基于工业机器人的玻璃纤维管自动化钻孔系统设计与仿真说明书论文
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毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目： 基于工业机器人的玻璃纤维管自动化钻孔系统设计与仿真学生姓名： 陶德鹏 指导教师： 郭语 二级学院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 14 机械设计制造及其自动化（专转本） 学 号： 1404401031 提交日期： 年 月 日 答辩日期： 年 月 日 金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘 要 .IIIAbstract .IV1 绪论 .11.1 课题设计背景及意义 .11.2 工业机器人概述 .11.3 国内外工业机器人的发展 .21.4 课题设计主要工作和内容 .32 方案分析 .42.1 管道钻孔设备技术方案 1 .42.1.1 方案说明 .42.1.2 可能存在的问题 .52.2 管道钻孔设备技术方案 2 .52.2.1 方案说明 .52.2.2 可能存在的问题 .62.3 管道钻孔设备技术方案 3 .62.3.1 方案说明 .62.3.2 可能存在的问题 .73.方案确定与机器人结构设计 .83.1 引言 .83.2 机器人设计 .83.3 工业机器人的主要用途及技术参数 .93.4 工业机器人机械系统设计与分析 .103.4.1 设计要求 .103.4.2 设计方案 .113.4.3 工业机器人主要零部件 .113.5 工业机器人移动平台的设计 .153.5.1 齿轮齿条传动的特点 .16金陵科技学院学士学位论文 目录I3.5.2 齿轮齿条的计算 .173.6 工业机器人的驱动系统设计 .183.6.1 驱动方式选择 .183.6.2 电机与减速器的设计计算与选型 .193.7 本章小结 .204 自动化钻孔系统设计与仿真 .214.1 Creo 建模 .214.1.1 机器人建模 .214.2 自动钻孔系统的设计与建模 .255 总结与展望 .295.1 总结 .295.2 展望 .29参考文献 .30致谢 .31金陵科技学院学士学位论文 摘要II基于工业机器人的玻璃纤维管自动化钻孔系统设计与仿真 摘 要随着现代工业的快速发展，工业机器人的应用越来越广泛，大大小小的企业也都引进了机器人技术。本文主要阐述了六自由度机器人本体的总体构成及其具体的结构设计，并对机器人单关节位置进行了简单的研究。本课题来自企业横向课题。该企业专门制造生产玻璃纤维管，需要在其圆周方向加工若干均布孔。由于管材尺寸较大且现有加工设备较低级，因此目前仍采用人工使用锯片切割的形式加工，加工截面粗糙且精度较差。针对该加工对象，本课题考虑采用基于工业机器人设计开发自动化钻孔系统的模拟试验平台，该平台加工对象为比例缩小的管材，可以实现管材加工工位精确定位和钻孔。内容主要包括工业机器人系统的建模与加工仿真。本次设计主要利用 Creo 软件对每个模块进行三维模型的建立，最后在装配环境下实现每个零件的装配及运动，选取几个能钻孔的的零界点，验证该方案的可行性。关键字：工业机器人；精度；Creo；钻孔金陵科技学院学士学位论文 AbstractIIIBased glass fiber tube drilling automation system design and simulation of industrial robotAbstractWith the rapid development of modern industry, industrial robots are becoming more widespread, large and small companies have also introduced a robot technology. This article focuses on the overall composition and the specific design of the body of six degrees of freedom manipulator, and the manipulator single joint position for a simple study.This paper from the enterprise horizontal topic. The enterprise specializes in manufacturing glass fiber pipe production, the need for processing a plurality of holes uniformly distributed in the circumferential direction. Due to the larger size of the pipe and the existing processing equipment lower level, there is currently still using artificial form of blade cutting, machining sectional rough and poor accuracy. For the object to be processed, to consider this issue based on simulation test platform design and development of industrial robots, automated drilling system, the platform target for the scaled-down pipe, pipe processing stations can achieve