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毕业设计工业机器人机械手及其控制系统设计Design of industrial robot manipulator and its control system系别：机械与汽车工程系专业名称：机械设计制造及其自动化i毕业设计任务书摘要工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。
这一技术在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用。
工业机器人在提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进制造业的柔性化、增强企业和国家的竞争力等诸多方面有着举足轻重的地位。
而机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一；是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分；是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。
尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。
本课题将设计一台四自由度的工业机器人，将会被用作自动送料装置。
主要工作部件及设计重点就是机械手。
第一，本人将设计该机器人的底座、大臂、小臂以及执行机构机械手爪的结构和模型；第二，再设计出适合于该机器人的驱动、传动方式，以期构成其的结构平台。
最后，在此基础上再将其控制系统设计出来，由下面几个步骤组成：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、端子板电路的设计以及控制软件的设计。
其中重点要加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终要实现的目标包括：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。
关键词：工业机器人；机械手；驱动；控制AbstractIndustrial robot technology is one of the important fields in the development of new technologies in recent years, is a cross, a variety of emerging technology and mechanical technology integration with microelectronics technology as the leading into a comprehensive high and new technology. This technology has been used more and more in the fields of industry, agriculture, national defense, medical, office automation and service life. Industrial robots play a decisive role in improving the quality of products, to speed up the update products, improve production efficiency, promote manufacturing flexibility, strengthen enterprise and national competitiveness etc. The manipulator is the traditional task execution mechanism of industrial robot system, is one of the key components of the robot; is a product of modern control theory and automation of industrial production practice, and to become an important part of modern mechanical manufacturing system; it is one of the effective ways to improve the production process automation, improve working conditions, to improve the product quality and production efficiency. Especially with a radioactive pollution in high temperature, high pressure, dust, noise and occasions, more widely applied.This topic will be the design of industrial robot with a four degree of freedom, will be used for the automatic feeding device. The main working parts and design focus is manipulator. First, the base, I will design the robot big arm, small arm and gripper actuator structure and model; second, redesign drive, drive mode suitable for the robot, in order to form the structure of platform. Finally, on the basis of the designed control system, consisting of the following steps: the design of data acquisition card and servo amplifier selection, feedback system and the feedback component selection, terminal board circuit design and control software. The key to strengthen the security of operation reliability and robot control software, to achieve the ultimate goals include: Joint servo control and brake problems, real-time monitoring the movement of each joint of robot, robot teaching programming and