工业机器人毕业设计说明书

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摘要

在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，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的重要成员，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、取件以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。

本文将设计一台三自由度的工业机器人，用于给注塑机取出成品。

关键词：机器人；气缸；注塑机；结构设计

目录

摘要 (1)

1 前言 (4)

1.1机器人概述 (4)

1.2机器人的历史、现状 (5)

1.3机器人发展趋势 (6)

2 机械手设计方案 (8)

2.1机械手基本形式的选择 (8)

2.2驱动装置的选择 (10)

3 引拔设计 (12)

3.1设计参数 (12)

3.2方案设计 (12)

3.3引拔机构结构设计 (12)

3.3.1 引拔气缸参数计算 (12)

3.3.2 附加导向杆机构设计 (14)

4 机械臂的设计 (15)

4.1设计参数 (15)

4.2方案设计 (15)

4.3机械臂气缸的选用 (15)

4.3.1 预选气缸的缸径[3] (15)

4.3.2 预选气缸行程 (16)

4.3.3 验算缓冲能力 (16)

4.3.4 活塞杆长度的验算 (16)

4.3.5 计算气缸的空气消费量 (16)

4.3.6 选择活塞杆端部接头 (16)

4.3.7 选择气缸的品种和安装形式 (16)

5 横行的设计 (18)

5.1设计参数 (18)

5.2方案设计 (18)

5.3横进气缸的选用 (19)

5.4导轨设计 (20)

6 机械手结构设计 (21)

6.1夹持器设计的基本要求 (21)

6.2夹紧装置设计. (21)

6.2.1 夹紧力计算 (21)

6.2.2 驱动力计算 (22)

6.2.3 气缸驱动力计算 (22)

6.2.4 选用夹持器气缸[2] (23)

6.2.5 手爪的夹持误差及分析[4] (23)

6.2.6 楔块等尺寸的确定 (26)

6.2.7 材料及连接件选择 (29)

7 气动顺序动作的确定 (31)

8 安装 (32)

9 维护 (33)

8.1机械手循环周期 (33)

8.2导轨和轴承 (33)

8.3驱动系统 (33)

8.4气动系统 (34)

8.5真空抓手回路 (34)

8.6注意配线磨损 (35)

8.7检查润滑 (35)

8.8检查成型设备 (36)

10 结论 (37)

参考文献 (38)

致谢 (39)

1 前言

1.1 机器人概述

在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。

“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。

机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。

简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。

要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如图1所示。

图1 机器人的一般组成

1.2 机器人的历史、现状

机器人首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。

日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。

目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度。

第二代机器人正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。

第三代机器人（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一环。

随着工业机器人研究制造和应用领域不断扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。国际工业机器人会议ISIR决定每年召开一次会议，讨论和研究机器人的发展及应用问题。

目前，工业机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无论数量、

品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业（广义的）、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的环境。

在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。

随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制造（CIM）要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在EPROM中，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。

我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚5-6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。

1.3 机器人发展趋势

随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。

就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势：

a)提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人；

b)开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合；

c)研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。

2 机械手设计方案

2.1 机械手基本形式的选择

常见的工业机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可以分为以下4种，如图2所示：（1）直角坐标型机械手；（2）圆柱坐标型机械手；（3）极坐标型机械手；

(4)多关节型机械手。

2.1.1 直角坐标型机器人

直角坐标型机器人，它在x,y,z轴上的运动是独立的，3个关节都是移动关节，关节轴线相互垂直，它主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装卸和检测和作业。这种形式的主要特点是：

(1)在三个直线方向上移动，运动容易想象。

(2)计算比较方便。

(3)由于可以两端支撑，对于给定的结构长度，其刚性最大。

(4)要求保留较大的移动空间，占用空间较大。

(5)要求有较大的平面安装区域。

(6)滑动部件表面的密封较困难，容易被污染。

2.1.2 圆柱坐标型机器人

圆柱坐标型机器人，R、θ和x为坐标系的三个坐标，其中R是手臂的径向长度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。这种形式的主要特点是：