precise positioning and drilling. Mainly including modeling and process simulation of industrial robot systems.The main advantage of Creo design software to build three-dimensional model for each module, and finally realize the assembly and movement of each part in the assembly environment, few can select zero boundary point of drilling, to verify the feasibility of the program.Keywords: Industrial robots; accuracy; Proe; drilling;金陵科技学院学士学位论文 第 1 章 绪论 01 绪论1.1 课题设计背景及意义由于现代工业的快速发展，机器人技术越来越成熟，应用也越来越广泛，很多企业都引用了机器人技术。尤其是科技的不断进步与创新，传统的生产关系已被打破，人类逐渐从生产劳动中解放出来，被机械加工所取代，给而人类社会带来了出巨大的财富，加速了人类社会的进步与发展。经过半个多世纪的发展，人类充分发挥自己的想象力与创新能力，在原有的基础上加强了对于机械的制造与控制能力，扩大了机械的应用领域。而工业机器人的出现与发展正是人类在使用机械进行生产劳作史上的一个里程碑。由于工业机器人的特殊性，使得其可以代替人类在各种恶劣的场合及一些需要长时间工作的场合进行生产活动，减少了对人的伤害，例如在焊接、涂装、铸造、涂装和简单装配等工序，以及一些特种加工部门，完成搬运对人体有害物料或工艺操作。工业机器人应用广泛，不仅是为了保护人身安全，同时也能提高生产效率和产品质量，降低生产成本和费用，扩大生产，实现长远发展。因此，研究开发和设计推广特种机器人工业机器人，为社会的长远发展具有非常的现实意义。1.2 工业机器人概述一台典型的工业机器人由操作机、驱动装置和控制系统三部分组成。如图1.1 所示。金陵科技学院学士学位论文 第 1 章 绪论 1图 1.1 工业机器人的组成操作机是机器人的骨架，主要起支撑作用和承载，并已符合人手臂的功能是把物体在太空中被逮捕或机械手段操作，包括基地，手臂，手腕和末端执行器。机器人是固定相对于底座和承受各成分的力，主要是用于支撑手臂，手腕和调整端部执行器，通过机器的操作，并连接到在手腕杆关节和笔记主要用于支持自由 2-3 旋转度，也能够扩大该臂的工作范围。端部执行器，也被称为手，该设备的操作是直接执行的机器，也可以在必要时安装夹具，工具，传感器等。驱动装置肌肉机器人，是用于向机器人提供电力的部分原因，它主要用于操作所述驱动单元被操作。控制系统是机器人的，主要是用于根据需要控制机器人的动作的大脑中，控制系统通常可分为开环控制系统和闭环控制系统中，与快速的发展和进步现代计算机技术，许多工业机器人也开始采用电脑系统控制。1.3 国内外工业机器人的发展工业机器人的诞生地是美国，其拥有坚实的基础和先进的技术，使得它在工业机器人的发展中起到无可替代的作用。因而美国在一段时间内掀起了研发工业机器人的狂潮，工业机器人研发与制造公司如雨后春笋般冒了出来。现如今，Adept Technologe 、Emersom Industrial Automation 等此类公司已经站在了机器人行业的顶峰。德国的制造技术处于世界一流水平，而在机器人研发与制造方面也没有落后，仅次于日本和美国，居于世界第三，尤其在智能机器人的研究和应用领域金陵科技学院学士学位论文 第 1 章 绪论 2处于世界领先地位。而现在机器人正向着智能化与模块化发展，德国的机器人有很大的发展前景及升值空间。日系与欧系是世界上机器人生产商的两大派系。两者各有优缺点，适用于不同的场合。现如今，ABB 机器人公司的机器人产品遍布个行各业，广泛应用于各类生产加工及生活服务，极大的减少了人工的操作，提高了生产效率，增加了企业的利润。我国由于在建国后政策上出现了一些重大失误，错失了参与第二次科技革命的机会，使得我国工业机器人起步较晚，大约在上世纪 70 年代初期我国的工业机器人发展大致可分为以下三个阶段：70 年代的起步期，80 年代的成长期和90 年代的成熟期。虽然中国近几年的发展很快，尤其是在经济领域，已成为世界上第二大经济体，但是在一些机械及科研领域仍处于世界中下层，无法和国际同行相比。我国也有一些自主研发的工业机器人，如新松、华昌达等，但是市场占有率无法与国际同行相比，并且很多工业机器人相关的核心技术也未曾掌握，阻碍了我国工业机器人的发展。随着微电子技术的不断发展与创新，机器人也向着智能化与模块化方向发展，尽最大可能解放人的劳动已不再是一个梦或者少数行业巨头的特权。机器人的智能化也极大的减少了企业在设备上的资金投入，降低了生产成本，提高了生产效率。这对于企业发展与社会进步具有深远的影响。最近，科技行业公司谷歌也在大力收购工业机器人公司，正是因为它看到了智能机器人广阔的发展前景，通过结合自身在人工智能方面的优势，可以大力拉动经济的增长，为公司的长远发展铺路。1.4 课题设计主要工作和内容本课题来自企业横向课题。该企业专门制造生产玻璃纤维管，需要在其圆周方向加工若干均布孔。由于管材尺寸较大且现有加工设备较低级，因此目前仍采用人工使用锯片切割的形式加工，加工截面粗糙且精度较差。针对该加工对象，本课题考虑采用基于工业机器人设计开发自动化钻孔系统的模拟试验平台，该平台加工对象为比例缩小的管材，可以实现管材加工工位精确定位和钻孔。内容主要包括工业机器人系统的建模与分析。金陵科技学院学士学位论文 第 2 章 方案分析 32 方案分析2.1 管道钻孔
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