online modify the program, set the reference point and the reference point return.Key Words：Industrial robot; Manipulator; Drive; Control目录1绪论 (1)1.1工业机器人简介 (1)1.1.1发展史 (1)1.1.2特点 (1)1.1.3构造分类 (2)1.1.4 应用 (3)1.2国内外发展状况 (4)1.2.1 国外发展 (4)1.2.2 国内发展 (5)1.3工业机器人发展趋势 (5)2 工业机器人试验平台及机械手设计 (6)2.1机械手设计 (6)2.1.1机械手简介 (6)2.1.2 机械手分类 (6)2.1.3具体结构设计 (7)2.2工业机器人基座与连杆设计 (9)2.2.1基座的设计 (9)2.2.2大臂设计 (9)2.2.3小臂设计 (10)2.3工业机器人自由度及关节的设计 (10)2.4选择合适的驱动方式 (11)2.4.1电机驱动 (11)2.4.2液压驱动 (12)2.4.3气压驱动 (12)2.4.4驱动方式的确定 (13)2.5选择合适的传动方式 (13)2.6选择合适的制动器 (14)3控制系统硬件的组成 (15)3.1选择合适的控制系统模式 (15)I3.2建立合适的控制系统模型 (16)4控制系统软件的选取和设计 (19)4.1预期实现动作 (19)4.2实现手段 (19)4.2.1 各关节运动控制及监测 (19)4.2.2 直流电机伺服控制 (20)4.2.3 电机自锁 (20)4.2.4 程序的在线修改与示教控制 (22)4.2.5 参考点的设置 (22)5总结 (22)5.1设计经验 (22)5.2 误差分析 (23)5.3 总体评价 (23)致谢 (23)参考文献 (24)1绪论1.1工业机器人简介1.1.1发展史1920年由著名捷克斯洛伐克作家查培克所作剧本《罗萨姆的万能机器人》里第一次出现了“机器人”这个名词，但最初”Robot”一词是苦力的意思，指的是一台类人的且具有特殊功能的机器，为一种人造苦力。
工业机器人设计（含全套CAD图纸）工业机器人设计摘要在生产过程工业机械手是模拟人手动作的机械设备，它可以替代人工搬运重物或单调，在高粉尘，高温，有毒，易燃，放射性和其他相对较差的工作环境。
机器人可用于在生产过程中的自动化抓住并移动工件自动化设备，它是在生产过程的机械化和自动化，开发出一种新的类型的设备。
近年来，随着电子技术，特别是计算机的广泛使用机器人的开发和生产的高科技领域已成为迅速发展起来的一项新兴技术，它更促进机器人的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手能够代替人类完成危险、减轻人类劳动强度、重复枯燥的工作，提高劳动生产力。
本设计是关于三自由度的圆柱形机械手。
利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。
其包括夹持器、小臂、大臂和底座。
明确合理的设计思路，确定了机械手工作原理并对然夹持器、气缸、步进电机、轴承进行了校核计算并附带了简图并对零件的质量、重心、惯性主轴和惯性力矩进行辅助设计计算，可以大大减轻在设计过程中繁琐计算及校核步骤。
关键字:机械手，气缸，校核。
IIIAbstractIndustrial manipulator is the mechanical equipment which is used in the production process and simulate to the behave of hands withelectrical integration. It can carry heavy objects and work in the harsh environment which is high temperature, poisonous ,full of dust,flammable and combustible monotonous and full of radioactive substance instead of people. Manipulator is a automatic device which is used in the automatic production process and it can carry and move things. It is a new device which is developed in the mechanization and automatic production process. In recent years , with the widely used of electronic technique especially the electronic computer. The research and production of robot has became a new technology which is developing rapidly in the high-tech industry . It promotes the development of manipulator. It makes the combination of the manipulator with mechanization and automation become easier . Manipulator can complete the dangerous and boring work instead of people. It can reduce labour intensity of people and raise the labour productivity .This design is a cylindrical manipulator which is related to delta degrees of freedom. It designs and draws the picture with Auto cad software ,it includes holder, a small arm, the big arm and the base. The clear and reasonable thinking determines the working principle of the manipulator . This also checks and calculates the holder, cylinder, stepper motor and bearing. Apart from this , it contains some pictures and design and measure the quality , barycentre principal axis ofinertia and force of parts. It can greatly reduce the complicated calculation and check in the design process.Keywords: robot, cylinder, checkingIV目录摘要 (III)ABSTRACT ............................................................... .... IV 目录 ..................................................................... ... V 1 绪论 ......................................................................1 1.1 本课题研究的内容和意义 ................................................. 