UR06六自由度工业机器人说明书.doc

毕业设计（论文）材料之二（1）安徽工程大学本科毕业设计（论文）专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目：UR-06六自由度工业机器人设计 作 者 姓 名： 导师及职称： 导师所在单位： 机械与汽车工程学院 2012年 6 月 10 日安徽工程大学本科毕业设计（论文）任务书 2012 届 机械与汽车工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业学生姓名： 毕业设计（论文）题目中文：UR-06六自由度工业机器人设计英文：UR-06 Six Degrees Freedom of Industrial Robot 原始资料1. 设计要求一份2. 三维软件一套；3. 相关文献资料若干。 毕业设计（论文）任务内容1、课题研究的意义通过对家用机器人机构设计，希望学生熟悉机电一体化系统的设计过程，以及掌握利用AUTO CAD或UG来绘制二维图形或创建三维实体的能力。毕业设计环节是教学计划中综合性最强的实践教学环节，对培养学生的思想、工作作风及实际能力、提高毕业生全面素质具有很重要的意义。同时，对所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好的开端2、本课题研究的主要内容：（1）根据机器人功能确定其结构；（2）确定运动方案；（3）零件设计与校核1）轴承校核：设计中所用的所有重要轴承都要经过强度校核。在满足尺寸和强度要求的情况下，尽可能地选用国产轴承，以降低机器人的成本。2）轴的校核：设计中所用的所有较重要的轴都要经过强度校核和刚度校核。3）齿轮选用：设计中所用的所有齿轮都要经过强度校核。4）键及花键：设计中所用的所有较重要的键及花键都要经过强度校核。5）销与螺钉：设计中所用的所有较重要的销与螺钉都要经过强度校核。（4）机器人运动学及动力学分析；（5）零件图的绘制与建模三维建模及仿真。3、提交的成果：（1）毕业设计（论文）正文；（2）各零件二维图，各零件的三维模型，及装配模型。（3）至少一篇引用的外文文献及其译文；（4）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。指导教师（签字） 教研室主任（签字）批 准 日 期2011/12/12接受任务书日期2012/1/5完 成 日 期接受任务书学生（签字）安徽工程大学毕业设计（论文）UR-06 六自由度工业机器人摘 要 课题是机械设计制造及其自动化专业毕业设计题目，从题目可以看出本次设计的机器人是通用工业机器人，通过加装不同的手爪可以完成不同的工作内容，具有操作简单，装卸方便，应用广泛等特点。本次设计主要工作内容包括机器人主要结构的参数选定，电机和减速器的选择，轴承、螺钉、键等标准件的选用，轴、轴承、螺钉和键的强度校核，以及模型的运动仿真。本次设计中，通过采用六个特定自由度的运动方式可以使其工作范围大大增加，减少了工业机器人工作死区（在自身运动范围内却无法到达的位置）。由于工作环境以及产品美观的要求，本次设计大体采用空心管道结构，各种线都是从轴的内部通过，而且结构本身材料采用铝合金2014，极大的减轻了结构的重量，同时由于结构的简单以及紧凑，更增加了设备的装卸速度，节省了时间。 UR机器人广泛应用于工业、农业、医疗及家庭生活中，工业机器人主要应用领域有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。总之，工业机器人的多领域广泛应用，其发展前景广阔。关键词:毕业设计，UR机器人，应用领域IIUR-06 Six Degrees Freedom of Industrial RobotAbstract This issue is a Mechanical Design Manufacturing and Automation graduation project topic ,The design of the robot can be seen from the title is a general-purpose industrial robots ，Through the installation of different gripper can perform different work ，it have the feature that simple operation, convenient of loading and unloading, and widely used .The design