三自由度工业机器人
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目录
摘要---------------------------------------------------------Ⅰ
引言--------------------------------------------------------------------1
第一章 概述-----------------------------------------------------------2
1.1 工业机器人的含义及技术概述 ---------------------------------- 2
1.2 工业机器人的组成 ---------------------------------------- 2
1.3 工业机器人的现状及国内外发展趋势 ---------------------------3
1.4 设计的任务要求-------------------------------------------4
第二章 机器人的结构分析-------------------------------------------5
2.1 总体结构的概述-------------------------------------------------5
2.2 第一轴（大臂）的结构---------------------------------------6
2.3 传动方案的确定-------------------------------------------7
第三章 设计计算 ----------------------------------------------------9
第四章 传动结构的设计计算--------------------------------------11
4.1 第一轴的传动结构设计--------------------------------------------11
4.2轴承的选择--------------------------------------------------26
第五章 机器人各零部件的结构设计 -----------------------------28
5.1 转角范围的控制设计---------------------------------------------------------------28
5.2主要零部件的结构设计（第一臂与底座）-------------------------------------29
总结 --------------------------------------------------------30
致谢 ------------------------------------------------------- 31
参考文献 ---------------------------------------------------32
引言
在加速科技进步中，机械制造业的发展起着关键的作用，其任务是在工业生产中迅速将工艺装备的独立单元变为自动化综合体（自动化工段，生产线和自动化车间），将来甚至实现自动化工厂。这种自动化生产最重要的特点是具有柔性，它能预料到，在节省劳力（或无人）情况下，根据工艺条件调整装配，以适应多种产品生产。
当代柔性自动化生产的建立和广泛应用，取决于作为科技进步的催化剂的机床制造、机器人技术、计算机技术、微电子技术、仪器制造等技术的加速发展。工业机器人是多品种的经常更换产品的生产过程自动化的通用手段。在机械制造中，工业机器人既有效地用于柔性生产系统组成工艺装备的基本工序中，也有效地用于辅助操作中。工业机器人与传统自动化手段不同之处，首先在于它在各种生产功能上的通用性和重新调整的柔性。在柔性生产系统中，工业机器人广泛应用于数控机床、锻压机床、铸造机械和仓储设备上，以完成传送装备和其它操作。工业机器人和基本工艺装备、辅助手段以及控制装置一起形成各种不同形式的机器人技术综合体—柔性生产系统基本结构模块。
随着工业技术和经济的惊人发展，标志着多品种中、小批量生产最新水平的FMS（柔性制造系统），FA（工厂自动化）技术更加引人注目；作为FMS、FA技术重要组成之一的工业机器人技术也将得到迅速发展。应用工业机器人是提高生产过程自动化，改善劳动环境条件，提高产品质量和生产效率手段之一。
本次设计是根据对工业六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，避免运动的干涉。但在本次设计中出于公司的要求,我主要负责第一臂与底座的结构设计,在设计中赵勇彪老师给予了很大的指导和帮助，在此谨致谢意。
限于水平，本设计难免有缺点、错误，恳请各位老师批评指正。
第一章 概 述
1.1工业机器人的含义及技术概述
到目前为止，世界各国对“工业机器人”还没有做出统一的明确定义。通常所说的“工业机器人”是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置。而它与“机械手”有一些区别：“工业机器人”多数指程序可变的独立的抓取、搬运工件、操纵工具的装置；“机械手”多数是指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置。如自动线、自动机的上、下料，加工中心的自动换刀的自动化装置。
工业机器人由操作机(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、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产社备。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。工业机器人技术是综合了计算机、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。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上的代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
1.2工业机器人的组成
工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成。如图1-1所示。
目前，具有人工智能系统的工业机器人即智能机器人还处于研究实验阶段。而应用于生产实际的多数是那些具有执行系统、驱动系统和控制系统的工业机器人。
1．执行系统 执行系统是工业机器人完成握取工件（或工具）实现所需的各种运动的机械部件，包括：手部、腕部、臂部，还有机身和行走机构。
2．驱动系统 驱动系统是向执行系统各部件提供动力的装置。采用的动力源不同，驱动系统的传动方式也不同。驱动系统的传动方式有四种：液压式、气压式、电气式、机械式。
3．控制系统 控制系统是工业机器人或机械手的指挥系统，它控制驱动系统，让执行机构按照规定的要求进行工作、并检测其正确与否。一般常见的为电气与电子回路控制，计算机控制系统也不断增多。就其控制方式，可分为分散控制与集中控制两种类型。若以控制的运动轨迹来分，有两种：点位控制和连续轨迹控制。
1.3 工业机器人的现状及国内外发展趋势
工业机器人是一种对生产条件和生产环境适应性和灵活性很强的柔性自动化设备，它对稳定提高产品品质、提高生产效率和改善劳动条件起着十分重要的作用。工业机器人技术的发展必将对社会经济和生产力发展产生更加深远的影响。所以，国内外工业机器人的发展十分迅速。
国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：
1．工业机器人的性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作与维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。
2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速器、检测系统三为一体；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问世。
3．工业机器人系统控制向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
5．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
6．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
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