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1、1 / 14 本科毕业设计 ( 论文开题报告题目：远距离同步带传动的机器人腕部设计课 题 类 型： 设计 实验研究论文学 生 姓 名：韩冲学号： 3092101440 专 业 班 级：机械 2094 学院：机电学院指 导 教 师：苏学满开 题 时 间：2018 年 2 月 25 日一、毕业设计内容及研究意义研究内容：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 14 页2 / 14 1）确定三自由度腕部的传动方案及传动系统设计；2）回转力矩计算及其他相关计算；3）零件设计与校核：1）轴承校核：设计中所用的所有重要轴承都要经过强度校核。
2、在满足尺寸和强度要求的情况下，尽可能地选用国产轴承，以降低机器人的成本。2）轴的校核：设计中所用的所有较重要的轴都要经过强度校核和刚度校核。3）齿轮选用：设计中所用的所有齿轮都要经过强度校核。4）键及花键：设计中所用的所有较重要的键及花键都要经过强度校核。5）销与螺钉：设计中所用的所有较重要的销与螺钉都要经过强度校核。4）零件图的绘制与三维模型建立；、自动化工厂(FA、计算机集成制造系统 (CIMS的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一
3、样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 14 页3 / 14 1.工业机器人的发展现状工业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，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE和国际机器人联合会(IFR的统计，世界机器人市场前景看好，从20 世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良
4、好势头。进入20 世纪 90 年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10左右。 2004 年增长率达到创记录的20。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%，如图 1 所示。2.工业机器人的应用领域日渐广泛经过四十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等 、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，
5、进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。3.国内外主要的工业机器人生产厂商在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司，它们包括：瑞典的ABB Robotics，日本的FANUC、Yaskawa ，德国的KUKA Roboter，美国的Adept Technology、American
6、Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics，意大利精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 14 页4 / 14 COMAU ，英国的 AutoTech Robotics，加拿大的 Jcd International Robotics，以色列的Robogroup Tek公司，这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。在国内，工业机器人产业刚刚起步，但增长的势头非常强劲。如中国科学院沈阳自动化所投资组建的新松机器人公司，年利润增长在40%左右。4.工业机器人的发展趋势工业机器人在许
7、多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用，引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。在新的世纪，机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。工业机器人的技术发展趋势从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC 化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。工业机器人的产业发展趋势据 UNECE/IFR 预测，
