毕业设计任务书课题： KUKA工业机器人的设计
专业机械设计制造及其自动化
学生姓名周诗君
班级 B机制102
学号 1010110231
指导教师程世利
专业系主任吴卫东
发放日期 2013年12月31日
设计一台KUKA工业机器人。具体设计包括总体结构的设计、大臂、小臂及关节的设计校核、传动机构的设计、相关元器件的选取等。主要内容有：
1．总体设计
1）制定总体方案及各部件的布置。
2. 大臂、小臂及关节的设计
1）大臂的设计以及校核；2）举升构件的设计校核；3）关节的设计。
3. 传动系统的设计
4．元器件的选型计算
5. 各个非标准零件的设计
二、设计依据
1．课题来源：生产实际
2．产品名称：KUKA工业机器人
3．设计依据
1）负荷不小于10kg；
2）工作范围不小于1.5m×1.5m；
3）重复定位精度1.5mm。
1．该机器人应能满足焊接的工作要求，保证焊接精度；
2．该机器人应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；3．该机器人尽量能用通用件（中间底座可自行设计）以便降低制造成本；
4．设计图样总量：折合成A0幅面在3张以上；工具要求：二维图用AutoCAD软件绘制，三维造型用Pro-E软件；过程要求：装配图需提供手工草图；
5．毕业设计说明书按照学校规定的格式规范统一编排、打印，字数不少于1万字；6．查阅文献资料10篇以上，撰写1500～2000字左右的文献综述，并有不少于3000 汉字的外文资料翻译；
7．到相关单位进行毕业实习，撰写不少于3000字实习报告；
8．撰写开题报告；
9．进行毕业设计基础知识训练，按照规定要求考核。
四、毕业设计物化成果的具体内容及要求
1．设计成果要求
1）毕业设计说明书 1 份
2）机器人总装配图 1 张
3）部装图 2 张
4）零件图不少于8张
5）零件三维造型图 1 张
2．外文资料翻译（英译中）要求
1）外文翻译材料中文字不少于3000字。
2）内容必须与毕业设计课题相关；
3）所选外文资料应是近10年的文章，并标明文章出处。
五、毕业设计（论文）进度计划
六、主要参考文献：
[1] 丛凤廷．组合机床设计（第二版）[M]．上海：上海科技出版社，1994．
[2] 谢家瀛．组合机床设计参考手册[M]．北京：机械工业出版社，1994．
[3] 大连组合机床研究所．组合机床设计（第一分册）[M]．北京：机械工业出版社，1975．
[4] 大连组合机床研究所．组合机床设计参考图册[M]．北京：机械工业出版社，1975．
[5] 姚永明．非标准设备设计[M]．上海：上海交通大学出版社，1999．
[6] 金振华．组合机床及其调整与使用[M]．北京：机械工业出版社，1990．
[7] 东北重型机械学院．机床夹具设计手册（第二版）[M]．上海：上海科技出版社，1988．
[8] 刘文剑．夹具工程师手册[M]．哈尔滨：黑龙江科技出版社，1987．
[9] 杨黎明．机床夹具设计手册[M]．北京：国防工业出版社，1996．
（包括各种机械设计手册、专著、论文、报告等，参考文献数量不得少于10篇。）（该项暂不填写，由学生提供，教师把关）
七、其他
八、专业系审查意见
系主任：
年月日九、机械工程学院优集学院意见
院长：
年月日
“工业机器人”设计大作业 作品题目：货物装卸机器人 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 指导教师：陈明
1 前言 货物装卸作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。货物装卸机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件货物装卸工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的货物装卸机器人愈10 万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。部分发达国家已制定出人工货物装卸的最大限度，超过限度的必须由货物装卸机器人来完成。装卸货物装卸是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高 2 设计方案论证 本课题通过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的分析研究，深入了解其工作是 如何进行，各部分零部件应该如何运行以及如何紧密配合，先确定其总体结构再对主要 零部件进行设计计算确定其尺寸大小以及确定电机型号。 2.1 基本思想 （1）设计要考虑要求和工作环境的限制。 （2）考虑到货物装卸货物时所需要精确度不是很高，为了简化结构，境地成本，采用 角铁焊接结构。 （3）为了满足设计要求，须设计三个独立的电机驱动系统，各部分之间通过计算 机控制、协调工作。 （4）本次设计只是该题目的机械部分，而对应控制部件的考虑较少。 3 仓库货物装卸机器人的设计计算 3.1 货物装载伸缩装置的设计 3.1.1 确定传动方案 我们所学的传动方式有以下几种：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢 丝绳传动等，一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热 情况较为严重，因而传动的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力，故而 在传递同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因而不宜用于大功率传动。带传
