M10型工业机器人手腕转动机构设计说明书

摘要机器人技术是一门综合学科，包含有机械设计、机械原理、电子设计、软件工程、材料科学、以及仿生学等一系列基础学科。

作为现代化高新技术，其应用于各式各样的场合，尤其突出的是在制造领域中的应用。

机械制造业的基本发展方向是既要增加产品数量，又要提高产品质量，同时还要降低成本。

机器人技术恰恰能够较好的处理好制造业中这几个方面的问题，它把人类从完成机械重复的枯燥劳动中解放出来，补充了对简单劳动各种增长的需要。

本毕业设计概述了工业机器人的分类、历史、以及发展趋势。

探讨了用于金属切削机床的M10型工业机器人的总体结构和手腕转动机构。

重点在对于手腕转动组件的分析与设计，首先是原理分析，其次是其各个部件作用，最后对于其主要零部件进行了设计，包括计算、结构等方面的问题。

例如轴承选用、轴的设计、蜗杆传动的选择。

关键词：工业机器人；机械制造；机器人总体结构；手腕转动机构AbstractRobot technology is a comprehensive discipline，it includes mechanical design, mechanical principle, electronics design, software engineering, materials science, and bionics and so on a series of basic subjects.As a modern technology, its application in a wide variety of situations, especially the application in the field of manufacturing.the basic direction of machinery manufacturing industry is to increase the product quantity, and to improve the quality of products, but also reduce the cost.The robot technology can well handle the problems in the manufacturing industry.It freed mankind from the dull work of the mechanical repetition and added the needs of the various growth in simple labor.This graduation design outlines the classification, history, and development trend of industrial robots.The overall structure and wrist institutions of the type M10 industrial robots which used for metal cutting machine tools is discussed.Focuses on the analysis and design for the wrist rotation components, first is the principle analysis, the second is its role in components, finally is the design of the main components, including calculation, structure and other aspects. Such as bearing selection, shaft design, selection of worm drive shaft.Keywords：Industry robot；Machinery manufacturing；General structure of robot；Wrist institutions.目录第一章前言 (1)1.1 工业机器人概述 (1)1.2 工业机器人驱动方式 (1)1.2.1 气动式工业机器人 (1)1.2.2 液压式工业机器人 (1)1.2.3 电动式工业机器人 (2)1.3 工业机器人的分类 (2)1.3.1 按承载能力分 (2)1.3.2 按生产形式分 (2)1.4 工业机器人的历史 (3)1.5 工业机器人的技术现状和发展趋势 (5)1.5.1 工业机器人的技术现状 (5)1.5.2 工业机器人的发展趋势 (5)第二章工业机器人总体结构设计 (7)2.1 工业机器人设计内容与要求 (7)2.1.1 工业机器人在制造领域主要作用 (7)2.1.2 工业机器人主要设计内容 (7)2.2 工业机器人的总体设计 (7)2.2.1 M10型工业机器人总体结构图 (8)2.2.2 M10型工业机器人主要设计参数 (8)2.3 工业机器人的驱动方式选择 (9)2.4 工业机器人的运动学分析 (12)2.4.1 M10型工业机器人运动学简图 (12)2.4.2 M10型工业机器人运动分析 (13)2.4.3 结合运动学简图和总体结构图的综合分析 (13)2.5 工业机器人的材料选择 (13)2.5.1 材料选择的基本要求 (13)2.5.2 结构材料介绍 (14)第三章手腕转动机构设计 (16)3.1 工业机器人手腕介绍 (16)3.1.1 设计要求 (16)3.1.2 手腕的结构 (17)3.2 手腕转动机构Ⅰ运动分析和电动机的选择 (19)3.2.1 手腕转动机构Ⅰ结构图 (19)3.2.2 运动分析 (19)3.3 电动机的选择 (19)3.3.1 选择电动机类型 (19)3.3.2 选择电动机的容量 (20)3.3.3 确定电动机转速 (20)3.4 手腕转动机构Ⅱ气动原理和运动结构分析 (21)3.4.1 手腕转动机构气动原理图 (21)3.4.2 气动原理图分析 (21)3.4.3 结构图 (22)3.4.4 运动分析 (22)3.5 手腕转动机构轴承和键的选择 (22)3.5.1 常用轴承类型及选择 (22)3.5.2常用轴承类型及选择 (23)3.5.3 键的选择 (28)第四章典型零件设计 (29)4.1 轴的设计与校核 (29)4.1.1 轴用途及分类 (29)4.1.2 轴设计的主要内容 (29)4.1.3 轴的结构设计 (29)4.1.4 轴的强度校核计算 (30)4.2 蜗杆传动的选择 (35)4.2.1 蜗杆传动的介绍 (35)4.2.2 蜗杆传动的类型 (35)4.2.3 蜗杆传动主要参数介绍 (36)4.2.4 涡轮蜗杆参数选择 (38)第五章结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)第1章前言1.1工业机器人概述工业机器人是一种模拟人手臂、手腕和手功能的机电一体化装置，其应用领域分为很多种类，从常用的机器人系列和市场占有率来看，焊接、装配、搬运、上料/卸料、铸造、冲压和喷漆是主要的工业机器人品种。