(1)容易想象和计算。

(2)能够伸入形腔式机器内部。

(3)空间定位比较直观。

(4)直线驱动部分难以密封、防尘及防御腐蚀物质。

(5)手臂端部可以达到的空间受限制，不能到达靠近立柱或地面的空间。

2.1.3 极坐标型机器人

极坐标型机器人又称为球坐标机器人，R，θ和β为坐标系的坐标。其中θ是绕手

臂支撑底座垂直轴的转动角，β是手臂在铅垂面内的的摆动角。这种机器人运动所形成的轨迹表面是半球面。其特点是：

(1)在中心支架附近的工作范围较大。

(2)两个转动驱动装置容易密封。

(3)覆盖工作空间较大。

(4)坐标系较复杂，较难想象和控制。

(5)直线驱动装置仍存在密封问题。

(6)存在工作死区。

2.1.4 多关节机器人

多关节机器人，它是以其各相邻运动部件之间的相对角位移作为坐标系的。θ、α和φ为坐标系的坐标，其中θ是绕底座铅垂轴的转角，φ是过底座的水平线与第一臂之间的夹角，α是第二臂相对于第一臂的转角。这种机器人手臂可以达到球形体积内绝大部分位置，所能达到区域的形状取决于两个臂的长度比例。其特点是：

(1)动作较灵活，工作空间大。

(2关节驱动处容易密封防尘。

(3)工作条件要求低，可在水下等环境中工作。

(4) 适合于电动机驱动。

(5)运动难以想象和控制，计算量较大。

(6)不适于液压驱动。

直角坐标型圆柱坐标型

极坐标型多关节型

图2 工业机械手基本结构形式

本课题要求机械手为直角坐标型.

2.2 驱动装置的选择

机器人关节的驱动方式有液压式、气动式、和电动式。下面将三种驱动方式进行分析比较。

2.2.1 液压驱动

机器人的驱动系统采用液压驱动，有以下几个优点：

(1)液压容易达到较高的压力（常用液压为2.5～6.3MPa），体积较小，可以获得较

大的推力或转矩；

(2)液压系统介质的可压缩性小，工作平稳可靠，并可得到较高的位置精度；

(3)液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制；

(4)液压系统采用油液作介质，具有防锈性和自润滑性能，可以提高机械效率，使

用寿命长。

液压传动系统的不足之处是：

(1)油液的粘度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起燃爆炸等危险；

(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高；

(3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则引起故

障。

液压驱动方式的输出力和功率更大，能构成伺服机构，常用于大型机器人关节的

驱动。

2.2.2 气压驱动

与液压驱动相比，气压驱动的特点是：

(1)压缩空气粘度小，容易达到高速；

(2)利用工厂集中的空气压缩站供气，不必添加动力设备；

(3)空气介质对环境无污染，使用安全，可直接应用于高温作业；

(4)气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元件低。

它的不足之处是：

(1)压缩空气常用压力为0.4～0.6MPa，若要获得较大的力，其结构就要相对增大；

(2)空气压缩性大，工作平稳性差，速度控制困难，要达到准确的位置控制很困难；

(3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件生锈，导致

机器人失灵。此外，排气还会造成噪声污染。

气动式驱动多用于点位控制、抓取、开关控制和顺序控制的机器人。

2.2.3 电动机驱动

电动机驱动可分为普通交、直流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。

普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。伺服电动机和步进输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。交、直伺服电动机一般用于闭环控制系统，而步进电动机则主要用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。

