三自由度圆柱坐标型工业机器人设计【三维PROE】【含11张CAD图纸】.zip

三自由度圆柱坐标型工业机器人设计I摘 要现代化方法进行设计的工业机器人，其能够代替人手实现许多机械化的操作。最常用的方式是采用固定程序来控制工业机器人进行指令的完成， 这一次进行设计的饮料工业机器人其构成主要包含了进行空间运动支撑的回转装置、 进行远近位移的伸缩装置、可以抬起落下的升降装置、以及用于夹紧工件的夹紧装置。这次研究整体的流程上， 首先对于需要设计的工业机器人其运行原理和需要的结构进行研究， 然后对应的规划了其设计方案应当运用三自由度的圆柱坐标系设计的类型型；随后，对于其相应结构所需要的数据进行研究以及校核；最重要的步骤是对于各个主要的零部件完成了设计以及校核的任务；最后的步骤，通过 AutoCAD 制图软件绘制总体的装配图和具体的零件图，并采用 Pro/E 软件进行了 3D 建模。关键字：关键字：工业机器人；回转装置；伸缩 ；夹紧；三自由度；圆柱坐标三自由度圆柱坐标型工业机器人设计IIAbstractThe modern design of the handling manipulator can replace human hands to achieve many mechanized operations. The most commonly used way is to use the fixed program to control the manipulator to complete the command. The structure of the beverage handling manipulator designed this time mainly includes the rotary device for spatial motion support, the telescopic device for far and near displacement, the lifting device for lifting and falling, and the clamping device for clamping goods.In the overall process of this study, firstly, the operation principle and structure of the handling manipulator to be designed are studied, and then the type of its design scheme should be designed by using the cylindrical coordinate system of three degrees of freedom; then, the data required by the corresponding structure are studied and checked; the most important step is to each main part The final step is to draw the general assembly drawing and the specific part drawing by AutoCAD drawing software, and use the Pro / E software to carry on the 3D modeling.Key words: manipulator; turning device; telescoping; clamping; three degrees of freedom; cylindrical coordinates三自由度圆柱坐标型工业机器人设计III目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪论.11.1 研究背景及现实意义.11.2 对于工业机器人概论.11.2.1 工业机器人的结构组成.11.2.2 对于工业机器人的归类.11.3 工业机器人在国内外发展现状.2第 2 章 总体方案设计.32.1 工业机器人设计要求.32.2 设计方案对比拟定.32.2.1 构造方案的选择.32.2.2 对于工业机器人驱动方案的确定.4第 3 章 工业机器人手部研发.73.1 手指卡钳的研发与校核.73.1.1 研发条件.73.1.2 构造尺寸研发.73.1.3 强度校核.83.2 夹持气缸的研发.93.2.1 气缸构造方法研发.93.2.2 气缸运行压力计算.93.2.3 气缸大部分数据的确定.103.2.4 气缸强度的较核.103.3 连接板的研发与校核.113.3.1 构造尺寸研发.113.3.2 强度校核.123.4 连接法兰的构造研发.12第 4 章 工业机器人臂部研发.144.1 臂部整体研发.144.2 对于手臂伸缩驱动力验算.144.2.1 对应手臂具备摩擦力的分析与运算.144.2.2 对于手臂密封处产生的摩擦阻力的验算.164.2.3 对于手臂惯性力进行的计算.164.3 对于手臂伸缩气缸进行的研发工作.16三自由度圆柱坐标型工业机器人设计IV4.3.1 对于气缸的构造尺寸进行确定.174.3.2 对于气缸外径进行的研发.184.3.3 对于活塞杆进行的计算校核.184.3.4 对于气缸端盖进行的研发操作.19第 5 章 对于工业机器人的机身研发.225.1 机身的整体研发.225.2 回转机构的研发.225.2.1 对应回转缸驱动力矩进行的计算.225.2.2 对于回转缸对应尺寸数据进行研究确定.235.3 对于机身进行升降运动的机构研发.265.3.1 手臂片需要承担的重力矩运算.265.3.2 有关于升降导向立柱不会发生自锁卡死的要求.265.3.3 对于升降气缸进行对应驱动力的验算.275.3.4 升降缸尺寸数据的确定.28第 6 章 基于 Pro/E 的三维研发.316.1 Pro/E 三维研发软件概述.316.2 三维研发.316.2.1 升降缸杆.316.2.2 伸缩缸体.316.2.3 转动缸体.316.2.4 手抓连接支架.326.2.5 总成三维装配.32总 结.34参考文献.35致 谢.36三自由度圆柱坐标型工业机器人设计1第 1 章 绪论1.1 研究背景及现实意义现代社会机械加工领域运用自动化技术越来越多， 多以工业机器人臂进行应用的地方逐渐增多。