六自由度工业机器人 对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人机器人能实现哪些功能活动空间（有效工作范围）有多大了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。 首先是根据基本要求确定机器人的种类，是行走的提升（举升）机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式，也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。 接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程，在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制定动作流程表（图），初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制，材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容，确认生产。 下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程： 在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的，在自动化生产线上的就有很多例子，如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子，如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速，机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。 六轴机器人的应用范筹不同，设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多，结构各有特色。在中国应用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。 既然机器人的应用那么广泛，在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题！有关机器人技术方面探讨太少了从业人员还不能成群体虽然在很多地方可以看到机器的论术，可是却没有真正形成普及的东西。 即然是要说设计，那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些，讲得不对的地方还请各位指正！ 六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人，应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢工作范围又怎样去确定动作怎样去编排呢位姿怎样去控制呢各部位的关节又是有怎么样的要求呢等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧！ 首先我们设定：机器人是六轴多自由度的机器人，手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件，工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量：1700mm;转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。 好了，有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。 首先是全电机驱动的，那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了，也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。 机器人是用于焊接方面的，那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面，那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来，我们就给它区分一下，在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。 搞清了各种焊方法，也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考，有一个大概的轮廓概念就行了，待机械结构做完，各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。 焊枪是用常用的标准的焊枪，也就是说焊枪是随时可以更换下来的，也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。
1绪论 1.1工业机器人概述 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设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。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。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，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说它也是机器进化过程的产物，它是工业以及非工业领域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。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。工业机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全
生产，尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，由它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，工业机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。工业机械手的结构形式开始比较简单专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。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。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应用。 1.2工业机器人的组成和分类 1.2.1工业机器人的组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。各系统相互之间的关系如方框图1.1所示。 图1.1机器人组成系统