includes parameters selected for robot main structure, chose of the motor and gear, bearings, screws, keys and other standard parts selection , Strength Check of Shaft, bearings, screws, and bond ,moreover the motion simulation of the model. In this design, scope of work can be greatly increase by six specific degrees freedom movement, reduce the dead zone of industrial robots work (it was unable reach the location of its own range of motion). With the requirements of working conditions and the product appearance，this design generally use hollow pipe structure，various lines through the inside of axis，and the structure of the material using aluminum alloy 2014 ，greatly reduce the weight of the structure，at the same time due to the structure is simple and compact, also increase the speed of loading and unloading equipment, it can save time. UR robots are widely used in industry, agriculture, medical and family life, the main application areas of industrial robot are complex operations includes welding, spot welding, assembly, handling, painting, inspection, palletizing, grinding polishing and Laser processing etc. In one word, the development prospects of widely used in many fields of industrial robots are broad.Keywords: Graduation design; UR robots; Application field目 录第1章 绪论2第2章 结构方案确定32.1 任务介绍32.2 结构方案选择4第3章 交流伺服电机及减速器选择53.1 交流伺服电机选择53.2 各关节减速器的选择7第4章 结构参数设计94.1 一号关节94.2 二号关节94.3 三号关节104.4 四号关节114.5 五号关节114.6 六号关节12第5章 结构校核135.1 轴的校核135.2 轴承校核145.3 键的校核155.4 螺钉校核15第6章 结论与展望17第7章 致 谢19第8章 参考文献20第9章 附录219.1 附录A 主要参考文献题录及摘要219.2 附录B 外文翻译23插图清单图2-1三维效果图4 图4-1一号关节9图4-2二号关节10图4-3 三号关节10图4-4 四号关节11图4-5 五号关节12图4-6 六号关节12插表清单表3- 1电机参数表5表3- 2减速器参考表7III安徽工程大学毕业设计（论文）引 言UR-06 六自由度工业机器人是个较新的课题，虽然其在国外已经具有了较完善的研究，但是在国内，对于它的研究依旧停留在较低的水平上。安徽工程大学是一所以工为主的省属多科性高等院校和安徽省重点建设院校，其前身机电学院办学始于1935年由西班牙天主教耶稣会创设的安徽私立内思高级工校。尤其是我校的机械设计制造及其自动化专业更是国家特色专业，我专业对于机器人的研究已初见成效，虽然比不上那些老牌的重点院校。机械与汽车工程学院的机器人实验室中摆放着一台我校教工自主研发的通用机器人，尤其值得称道是我校教工自主开发的驱动程序。它基于旋转副及齿轮传动等原理，从而达到360度工作范围，通过驱动程序参数的设定，更能精确的完成点与点之间的运动。