三自由度机械臂系统设计及控制（3kg负载）毕业论文
2022-01-26 11:40:24
论文总字数：15432字
摘 要
工业机器人是用以按固定程序或手动控制来实现抓取、搬运某种物料或实现某种加工过程的自动操作装置。它可以部分取代工人来完成一些重复劳动以实现机械化和自动化生产，能在极端恶劣环境下完成人所不能完成的任务，因而被广泛应用于各种工业生产，为工业化进展贡献了重要力量[1]。此机械人主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。本文所设计的是圆柱坐标下的三自由度工业机械人，其工作方向为底座旋转以及两臂的直线运动。通过plc控制其可以完成简单的空间运动，以实现物料的搬运。
关键词：三自由度，圆柱坐标，工业机器人
Three-degree-of-freedom industrial robot system design and
control (3kg load)
Abstract
Industrial robot is an automatic operating device for picking up, handling, or performing certain processes in a fixed program or manual control. It can partially replace workers to complete some repetitive labor to achieve mechanization and automated production, and can accomplish tasks that people can't accomplish in extremely harsh environments. Therefore, it is widely used in various industrial productions and contributes to the progress of industrialization. This robot is mainly composed of three parts: hand, motion mechanism and control system. This paper designs a three-degree-of-freedom industrial robot in cylindrical coordinates, whose working direction is the rotation of the base and the linear motion of the two arms. It can be controlled by plc to complete simple space movement to realize material handling.
Key Words: Three degrees of freedom; Cylindrical coordinates; Industrial robot
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪 论 1
第二章 工业机体设计 2
2.1 工业机器人的组成及关系概述 2
2.2工业机器人的设计分析 3
2.2.1 设计要求 3
2.2.2 总体方案拟定 3
2.2.3 工业机器人主要技术性能参数 4
第三章 工器人的机计 6
3.1 工业机器人的运动系统分析 6
3.1.1运动概述 6
3.2工业机器人的执行机构设计 7
3.2.1 末端执行机构设计 7
3.2.2 11
3.2.3 腰座设计 13
3.3 工业的机械的选择 21
3.3.1 的选择 21
3.3.2 谐波齿轮的选择 23
3.3.3 24
第四章 的控制系统概述 26
4.1 的工作 26
4.2限位开关的工作原理及选型 26
4.3功能设计方案 27
4.3.1功能 27
4.3.2 总体设计方案 27
4.4 PLC 28
4.5PLC的 29
第五章 经济性分析 32
参考文献 32
致 谢 34
第一章 绪 论
、计算机、、控制以及人工智能等多种学科的科技研究成果，是我国与国际工业科技接轨的重要方向之一，也是当代科学技术发展的重要活力源泉，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，自国家全面发力“中国制造2025”后，工业机器人的发展迎来了新一轮高峰[2]。
对于工业机器人，世界范围内还未有统一明确的定义，各个地区之间也有不同的分类方式。联合国国纳了美国机器人协器人下的定义：工业机复编程的多功作置，可以通过改变程序，来完成作，主要用于件，搬料[3]。
工业机器人是一种独立，动作自由度较多，在一定范围内能任意定位，可自主调整控制程序来达到某种工况要求的自动操作机械。主要用于制造、加工系统中传递和装卸工件或夹具。
工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，完成各种既定的动作行为。
第二章 工业机体设计
2.1 工器人的组系概述
图2-1 工业机成图
机械系统、系检测系统及其他智能系统组成。
表2-1
执统 | 执行系统是工人完成抓取工件，实现各所必需械部件，它部、腕部、机身等。 |
驱统 | 为执行件提供动力，并驱力的装置。常用传动、液动、气压传传动。 |
控统 | 通过统的控制，使执统按照规要求进工作，当发生错故障时信号。 |
检统 | 作用是检测装置、传感装测执行机动情况，根据需控制系统，与设定进较，以保符合要求。 |
图2-2 各部分关系图
2.2工业计分析
2.2.1 设求
设计要度工业机器人且机械臂末端可以完成简单的轨迹，在查阅相关文献等资料后，完成结构和控制系统的设计工作，现设定如下条件：
表2-2 设定条件
设计工况 | 相距1.5m的两个传送带A、B，现需工业机器人从传送带A取一圆柱工件放到传送带B上。 |
零件重量 | 设计要求3kg |
零件材料 | 45钢 |
2.2.2 总体方案拟定
根据选题要求，在查阅相关资料后，确定设标型工业机器人，利用步进动和谐波齿来实现机器运动；利用步进电珠丝杠旋转，从而使与滚珠副固连在一臂实现上下运动；由于本设范围不大，故利用液臂的伸动；末端夹采用内撑连杆杠持器，用小型动夹紧[4]。
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