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摘 要
机器人技术是机电一体化产品，搬运机器人成为一个领先的研究课题。运用在不同领域，如机械，电子，信息理论，人工智能，生物学和计算机，知识等诸多领域的发展机械接头端的设计，机器人也导致了这些学科的发展。搬运型机器人是一种典型的机电一体化产品，工艺多搬运运动的一个热点手臂运动更多的领域进行合作研究。机械，电子，信息理论，人工智能，知识和生物和计算机许多学科，但其发展的多机构衔接所需组合搬运也促成了这些学科的发展。
本文采用在结构设计上的搬运型机器人，并完成图纸和零件图总装配图。为机器人模型的要求被分析以估计电机的每个搬运，充分的设得所需要的转矩和功率。完成搬运型机器人的程序设计，总体设计，结构设计，运动学模型操盘分析，检查，分析机器人模型，设计和生产机器人模型做的过程中强度的关键部件，绘制3D图。
关键词：机械臂，结构设计，搬运机械手，电机
Abstract
Robotics is mechatronics, articulated robot into a leading research. Used in different fields, such as machinery, electronics, information theory, artificial intelligence, biology and computer knowledge, and many other developments in the field of mechanical coupling end design, the robot also led to the development of these disciplines. Articulated robot is a typical mechatronic products, a hot process more articulation arm movement more areas of collaborative research. Many disciplines mechanics, electronics, information theory, artificial intelligence, knowledge and biological and computer, but its multi-agency convergence desired combination of joint development also contributed to the development of these disciplines.
In this paper, the structural design of the articulated robot and complete drawings and part drawings assembly drawing. Requirements for the robot model is analyzed to estimate the motor of each joint, full selection of the desired torque and power. Complete articulated robot programming, design, structural design, manipulator kinematics model analysis, inspection, analysis robot models, key components design and production process of doing robot model intensity, plotted in Fig. 3D.
Keywords: arm, structural design, articulated robot, motor
目 录
摘 要 II
Abstract 1
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2 搬运机械手研究概况 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 2
1.3 搬运机械手的总体结构 3
2 总体方案设计 5
2.1 技术参考数据 5
2.2 搬运机械手工程概述 5
2.3 工业搬运机械手总体设计方案论述 6
2.4 机械手机械传动原理 7
2.5 机械手总体方案设计 8
2.6 本章小结 9
3 机械手大臂部结构 10
3.1 大臂部结构设计的基本要求 10
3.2 大臂部结构设计 11
3.3 大臂电机及减速器选型 11
3.4 减速器参数的计算 12