工业机器人设计方案 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。工业机器人机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。工业机器人机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 目录 1.工业机器人特点有以下几个 2. 工业机器组成结构及工作原理 3.工业机器人有哪些 1.工业机器人特点有以下几个
(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。
工业机器人操作机的设计方法和步骤 （1）确定工作对象和工作任务开始设计操作机之前，首先要确定工作对象、工作任务。 1）焊接任务：如果工作对象是一辆汽车或是一个复杂曲面的物体，工作任务是对其进行弧焊或点焊，则要求机器人的制造精度很高，弧焊任务对机器人的轨迹精度和位姿精度及速度稳定性有很高的要求，点焊任务对机器人的位姿精度有很高的要求，两种任务都要求机器人具备摆弧的功能， 同时要能在狭小的空间内自由地运动，具备防碰撞功能，故机器人的自由度至少为六个。 2）喷漆任务：如果工作对象是一辆汽车或是一个复杂曲面的物体，工作任务是喷涂汽车的内部和车门或是复杂曲面物体的表面，则要求机器人手腕要灵活，能够在狭小的空间内自由地运动，具备防碰撞功能；要求机器人能够在长时间内连续稳定可靠地工作；同时要求机器人具备光滑的流线型外表面，漆、气管线最好能从其横臂和手腕内部通过，使机器人外表不易积漆积灰，不会污染已喷好的工作对象，且漆、气管线也不易损坏；因喷漆机器人是在易燃易爆的工作环境中工作，故要具备防爆的功能。同时对机器人的轨迹精度和位姿精度及速度稳定性也有较高的要求。机器人的自由度至少应为六个。 3）搬运任务：如果工作对象比较笨重，工作任务是定点搬运，定位精度要求高，则对机器人的承载能力和定位精度有高的要求。如果工作对象比较轻巧，工作任务也是定点搬运，但要求轻拿轻放，且定位精度要求高，则对机器人的速度稳定和定位精度有高的要求。 4）装配任务：对机器人的速度稳定密和位姿精度有很高的要求。 有些机器人能完成多种工作任务，如MOTOMAN - SKI20系列机器人，既可以用于搬运也可以用 于点焊，具有快速、精巧、强有力和安全性高的特点；另一种MOTOMAN—SK6/ SK16系列机器人， 可以完成弧焊、搬运、涂胶、喷釉和装配多种任务，具有高速、精巧和可靠性高的特点。 设计新型机器人时，要充分考虑以上诸多因素，并应多参考国内外同类产品的先进机型，参考其设计参数，经过反复研究和比较，确定出所要机械部分的特点，定出设计方案。下面以一台六自由度交流伺服通用机器人为例讲一下设计过程。 （2）确定设计要求 1 ）负载：根据用户工作对象和工作任务的要求，参考国内外同类产品的先进机型，确定机器人 的负载。一般喷漆和弧焊机器人的负载为5?6kg。 2 ）精度：根据用户工作对象和工作任务的要求，参考国内外同类产品的先进机型，确定机器人未端的最大复合速度和机器人各单轴的最大角速度。 3 ）精度：根据用户工作对象和工作任务的要求，参考国内外同类产品的先进机型，确定机器人 的重复定位精度、如弧焊机器人的重复定位精度为土0.4mm ABB公司开发的Model 5003型喷漆机器人的重复定位精度为土1mm同时要确定构成机器人的零件的精度、臂体的尺寸精度、形位精度和传动链的间隙，如齿轮的精度和传动间隙；还要确定机器人上所用的元器件的精度，如减速器的传动精度、轴承的精度等等。
工业机器人 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上重要的成员，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程度极大的工作，工作方式一般采取示教在线的方式。 本文将设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台：在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、以及控制元件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算
3.5 手臂强度校核 4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢
工业机器人技术专业人才培养方案（2016级、三年制） 专业名称：工业机器人技术 专业代码： 招生对象：普通高中毕业生及同等学历者 学制与学历：三年制大专
一、制订人才培养方案的依据 为了适应社会经济建设的高速发展，满足社会对工业机器人技术应用高技能人才的需求，进一步推动高等职业教育体制改革，根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》、《国民经济和社会发展第十三个五年规划》、《机械工业十三五规划》、《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》（教高[2000]2号）、《教育部关于以就业为导向深化高等职业教育改革的意见》（教高[2004]1号）与《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干建议》（教高[2006]16号）、《教育部财政部关于支持高等职业学校提升专业服务产业发展能力的通知》（教职成[2011]11号）、《中国制造2025》及教育部关于发展高等职业教育相关文件精神，结合我公司实际情况，加强工业机器人技术专业的建设，制定了本专业人才培养方案。 