由于气压驱动气源容易获得，无污染，,故本设计确定选用气压驱动。

3 引拔设计

3.1 设计参数

（1）伸缩长度：160mm；

（2）单方向伸缩时间：1～2S；

（3）定位误差：要有定位措施，定位误差小于2mm；

（4）前端安装机械臂连接块，伸缩终点无刚性冲击；

3.2 方案设计

气动驱动方案伸缩原理采用单出杆双作用气动油缸，手臂纵向移动时采用单向调速阀进行节流调速，接近终点时，发出信号，进行调速缓冲，靠气缸行程极限定位，采用附加导向杆防止转动，采用电液换向阀，控制伸缩方向。

1、引拔

2、小型导向气缸

3、机械臂连接块

4、附加导向杆

图3 引拔示意图

3.3 引拔机构结构设计

3.3.1 引拔气缸参数计算

3.3.1.1 预选气缸的缸径及缸桶壁厚：根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载力F。

取μ=0.2 F=μW=0.2*300=60（N）（3-1）【6】

根据负载的运动状态，预选气缸的负载率η。

取η=50%

根据气源供气条件，确定气缸的使用压力p 。p 应小于减压阀进口压力的85%。 已知F,η和p ，对双作用气缸，预选杆径与缸径之比d/D=0.3~0.4，由式（3-2）至式（3-4），便可选定缸径D ，缸径D 的尺寸应标准化.

MPa p 49.0= （3-2）【6】

p D F 204π

= （3-3）【6】

%1000

?=F F η (3-4) 【6】 解得D ≈17.66 考虑到气缸的行程比较长缸径D 取20φ。

缸桶壁厚可根据薄壁筒的计算公式计算：

)(05.0109.42412][22cm pD b =???=≥σ (3-4) 【6】 式中D 为缸筒内径(cm)，p 为缸筒承受的最大气压力(MPa)，[σ]为缸筒材料的需用应力（MPa ）。

缸筒壁厚的实际取值，对于一般用途气缸约取计算值的7倍，再圆整到标准管材尺寸，这里b 取10mm 。

3.3.1.2 预选气缸行程：根据气缸的操作距离及传动机构的行程比预选气缸行程为160mm 。

3.3.1.3 验算缓冲能力：根据气缸的运动状态是输出拉力、负载率η=50%、气缸的行程L=160mm 和气缸的动作时间t=1.5s,由《气动手册》P293图9-7可查得气缸的理论基准速度0u =700.由表9-20，可查得气缸的最大速度max u 与理论基准速度0u 之比a 值为0.9，从而求的气缸的最大速度max u =630。

查得气缸的负载质量M 和最大速度max u 的交点在预选气缸缸径的缓冲曲线之下，表示负载运动的动能2max 2

1Mu 小于气缸允许吸收的最大能量，所以该预选缸径的缓冲能力满足要求。

3.3.1.4 活塞杆长度的验算：查《气动手册》CG120φ系列气缸活塞杆受轴向压力而不失去稳定性的最大行程为290mm 大于要求行程160mm ，故满足要求。

3.3.1.5 计算气缸的空气消费量

该气缸的空气消费量为min)/(19)102.0()(0157.022L p N l d L D q d ca ≈++=

3.3.1.6 选择气缸的品种和安装形式：长沙华德液压气动有限公司生产的QGCXDH （Q ）系列小型导向杆式气缸QGCXDH20-200能满足要求。

3.3.1.7 选择磁性开关：根据表10-15可查的磁性开关的品种及安装方式为采用钢带固定的有触点舌簧型D-C73L ，采用直接出线式的接线方式，导线长为3m 。

3.3.1.8 选择活塞杆端部联结形式：采用螺钉连接。

3.3.2 附加导向杆机构设计

3.3.2.1 附加导向机构的作用：附加导向机构的作用是保证气缸缸活塞杆伸出时机械臂连接块的方向性，提供机构刚度，保证伸缩量的准确性。

3.3.2.2 导向机构的外形尺寸及材料：导向选择钢管导向，钢管为引拔上的一部分，经配合连接而成；机械臂连接块则在其上滑动且其的引拔端部靠近部分。材料选择为45号钢.，如图4所示：