1 1.2 国内外发展概况 ......................................................... 1 1.3 工业机械手设计内容 (2)1.4 机械手设计的作用 ....................................................... 2 1.5 工业机械手的分类和组成 ................................................. 2 2手部的设计 (5)2.1 机械手设计参数和运动方案 (5)2.1.1 运动方案 (5)2.1.2 驱动系统和位置检测装置的选择: ..................................... 5 2.2 手部设计的结构和计算 (6)2.2.1 机械手的基本要求 ................................................... 6 2.3 手部力的计算 .. (7)2.3.1 夹紧力的计算 (7)2.3.2 手爪驱动气缸的设计 (8)2.3.3 手部误差的分析 .................................................... 10 3 机械手臂的设计 ........................................................... 12 3.1 机械小臂设计 ..........................................................123.1.1 小臂驱动力的计算 (12)3.1.2 小臂驱动气缸的设计 (13),3.1.3 气缸筒壁厚的计算 (14)3.1.4 气缸的选用 (14)3.1.5 校核活塞的稳定性 (14)3.1.6 小臂刚度校核 (15)3.1.7 端盖的连接方式及强度计算 .......................................... 15 3.2 大臂的结构设计 (16)3.2.1 大臂的结构和要求 (16)3.2.2 驱动力的计算 (17)3.2.3 大臂驱动气缸的设计 (17)3.2.4 气缸的选择 (18)3.2.5 校核活塞的稳定性 (18)大臂刚度校核 .......................................................18 3.2.64 驱动系统设计 ............................................................. 20 4.1 轴承的设计 ............................................................204.1.1 轴承的选择 (20)轴承的计算: .......................................................20 4.1.24.1.3 轴承的寿命校核: (21)电机的基本情况和选择 .................................................. 22 4.24.2.1 电机的选则与计算 (22)4.2.2 注意事项 (23)4.2.3 工作原理 (23)4.2.4 步进电机的特点 ..................................................... 24 4.3 谐波减速器 (24)4.3.1 谐波减速器的简介 (24)4.3.2 谐波减速器的设计 ................................................... 25 4.4 腰座的结构 ............................................................ 26 5 总结 (27)致谢 ....................................................................28 参考文献 ...................................................................29 附录 .....................................................................30VI工业机器人设计1 绪论1.1 本课题研究的内容和意义机械工业是国民的基本部分。
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。
工业机器人毕业设计引言工业机器人是现代工业生产过程中不可或缺的重要设备。
它们能够自动执行各种复杂的任务，提高生产效率，减少人工劳动，降低生产成本。
为了更好地满足工业生产的需求，本文将探讨一个关于工业机器人的毕业设计方案。
设计目标本毕业设计的目标是开发一款具有高精度、高效能的工业机器人系统。
该系统应能够执行精确的任务，如物体抓取、装配和焊接等。
同时，它还应具备智能化和自主学习的能力，可以根据环境的变化和任务的要求做出相应的调整和优化。
设计方案机器人硬件设计在机器人硬件设计方面，我们将使用最新的工业机器人技术，选择适合各种任务执行的机械臂。
这些机械臂应具备高精度、高稳定性和高载荷承受能力。
同时，我们还将配置传感器组件，以便机器人能够感知环境，并根据需要进行任务调整和优化。
机器人控制系统设计为了实现机器人的智能化和自主学习能力，我们将设计一套先进的机器人控制系统。
该系统将使用现代化的控制算法，以实现机器人的高精度运动和任务执行。
另外，该系统还应支持远程操控和监控，并具备数据传输和存储能力，以便进行数据分析和后续优化工作。
机器人操作界面设计为了方便用户与机器人进行交互，我们将设计一套友好的机器人操作界面。
该界面应具备直观、简洁的设计风格，同时提供丰富的功能和操作选项，以满足用户各种需求。
此外，我们还将考虑设计一些辅助功能，如故障诊断和故障排除等，以提高用户的使用体验。
实施计划需求分析阶段在需求分析阶段，我们将与用户进行深入的讨论和交流，了解他们对工业机器人系统的具体要求。
我们将考虑不同行业和应用领域的需求差异性，确保系统设计能够满足各种任务执行的需求。
系统设计阶段在系统设计阶段，我们将根据需求分析的结果，进行机器人硬件、控制系统和操作界面的详细设计。
我们将考虑系统的稳定性、可靠性和可扩展性等因素，确保系统的性能和功能能够满足设计目标。
实施与测试阶段在实施与测试阶段，我们将按照设计方案，采购和组装机器人硬件，并进行系统的软件开发和集成。