二、培养目标与规格 培养目标：本专业培养拥护党的基本路线，德、智、体、美等全面发展，具有良好的科学文化素养、职业道德和扎实的文化基础知识。具有获取新知识、新技能的意识和能力，能适应不断变化的工作需求。熟悉企业生产流程，具有安全生产意识，严格按照行业安全工作规程进行操作，遵守各项工艺流程，重视环境保护，并具有独立解决非常规问题的基本能力。掌握现代工业机器人安装、调试、维护方面的专业知识和操作技能，具备机械结构设计、电气控制、传感技术、智能控制等专业技能，能从事工业机器人系统的模拟、编程、调试、操作、销售及工业机器人应用系统维护维修与管理、生产管理及服务于生产第一线工作的高素质高技能型人才。 （一）专业知识 1.具有常用电子元器件、集成器件、单片机的应用知识； 2.具有传感器应用的基本知识； 3.具有应用机械传动、液压与气动系统的基础知识； 4.具有PLC、变频器、触摸屏、组态软件控制技术的应用知识； 5.具有交流调速技术的应用知识； 6.具有机械系统绘图与设计的知识； 7.具有计算机接口、工业控制网络和自动化生产线系统的基础知识； 8.具有工业机器人原理、操作、编程与调试的知识； 9.具有检修工业机器人系统、自动化生产线系统故障的相关知识； 10.具有安全用电及救护常识。 （二）职业能力 1.读懂机器人应用系统的结构安装图和电气原理图的能力； 2.测绘简单机械部件生成零件图和装配图，跟进非标零件加工，完成装配工作的能力；
工业机器人应用技术专业 人才培养方案 专业代码： 适用年级： 专业负责人： 制定时间： 业务主任审批： 专业建设指导委员会审定： 系主任审批： 教务处审批： 主管院长审批： 审批时间：年月日
2015级工业机器人技术专业人才培养方案 （专业代码：580218） 一、招生对象及学制 1．招生对象： 普通高中生、中等职业学校毕业生。 2．学制：三年 二、专业培养目标 本专业培养拥护党的基本路线，德、智、体、美等全面发展，具有良好的科学文化素养、职业道德和扎实的文化基础知识。具有获取新知识、新技能的意识和能力，能适应不断变化的工作需求。熟悉企业生产流程，具有安全生产意识，严格按照行业安全工作规程进行操作，遵守各项工艺流程，重视环境保护，并具有独立解决非常规问题的基本能力。掌握现代工业机器人安装、调试、维护方面的专业知识和操作技能，具备机械结构设计、电气控制、传感技术、智能控制等专业技能，能从事工业机器人系统的模拟、编程、调试、操作、销售及工业机器人应用系统维护维修与管理、生产管理及服务于生产第一线工作的高素质高技能型人才。 三、工业机器人应用技术专业人才培养需求分析 1.工业机器人应用技术专业人才的社会需求分析 （1）工业机器人技术发展现状 a.工业机器人正向全球范围内普及 生产力在不断进步，推动着科技的进步与革新。自工业革命以来，人力劳动已经逐渐被机械所取代，工业机器人的出现是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。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,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。 “工业4.0”两大主题，“智慧工厂”重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；“智能生产”主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。工业机器人属于上述信息物理融合系统（CPS）或"物理计算"理念或课题（Physical Computing）。据统计，目前全世界大约有100万机器人在世界各个角落辛勤工作，特别是在人类难以胜任的危险环境里。日本是机器人密度最高的国家，每10万人中就有295个机器人。目前，全球工业机器人装机总量已达到100多万台，主要分布在日本、美国、德国等发达国家。机器人新增的需求主要来自中国等新兴市场，日本等发达国家的保有量较为平稳。 在我国，工业机器人的最初规模应用是在汽车和工程机械行业，主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。工业机器人主要以点焊、弧焊、装配和搬运机器人为主，我国的工业机器人市场已经开始形成，特别是加入WTO以后，对各种以工业机器人为主的先进自动化装备的需求日益迫切。我国现有的机器人研究开发和应用的工程单位超过200家，其中从事工业机器人研究和应用的超过80家。基本掌握了操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，开发出弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，目前生产的各类工业机器人中有90%以上用于生产中。 b.中国将成为全球最大的机器人市场 近年来，中国已成为工业机器人增长最快的国家之一。2004年以来，国内机器人市场年均增长率达到40%以上。2011年，我国工业机器人市场增长率更是高达51%，位居全球第一。23000台的绝对增量也仅次于日韩，排在全球第三位。中国工业机器人几年内或将迎来井喷式发展，而非简单的线性增长。这种井喷式增长，与我国人口和经济现状密切相关。过去我们曾依靠低廉而充沛的人力资源，将中国发展为世界最大制造业大国。但随着用工成本的增长，“人才红利”取代“人口红利”，成为中国制造向中国智造转变的关键。在这样一个转折点上，工业机器人的井喷式增长，既反映出这样的趋势，也将为中国制造提“智”奠定坚实基础。 机器人产业作为高端智能制造的代表，在新一轮工业革命中将成为制造模式变革的核心和推进制造业产业升级的发动机。数据显示，国内工业机器人市场需求日益强劲，新安装量年均增长高达40%。三年内，机器人的应用会有快速的增加，五年后，机器人的应用就会有一个直线式的上升。可