本次设计完成的主要内容是UR-06 六自由度工业机器人结构设计，以及初步运动仿真。在设计过程中，我初步参考了实验室机器人的结构设计理念，后经过老师提供现实产品的结构参考，完善了本次设计的结构设计。通用机器人主要应用领域有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业，其各种优异的功能使其在现代工业生产中更是具有及其重要的地位。第1章 绪论机器人在生产生活中具有极其重要的作用，由于现阶段的工业机器人普遍体积较大，安装过程繁琐，操作不易。工厂生产迫切的需要一种新的机器人，它必须是模块式的安装，操作简易，所以UR机器人的研制是顺应生产的实际需要。UR-06 六自由度工业机器人在现实生产实践中具有极其重要的作用，它在满足人工工作的条件下，节省了人力物力，以及大大缩短了生产周期，消除了人工长期重复一种劳动时的视觉及精神疲劳。其在工厂中具有不可替代的作用，同时跟上了时代的要求，追求技术创新及能源节省。对人的研究，国外侧重于对人行走时的步态分析，通过对人脚形状的分析，得出具有圆形截面的脚趾和脚后跟以及具有扁平截面的连接脚趾和脚后跟的中间部分具有最佳的动力学性能。对动物的研究则表现为对诸如蛇、鱼的结构以及运动性能的研究。仿蛇机器人不仅可以作为管道检测装置也可以作为地震或矿难探索装置，更可以当作极地探测器来进行科研活动。新型机构也是当前研究的热点之一。随着对机器人的柔性程度和精度要求越来越高。于是对可重构机器人和并联机构的研究成为了时代的必要。我国对工业机器人的研究始于20世纪70年代，通过“七五”的起步，“八五”、“九五”的技术攻关，已经基本掌握了工业机器人的设计制造技术、控制系统与驱动系统的设计技术和机器人软件与编程等关键技术，形成了一批具有较强机器人科研实力的公司和院校如中科院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化有限公司清华大学哈尔滨工业大学北航等。本课题来源于安徽工程大学机器人视觉实验室，其首要解决的问题是组件内部组装问题，怎样实现模块化和可重构性。第2章 结构方案确定2.1 任务介绍2.1.1 工作对象以及工作任务确定通过加装不同的手爪完成各种功能，包括焊接、喷漆、搬运等。（1） 焊接任务工作对象：一辆汽车或一个复杂曲面的物体；工作任务：对其实行弧焊或点焊；要求：制造极度高，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，要求具有摆弧的功能，同时要能在狭小空间内自由地运动，具备防碰撞功能，六自由度完全可以满足要求。（2） 喷漆任务 工作对象：一辆汽车或一个复杂曲面的物体； 工作任务：喷涂汽车的内部和车门或复杂曲面物体的表面； 要求：手腕要灵活，能在狭小空间内自由地运动，具备防碰撞功能； 要求能够在长时间内连续稳定可靠的工作，同时要求外表面光滑（流线 型），漆、气管线最好能从横臂和手腕内部通过，放置污染已喷涂好的工作对象； 因为在易燃易爆环境中工作，故具备防爆功能，同时轨迹精度和位姿精度及速度稳定性有较高要求。（3） 搬运任务 工作对象：笨重物品； 工作任务：定点搬运； 要求：定位精度要求高，对其承载能力和定位精度有较高要求。 工作对象：轻巧物品； 工作任务：定点搬运； 要求：轻拿轻放且定位精度要求高，对机器人的速度稳定和定位精度有较高要求。（4） 装配任务 工作对象：待装配零件； 工作任务：定点运动； 要求：对机器人的速度稳定性和位姿精度有很高要求。2.1.2 设计要求 负载：56 kg（根据用户对象和工作任务要求，参考国内外同类产品的先进机型确定负载）； 轨迹精度：根据用户对象和工作任务的要求，参考国内外同类产品的先进机型，确定机器人末端的最大符合速度和机器人各单轴的最大角速度； 位姿精度：根据用户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0.4 mm，ABB公司开发的Model-5003型喷涂机器人的重复定位精度为1 mm；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。2.2 结构方案选择2.2.1 第一种方案平面关节型通用机器人，手臂采用口字形设计，电机及减速器位于手臂内部，各旋转副轴向平行；2.2.2 第二种方案空间关节型通用机器人，手臂采用空心管道结构设计，电机及减速器位于管道内部。一号关节轴轴线是竖直方向，二、三、四号关节轴轴线均是水平方向且相互平行，五号关节轴轴线是二、三、四号关节轴轴线的公垂线，六号关节轴轴线与五号关节轴轴线垂直，电机与六号轴轴线平行。