毕业设计（论文）-双臂搬运机器人结构设计.docx

毕业设计（论文）题目智能搬运机器人结构设计系（院）机电工程学院专业机械设计制造及其自动化班级学生姓名学号指导教师职称二O二三年四月二十日独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。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。本声明的法律后果由本人承担。作者签名:年月日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）：同意学校在不以营利为目的的前提卜.，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名:年月日摘要在工业4.0时代，衡量机器人的工作能力主要有以下几个方面的关键参数：反映机器人动作灵活性的自由度：机港人手将与其他部分之间发生相对运动的关节数：机器人手臂或手部安装点所能达到的空间区域：点动速度和程序的执行速度：在规定的性能范困内，机械然结处能承受的最大压力：重亚精度、最小移动距离和转角等，在上述提到的指标中通常情况下机器人的自由度、承受载荷能力是机器人的筑要技术参数，一般来说自由度越高,机器人所能完成的动作越发杂，所能适用的工作场景就越广泛。般工业机器人拥有3-6个自由度，而本文研究的智能搬运机器人拥有12个自由度，该投运机器人的工作场景更加广泛。本文针对棒料搬运和抓放,设计了一款12自由度（双六自由度）结构的智能搬运机器人。该论文主要进行了以卜.工作：介绍了国内外双普机器人发展概况以及研究现状，表明r智能搬运机器人研究的重要性，对智能搬运机器人的整体结构进行设计，完成了机器人传动和驱动方案的选型，并对机器人的手腕、大小臂、底座、机械爪等关节部分进行结构设计并对各部分电机进行设计并校核。关键词：智能搬运机器人；机械结构设计；关键零部件目录I绪论11.1 智能搬运机器人概述11.2 研究现状11.3 搬运机器人分类31.4 主要任务42 智能搬运机器人本体结构设计52.1 机器人设计基本技术要求52.2 驱动系统及传动系统设计623大臂结构设计72.4 小臂结构设计82.5 底座结构设计112.6 总体结构设计113 智能搬运机器人关节结构设计123.1 智能搬运机器人的手腕结构设计123.2 腰部回转关节结构153.3 臂部驱动回转结构153.4 手抓结构设计154 结论18致谢19参考文献201绪论1.1 智能搬运机器人概述在工业生产中,为了提1.劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。需要一种能够进行简单重更性劳作、花费少、效率高的机械设备，尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合这种需求更为迫切。因此，搬运机器人应运而生。搬运机器人在实际的工作中就是个机械手，它的快速发展正是因为其积极作用和影晌日渐被人们意识到。首先，它在很多场合能够替代人工作业：其次，它能够严格按照预先设定的程序，快速准确地完成工件的拆装及运蛤：再次，它能操作必要的机具进行焊接和装配，因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用.实现自动抓取、运送及放置的功能，实用价值较高。1.2 研究现状随着信息技术与互联网的快速发展与普及，智能机器人技术得到r突飞猛进的发展，其能够部分代杵人工工作，已经成为未来各个领域的关注点，目前我国智能机器人技术还相对落后。本文主要从国内外机器人的发展现状入手研究，经过对相关的资料分析,提出未来智能机器人的发展趋势,并以我国农业智能机器人应用经验为例，分析智能机器人对我国农业领域的应用情况，对于我国农业水平的提高具有深远意义。1.2.1 国内现状近年来，随若我国人口红利的逐渐消失，企业用工成本不断上涨，各种工业机器人获得了广泛的应用。焊接、装配、切割、分拣、搬运等机罂人的出现，不仅通过“机器换人''解放了企业和行业的生产力，更推动了产业发展由劳动密集型向技术密集型的转变，促进了行业从传统模式向现代化、智能化的升级。在众多的工业机涔人中，搬运机涔人无疑是应用率最高的机涔人之一，不管是在工业制造、仓储物流、烟草、医药、食品、化工等行业领域，还是在邮同、图书馆、港码头、机场、停车场等场景，都能见到搬运机器人的身影而按照其可以进行自动化搬运作业的定义，搬运机器人不仅包括机械臂、机械手等固定机器人,轨道搬运车、轨道机器人等轨道移动机器人.还包括无人撤运车、AGV等自主移动机器人。2018年上半年以来，全球工业机器人市场规模已经达到155亿美元，我国市场也已超过40亿美元，庞大的市场销量卜.，搬运机器人的占比超过/30%.这些数据表明，如今搬运机器人不仅是饱受市场追捧的全新热点，更是工业机器人产业发展的主要力量。搬运机器人的强劲表现，与其广泛的市场需求密不可分。众所周知，物料搬运是一项无处不在的日常工作，存在于各行各业间，但看似不起眼的简单工作背后，却有着长期性、基础性的企业需求，还时常受到人员、成本及效率等因素的限制，在这样的楮况下，撒运机涔人大有可为。以智能制造为技术背景的时代已经提前到来，在互联网平台、人工智能技术逐渐普及的大数据条件下，机器人的智能化程度越来越高，这不仅提升了我国劳动力技能，而且开辟了新的工作岗位，机器人工程师迅速成为行业抢手货，转而成为“智造人才未来，培养从研发、生产、维护到系统集成的多层次、多类型技能人才将会是提升企业核心竞争力的关键所在。1.2.2 国外现状为了使机器人能更好的应用于工业，件工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力.在美国和加拿大，各主要大学都设有机器人研究室，麻省理工学院侧亚于制造过程机器人系统的研究，卡耐基梅隆机器人研究所恻重于挖掘机器人系统的研究，而斯坦福大学则着重于系统应用软件的开发德国正研究开发“MOVEANDP1.AY”机器人系统，使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。