工业机器人的作用是替代人类手臂的一些动作，可以根据预先设定的程序、行程轨迹还有别的一些要求，来实现对于物品的拿取，运输，操作。工业机器人的应用能够代替许多机械含量不高的机械运动，减少人工成本，减轻人工负担。现在因为考虑到劳动力负担以及技术成本支出， 国内饮料产业大多仍然应用人工来搬运饮料，这种方法不仅效率很低，还对应增加了工人所需要承担的劳动强度，提升了操作者遭遇意外事故的风险。一些饮料生产厂家为了减轻工人的负担，提升搬运流程的效率，位于装卸的部位进行相应工业机器人的运用。所以可以设计出满足代替人工进行机械化搬运的工业机器人就变得相当重要。 本次课题设计就是依据这个对应的实际问题的要求，来对于对应的工业机器人进行研究设计。1.2 对于工业机器人概论1.2.1 工业机器人的结构组成传统的工业机器人构造主要包含进行抓取的手部、 灵活的运动机构以及控制工业机器人运动的控制结构三个部分。手部是用来拿取产品箱的所需构件，具体依据抓取物品的形状规格、尺寸大小、具备的质量、构成的材质和作业要求可以进行设计不同的结构组成，比如说进行可以夹持的类型、可以依靠机械臂进行托持的类型和和利用物理磁性做成的吸附型等。对于涉及的运动机构，它能够确保手部进行完成一定范围的回转运动、 一定方向的位移或空间范围之内完成的复合运动来完成直线预定好的运动，改变物品的空间位置。在运动机构中可以对应实现空间坐标系中 x,y，z 不同方向上的运动方式，可以称为工业机器人可以具备的自由度 ，为了可以方便的在空间中进行任意位置的操作， 需有工业机器人最好一共具备三个方向平动转动共计 6 个自由度。自由度的设计是对于工业机器人研究过程中的重要参数。对应机械臂拥有自由度数目越多，那么工业机器人可以具备更加灵活的特性，而且其具有更广的灵活性，同时也具备繁杂的结构。 一般情况下对于专业问题设计的工业机器人要求其具备二到三个自由度即可。1.2.2 对于工业机器人的归类有关于工业机器人进行的归类， 依据其进行驱动的方法能够将其分类成气压驱动式、液压驱动式、电力驱动式等等；依据其应用领域可以归类为专用工业机器人以及通用工业机器人两个种类；根据对于其运动路线进行控制的方法能够分为点位控制以及连续轨迹控制工业机器人两类。对于工业机器人大致可以进行分成三个类别：第一个类别是可以不依靠人工进行运作的通用类型的工业机器人。 这种工业机器人可以独三自由度圆柱坐标型工业机器人设计2立进行操作而不需要依靠其他的装置。它能够依据所要完成的任务进行专业编程，以此来达各这种目的。 它最大的特征是它除了能够具备对应的普通机械所具备的性能以外， 还有重复记忆操作的智能条件。 第二类则是需要依靠人力的， 可以称之为操作机。起开始的在原子以及军工领域开始发展起来， 初期的时候可以先通过操作机进行一些指定命令的工作，之后渐渐得到了更加智能的远距离操作的应用，在工业生产中所采用的进行锻造应用的操作机也归此类。 第三类是用来解决人工输送的专用工业机器人，可以设置在专用的生产线上，进一步来解决有关于饮料运送之类的问题。此种类别的工业机器人是为主机服务的由主机来进行控制带动；除了极少数可以人工进行编程的程序外，其自身具备的程序一般难以更改，因而作用单一，只适合于特定的工作。目前国外的研究主要是对于第一类工业机器人开展的。1.3 工业机器人在国内外发展现状工业机器人的研究最早开始于美国。在 1958 年美国公司开始研发了第一台工业机器人设备。其具备的具体结构是：将一个具有回转功能的长臂结构放置在基体上，在顶部设置具有电磁快的抓取装置。 1962 年，美国公司基于以上的研究成果又进行研发出了一款升级版的工业机器人臂。其具备的商用名称可以表示为 Unimate。它对应的运动装置参考了坦克上设置的炮塔， 保证了臂可以实现升降， 回转等操作、 动力方面采用气压驱动方式提供动力 ；程序的储存采用了磁鼓储存。 很多新型的球坐标通用工业机器人既是在此基础上渐渐进行研制的。在同年市面上又出现了专门进行搬运操作的特定工业机器人。1962 年美国机械制造公司也实验成功一种叫 Vewrsatran 工业机器人。该工业机器人的中央立柱可以回转、升降采用气压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种工业机器人出现在六十年代初，但都是国外工业机器人发展的基础。1978 年美国 Unimate 公司和一些著名高校联合进行研制了同时德国的一家公司还对应制作了一种可以进行点焊作业的工业机器人， 对应运用关节式构造模型使其更加灵活。加上了对应的程序控制可以满足多种需要。日本是对应工业机器人领域内得到了最多进展和更多应用的国家。自从其 1969 年在于美国购入两种不同类别工业机器人后开始加大力度在在工业机器人的生产领域进行投入。前苏联从六十年代刚刚开始时逐步使用工业机器人，到了 1977 年末的时候，苏联具备的工业机器人一部分依赖国产，一部分依赖进口。在于国内机械领域使用的工业机器人设备很多都是进行专用的设备， 其归属于一个主设备，有着机械的工作流程。进行发展的通用工业机器人也取得了进展，在目前使用的绝大多是就是开关式运用点位进行控制的类型， 对应可以进行时是调节的伺服型工业机器人已研制出数台， 但是复杂的对于连续轨迹进行控制的类型还没有成功研发。控制方式中对应的触点类型的固定程序控制占了很大程度的比例，进行专用的工业机器人大多都运用此种控制模式。三自由度圆柱坐标型工业机器人设计3第 2 章 总体方案设计2.1 工业机器人设计要求进行研发的工业机器人要求其可以在位于货车以及仓库之间