综上所述，由于工作条件的要求，选择第二种方案。三维效果图见下： 图2- 1 三维效果图第3章 交流伺服电机及减速器选择3.1 交流伺服电机选择由于受结构重量影响，所以交流伺服电机及减速器的选择从末端关节开始。交流伺服电机参数如表3-1： 表3- 1 电机参数表MSMA系列（小惯量）额定功率（KW)0.030.050.10.20.40.75额定转矩（NM）0.0950.160.320.641.32.4最大转矩（NM）0.280.480.951.913.87.13.1.1 六号关节手爪末端负重56 kg，初步定臂长200 mm，为了减轻机器人的重量，所以机器人手臂采用铝合金2014，牌号6061，密度2.7 g/。手爪及物体总重量共计6.5 kg，手臂直径50 mm。手爪及手臂转动惯量 （3-1） 设机器人转动角速度加速到2rad/s,所需的时间为，则其角加速度 （3-2）负载启动惯性转矩 （3-3）根据启动惯性转矩与电机最大静转矩来选择电机，参考表3-1松下A_系列伺服电机手册(中文)，选择MSMA小惯量30 w电机，额定转矩T=0.095 Nm。3.1.2 五号关节初步定五轴长600 mm，杆重m=3 kg，直径D=70 mm。转动惯量 （3-4） 由公式3-2得 负载启动惯性转矩 （3-5）根据启动惯性转矩与电机最大静转矩来选择电机，参考表3-1松下A_系列伺服电机手册(中文)，选择MSMA小惯量30 w电机，额定转矩T=0.095 Nm。3.1.3 四号关节初步定四轴长300 mm，杆重m=3 kg，直径D=70 mm。 转动惯量 （3-6） 代入，得负载启动惯性转矩 （3-7）根据启动惯性转矩与电机最大静转矩来选择电机，参考表3-1松下A_系列伺服电机手册(中文)，选择MSMA小惯量50 w电机，额定转矩T=0.16 Nm。3.1.4 三号关节初步定三号后管道长400 mm，三号管道长400 mm，杆重m=6 kg，直径D=80 mm。转动惯量 （3-8）代入，得负载启动惯性转矩 （3-9）根据启动惯性转矩与电机最大静转矩来选择电机，参考表3-1松下A_系列伺服电机手册(中文)，选择MSMA小惯量400 w电机，额定转矩T=1.3 Nm。3.1.5 二号关节初步定二号后管道长600 mm，杆重m=8 kg，直径D=100 mm。转动惯量 （3-10）代入，得负载启动惯性转矩 （3-11）根据启动惯性转矩与电机最大静转矩来选择电机，参考表3-1松下A_系列伺服电机手册(中文)，选择MSMA小惯量750 w电机，额定转矩T=2.4 Nm。3.1.6 一号关节初步定一号后管道长400 mm，杆重m=6 kg。转动惯量 （3-12）代入，得负载启动惯性转矩 （3-13）根据启动惯性转矩与电机最大静转矩来选择电机，参考表3-1松下A_系列伺服电机手册(中文)，选择MSMA小惯量750 w电机，额定转矩T=2.4 Nm。3.2 各关节减速器的选择参考表3-2，一号关节选择XB 100-125,二号关节选择XB 100-125,三号关节选择XB 50-80,四号关节选择XB 25-63,五号关节XB 25-63，六号关节选择XB 25-63.表3- 2 减速器参考表机型传动比输入转速3000 r/min输入转矩（N*m）输出转速（r/min）输入功率（kw）25632.047.60.0313264804.55.046.937.50.0250.025408010012.015.037.5300.0590.0595080841001252525303037.535.730240.1230.1170.1180.0976080100120150160405050505037.530252018.80.1970.1970.1690.1400.13980808010013516020010012012012012037.53022.218.8150.4930.4730.3630.3120.264100808410012516016820020020024024024024024037.535.7302418.817.9150.9860.9390.9470.7770.6240.5940.527 第4章 结构参数设计4.1 一号关节UR机器人为了达到模块化以及可重组等特点，所以底座采用空心圆形管道结构，与一号关节通过螺钉连接，底座通过螺钉可固定在流水线上，通过螺纹连接。一号关节处包含底座、关节、关节端盖、轴承座以及联轴器等结构。各组件间连接基本采用螺纹连接。因为机器人的任务要求，所以各组件需做成空心管道结构。在必要处甚至要开孔，已完成走线。关节所有孔、轴配合公差等级选用8级精度。