1、导向钢管

2、端部顶板

3、螺母

图4 附加导向杆

3.3.2.3 引拔范围控制与调整：引拔伸缩范围控制靠行程开关，保证把工件精确地取出。行程开关使用LXW4-11型微型开关。

图5 LXW4-11型微型开关

4 机械臂的设计

4.1 设计参数

（1）伸缩长度：550mm ；

（2）单方向伸缩时间：2.5～3.5S ；

（3）前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击；

4.2 方案设计

气动驱动方案伸缩原理：采用单出杆双作用液压油缸，手臂伸出时采用单向调速阀进行调速，接近终点时，发出信号，进行调速缓冲，靠气缸行程极限定位，采用电磁换向阀，控制伸缩方向。

4.3 机械臂气缸的选用

4.3.1 预选气缸的缸径[3]

根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载力F 。

取μ=0.8 F=μW=0.8*100=80（N ） （4-1）【6】

根据负载的运动状态，预选气缸的负载率η。

取η=50%

根据气源供气条件，确定气缸的使用压力p 。p 应小于减压阀进口压力的85%。 已知F,η和p ，对双作用气缸，预选杆径与缸径之比d/D=0.3~0.4，由式（4-2）至式（4-4），便可选定缸径D ，缸径D 的尺寸应标准化.

MPa p 49.0= (4-2) 【6】

p D F 204π

= （4-3）【6】

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目录 摘要 ..................................................................................................................................................... - 2 - PUMA560机器人简介 ...................................................................................................................... - 3 - 一、PUMA560机器人的正解 .......................................................................................................... - 4 - 1.1、确定D-H 坐标系 .................................................................................................................... - 4 - 1.2、确定各连杆D-H 参数和关节变量 ........................................................................................ - 4 - 1.3、求出两杆间的位姿矩阵 ......................................................................................................... - 4 - 1.4、求末杆的位姿矩阵 ................................................................................................................. - 5 - 1.5、M A TLAB 编程求解 .................................................................................................................. - 6 - 1.6、验证 ......................................................................................................................................... - 6 - 二、PUMA560机器人的逆解 .......................................................................................................... - 7 - 2.1、求1θ ........................................................................................................................................ - 7 - 2.2、求3θ ........................................................................................................................................ - 7 - 2.3、求2θ ........................................................................................................................................ - 8 - 2.4、求4θ ........................................................................................................................................ - 9 - 2.5、求5θ ........................................................................................................................................ - 9 - 2.6、求 6 θ ...................................................................................................................................... - 10 - 2.7、解的多重性 ........................................................................................................................... - 10 - 2.8、M A TLAB 编程求解 ................................................................................................................ - 10 - 2.9、对于机器人解的分析 ........................................................................................................... - 10 - 三、机器人的雅克比矩阵 ............................................................................................................... - 11 - 3.1、定义 ....................................................................................................................................... - 11 - 3.2、雅可比矩阵的求法 ............................................................................................................... - 11 - 3.3、微分变换法求机器人的雅可比矩阵 ................................................................................... - 12 - 3.4、矢量积法求机器人的雅克比矩阵 ....................................................................................... - 13 - 3.5、M A TLAB 编程求解 ................................................................................................................ - 14 - 附录 ................................................................................................................................................... - 15 - 1、M ATLAB 程序 ........................................................................................................................... - 15 - 2、三维图 ...................................................................................................................................... - 24 -

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目录1

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ABB工业机器人操作手册

目录 一、系统安全 (1) 二、手动操纵工业机器人 (1) 1.单轴运动控制 (1) 2.线性运动与重定位运动控制 (3) 3.工具坐标系建立 (5) 4.示教器上用四点法设定TCP (6) 操作方法及步骤如下： (6) 三、程序建立 (10) 1.建立RAPID程序 (10) 2.基本RAPID程序指令 (11) （1）赋值指令 (11) （2）常用的运动指令 (12) （3） I/O控制指令 (14) 1）Set数字信号置位指令 (14) 2）Reset数字信号复位指令 (15) 3）WaitDI数字输入信号判断指令 (15) 4）WaitDO数字输出信号判断指令 (15) 5）WaitUntil信号判断指令 (15) （4）条件逻辑判断指令 (15) 1）Compact IF紧凑型条件判断指令 (15) 2）IF条件判断指令 (16) 3)FOR重复执行判断指令 (16) 4)WHILE条件判断指令 (16)