8、至 2007年，全球新安装装机器人的数量将从2003年的 81800套增至 2007年的 106000套，年平均增长7%。其中，日本 2003-2007年工业机器人的销售将从 2003年的 31600增长至 2007年的 41000套；欧洲 2003-2007年工业机器人将从 2003年的 27100套增长至 2007年的 34000套；北美 2003-2007年工业机器人市场每年平均增长5.8%，至 2007年将增长到 16000套。三、毕业设计研究方案及工作计划精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 14 页5 / 14 研
9、究方案三自由度手腕有 R 关节和B 关节的组合构成的三自由度手腕可以有多种型式，实现翻转、俯仰和偏转功能。其中本课题选用RBR型的手腕。腕部驱动结构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 14 页6 / 14 远距离传动手腕：有时为了保证具有足够大的驱动力，驱动装置又不能做得足够小，同时也为了减轻手腕的重量，采用远距离的驱动方式，可以实现三个自由度的运动。手腕的传动机构本课题所设计的是一个三自由度的机器人手腕，由法兰固定在机器人小臂上，分别用三个直流伺服电机对其进行驱动。手腕主要分三部分：一部分是通过法兰和小臂固结在一起，可实现
10、腕部的回转运动；一部分是围绕轴的摆动；另外一部分就是手爪的回转运动。本手腕可以实现两个方向上的旋转和一个方向上的弯转。第一个自由度是由电机M1 带动齿型带带动空心轴5，实现整个腕部的旋转。第二个自由度是由电机M2 带动齿型带带动空心轴6，通过斜齿轮 8 和 18的啮合传动，再通过谐波减速器10带动机体旋转实现的。第三个自由度是由电机M3 带动齿型带带动芯轴7，通过斜齿轮16，17 的啮合传动，再通过14，15 之间的带传动，再经由12，13 啮合，通过谐波减速器11 实现的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 14 页7 /
11、 14 工作计划周日期具体内容1-2 2 月 25 号-3月 10号撰写开题报告3 3 月 11 号-3 月 17 号确定三自由度腕部的传动方案及传动系统设计；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 14 页8 / 14 4-5 回转力矩计算及其他相关计算；6 轴承校核：设计中所用的所有重要轴承都要经过强度校核。在满足尺寸和强度要求的情况下，尽可能地选用国产轴承，以降低机器人的成本。7 轴的校核：设计中所用的所有较重要的轴都要经过强度校核和刚度校核。8 齿轮选用：设计中所用的所有齿轮都要经过强度校核。9 键及花键：设计中所用的所
12、有较重要的键及花键都要经过强度校核。10 销与螺钉：设计中所用的所有较重要的销与螺钉都要经过强度校核。1 零件图的绘制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 14 页9 / 14 12 建立三维模型13-15 5 月 13 号-6 月 2 号绘制装配图及运动仿真。15 6 月 3 号-6 月 9 号撰写设计说明书，按照学院的规范要求排版打印设计说明书16 6 月 10 号-6 月 16 号上交毕业设计文件，准备毕业答辩，参加毕业答辩。四、主要参考文献1熊有伦，机器人技术基础M. 武汉：华中科技大学出版社，1996. 2 赵雪松、
13、任小中、赵晓芬.机械制造技术基础M. 武汉：华中科技大学出版社2018.09 3 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学 M. 北京市：高等教育出版社，2009.07 4余达太 ,马香峰 . 工业机器人应用工程 M . 北京: 冶金工业出版社 , 1999 . 5韩建海 .工业机器人 M. 武汉：华中科技大学出版社，2018.06 6孙立宁 机器人技术国内外发展状况J 国内外机电一体化技术， 2002 (5 : 31 41 7杨叔子，李培根 .机械设计 M. 武汉：华中科技大学出版社，2018.08 8日本机器人学会编，新版机器人技术手册，科学出版社，2007 精选学习资料 - - - - -
14、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 14 页10 / 14 9 王亚辉 ,何耀民 . 机器人的应用现状及发展趋势J. 经济师 . 2005，. Introduction to Robotics: Analysis, Systems, Applications. Prentice. 13 Esposito, A. (2004. Fluid Power with Applications. Prentice Hall 7th Edition. 14 Haugan, K.M. (1974. Spray Painting Robots: Advanced pain
