摘要
状配是产品生产的后续工序, 在制造业中占有重要地位, 在人力、物力、财力消耗中占有很大比例，所以为了节约装配时间，实现装配的自动化，装配机器人应运而生。本文介绍了装配机器人的设计过程，其中绪论中介绍了设计的背景和意义，还有简要的设计要求，然后根据设计要求先进行机器人的总体设计，接着针对每个部分进行了具体的结构设计，最后为该机器人设计了一套单片机控制系统。所设计的机器人为关节型机器人，自由度为六个；应用步进电机来驱动每个关节的运动；在减速器设计中应用了结构紧凑的谐波齿轮减速；在传动过程应用了同步带传动；机器人的控制系统为基于单片机STC89C52的控制步进电机的控制系统。
关键词：工业机器人；谐波齿轮减速；单片机控制；生产线
Abstract
Assembly is a follow-up production processes in the manufacturing sector, which plays an important role in the manufacturing. It takes a large proportion in the consumption of human, material and financial, so in order to save assembly time, to achieve the automation of the assembly, the assembly robot came into being. This article describes the design process of the assembly robot. There are the background and significance of the design in the introduction, which followed by a brief design requirements. And then it is described the overall design of the robot according to the requirements, and then the concrete structure design. Finally, a microcomputer control system for the robot is designed. The robot is articulated robot of 6 degrees of freedom. Stepper motor is applied in driving the movement of each joint. The harmonic gear is applied in the compact design. Timing belt is used in the transmission process. The control system which mainly controls the stepper motors is based on microcontroller STC89C52
Keywords : Industrial robots; harmonic gear; microcomputer control; production line
目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1装配机器人的概念 1
1.2工业机器人的分类 1
1.3工业机器人的基本结构 2
1.4装配机器人发展现状 2
1.5装配机器人发展趋势 4
1.6课题研究的意义与内容 5
第2章 装配机器人的总体设计 7
2.1设计目标和设计内容 7
2.2设计方案 7
2.2.1 运动方案的确定 7
2.2.2 传动方式的确定 8
2.2.3 驱动电机的选择 9
第3章 装配机器人手臂各部分的结构设计 10
3.1 基本设计参数 10
3.2 机器人各关节力和力矩的计算 10
3.3 机器人各关节结构的设计 13
3.3.1 关节1（腰部）的结构设计 13
3.3.3 关节3的结构设计 18
3.3.4 手腕的结构设计 20
3.3.5 手爪的结构设计 22
第4章 装配机器人控制系统硬件设计 28
4.1控制电路各芯片的选择 28
4.2控制电路原理图的设计 31
结论 33
致谢 34
参考文献 35
第1章 绪论
1.1装配机器人的概念
设计所指的装配机器人是工业机器人的一种。所谓工业机器人，就是一种具有自动控制操作移动功能，能完成各种作业的可编程的机电一体化产品。也可称为机器人操作臂、机器人臂、机械手等。从外形来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链。这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸、上臂和下臂，工业机器人的关节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节，如图1-1所示。操作臂的前端装有末端执行器或相应的工具。也常称为手或手抓。手抓是由两个或多个手指所组成，手指可以“开”或“合”，实现抓取动作和细微操作。综上所述，装配机器人就是指应用在自动化生产线通过计算机控制能够完成所要求的装配任务的工业机器人。
突1-1 工业机器人基本结构图
1.2工业机器人的分类
工业机器人按发展历史的演变顺序可分类三类，第一代机器人、第二代机器人和第三代机器人。
第一代机器人具有示教再现的功能后具有可编程NC装置，设有位置、速度、力等内部信息的检测元件（内部传感器）和基于这些传感器的控制系统的私服机构。现在工业中应用的喷漆、搬运、电焊机器人，大多属于第一代机器人。
第二代机器人不仅具有内部传感器，还能利用外部传感器探测外部环境和操作对象的有关信息，来改变行动，进行规划，适应外界的变化和干扰。第二代机器人的中心技术是传感器技术和微机控制技术。
第三代智能机器人将极大地扩展机器人的应用领域，是当前研究的重点。智能机器人本身能够认识工作环境、工作对象及其状态，他根据人给予的指令和自身认识外界的结果，独立地决定工作方式，由操作机构和移动机构实现任务目标，并能适应工作环境的变化。
1.3工业机器人的基本结构
机器人整机，基本上由两部分组成，一是操作机，一是控制装置，操作机是机器人的本体结构，包括： 基座、驱动器或驱动单元、手臂、手腕、末端执行器、行走机构以及安装在操作机上的各种感受装置等。控制装置一般包括计算机控制系统、司服驱动系统、电源装置以及与操作者联系的装置等。
驱动器或驱动单元是机器人的动力执行机构，根据动力源的类别不同， 可分为电机驱动， 液压驱动和气动驱动三类。电动驱动在多数情况下采用直流、交流司服电机， 也可采用力矩电机、步进电机等。
手臂和手腕是机器人操作机中的基本部件，它由旋转运动和往复运动的机构组成。其结构形式是多种多样的， 但多数机器人的手臂和手腕是由关节和杆件构成的空间机构， 一般有3~10 个自由度组成，工业机器人一般有3~ 6 个自由度，由于机器人具有多自由度手臂、手腕的机构， 使操作运动具有通用性和灵活性， 这也是区别于一般自动机的特点。
末端执行器是机器人手腕末端机械接口所连接的直接参与作业的机构，如夹持器，焊钳，焊枪，喷枪或其他作业工具，传感器等。
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