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SC750三軸伺服驅動機器人機構設計

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更新時間：2016-02-27
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SC750三軸伺服驅動機器人機構設計.rar
目錄
前言 2
第一章緒論 3
1.1 引言 3
1.2 工業機器人的含義 4
1.3 選題背景與意義 5
1.4 工業機器人的組成 6
1.5 工業機器人的發展及國內外發展趨勢 7
第二章 SC750三軸伺服驅動機器人結構設計方案 12
2.1 機械手的設計方法 12
2.1.1 機械手的選擇與分析 12
2.1.2 直角坐標機器人的設計方法 13
2.2 機械手的結構設計 19
2.2.1 機器人的總體設計 19
2.2.2 機械手的傳動部件設計 20
2.2.3 機械手的臂部設計 21
2.3 SC750三軸伺服驅動機器人機構的特點 21
第三章工業機器人的運動系統分析 22
3.1 工業機器人的運動系統分析 22
3.1.1機器人的運動概述 22
3.1.2 機器人的驅動方式 25
第四章SC750三軸伺服驅動機器人零件的設計 26
4.1 伺服電機的選擇 26
4.2 減速機的選擇 28
4.3 齒輪齒條的選擇 30
4.4 導軌的選擇 38
第五章結論 40
致謝 41
參考文獻 42
前言
進入21世紀后,FANUC公司開發成功了配備有視覺傳感器和力覺傳感器的智能機器人。到現在已擁有可搬運質量從2 公斤到1.2 噸的種類豐富的商品系列。隨后，FANUC公司又開發了運用這一智能機器人的長時間連續機械加工系統機器人單元。在整個加工工序中加工作業本身使用數控機床進行自動化加工已經非常普遍了。但是，附帶作業，毛比如在加工中心的夾具上進行加工材料裝卸的作業，以及去毛刺邊，清洗等作業中的很多部分，現在還是依靠人工來完成。機器人單元使用智能機器人，不但實現了這些作業的自動化，而且在世界上最早實現了。小時的長時間連續加工，現在在FANUC公司的工廠共運轉著13 套這樣的機器人單元。機器人單元使用了兩種控制裝置也就是CNC和機器人控制器我們現在正在開發使這兩種控制裝置都可以單獨地顯示雙方狀態的功能，以進一步推進機床和機器人的融合。[1]
隨著我國工業自動化水平的不斷提高，在機械加工與制造領域，以及各種裝配與包裝自動化生產線上機械手的應用已相當普遍機械手通常擔負著上料下料等加工任務。由于PLC順序控制具有系統簡單可靠，控制靈活方便等特點，而且從 PLC誕生之日起其最基本最普遍的應用領域就是在工業環境下的順序控制，因此，基于PLC順序控制的機械手在工業自動化領域中得到廣泛的應用。
機器人是一種很特別的生產工具，因此，機器人應用的范圍十分廣泛。這些應用可以被劃分為3類：材料處理、材料搬運和裝配。在材料處理中，機器人用工具來加工和處理原材料。例如，機器人工具可包括鉆頭，從而可以在原始材料上執行鉆孔操作。材料搬運包括裝載零件。這些操作可以由機器人可靠地重復執行，因此提高了質量，減少了廢料損失。裝配是機器人技術的另一個廣泛應用。自動裝配系統能合并自動測試、機器人自動控制和機械處理，以減少勞動成本，提高產量，消除人工操作的危險性。

第一章緒論

1.1 引言
工業機器人是一種提高制造業生產力的工具。他誕生于20世紀60年代,在20世紀90年代得到迅速發展,是最先產業化的機器人技術它可以承擔那些對人類可能有危險的工作。它是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術,是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域。它的出現是為了適應制造業規模化生產,解決單調、重復的體力勞動和提高生產質量而代替人工作業。最早的工業機器人就曾用來在核能發電廠中更換核燃料棒。工業機器人也能在裝配線上工作，如安裝印刷電路板上的電子元器件。這樣人們就可以從這種單調的工作中解脫出來。機器人還能拆除炸彈，為傷殘人服務，為我們的社會做各種各樣的工作。[7]在我國,工業機器人的真正使用到現在已經接近20多年了,已經基本實現了試驗、引進到自主開發的轉變,促進了我國制造業、勘探業等行業的發展。

機械手作為自動生產線中的重要設備,已成為工業生產自動化的三大支柱之一, 可傳統的機械手,采用繼電器- 控制器控制氣壓系統,其控制系統復雜,大量的接線使系統的可靠性降低,設備的工作效率下降, 自動化程度不高,安全系數低.因此,利用PID 算法與PLC 控制技術改造傳統的機械手,研制一種智能機械手已成為當今工業生產自動化研究的主流.根據外國資料統計, [8] 在工業控制中 80% 都采用PLC.目前國外應用于自動控制這一領域占60%,應用于數據管理占 20%,用于生產管理占18%,用于人機接占 22%.可見, PLC 在工業領域已占主導地位.因此,研究機械手的智能控制對工業自動控制有重要意義. [9]
在理論上，隨著世界經濟和技術發展，人類活動領域的不斷擴大，機器人應有正迅速向社會生產和生活的各個領域擴展，也從制造領域轉向非制造領域，各種各樣的機器人產品隨之出現。SC750三軸伺服機械手的設計，不但在技術上可以追蹤機器人的發展趨勢，而且還可以填補工業機器人的應用的空白，促進我國工業機器人的技術水平的提高和產業化水平的發展。[10]

本次設計是根據對工業三自由度機器人的總體結構及傳動系統的分析和探討，進行三自由度工業機器人的結構設計。關鍵在于三軸（臂）的傳動系統的設計以及整體的結構設計。

1.2 工業機器人的含義
工業機器人的定義為：一種能夠自動定位控制，可重復編程的，多功能的，多自由度的操作機。工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業機器人以來，機器人技術及其產品發展很快，已成為柔性制造系統(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(CIMS)的自動化工具。
機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序軌跡極其它要求，實現抓取，搬運工件或操做工具的自動化裝置。在我國由于大多數工業機器人所執行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業機器人稱做操作機械手。
智能機器人是機器人的發展方向，它具有智能系統，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業機器人，能在較為復雜的環境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環境，并自動完成更為復雜的工作。
1.3 選題背景與意義
由于工業自動化的全面發展和科學技術的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作已滿足不了工業自動化的要求，因此，必須利用先進設備生產自動化機械以取代人的勞動，滿足工業自動化的需求。其中機械手是其發展過程中的重要產物之一，它不僅提高了勞動生產的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中的一個重要組成部分。
本次設計研究的意義有：
1、可提高生產過程的自動化程度，應用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產率，降低生產成本，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。
2、可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業，大大地改善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復作業的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
3、可以減少人力，并便于有節奏地生產。
4、本課題研究的機械手機構簡單，主要采用一個伺服電機和兩個氣缸控制機械手在三個方向進行移動來實現上料動作，成本相對其它機械手比較低且控制容易。
畢業設計作為大學四年的一個總結。通過對SC750三軸伺服驅動機器人結構設計，培養我們綜合運用所學過的基本理論、基本知識和基本方法和解決問題的能力。同時讓我們對軟件的使用有了更深的認識，是我們踏上工作崗位之后手中多了一份籌碼，而且，通過自身對課題的研究和小組的討論，增強了我們的團隊合作意識，提高了我們的實踐能力。
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