15、t shop automation. Industrial Robot: An International Journal, 270 - 272. 15 Hertling, P., Hog L., Larsen R., Perram J.W.& Petersen, H.G. (1996. Task Curve Planning for Painting Robots, Part I: Process Modeling and Calibration. IEEE Transactions on Robotics and Automation. 外文文献翻译：喷漆机器人是最早的工业机器人的应用,然
16、而,喷漆的精度和完成是一个重要的问题对于任何喷漆工作来说。因此,这个工程的目标是利用一个工业机器人(ABB 机器人模型IRB1410喷漆的应用程序。机器人程序设定为使用是根据其示教器油漆字母表。用于手动的示教器教机器人如何遵循路径为具体目标。机器人末端执行器(喷漆工具是选择和安装在机器人上来执行一个有效的喷漆任务。这是程序根据其功能以及合适的喷漆环境设计。两个软件包被使用在这个工程。计算机辅助设计(CAD系统精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 14 页11 / 14 工作对象和结束响应是基于Solidworks软件的编程最
17、后的结果证明实现这样的系统有助于提高喷漆的质量 ,降低消耗和提高安全性。1介绍科技发展速度没有人能够准确地度量或量化。我们已经目睹了发明机器人、机器、电力等等。工业机器人可以用于不同的应用程序简单地削减在工业和个人能力。根据他们如何被编程或手动执行不同任务。工业喷漆使用IRB1400 ABB机器人。这个机器人是一个 6轴工业机器人 ,专门为任何行业 ,使用灵活的机器人自动化设计。这个机器人有一个开放的结构,适应灵活的使用 ,并且可以广泛交流与外部系统。它也可以用于工程应用基础研究和工业用途。一些应用程序的IRB1410机器人包括焊接、切割、挑选和地方、装配、喷漆、和检查等。大多数广泛使用于机器
18、人教育的基础应用。对于这个工程,机器人被用于喷漆的应用程序。2系统概述基本的机器人系统广泛包含了力学、控制和传感器设计的机器人。力学包括设计和结构的操纵者 ,最终效果器、执行器、力量和能量储存。它还包括运动学、动力学仿真的机器人 ,机器人系统。控制既包括理论和实现(硬件和软件 ,传感器包括设计的传感器系统和对算法的数据采集和分析。研究机器人系统及其组件是在工程中应用。工程的设计和仿真在基于所有的组件。其他组件,发挥了非常重要的角色在工程设计的机器人的工作对象,空气压缩机和油漆的喷涂过程中使用。广泛的说 ,一个术语列表按字母顺序排列,与希腊 ,下标,上标符号分别列出 ,上面放一个术语的主要文本如
19、有必要,在一个盒子里用同样的字体大小和其余的纸。否则所有的符号应该识别 ,首先用在文本中。单位的术语应该澄清以下描述文本。作者将使用 SI单位制。使用 Mathtype软件编辑术语与希腊字符。这里继续介绍了文字，段落 ,只分离的标题、小标题、图片和公式。节标题是以数字开头的。以下是对于作者的进一步指示。2.1机械手这是机器人的主体。它包括链接、关节和其他结构元素。机器人的重量是大约225公斤。这个 IRB1410机器人配备了一个操作系统基础件OS。 操作系统控制的基础件机器人的各个方面 ,如运动控制、开发和执行应用程序通信。这个机器人还可以支持配备可选的软件应用程序。IRB1410 ABB 机
20、器人的负载有 5公斤和一个工作遮盖 (达到约为1.44 m7。IRB1410的机器人配置图 1所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 14 页12 / 14 2.2末端执行器末端执行器是设备的最后一个机器人机械手,它被设计为与环境之间的相互影响。这个工具是用于执行应用程序基于所需的任务。喷枪(f - 75显示在图 2。用作对这幅画的末端执行器的机器人。喷枪是吸入饲料,它有一个标准 1.5mm喷嘴,操作压力范围从 3-4bar、空气消费 3.5 6风量,油漆容量是 750 cc,流体流动是大约 120 - 160毫升/分钟
21、,和一个喷口距离 200 mm。喷枪是驱动由一个 2个大功率 ,1.5千瓦空气压缩机。空气压缩机有一个额定压力的8条,输出音量 188 l / Min,38坦克,和一个汽缸 47毫M。喷枪是驱动由一个 2 hp,1.5千瓦空气压缩机。空气压缩机有一个额定压力的8条,输出音量的188 l / Min,38 l 坦克,和一个汽缸 47毫M。油漆是由液体、液化的,或胶粘剂组成后应用在一个薄层减去转换为一个不透明的固体膜3,4。非周期的法郎漆是用于喷漆机器人。以下资料是需要的任何喷漆过程和一些极其重要的安全目的。安全眼镜、听力保护装置 ,过滤口罩与有机蒸汽、喷枪、空气软管、压力调节器、油漆、溶剂、角磨
