摘 要

中国作为“全球工厂”，长久以来向世界提供了许许多多的产品；然而这些产品很大一部分属于劳动密集型产品，就以汽车制造业来说，中国现今都缺乏世界范围内有影响力的品牌，先进程度尚未被世界所认可。而汽车制造业本身又是由大大小小的生产环节所构成的，本文针对于我国汽车制造企业凸轮轴件生产线上抓取运动进行相应的机器人设计，旨在通过本设计来提高该生产线的智能化、自动化程度。过程中借助Solidworks等软件进行实体模型的建立和一定程度的分析。

论文主要设计了抓取机器人的总体框架、基座部分，并对设计中所可能遇到的问题进行一定的分析和校核、选型，一步步构建起整个抓取机器人的结构，完成了本次设计的课题。

关键词：抓取机器人；机械总体设计；凸轮轴生产；机器人基座

Abstract

China, as long called of Global Factory, has provided huge amount of products to the world. But the majority of those products are labour intensive products. Take motor industry for example, China is still lack of corporations that have international influence and advanced technology among the globe. Automobile industry is made up with many manufacturing links, so aiming at domestic company this paper design a robot for camshaft production line, in order to promote the intelligence and automation of the production line. Used Solidworks for model forming and simple analysis.

Paper mainly designed the general framework and pedestal, and has analysis, verifications and type selection for robot, therefore step by step set up the whole grabbing robot, finished the design goal.

Key Words：Grabbing Robot；Mechanical General Design；Camshaft Manufacturing；Robot Pedestal

目 录

第1章 绪论 1

第2章 抓取机器人的总体设计 2

2.1 总体结构设计 2

2.2 根据设计思路的坐标系建立 4

第3章 夹钳式手部的设计 6

3.1 手爪的力学分析 6

3.2 手爪的力学计算 7

3.3 由夹钳式手部推导的上部机构 9

3.4 手爪部设计的运动流程、运动结构及评价 11

3.4.1推杆轴 12

3.4.2 齿轮齿条传动 13

3.5夹钳式手部使用电机的选型 13

第4章 腕部的设计及计算 14

4.1腕部设计的运动流程、运动结构 14

4.2 腕部的设计计算 14

4.3 腕部回转电机的选型 16

第5章 小臂的设计及计算 17

5.1小臂的结构设计及其质量计算 17

5.2轴零件的分析计算 18

第6章 大臂部分的传动和设计 21

第7章 基座部分的整体设计及其校核 23

7.1、基座部分的整体设计 23

7.2、基座蜗轮蜗杆式回转支承的设计及计算 24

第8章 抓取机器人的运动分析 28

8.1 机器人抓取范围的分析 28

8.2 抓取机器人动作的控制与实现 30

8.2.1 回转运动的实现 31

8.2.2 手爪抓取零件的实现 31

第9章 总结 32

参考文献 33

致谢 34

第1章 绪论

随着经济发展的浪潮不断上涌，中国作为一个世界制造大国，在制造总量上有着无与伦比的数量优势。然而不可否认的是，中国制造大国的头衔却并不能为其赢得制造强国的口碑，特别是在工业自动化程度上，离欧美、日本等发达国家仍有着不小的差距。

需要注意到，我国人口基数的庞大带来的是劳动力基数的可观；但另一方面，随着制造业制造基础、制造要求的不断提高，相应劳动力的成本也水涨船高。而世界范围内的自动化生产技术日新月异，为企业一方面优化、精简劳动力提供了优质的基础，更为企业产品质量等提供了保障。更进一步的是，在引进了自动化生产、机器人技术等一系列生产技术后，企业对于产品生产中的许多难点和障碍就有了突破的可能，这对整个企业的提升是全面而整体的。

本次毕业设计的要求是构建凸轮轴生产线上的抓取机器人的总体设计和基座设计。本文设计的抓取机器人旨在代替汽车发动机凸轮轴生产线上旧有的人工式的搬运条件，节省人力资源消耗，将大强度、低技术含量的工作交由机械完成，并使用节约下来的人工进行扩大生产，为企业的规模扩大、生产扩大打下有利基础，提高企业的自动化、机械化水平，增强企业的行业竞争力。而机器人底座则是机器人的承重、受力部分，有时也被称作立柱，底座的刚度、受力情况和设计优劣，将直接影响整个抓取机器人的工作精度、疲劳程度。

凸轮轴件零件生产线的机器人化、自动化，不妨先对零件本身作了解。凸轮轴是活塞发动机中的零件，是控制气门的核心部件，转速较高，工作状态下会受很高的扭矩，深刻影响到发动机的性能。可见，凸轮轴件的生产较为精密，对精度、型材的要求都比较严格；其实，对于汽车制造业来讲，发动机可以看作是汽车的核心，而凸轮轴又是发动机内的核心部件，在庞大的汽车制造业中来看，其对于凸轮轴零件的需求量同样巨大，生产线必须保证质量，更得保证零件大批量生产的能力，否则就跟谈不上盈利。

本课题中，所要抓取的凸轮轴零件轴径尺寸约为40-50mm，长度约为400-500mm，质量在15kgG-25kG均有型号。在实际设计中，本人考虑到各式凸轮轴零件型号、尺寸的各种不同，在设计时尽量考虑该抓取机器人能够针对于质量、尺寸相差不太大的几种凸轮轴进行操作。为此，在设计中，考虑了一些柔性制造因素。

在实际生产环节中，抓取机器人的工作是定位至加工零件（或是加工零件及其随行夹具）处，抓取该零件并锁紧，然后通过空间的动作将零件转移至下一工位，在定位完成后松开零件，同时进行回程运动，为下一次抓取做准备；以上是抓取机器人工作中动作的大致规划，在实际设计中则对于不同的零件应当因地制宜的考虑设计。

第2章 抓取机器人的总体设计

在设计初始，考虑到整个抓取机器人的动作方案、动作目的，应当首先对于机器人本身所应该具有的结构做一个分析，明确设计思路，明晰动作归属。

2.1 总体结构设计

对于本次的机器人设计，综合现有的较为成熟的机器人结构设计，可以归为如下的一张表格：