关节与减速器之间的配合为基轴制间隙配合，轴承与轴承座之间的配合为基孔制过盈配合。关节与关节端盖之间的配合为基轴制过渡配合，轴承与联轴器之间的配合为基孔制过盈配合。结构图如图4-1：54321 图4- 1 一号关节1关节端盖 2关节 3联轴器 4轴承座 5底座4.2 二号关节二号关节处包含包含前管道、联轴器、轴承座、关节、关节端盖以及后管道等结构。各组件间连接大都采用螺纹连接。管道、联轴器以及轴承座等都采用空心管道结构，联轴器中间部位开孔，可以走线。关节所有孔、轴配合公差等级选用8级精度。关节与减速器之间的配合为基轴制间隙配合，轴承与轴承座之间的配合为基孔制过盈配合，轴承与联轴器之间的配合为基孔制过盈配合。结构图如图4-2：654321图4- 2 二号关节1关节端盖 2后管道 3关节 4联轴器 5轴承座 6前管道4.3 三号关节三号关节处包含包含前管道、联轴器、轴承座、关节、关节端盖等结构。各组件间连接大都采用螺纹连接。管道、联轴器以及轴承座等都采用空心管道结构，联轴器中间部位开孔，可以走线。关节所有孔、轴配合公差等级选用8级精度。关节与减速器之间的配合为基轴制间隙配合，轴承与轴承座之间的配合为基孔制过盈配合，轴承与联轴器之间的配合为基孔制过盈配合。结构图如图4-3：652431图4- 3 三号关节1前关节 2前管道 3轴承端盖 4轴承座 5关节 6关节端盖4.4 四号关节四号关节处包含包含前管道、联轴器、轴承座、关节、关节端盖等结构。各组件间连接大都采用螺纹连接。管道、联轴器以及轴承座等都采用空心管道结构，联轴器中间部位开孔，可以走线。关节所有孔、轴配合公差等级选用8级精度。关节与减速器之间的配合为基轴制间隙配合，轴承与轴承座之间的配合为基孔制过盈配合，轴承与联轴器之间的配合为基孔制过盈配合。结构图如下：543621图4- 4 四号关节1前管道 2关节 3轴承座 4轴承端盖 5后管道 6关节端盖4.5 五号关节五号关节处包含包含前管道、联轴器、轴承座、关节、关节端盖与轴承端盖等结构。各组件间连接大都采用螺纹连接。管道、联轴器以及轴承座等都采用空心管道结构，联轴器中间部位开孔，可以走线。关节所有孔、轴配合公差等级选用8级精度。关节与减速器之间的配合为基轴制间隙配合，轴承与轴承座之间的配合为基孔制过盈配合，轴承与联轴器之间的配合为基孔制过盈配合。结构图如下：54321图4- 5 五号关节1关节端盖 2关节 3轴承座 4轴承端盖 5后管道4.6 六号关节六号关节处包含包含前管道、联轴器、轴承座、关节、关节端盖与轴承端盖等结构。各组件间连接大都采用螺纹连接。管道、联轴器以及轴承座等都采用空心管道结构，联轴器中间部位开孔，可以走线。关节所有孔、轴配合公差等级选用8级精度。关节与减速器之间的配合为基轴制间隙配合，轴承与轴承座之间的配合为基孔制过盈配合，轴承与联轴器之间的配合为基孔制过盈配合。结构图如下：54321图4- 6 六号关节1法兰盘 2轴承端盖 3轴承座 4关节 5关节端盖第5章 结构校核5.1 轴的校核轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。轴的材料选用铝合金2014型6061，6061的极限抗拉强度为124 MPa，受拉屈服强度 55.2 MPa，延伸率25.0 %，弹性系数68.9 GPa，弯曲极限强度228 MPa，疲劳强度 62.1 MPa。由于机器人主要是受扭矩作用，重力产生的弯矩很小，故只按轴所受的扭矩来计算轴的强度，轴的扭转强度条件为：(5-1)式中：扭转切应力，MPa； T轴所受的扭矩，Nmm； 轴的抗扭截面系数，； n轴的转速，r/min; P轴传递的功率，KW； d计算截面处轴的直径，mm； 许用扭转切应力，MPa。5.1.1 五号轴的校核带入数值 ，得， （52）故强度满足要求。5.1.2 四号轴的校核带入数值 ，得， （53）故强度满足要求。其余各轴计算同上。综上所述，各轴强度满足要求。5.2 轴承校核轴承的寿命与所受的载荷的大小有关，工作载荷越大，引起的接触应力也就越大，因而在发生点蚀破坏前所能经受的应力变化次数也就越少，亦即轴承的寿命越短。滚动轴承的基本额定动载荷是在一定的运转条件下确定的，载荷条件为纯径向载荷。因此，在进行轴承寿命计算时，必须把实际载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的当量动载荷（用字母P表示）。这个当量动载荷，对于以承受径向载荷为主的轴承，称为径向当量动载荷，具体用表示；所以 （54）对于具有基本额定动载荷C（或）的轴承，当它所受的载荷P恰好为C时，其基本额定寿命就是r。但是当所受的载荷PC时，轴承的寿命为多少？