陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 17 页工业机器人结构设计00（陕理工机械工程学院机自专业 000 班，陕西 汉中 723003）指导教师：000摘要 本文简要介绍了工业机器人的概念，机器手硬件和软件的组成，即 plc 控制的机械手的系统工作原理，机械手各个部件的整体尺寸设计，plc 控制的特点。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的 plc 型号，根据机械手的工作流程制订了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图，并绘制了可编程序控制器的控制程序。关键词 工业机器人 机械手陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 17 页The Industrial robot design000（Grade00,Class00,Major Mechanical Design, Manufacturing and Automation，415Dept. ，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）Tutor：000Abstract This paper introduces the concept of the composition of industrial robots, robot hardware and software, system working principle that plc manipulator control, the overall size of the various components of the robot design, plc control characteristics. In this paper, the robot overall program design, to determine the coordinates of the robot forms and degrees of freedom to determine the technical parameters of the robot. While the design of the hand gripping structure of the robot type, the design of the structure of the robot wrist, the wrist required to calculate the rotation of the driving torque and driving torque of the rotary cylinder. Designed a robot arm structure. The programmable logic controller for robot control, select the appropriate plc model, according to the workflow robot control scheme developed programmable controller, draw a timing diagram of the robots work and draw a programmable control device control program.Keyword Industrial robot manipulator陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 17 页目录目录 .31 引言 .51.1 选题的目的及研究意义 .512 综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 .51.3 对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明，论文要写出相应的写作提纲 .62 工业机器人的结构设计 .821 手部结构 设计 .82.1.1 手指的形状和分类 .82.1.2 设计时考虑的几个问题 .82.1.3 手部夹紧气缸的设计 .92.2 腕部回转关节的设计(Y 轴回转) .122.2.1 步进电机的选 择： .122.2.2 Y 轴进给的设计 .132.2.3 Z 轴进给的设计 .202.2.4 Z 轴旋 转设计 .263 传动系统的设计 .283.1 确定减速器总传动比与各 级传动比 .28陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 17 页3.2 计算传动装置的运动和运动参数 .283.3 圆锥齿轮传动的设计计算 .294 轴的计算和设计 .334.1 轴一的设计 .334.2 轴二的设计 .365 滚子轴承的校核 .415.1 滚子轴承校核 .416 键的校核 .426.1 轴一键校核 .426.2 轴二间校核 .427 润滑方式及密封形式的选择 .437.1 润滑方式 .437.2 密封形式的选择 .438 减速箱体设计 .448.1 箱体设计 .449 系统设计与 PLC 控制系统设计 .469.1 系统的设计 .469.2 机械手的 PLC 控制系统设计 .46结 论 .48致 谢 .49参考文献 .50陕西理工学院毕业设计第 5 页 共 17 页1 引言1.1 选题的目的及研究意义在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。“工业机器人”：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。而少自由度工业机械人中大多数为机械手，而机械手机器人主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 23 个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。1.2 综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。据国际机器人联盟（IFR）2006 年 5 月发布的“2006 世界机器人调查”显示，2005 年世界新安装工业机器人 121000 台，比 2004 年的 97000 台增长 25%。这是继 2003 年工业机器人安装数量重回增长态势