一、系统安全 以下的安全守则必须遵守，因为机器人系统复杂而且危险性大, 万一发生火灾，请使用二氧化炭灭火器。 急停开关(E-Stop)不允许被短接。 机器人处于自动模式时，不允许进入其运动所及的区域。 在任何情况下，不要使用原始盘，用复制盘。.搬运时，机器停止，机器人不应置物，应空机。 意外或不正常情况下，均可使用E-Stop键，停止运行。 在编程，测试及维修时必须注意既使在低速时，机器人仍然是非常有力的，其动量很大，必须将机器人置于手动模式。 气路系统中的压力可达0. 6MP，任何相关检修都要断气源。 在不用移动机器人及运行程序时，须及时释放使能器(EnableDevice)。 调试人员进入机器人工作区时，须随身携带示教器，以防他人无意误操作。 在得到停电通知时，要预先关断机器人的主电源及气源。 突然停电后，要赶在来电之前预先关闭机器人的主电源开关，并及时取下夹具上的工件。 维修人员必须保管好机器人钥匙，严禁非授权人员在手动模式下进入机器人软件系统，随意翻阅或修改程序及参数。 二、手动操纵工业机器人 1.单轴运动控制 （1）左手持机器人示教器，右手点击示教器界面左上角的“”来打开ABB菜单栏；点击“手动操纵”，进入手动操纵界面；如图1-1所示。

工业机器人培养方案

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；

工业机器人课程设计

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

工业机器人课程设计--多功能机械手-精品

《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，

工业机器人毕业设计

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

机器人课程设计

沈阳工程学院 课程设计 设计题目：三自由度微型直角坐标工业机器人模型设计 系别自控系班级测本081 学生姓名步勇捷学号 2008310110 指导教师祝尚臻职称讲师 起止日期：2012年 1 月 2 日起——至 2012 年 1 月13 日止 - I -

沈阳工程学院 课程设计任务书 课程设计题目：三自由度直角坐标工业机器人设计 系别自动控制工程系班级 学生姓名学号 指导教师职称讲师 课程设计进行地点： F430 任务下达时间： 2011年 12月31日 起止日期：2012 年 1 月2日起——至 2012 年 1 月13日止教研室主任年月日批准 - II -

三自由度直角坐标工业机器人设计 1 设计主要内容及要求 1.1 设计目的： 1了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术。 2初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统并应用于工业机器人的设计中。3通过学习，掌握工业机器人的驱动机构、控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。 1.2 基本要求 1要求设计一个微型的三自由度的直角坐标工业机器人； 2要求设计机器人的机械机构（示意图），传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。 3要有控制系统硬件设计电路。 1.3 发挥部分 自由发挥 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求 （1）基本部分必须完成，发挥部分可任选； （2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份； （3）设计过程的资料保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求 （1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。 （2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。 3 时间进度安排 顺序阶段日期计划完成内容备注 1 2012.1. 2 讲解主要设计内容，布置任务打分 2 2012.1. 3 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分 3 2012.1. 4 检查机械结构设计并指出错误及纠正；打分 4 2012.1. 5 继续机械机构和传动机构设计打分 5 2012.1. 6 进行控制系统设计打分 6 2012.1.9 检查控制系统原理图设计草图打分 7 2012.1.10 完善并确定控制系统打分 8 2012.1.11 指导学生进行驱动机构的选择打分 9 2012.1.12 进行传感器的选择和软件流程设计打分 10 2012.1.13 检查任务完成情况并答辩打分 - III -