22、机与帽刷、钢丝刷和喷漆对象。用于机器人喷漆的工作对象是一个木板。2.3制动器制动器就像机械手的肌肉。他们是控制使用机器人的控制器。他们将存储精力投入到运动 1 。机器人控制器执行机构使用空气压缩机在运行。一个换向阀显示在图 3是用于空气流体的方向。这个换向阀有一个快速的响应时间，小于12 ms 0.5 Mpa的压力没有光 /激增电压抑制器和 15 ms或少点压力为 0.5 Mpa与光/浪涌电压抑制器。阀门的重量是大约80克,24伏直流电操作电压 2。2.4传感器、控制器、处理器、软件和喷漆和对象传感器是用来收集信息的内部状态的机器人或与外界沟通环境。传感器集成到机器人各关节发送信息或链接到控制
23、器,它确定机器人的配置。综合信号供应的IRB1410机器人， 12杆在上臂与一个集成的空气供应最大8杆在上臂。 24伏直流电的欧姆继电器作为传感器 ,发送信号到定向控制阀用于何时启动空气压缩机。这个信号通常送到欧姆继电器从输入/输出信号控制器的机器人2、7。控制器用于控制机器人的运动。它接收到它的数据从计算机。控制的运动致动器,和坐标的运动与感觉反馈信息。 IRC5控制器的用于控制 IRB1410 ABB机器人和虚拟示教器用于控制IRC5控制器。 他们都是由电缆连接 6、10。机器人的编程流程图显示在图4处理器是大脑的机器人。它计算了机器人的关节运动,确定的数量和速度。每个接精选学习资料 -
24、- - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 14 页13 / 14 头必须移动来实现所需的位置和速度,并监督协调行动的控制器和传感器。处理器是计算机 ,可以像其他电脑 ,但专用于单个进程。它需要一个操作系统,程序,监控,和有能力的计算机处理器。使用的示教器作为控制器的IRB1410 ABB机器人。它是机器人的操作装置。所有应用程序任务和他们程序被上传到柔性挂件。操作系统的基础件控制机器人的各个方面,如运动控制、开发和执行应用程序通信7。有三组中使用的软件的机器人。基础件OS操作系统的机器人 ,机器人工作室编程是用于编程的机器人任务和红蚂蚁是用于计算
25、机辅助设计的编程工具。3软件发展最重要的这个工程是选择正确的端效应对喷漆的应用程序。这个机械手的编程建立在末端执行器的功能。根据末端执行器,应用程序过程可以决定的 ,所以程序。最后效应器 (喷枪,和工作对象 (板设计使用红蚂蚁软件 11,然后导入到机器人工作室，作为一个 CAD文件编程的路径和目标。机器人路径规划和目标的工作室是显示在图5。这幅画程序进行使用备份系统的IRB1410机器人。后来 ,数字输出配置空气压缩机是于创建使用快速编辑。这是确定空气压缩机应开/关。输入 /输出信号申报流程图显示在图 6。最后 ,一个备份系统的喷漆程序创建和保存在一个闪光驱动。把喷漆程序上传示教器的IRB14
26、10机器人连接到 IRC5控制器。当指令给 IRC5控制器,它将信息发送到操作执行路径和目标，然后被指示。空气压缩机只有当一个信号给控制器的 IRC5时，数字输出信号到换向阀,然后控制的气流来驱动喷枪。喷雾枪响时给出了信号通过 IRC5数字输出信号。当所有的路径和目标工程完成后,机器人可以追溯到它的中心位置。相同的过程发生在这IRB1410机器人课程以示教器如何遵循它的路径和目标。在这种情况下,没有工程需要上载到系统中。这个示教器根据机器人生成它的程序是如何操作的5、8、9。4硬件发展硬件设计涵盖了机械和红蚂蚁设计的末端执行器及其附件夹和工作对象。图7所示,图8到IRB1410机器人 ,。5
27、IRB1410机器人接口连接机器人是最重要的工程,因此被认为是最复杂的一面。监控和移动机器人的功能及其接头 ,考虑整个安全系数和确保所有程序是满足,理解使用示教器和它是如何工作的。 IRC5控制器最终效应安装在机器人在连接过程和工具中心点(TCP进行实验精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 14 页14 / 14 (7、8、9和10。这个示教器将被用来教机器人,如何遵循路径和目标UCSI大学的。这将被描绘为最终的工程展览和教程序将作为最后的喷漆机器人程序。这个示教器教案的路径和目标显示出毫无价值。6结果与讨论机器人接口也涵盖
28、了测试处理,最后结果就是分析漆机器人的仿真结果。基于结果，你会看到越来越少的油漆,积累在所有路径中。图 12显示了结果的 UCSI大学快速代码到教案程序。结果显示了机器人能够遵循所有的路径。得到这个结果,不同的测试发生。这个输入 /输出的机器人被宣布在所需的位置。延迟和等待时间被宣布开始和结束的每条路径和目标。通过执行一些测试,得到了期望的结果。7总结我们研究的结果是能够提高质量的喷漆、健全安全与使用以及喷漆材料喷漆的成本降低了，从而少用油漆。集成所有的组件的一个典型的机器人在努力实现工程目标。指导教师意见精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 14 页