工业机器人的基本工作原理,工业机器人结构系统 机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值高，应用范围广，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越来越重要的作用。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好势头。根据发达国家产业发展与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势，到2015年中国机器人市场的容量约达十几万台套。 1工业机器人的基本工作原理 工业机器人是一种生产装备，其基本功能是提供作业所须的运动和动力．其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动．自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。因此在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有相同之处：二者的末端执行器都有位置变化要求，而且都是通过坐标运动来实现末端执行器的位置变化要求。当然机器人也有其独特的要求，是按关节形式运动为主，同时机器人的灵活性要求很高，其刚度、精度要求相对较低。 2工业机器人结构系统 2．1工业机器人构造 从功能角度分析可将机器人分解成四个部分：操作机、末端执行器、传感系统、控制器。操作机：是由机座、手臂和手腕、传动机构、驱动系统等组成．其功能是使手腕具有某种工作空间，并调整手腕使末端执行器实现作业任务要求的动作。末端执行器：也叫工业机器人的手部，它是安装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。感器系统：是指要机器人与人一样有效的完成工作。必须对外界状况进行判断的感觉功能。与机器人控制最紧密相关的是触觉。视觉适合于检测对象是否存在，检测其大概的位置、姿势等状态。相比之下，触觉协助视觉．能够检测出对象更细微的状态。控制器：机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。主要是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。在机器人中采
工业机器人技术专业实训室建设方案该工业机器人实训体系建设方案是根据目前工业机器人建设的最新要求，吸收国内外同类建设方案优点，充分考虑学校区域工业机器人发展特点和区域人才培养的需求，并结合工业机器人教学的特点精心构建而成。 该建设方案集成多种实验实训系统，提供了众多实验例程与典型应用，便于学生、老师熟悉和掌握工业机器人的实际应用。 为符合学校物工业机人专业的建设目标和要求，实训室方案的丰富建设经验与优势、以及专业的定制化服务能力，根据学校的需求，特此设计提出了一个以院校专业学科建设为宗旨的工业机器人应用实训室综合解决方案，方案包含工业机器人的基础实训室建设和工业机器人典型应用实训室建设。 1 / 27
2 实训体系配置及预算 注：本配置表是按照专业建设最全面的设备来配置，仅供参考，我司会根据合作院校的具体需求来定制化配置或调整。 述特色化专业课程体系完整配套），具体建议如下：（此配置暂以30人/班配置） 注：本表方案是按照专业建设最全面的设备来配置，仅供参考。我司会根据具体的需求来定制化配置。 2 / 27
3 工业机器人实训室详细设计方案 3.2 工业机器人多功能实训室 实训目标 通过多功能实训室建设能够满足工业机器人编程、系统调试、以及机电设备的安装与调试实训教学。通过实训使学生掌握工业机器人应用的以下技能：1）熟悉工业机器人应用系统的基本组成； 2）熟练掌握工业机器人编程与调试的能力； 3）熟练掌握工业机器人示教器的使用方法与技巧； 4）熟练掌握工业机器人示教器的编程与示教功能； 5）掌握工业机器人离线编程的基本能力； 6）掌握工业机器人安全使用规范； 7）掌握工业机器人码垛应用的编程与调试方法； 8）掌握工业机器人轨迹规划的编程与调试方法； 9）掌握工业机器人TCP定点的编程与调试方法； 10）掌握工业机器人固定位置排序的的编程与调试方法。 实训项目 1）工业机器人的基本认识实训； 2）ABB机器人控制器结构认识； 3）ABB控制器IO接线实训； 4）FlexPendant主要组成实训； 5）ABB示教器基本操作实训； 3 / 27
工业机器人毕业设计 目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算 3.5 手臂强度校核
4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢
1 绪论 1.1 工业机器人研究的目的和意义 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。广泛采用 工业机器人、不仅提高产品的质量与数量而且 也保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强 度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低 生产成本有着十分重要的意义。与计算机、网 络技术一样，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。 ２０世纪８０年代以来，工业机器人技术逐渐成熟、并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及工程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 １驱动方式的改变 ２０世纪７０年代后期，日本安川电动机公司研制出了第一台全自动的工业机器人而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。但与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大的提高。因此它逐步代替了采用液压驱动的机器人成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、ＲＶ减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。 ２信息处理速度的提高 机器人的动作通常是通过机器人的各个环节的驱动电动机的运动而实现的。