1、工 业 机 器 人 摘 要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产率，保障产品质量，普遍重视生产 过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上重要的成员，逐渐被企业所 认同并采用。 工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工 业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重 复性并且劳动程度极大的工作，工作方式一般采取示教在线的方式。 本文将设计一台圆柱坐标型的工业机器人， 用于给冲压设备运送物料。 首先， 本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，然后选择合适的传动方 式、驱动方式，搭建机器人的结构平台：在此基础上，本文将设计该机器人的控 制系统
2、，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、以 及控制元件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最 终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的 运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 目目 录录 摘要摘要 1 1 绪论1 1.11.1 工业机器人研究的目的和意义1 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人
3、的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算 3.5 手臂强度校核 4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC 及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢 1 绪论 1.1 工业机器人研究的目的和意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先 进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从 1962 年美国研制出世界上 第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品 发展很快，已成为柔性制造系统（FMS
4、） 、自动 化工厂（） 、计算机集成制造系统（ ）的自动化工具。广泛采用工业机器人、不 仅提高产品的质量与数量而且也保障人身安 全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动 生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着 十分重要的意义。与计算机、网络技术一样， 工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 世纪年代以来，工业机器人技术逐渐成熟、并很快得到推广，目前 已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及工程 中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 驱动方式的改变 世纪年代后期， 日本安川电动机公司研制出了第一台全自动的工业 机器人而此前的工业机器人基本上采
5、用液压驱动方式。 但与采用液压驱动的机器 人相比，采用伺服电动机驱动机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大 的提高。 因此它逐步代替了采用液压驱动的机器人成为工业机器人驱动方式的主 流。 在此过程中， 谐波减速器、 减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。 近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新 型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。 信息处理速度的提高 机器人的动作通常是通过机器人的各个环节的驱动电动机的运动而实现的。 为了是机器人完成各种复杂动作， 机器人控制器需要进行大量计算并在此基础上 向机器人的各个环节的驱动电动机发出必要的控制指令。 随着信息
6、技术的不断发 展，CPU 的计算能力有了很大的提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高 性能机器人控制器甚至可以同时控制多个关节。机器人控制性能的提高，也 进一步促进了工业机器人本身性能的提高并扩大了工业机器人的应用范围。 近年 来， 随着信息技术和网络技术的发展已经出现了多台机器人通过网络共享信息并 在此基础上进行协调控制的技术趋势。 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势 目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中，极大的促进物 流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和 提高。气动机械手大量应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据 所应用场合的不同以及对工件夹持的特殊要求， 采取了多种形式的机械结构来完 成对工件的夹紧和防止工件脱落的锁紧措施。在针对同样的目标任务，采取多种 运动方式相结合的方式来达到预定的目的。 驱动方面采用了一台工业机器人多种 驱动方式情况，由液压驱动、气压驱动、步