这就是轴承寿命计算所要解决的一类问题。轴承寿命计算所要解决的另一类问题是，轴承所受的载荷等于P，而且要求轴承具有的预期计算寿命为，需选用具有多大的基本额定动载荷的轴承？计算公式如下； (5-5)式中，的单位为h。为指数。对于球轴承，=3.n=3000 r/min。五号轴轴承采用GB276-89深沟球轴承特轻（1）窄系列7000107，内径d=35 mm、外径D=62 mm、宽B=9 mm，Cr=12.2 kN。P1000 N。 （5-6）所以轴承校核满足要求，同理各轴轴承都满足条件。5.3 键的校核 各轴电机以及减速器的输出轴上的键统一采用平头键，键的尺寸按符合标准规格和强度要求来取定，键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽b键高h表示）与长度L。键的截面尺寸bh按轴的直径d由标准中选定。键的长度L一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或略短于轮毂的长度，重要的键连接在选出键的类型和尺寸后，还应进行强度校核计算。载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为 （5-7）式中：T传递的转矩（），Nm； k键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5 h，此处h为键的高度，mm； l键的工作长度，mm； d轴的直径，mm； 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，选用铸铁，为55 MPa； 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，选用刚，为40 MPa。六号轴减速器输出键的h=2 mm，L=10 mm，d=9 mm，T=0.09405 Nm。 （5-8）所以键强度校核满足要求，同理可得各键强度校核皆满足要求。5.4 螺钉校核为了满足机器人美观等要求，所以所有螺钉全部采用内六角圆柱头螺钉。由于UR机器人采用铝合金材料，重量较轻，所以螺钉受到的力为转矩力即承受工作剪力的紧螺钉连接。这种连接是利用铰制孔以及螺纹孔用螺钉抗剪切来承受载荷F的。螺钉杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压；在连接接合处，螺钉杆则受剪切。因此，因分别按挤压及剪切强度条件计算。螺钉杆与孔壁的挤压强度条件为 （5-9）螺钉杆的剪切强度条件为 （5-10）式中：F螺钉所受的工作剪力，N； 螺钉剪切面的直径（可取为螺钉孔的直径），mm； 螺钉杆与孔壁挤压面的最小高度，mm，设计时应使1.25； 螺钉或孔壁材料的许用挤压应力，MPa； 螺钉材料的许用切应力，MPa。通过选择，最危险的地方在五号关节联轴器与管道之间的螺钉连接处，螺钉材料为钢，尺寸选用M3，即=3 mm，。，总共有4个螺钉。将数值代入公式5-9、5-10中得 （5-11） （5-12）所以螺钉满足强度校核要求。同理其余各螺钉都满足要求。第6章 结论与展望为期一个学期的毕业设计转眼间已经过去了，回顾这半年的时间，感触颇深，有太多的感叹。一、结论毕业设计是大学学习的最后一个阶段，是对四年大学生涯基础知识和专业知识的总结性考核，是一种综合的再学习和再提高的过程。这一过程有助于我们培养独立学习能力和检索文献的综合能力。我选的课题是安徽工程大学机械与汽车工程学院机器人结构的设计，这一名为“UR-06六自由度工业机器人”对我来说是一项新的考验和挑战。工业机器人这门课是大四上学期才修完的一门专业任选课，刚知道了工业机器人的基本知识后，就接到了这个毕业课题。在设计过程中，初期的结构设计的一次次探索，让我对工业机器人有了更深层次的了解。工业机器人由于其任务、工作环境以及操作对象的限制，所以让工业机器人在结构以及运动中有了一定的局限性。价格昂贵、结构复杂、形态过大限制了工业机器人的广泛运用，所以迫切需要出现一种新型的机器人，可以有效的解决以上的限制。模块化、可重构性是新型机器人通用机器人的特点，结构的简化、方便的操作使其在工业生产上得到了广泛的运用。以往的机器人普遍存在特定的适用范围，无法普遍的适用于各种生产任务，所以针对这一特点，在咨询老师意见和广泛查阅文献资料后，修改了末端执行机构，通过法兰盘的运用，可以根据不同的生产任务，换装不同的手爪，从根本上解决了其适用范围的局限性。由于某些特定工作条件的要求，所以我将机器人结构设计成了空心轴结构，所有的线路和管道可以从机器人轴的内部穿过。