为了是机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算并在此基础上向机器人的各个环节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，CPU的计算能力有了很大的提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制２０多个关节。机器人控制性能的提高，也进一步促进了工业机器人本身性能的提高并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展已经出现了多台机器人通过网络共享信息并在此基础上进行协调控制的技术趋势。 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势 目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中，极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。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中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
机器人技术实验室建设方案 一、机器人技术发展历史与现状 机器人技术是多学科交叉与综合的高技术，对国民经济和国家安全具有重要的战略意义。目前全球面临一个技术变革的时代，无论美国的制造业复兴计划还是欧盟的工业4.0战略，机器人都是其中的重要内容。 机器人产业被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，发展机器人产业已成为世界各国抢占未来经济科技制高点的国家战略。随着工业产业的转型升级，工业机器人的应用呈逐年快速增长态势。根据国际机器人联合会(IFR)的数据，2011年是工业机器人产业自1961年以来最蓬勃发展的一年，全球市场同比增长37%。而中国市场则成为增幅最大的市场这一年，中国工业机器人销售量达22577台，较2010年实现了50.7%的增长。德国KUKA机器人、日本川崎机器人等世界500强的机器人制造公司，近年来也将市场重点转到了中国，ABB公司甚至把自己的全球总部设在了中国。 中国在2014年已经成为全球最大的工业机器人消费国，预计2015年，中国工业机器人市场需求量将达到62400台，占全球总量的30%，居全球之首。未来10年内中国机器人市场还将至少保持30%以上的高速增长。工业机器人“中国制造2025”也被称为中国版的工业 4.0规划，工业机器人的使用是实现中国制造转型升级的强力技术手段。 二、机器人技术实验室建设的重要性 1、制造业升级的重要性 长期以来，由于我国人口众多、劳动力价格低廉、生产技术水平又相对落后，工业机器人的应用受到了很大限制。但是，随着工业机器人价格的不断降低和性能的不断提高，劳动力成本不断上升，尤其是汽车业的快速发展，我国工业机器人应用情况正在发生质的变化。制造企业不再最求劳动力的廉价，而是努力获得高精高效的生产方式与管理手段。 同时劳动力成本的不断提高促使工业机器人不断进入企业。随着经济的发展，制造业工人从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出更高要求，像焊接、喷涂等恶劣工作条件的岗位将会被机器人所代替，制造业巨头“富士康”提出百万机器人上岗目标的政策和德国库卡在上海基地的产量占全球的1/3充分说明了这点。 与此同时，国家对与蓬勃发展的自动化产业配套的高技能人才的需求也逐渐增加，其中工业机器人的应用与维护技能人才的需求尤为突出，重复性简单、人口密集型的劳动逐步将被淘
《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 2014 年10 月1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15)
一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。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中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，
工业机器人项目 策划方案 规划设计/投资分析/实施方案
报告说明— 该工业机器人项目计划总投资13803.45万元，其中：固定资产投资10313.62万元，占项目总投资的74.72%；流动资金3489.83万元，占项目总投资的25.28%。 达产年营业收入27190.00万元，总成本费用21059.78万元，税金及附加242.82万元，利润总额6130.22万元，利税总额7218.59万元，税后净利润4597.66万元，达产年纳税总额2620.93万元；达产年投资利润率44.41%，投资利税率52.30%，投资回报率33.31%，全部投资回收期4.50年，提供就业职位424个。 工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。
目录 第一章项目总论 第二章承办单位概况 第三章背景及必要性 第四章建设规划 第五章项目选址 第六章项目工程设计说明第七章工艺可行性 第八章项目环保研究 第九章企业卫生 第十章建设风险评估分析第十一章节能说明 第十二章项目进度计划 第十三章投资方案计划 第十四章项目经营效益分析第十五章总结说明 第十六章项目招投标方案
第一章项目总论 一、项目提出的理由 工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业 加工制造功能。 二、项目概况 （一）项目名称 工业机器人项目 （二）项目选址 某某产业示范中心 所选场址应避开自然保护区、风景名胜区、生活饮用水源地和其他特 别需要保护的环境敏感性目标。项目建设区域地理条件较好，基础设施等 配套较为完善，并且具有足够的发展潜力。项目建设区域以城市总体规划 为依据，布局相对独立，便于集中开展科研、生产经营和管理活动，并且 统筹考虑用地与城市发展的关系，与项目建设地的建成区有较方便的联系。对各种设施用地进行统筹安排，提高土地综合利用效率，同时，采用先进 的工艺技术和设备，达到“节约能源、节约土地资源”的目的。 （三）项目用地规模