工业机器人的基本参数和性能指标

工业机器人的基本参数和性能指标 表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。 (1)工作空间（Work space）工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。理解机器人的工作空间时，要注意以下几点： 1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所能达到的工作空间。 2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。此外，在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。 3)除了在工作守闻边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。 (2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。

自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。机器人的自由度数目越多，功能就越强。日前工业机器人通常具有4—6个自由度。当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。冗余度的出现增加了机器人工作的灵活型，但也使控制变得更加复杂。 工业机器人在运动方式上，总可以分为直线运动（简记为P）和旋转运动（简记为R）两种，应用简记符号P和R可以表示操作机运动自由度的特点，如RPRR表示机器人操作机具有四个自由度，从基座开始到臂端，关节运动的方式依次为旋转-直线-旋转-旋转。此外，工业机器人的运动自由度还有运动范围的限制。 (3)有效负载(Payload) 有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。 机器人在不同位姿时，允许的最大可搬运质量是不同的，因此机器人的额定可搬运质量是指其臂杆在工作空间中任意位姿时腕关节端部都能搬运的最大质量。 (4)运动精度(Accurucy) 机器人机械系统的精度主要涉及位姿精度、重复位姿精度、轨迹精度、重复轨迹精度等。 位姿精度是指指令位姿和从同一方向接近该指令位姿时各实到位置中心之间的偏差。重复位姿精度是指对同指令位姿从同一方向重复响应n次后实到位姿的不一致程度。 轨迹精度是指机器人机械接口从同一方向n次跟随指令轨迹的接近程度。轨迹重复精度是指对一给定轨迹在同方向跟随n次后实到轨迹之间的不一致程度。

四自由度搬运物料工业机器人的设计本科毕业设计

本科毕业设计 四自由度搬运物料工业机器人的设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

六自由度工业机器人设计

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。 焊枪在焊接过程中要进行各种焊接姿态调整，那么机械手腕就要很灵活，在各个方位角度上都可调节。

机器人课程设计报告范例

**学校 机器人课程设计名称 院系电子信息工程系 班级10电气3 姓名谢士强 学号107301336 指导教师宋佳

目录 第一章绪论 (2) 1.1课程设计任务背景 (2) 1.2课程设计的要求 (2) 第二章硬件设计 (3) 2.1 结构设计 (3) 2.2电机驱动 (4) 2.3 传感器 (5) 2.3.1光强传感器 (5) 2.3.2光强传感器原理 (6) 2.4硬件搭建 (7) 第三章软件设计 (8) 3.1 步态设计 (8) 3.1.1步态分析： (8) 3.1.2程序逻辑图： (9) 3.2 用NorthStar设计的程序 (9) 第四章总结 (11) 第五章参考文献 (12)

第一章绪论 1.1课程设计任务背景 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人普遍用于工业自动化领域，如汽车制造，医疗领域，如远程协助机器人，微纳米机器人，军事领域，如单兵机器人，拆弹机器人，小型侦查机器人（也属于无人机吧），美国大狗这样的多用途负重机器人，科研勘探领域，如水下勘探机器人，地震废墟等的用于搜查的机器人，煤矿利用的机器人。如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95% 的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明 1.2课程设计的要求 设计一个机器人系统，该机器人可以是轮式、足式、车型、人型，也可以是仿其他生物的，但该机器人应具备的基本功能为：能够灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还应具备一项其他功能，该功能可自选（如亮灯、按钮启动、红外接近停止等）。 具体要求如下： 1、根据功能要求进行机械构型设计，并用实训套件搭建实物。 2、基于实训套件选定满足功能要求的传感器； 3、设计追光策略及运动步态； 4、用NorthStar设计完整的机器人追光程序； 5、调试； 6、完成课程设计说明书，内容：方案设计、硬件搭建过程（附照片）、控制 算法流程、程序编写、调试结果、心得体会。