3.5承载能力的计算 16
3.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算 16
3.5.2 柔轮疲劳强度的计算 16
4 小臂结构设计 21
4.1 手指的相关设计与计算 21
4.2 手爪结构设计与校核 21
4.3 结构分析 23
4.4计算分析 23
4.5 腕部设计 24
4.5.1 手腕偏转驱动计算 24
4.5.2 手腕俯仰驱动计算 34
4.5.3 电动机的设得 35
4.6 小臂部结构设计 37
4.7 小臂电机及减速器选型 37
4.7.1.传动结构形式的设得 38
4.7.2.几何参数的计算 38
4.8 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算 39
4.8.1柔轮齿面的接触强度的计算 39
4.8.2柔轮疲劳强度的计算 40
4.9 轴结构尺寸设计 41
4.10 轴的受力分析及计算 42
4.11 轴承的寿命校核 43
5 机身设计 46
5.1 步进电机设得 46
5.1.1 计算输出轴的转矩 46
5.1.2 确定各轴传动比 48
5.1.3 传动装置的运动和动力参数 48
5.2 齿轮设计与计算 51
5.2.1 高速级齿轮设计与计算 51
5.2.2 低速级齿轮设计与计算 55
5.3 轴的设计与计算 58
5.3.1 输入轴的设计与计算 58
5.3.2 中间轴的设计与计算 61
5.3.3 输出轴的设计与计算 63
5.4 轴承的校核 65
5.4.1 输入轴上轴承寿命计算 65
5.4.2 中间轴上轴承寿命计算 66
5.4.3 输出轴上轴承寿命计算 67
5.5 键的设得和校核 69
5.5.1 键的设得 69
5.5.2 键的校核 69
6 液压系统图 70
7 搬运机械手PLC控制系统设计 71
7.1 搬运机械手的工艺过程 71
7.2 PLC 控制系统 71
7.2.1 确定输入/输出点数并设得 PLC 型号 71
7.2.2 分配 PLC 的输入/输出端子 72
7.2.3 所需元器件明细表 72
7.3 PLC 控制系统程序设计 73
总 结 77
参考文献 78
致 谢 79
1 绪论
1.1引言
搬运型机器人是一种典型的机电一体化产品，工艺多搬运运动的一个热点手臂运动更多的领域进行合作研究。机械，电子，信息理论，人工智能，知识和生物和计算机许多学科，但其发展的多机构衔接所需组合治疗也促成了这些学科的发展。多臂搬运领导的多搬运臂运动。
1959年成为世界上第一个工业多搬运手臂运动的诞生，创造发展胳膊的新时代的多搬运。随着科学技术的发展和运营研究部门的应用多联快速发展。加藤一郎，日本早稻田大学手臂搬运和更多的世界知名专家，教授说：“一个很大的特点，多搬运手臂运动应该有工作。”的方式是，在自动化程度高的，电力系统更复杂。伟大的发明家爱迪生曾经说过，“神造人的两条腿是最美丽的杰作。”该系统具有丰富的动态环境的要求非常低，无论是在地面上，而且在非结构化地形复杂，适应性良好的环境状态。为了延长多搬运型机器人的功能和应用开辟无限广阔的发展前景。
研究搬运型机器人的原因和目的，主要表现在以下几个方面：机构的发展，使他们对结构性和非结构性的工作，许多圈子，而不是个人或更新和人类活动的领域扩展;希望更多的人有一个内在的理解和认识，并使用这些功能对个人服务，如假肢。系统动力学与在此领域丰富的研究，其研究和臂运动更加危险的机器的扩展，多搬运臂的运动可以作为一个多搬运臂的移动智能播放在人工智能领域的一个重要的角色。
多搬运臂的运动的定义，世界上唯一的格式是不一样的。手臂运动协会与更多的企业的联合国标准化最近在他的手臂采用了国际对美国带来的多搬运运动的定义：操作臂多联合演习是一个多功能可编程的操作系统，你可以改变该程序的操作完成各种各样的工作，尤其是对物料输送，传动部件。参照国际定义，和语言的组合的中国多臂搬运的定义如下：
机械手的多搬运运动是一个独立的行动，更自由，灵活地改变程序，它可以放置在任何地方，自动化程度高的机器的自动化。汽车油漆或其他涂料行业铰接多搬运运动E'可用。
多搬运运动臂高刚性臂，与其它可能的相比，必须要快，能够进行重的东西，且精度非常高，可以基于外部信号，各种自动操作的。
处理的多搬运臂的运动是一个计算机可编程的自动控制装置的控制下。使用的多搬运运动操作臂是提高了产品的质量和工作的生产率，生产过程的自动化，改善了工作条件，并降低了劳动强度的有效手段。诞生和多搬运手臂运动的发展，虽然只有30岁，但已经应用到国民经济的许多部门，民间的技术，应用，具有广阔的发展前景，显示出强大的生命力[1-2]。
1.2 搬运机械手研究概况
1.2.1 国外研究现状