除了这些研究单位，各大机器人企业也投入大量人力、财力开发机器人系统。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操做和维修）。而雎机价格不断卜降，平均班机价格从1991年的10.3万美元降至2002年的6.5万美元。机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机检测系统三位一体化，由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机，国外己有模块化装配机器人产品问世.工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化：器件集成度提高，控制柜日渐小巧，且采用模块化结构：大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用/视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制：多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。虚拟现实技术在机那人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人.当代遥控机涔人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控、遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入使用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名的实例。机器人化机械开始兴起。从94年美国开发Hr虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。1.3 搬运机器人分类目前因工业机器人的种类多还没有统的分类标准，按照行业来分，机器人使用于工业，服务领域和特殊筑域。I、按机器人使用用途分类（1）专用型机胧人它是一种专用机械装置，带有一个固定的程序，一般不配备独立的控制系统.其主要特点是动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠、成本低。主要用在加工中心上如自动换刀机器人和自动生产线的装卸机器人等。（2）通用型机港人通用型机器人主要特点：具有独立的控制系统，程序可变，动作灵活多样的机器人.在其性能范国内，其操作程序是可变的，可以在不同的情况下通过调整而使用，并且驱动系统和控制系统是独立的“通用机器人工作范围广、定位精度富、通用性强，适用于不断更换生产品种的中小批量自动化生产。通用机器人是根据其控制那边方式分为简易型和伺服型两种，简易式以'开关',式控制式定位.选用点位控制伺服,如果点位连续即可以实现轨迹控制,伺服蟹通过伺服控制系统,可以实现数字化控制。2、按机器人驱动方式分类主要仃以下几类:(I)液压传动型机器人液压传动型机涔人是一种用液体(主要是液压油)的压力来骈动执行涔运动的机器人.其主要优点是：传动平稳、抓重力大(常常可达几百公斤以上)、结构紧凑、动作灵敏。缺点：有液压油泄漏的可能性，对密封要求较为严格。且不宜在高温、低温卜工作。若机器人采用电液向服骈动系统，可实现连续轨迹控制，使机罂人的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本i°(2)气压传动皇机器人气压传动型机器人是其驱动动力源主要是压缩空气。其主要优点：气源来源极为方便，气动动作迅速，结构简单，成本低。缺点：输出力小(抓筑一般在30公斤以卜I,而且因为气体具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，在同样抓重条件下它比液压机器人的结构大。经常用在高速、负荷轻、高温、粉尘大的环境下工作。(3)机械传动型机器人机械传动型机器人主要是由凸轮、连FF、齿轮、齿条、蜗轮蜗杆等机械传动系统驱动的机器人“它是一种附着在工作主机上的特殊机器人，其动力由工作机械传递。其主要特点是其运动准确、可靠，用于工作主机的装卸。动作频率大,但结构大，动作程序不具有变显。3、按控制方式分类(1)点位控制它的运动是在空间中从点到另点的运动。它只能控制运动过程中几个点的位置，而不能控制它的轨迹。如果想控制更多的点，这将不可避免地增加电气控制系统的豆杂性。目前使用的特殊的和通用的工业机器人都属于这一类”(2)连续轨迹控制它的运动轨迹是空间中任意的连续曲线。其特点是设定点是无限的，整个运动过程都受到控制。它能实现稳定、准确的运动，应用范围广泛，但电气控制系统比较复杂。这种工业机器人通常是由小型计算机控制。1.4 主要任务本文拟以智能撒运机器人为研究时象，对机器人进行驱动传统系统进行设计并对主要部件进行结构设计：利用软件建立机罂人三维模型。生要内容如下:首先是绪论部分。介绍了国内外双臂机器人发展概况以及研究现状，表明了智能搬运机器人研究的重要性。随后是智能搬运机器人的本体结构设计.根据所需完成任务的要求对机器人的驱动、传动系统进行设计，并利用UG建模设计了机器人的大臂、小臂、底座，完成了总体结构的设计方案。第三章为智能撤运机器人的关节结构设计。对机器人的手腕、大小再、底座、机械爪等关节部分进行结构设计并对各部分电机进行设计并校核。第四章为总结与后续规划部分。总结了本文的研究成果并针对一些不足提出规划下一步的研究和学习方向.2智能搬运机器人本体结构设计和堆照机器人对比，双购机蹲人的两个机械臂看似分离，实则为一个整体,两个手臂之间存在着协作关系.它们使用同一个系统，使用同样的数据，通过双臂之间的合作，完成两个手臂才能完成的工