由于本人专业知识以及时间仓促，所以在设计过程仍然存在着一些不可避免的问题和缺陷。交流伺服电机以及减速器的选择是困惑我许久的一个难题，由于市场上的交流伺服电机以及减速器生产厂家以及经销商较多，对二者类型的选择是一个重要的环节。最终敲定选用松下伺服电机以及谐波减速器。电机以及减速器的结构尺寸决定了机器人关节结构的尺寸，由于时间比较仓促，所以电机的选择并不是最优的。圆柱形结构的关节，选用盘式电机更加适合。2、 展望工业机器人是新技术开发的重要内容，它是可编程序的机械装置，在操作控制下，按规定的程序完成一定的工作，更具有记忆、示数、再现等仿人功能。机器人具有“柔性”，由它组成的生产线、焊接线、喷漆线，即使产品更新换代后，只需要示教一遍，机器人仍可继续使用。国内外都在发展柔性制造系统（FMS)，以适应中小批量灵活生产和市场多变的需要，工业机器人是发展FMS不可缺少的单元。从国内外工业机器人的发展现状，看工业机器人的发展趋势，大体如下：1、 结构形式方面，关节式机器人代表着未来的发展方向，加速发展高精度空间型关节式机器人，将越来越多的应用于自动检测、自动装配方面。2、 驱动方式方面，伺服电机驱动是一个重要的发展趋势，并由直流伺服向交流伺服发展，但对于高速轻载或可燃气环境中工作的机器人，液压驱动仍有其优点。3、 普遍采用微机控制系统，在编程、示教功能、专用语言、工况显示、自断功能等方面发展极快。4、 技术参数方面（1） 向多自由度方向发展。目前大多为56个自由度，正在向810个自由度发展。日本已研制成用于检测作业的8关节18自由度的工业机器人。（2） 向高速化方向发展。工业机器人手腕部的合成运动速度，一般10001500 mm/s，最快可达20002500 mm/s，而目前正向超过3000 mm/s的高速度发展。（3） 定位精度提高。目前重复定位精度一般为0.11.0 mm，基本上能满足机器人作业要求。至于装配机器人的定位精度一般已达到0.20.05 mm，用于精密装配的可高达0.0050.01 mm，目前一些工业先进国正在研制精度为0.001 mm的超精密定位精度的工业机器人。（4） 提高负荷能力。空间关节式机器人的抓重与自重之比一般为1/401/30，较好的为1/20或者更高，目前各工业国家都在为提高机器人的负荷能力而继续努力。（5）提高作业功能和扩大工作范围。主要发展方向为提高手部动作的灵活性，自动更换手部，增强感觉功能，提高智能程度以加强环境适应力，增设各种移动装置以扩大其作业空间等.（6）采用新材料。选用高强度铝合金、钛合金、碳素纤维加强塑料、形状记忆合金、机械化学系列物质等新兴材料，实行机器人轻量化。（7）发展机器人应用系统。由机器人制造厂和工艺装备厂联合开发，共同提供成套工业机器人应用系统。工业机器人是机电一体化最典型的体现，是新技术革命的重要标志。机器人技术将对产业结构和社会生活产生广泛的影响。第7章 致 谢此次毕业设计即将结束，由于本人能力限制以及设计工作的要求，在设计过程中，得到了很多人的帮助，尤其是苏老师以及于老师对我的帮助，在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了苏老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！还要感谢好我同一小组的几位同学，是你们在平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计中的误区，使我能及时的发现问题把设计问题顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意！ 作者： 2012年06月15日第8章 参考文献1濮良贵，纪名刚.机械设计M北京：高等教育出版社.20052吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社.20063刘鸿文.材料力学M.北京：高等教育出版社.20034.索罗门采夫.工业机器人图册M.北京：机械工业出版社.19915吴振彪，王正家.工业机器人M.武汉：华中科技大学出版社.20056廖念钊，古莹菴，莫雨松.互换性与技术测量M.北京：中国计量出版社.20077曹文祥,冯雪梅.工业机器人研究现状及发展趋势J.机械制造.2011，（2）8王天然,曲道奎.工业机器人控制系统的开放体系结构J.机器人，20029王建宏,周晟宇.穿行于加工领域的工业机器人J. 金属加工(热加工), 2011，（14）10孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社.200511李庆林,刘加亮.Kinematics Analysis and Simulation of 6-DOF Industrial RobotJ.