人类和动物的运动原理的第一个系统研究是迈布里奇发明了照相机跟单，即设定的触发相机的电源，并在1877年他成功地参加了四足和连续运行的许多照片。后来，这种方法使用的相机是用来研究人体运动Demeny。从1930年到1950年，苏联也伯恩斯坦从深入人类和动物研究的生物动力机制的角度看，并提出的议案非常形象化的描述。
真正研究机构运动多搬运全面，系统于1960年推出至今，联合多月的手臂比较完整的理论体系只有形成，并在一些国家，如日本，美国和“苏联已成功开发出可以是静态或动态的，多臂枢轴原型。在这一节中，我们介绍了1960年至1985年期间，臂多搬运实地达到的运动的最重要的进展的团队。
在20世纪60年代和70年代，武装多搬运运动控制理论产生三种类型的控制方法是非常重要的，这限制了国家控制，控制参考模型和控制算法。这三种控制的方法对所有类型的搬运机械手都是适用的。国家控制是通过在1961年提出的模型的参考检查于1975年由美国法恩斯沃思南斯拉夫托莫维奇限制，该算法是由著名的胳膊南斯拉夫研究所米哈伊尔•罗多搬运运动学专家鲍宾控制Vukobratovic博士1969 - 1972年的教堂中扣除。有这三种类型的控制方法之间的内在关系。有限状态控制实质上是一个控制参考模型，并且该控制算法是这种情况[1]的中心。
在搜索步态，苏联Bessonov和Umnov定义“最佳步态”，Kugushev和Jaro-
shevskij定义自由的步伐。这两种步态不仅能适应，而且要适应胳膊多条腿多企业的动向。在这些中，对于自由路径的步骤的条件的规则。如果地形是非常粗糙的，所以运动臂多搬运，下一步应放在哪里脚不能基于对步骤序列来加以考虑，但应通过步骤以便攀登者去步骤通过一些优化标准来确定哪个是所谓的自由速度。
稳定性研究手臂动作的多搬运，美国Hemami，该提议的稳定性和系统的控制的简化模型作为振荡器，反转（倒立摆），它可以被解释为在换能器存在的问题的向前运动。此外，减少了控制的考虑，Hemami，谁也研究手臂运动的多搬运“减少型”问题的复杂性进行了研究。
此前我们指出了系统的Vukobratovic还人形能量分析，但它的力量是有限的搬运和随时间的整个系统的变化，并没有太多涉及这个问题的最佳功耗的出口。但是在他的研究中，Vukobratovic得出一个有用的结论，即平滑的姿态，类人型系统所消耗的功率就越少。
1.2.2 国内研究现状
国内前机器人起步较晚，我国自1980年以来，在体育领域的多臂共同研究和应用。 1986年，国家启动了“规划纲要”的研究多动搬运臂，中国的高科技“863”水平运动臂包括于1987年。目前联合研发，中国移动手臂多企业的研究和开发应用单位主要与高校和科研院所。初步调查多搬运型机器人技术的主要目的是更先进的技术来跟踪国际风险手臂的运动，然后取得了一些成绩。
1986年哈尔滨工业大学，他开始研究最为搬运臂，脚静手臂运动HIT-I和110厘米高，体重70千克多的企业，率先成功开发进度有10个自由度，以到达地面上的线，左，右，以及运动，上下楼梯，45厘米左右10秒/步，速度成功研制的HIT和HIT-II-III，重量为42千克，长度103厘米，它是12个自由度，以实现一个步骤每秒24厘米，2.3分速度。 HI目前正在开发第四乐章的下一个多搬运臂，身体52度的自由，这是一个伟大的运动和速度的平衡三臂，多搬运运动[3-7]。
在1988年春国防科技大学成功具有六个自由度的平面双足运动臂多搬运KDW-1，可以向前，向后和上下楼梯，每秒40厘米，四步开发的最大速度，在1989年今年的步伐，我们开发了一种空间KDW-II，具有10个自由度，最高的69厘米，重13公斤，包括更多的来回，上下楼梯和周围的近静态和动态稳定性。 1990年两纵缝互联网KDW-II，在KDW-Ⅲ开发的，有12个自由度，并添加函数曲线，以获得完整的测试环境。 1995年在步骤20厘米0.8秒〜22厘米，13度的最大角度动态的步伐。 2000年KDW-III中国的第一个人形的手臂的“排头兵”的成功结束的发展的基础上，在一个不确定的环境下微小的变化动态每秒，两步周期，1.4男，为20 kg的多搬运的动作，有头，眼睛，颈部，身体，手臂，脚，和一定程度的语言功能[8-13]中。
此外，清华大学正在开发一个人形的手臂培育更多升学衔接THBIP-I，高七米，体重130千克，32自由度的支持清华大学985项目，该项目是。南京航空航天大学有八个自由度机械手搬运间隙静态函数[13,14]的发展。
本文从“首届全国研究生机械创新设计大赛”多搬运手臂动作。此时，单臂，多搬运运动通常在车轮的形式是为了实现功能相。事实上，模仿人类行走手臂和腿部的多搬运的动作并不多，但也有六条腿，已经出现四腿臂多搬运运动，但多搬运手臂运动尚不多见。我们的问题，简单地探索设计巧妙的机械设备和简单的控制来模拟人的手臂的多搬运的动作。子功能是：替代大步，摇摇头，摆动手臂，摆臂。
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