工业机器人项目 投资建设规划方案 规划设计 / 投资分析
工业机器人项目投资建设规划方案说明 该工业机器人项目计划总投资9541.78万元，其中：固定资产投资7817.14万元，占项目总投资的81.93%；流动资金1724.64万元，占项目 总投资的18.07%。 达产年营业收入13388.00万元，总成本费用10447.95万元，税金及 附加166.24万元，利润总额2940.05万元，利税总额3511.81万元，税后 净利润2205.04万元，达产年纳税总额1306.77万元；达产年投资利润率30.81%，投资利税率36.80%，投资回报率23.11%，全部投资回收期5.83年，提供就业职位254个。 报告依据国家产业发展政策和有关部门的行业发展规划以及项目承办 单位的实际情况，按照项目的建设要求，对项目的实施在技术、经济、社 会和环境保护、安全生产等领域的科学性、合理性和可行性进行研究论证；本报告通过对项目进行技术化和经济化比较和分析，阐述投资项目的市场 必要性、技术可行性与经济合理性。 ...... 主要内容：项目概况、背景和必要性研究、市场调研、项目建设规模、项目选址、项目建设设计方案、项目工艺技术、环境保护、企业卫生、风
险性分析、节能方案分析、实施进度、项目投资情况、经济效益可行性、项目总结、建议等。
第一章项目概况 一、项目概况 （一）项目名称 工业机器人项目 （二）项目选址 某经开区 （三）项目用地规模 项目总用地面积29394.69平方米（折合约44.07亩）。 （四）项目用地控制指标 该工程规划建筑系数54.71%，建筑容积率1.69，建设区域绿化覆盖率6.65%，固定资产投资强度177.38万元/亩。 （五）土建工程指标 项目净用地面积29394.69平方米，建筑物基底占地面积16081.83平方米，总建筑面积49677.03平方米，其中：规划建设主体工程38266.32平方米，项目规划绿化面积3305.56平方米。 （六）设备选型方案 项目计划购置设备共计66台（套），设备购置费2967.29万元。 （七）节能分析 1、项目年用电量551661.48千瓦时，折合67.80吨标准煤。
目录 1. 设计背景 (2) 2. 设计思路 (3) 3. 设计方案 (7) 4. 循环动作 (8) 5. 设计心得体会 (9) 6. 参考文献 (10) 1. 设计背景 随着社会的进步和科技的发展, 机器人产品开始进入到生产过程和日常生活中, 各种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越重要的作用。但是目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构, 在适应复杂地形时无法满足路况的要求, 由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。 （1）为了对工业生产进一步了解，了解机器人工作原理 （2）由于组装复杂要求实践性更强，这样提高学生动手能力在传统实验里，主要是课程中的具体原理或理论的验证性实验，如机械原理中齿轮范成实验，主要是为了验证齿轮的加工原理；再如机械设计中的带传动实验主要是为了验证带传动中的两个重要的现象——弹性滑动和打滑。这些传统型实验对学生更好的理解课本的理论知识有很大的帮助，具有课本结合性强的特点。
（3）安装过程中应用知识面更广，培养综合素质实验的内容涉及面极广，不仅包括传统机械相关的实验内容，而且还涉及到了电动机、自动控制、软件编程（慧鱼公司自带的编辑软件）等多学科的知识，最重要是它能够把这些很好地知识结合起来，并体现到某个模型中。 （4）组建灵活性大，可以自行设计装配创新性高，增加学生研究性思维而在慧鱼实验中，学生不仅可以对教具所提供的样本模型进行验证式实验（通过这些模型实验可以使学生掌握机械、电子和自动化等的相关知识），而且可以把这些不同模型的特点结合起来，进行自主设计，设计出新的作品来，因此慧鱼实验具有较高的创新性。 2. 设计思路 该机器人的工作空间形式主要有四个自由度的运动和机械手的 夹松运动。 1.机械手的夹紧运动（如下图所示） 机械手结构简图
工业机器人总体设计方法 摘要：本文介绍了工业机器人的总体设计思想及其研制，开发的顺序，并通过五自由度码垛机器人的设计实例，分别讨论了机器人动作机能，机械结构，控制方式，操作方法及计算机控制系统方案的决定方法。 关键词：工业机器人；设计 AN OVERALL DESIGN METHOD OF INDUSTRIAL ROBOTS Abstract:The overall design consideration of industrial and the steps of development of them are described in this paper. The action capability, mechanical structure, control, operation and computer control system of robots are also discussed through the design of the Five-DOF palletizing robot. Key words:industrial roborts；design 1、工业及机器人的总体设计思想及其开发顺序 工业机器人是典型的机电一体化产品，需采用系统的观点，立足全局，合理分配机械、电子、硬件、软件各部分所承担的任务和功能，对提高系统的整体性能、结构简化、成本降低起着举足轻重的作用，可以实现功能互补。因此，研制开发工业机器人是一项难度较大的工作，需要有有充分的技术准备与一定的物质条件。一个完整的工业机器人可以分为三部分：传感部分、控制部分和机械部分。其中传感部分包括感知系统和机器人与环境交互系统，控制部分由人机交互系统和控制系统构成，机械部分则包括机械驱动系统和具体机械结构系统。一般机器人的总体设计及其开发顺序如下： 1.1明确研制开发工业机器人的目的 根据研制开发工业机器人的不同目的，其总体设计是有很大差别的。一般来