工业机器人产业链由零部件企业、本体企业、系统集成商、代理商、终端客户构成。

当前，工业机器人应用领域正不断拓宽，种类更加繁多，功能越来越强，自动化和智能化水平显著提高。

据国际机器人联合会统计，来自汽车整车及零部件工业的需求，合计占工业机器人下游总需求的60%左右。

在亚洲，电子电气工业对工业机器人的需求仅次于汽车工业排名第二。

在加速科技进步中机械制造业的发展起着关键作用，其任务是在工业生产中迅速将工艺装备的独立单元转变为自动化生产综合体（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，根据工艺条件调整设备，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、装配和其它操作。

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。

1.2 工业机器人驱动方式1.2.1气动式工业机器人这类工业机器人以压缩空气来驱动操作机，其优点是空气来源方便，动作迅速，结构简单造价低，无污染，缺点是空气具有可压缩性，导致工作速度稳定性较差，有因气源压力一般只有6kPa左右，所以这类工业机器人抓举力较小，一般只有几十牛顿，最大百余牛顿。

1.2.2液压式工业机器人液压压力比气压压力高很多，一般为70kPa左右，故液压传动工业机器人具有较大的抓举能力，可以达到上千牛顿。

这类工业机器人结构紧凑，传动平稳，动作灵敏，但对密封要求较高，且不宜在高温或低温环境下工作。

1.2.3电动式工业机器人这是目前用的最多的一类工业机器人，不仅因为电动机品种多，为工业机器人设计提供了多种选择，也因为他们可以运用多种灵活控制方法。

早起多采用步进电机驱动，后来发展了直流伺服驱动单元，目前交流伺服驱动单元也在迅速发展。

这些驱动单元或是直接驱动操作机，或是通过诸如谐波减速器的装置来减速后驱动，结构十分紧凑、简单。

1.3 工业机器人的分类1.3.1按承载能力分（1）超轻型（1.0kg以下）——0.08；0.16；0.32；0.63（2）轻型（1.0kg以上~10kg）——1.25；2.5；5.0；10.0（3）中型（10kg以上~100kg）——20；40；80（4）重型（100kg以上~1000kg）——160；250；500；1000；（5）超重型（1000kg以上）——1250；1500；2000；2500；3000；5000；7500；10000；1.3.2按生产形式分（1）铸造生产中的工业机器人工业机器人在铸造生产中应用最广泛的领域是在压铸机上、喷砂处理和喷丸处理情理上和铸件运输上。

工业机器人所完成的基本功能是：从机器工作区域取出铸件，依次将铸件移送到检测位置，进入冷却装置，放入切边机的压膜中，从压膜中拿走，分放在包装箱中，将泥芯放到铸造砂型中并浇注金属。

用于铸造生产中的工业机器人应具有特殊结构形式，以防止周围介质的作用；如控制柜、控制台、导轨以及摩擦表面的密封，将控制系统布置在独立单元中等等。