机电工程技术，2008，（11）12李庆龄、赵永生，Dynamic Analysis and Simulation of 6-DOF Industrial RobotJ,上海电机学院学报，2008，（4）13邢迪雄,张琦.Kinematics simulation of industrial robots based on CATIA V5J,机械，2011，（1）14张兴国,徐海黎.Analysis on Structure and Kinematics of FANUC M-6iB Industrial RobotJ.南通大学学报，2009，（01）15Tuna Balkan、M.A.Sahir.Arikan、H.Murat Baykuat，A Kinematic structure-based classification and compact Kinematic equations for six-dof industrial robot manipulatorsJ，2001，316Yang Zhao，Zheng FengBai.Dynamics analysis of space robot manipulator with joint clearanceJ.Department of Astronautic Engineering, Harbin Institute of Technology,2010,(3)第9章 附录9.1附录A 主要参考文献题录及摘要1.机械设计书 名 机械设计作 者 濮良贵、纪名刚出版社 高等教育出版社题 录 本书第四版是根据国家教委高教司批准印发的高等学校工科本科机械设计课程教学基本（机械类专业适用，1995年修订版）的精神修订的。本版更新了部分内容，例如渐开线圆柱齿轮、锥齿轮承载能力计算方法，滚动轴承的代号和表示方法，动载荷和静载荷计算，窄V带传动等。在拓宽知识面、加强归纳和综合等方面也适当增加了一些内容。全书分5篇共21章。第1章总论，第2篇联接，第3篇传动，第4篇轴、轴承、联轴器，第5篇其他零件。本书可作为高等学校机械类专业机械设计课程的教材，也可供有关专业师生和工程技术人员参考。本书第四版是根据国家教委高教司批准印发的高等学校工科本科机械设计课程教学基本（机械类专业适用，1995年修订版）的精神修订的。本版更新了部分内容，例如渐开线圆柱齿轮、锥齿轮承载能力计算方法，滚动轴承的代号和表示方法，动载荷和静载荷计算，窄V带传动等。在拓宽知识面、加强归纳和综合等方面也适当增加了一些内容。2机械设计课程设计手册书 名 机械设计课程设计手册作 者 吴宗泽，罗圣国出版社 高等教育出版社题 录 本手册是在第2版的基础上充分吸收机械设计课程设计教学改革的成果，并结合众多院校在实际使用过程中提出的改进意见修订而成的。为适应目前国内高校将机械原理、机械设计两门课程的课程设计整合的趋势，本手册增加了机械系统方案设计的内容。为了满足不同类型的学校进行机械设计课程设计的需要，本手册还新增了一些参考图例与设计题目。由于计算机辅助设计在本课程中的广泛应用，本手册新增了光盘一张，内容包括计算机辅助设计软件与参考资料两部分。本手册全部采用了最新国家标准。本手册共3篇20章。第一篇机械设计常用标准和规范；第二篇机械设计课程设计指导书；第三篇 参考图例与设计题目。本手册可作为高等工科学校机械类专业的教材，也可供相关工程技术人员参考。3材料力学书 名 材料力学作 者 刘鸿文出版社 高等教育出版社题 录 本教材是普通高等教育“十五”国家级规划教材。是在获国家科技进步二等奖及国家级教学成果一等奖的第三版的基础上，在保持原书风格和特点的基础上，做了少部分的修改。全书分、两册，共分18章。第册包含了材料力学课程中的基本内容，内容包括：绪论，拉伸、压缩与剪切，扭转，弯曲内力，弯曲应力，弯曲变形，应力和应变分析，强度理论，组合变形，压杆稳定，动载荷，交变变形，平面图形的几何性质等。第册包含了材料力学课程较深入的内容，内容包括：弯曲的几个补充问题，能量方法，超静定结构，平面曲杆，厚壁圆筒和旋转圆盘，矩阵位移法，杆件的塑性变形等。本教材可作为高等学校工科本科各专业的教材。刘鸿文主编的材料力学实验（第二版）可与本教材配套使用。与本书同时出版的材料力学学习指导书，可供学生复习、解题及教师备课时使用。4工业机器人图册书 名 工业机器人图册作 者 .索罗门采夫出版社 机械工业出版社题 录 本书是关于用于机械装配和其它工艺过程自动化的工业机器人图册，给出了工业机器人原理图和外观图，并附有简