的基本理论、基本知识和基本方法和解决问题的能力。同时让我们对软件的使用有了更深的认识，是我们踏上工作岗位之后手中多了一份筹码，而且，通过自身对课题的研究和小组的讨论，增强了我们的团队合作意识，提高了我们的实践能力。
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