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摘 要

该研究工作主要是设计一种用于电光源制造中实现灯管自动上、下料作业的工业机械手，进而能够降低生产成本和在高温环境中代替工人连续作业，提高企业的经济利益。首先对工业机械手现状和应用前景初步认识之后，重点研究灯管自动上料和下料的技术特点和难点，以及工艺过程，收集研读国内外相关技术资料，进行功能设计和计算。要求机械手拥有三个自由度，分别是机体升降、大臂水平旋转、小臂水平旋转，手臂末端有工件夹持器（抓手），三个自由度的驱动采用交流伺服电机。其次根据功能设计和结构设计的要求设计控制电路，并进行机械手的简单路径规划。经过调研，我们了解到工业机械手在国内电光源制造业中使用的不是很普遍，而且其发展前景相当好；设计几种机械手的传动系统和结构方案进行比较，选出其中最具有优势的方案；得出了机械手简单路径规划方法。

关键词：工业机械手；电光源制造；路径规划

Design of Lamp Automatic Loading and Unloading Manipulator

Abstract

The research work is mainly designed an industrial manipulator, which aims to automatically feed and cut lamps in electric light sources manufacturing. In turn, the industrial manipulator can reduce production costs and replace continuous works of human workers in high temperature, increase their economic interests. First, after a preliminary understanding of the characteristics of the lamp part, status and application prospects of industrial robots, we focus on the technical characteristics and difficulties of the lamp automatically feeding and cutting, and processes, collect and study some relevant technical information at home and abroad. Then we do some functional design and calculation about industrial manipulator. Industrial manipulator has three degrees of freedom (DOF), respectively, body lift, large arm horizontal rotation, small arm horizontal rotation. And there is an end effector of the end of small arm. Every degree of freedom is driven by AC servo motor. Second, according to the functional and structural design, we design the control circuit, and make a simple path planning about industrial manipulator. After investigation, we learn that industrial manipulators are not widely used in in electric light sources manufacturing and its development prospects are good. We design several transmission system and structure scheme of manipulator, and choose the most dominant solution of them. We also solve the path planning of manipulator.

Keywords: Industrial Mmanipulator, Electric Light Sources Manufacturing, Path Planning

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1工业机械手的简单介绍 1

1.2国内外工业机械手的现状和发展趋势 1

1.3选题背景和意义 1

第二章 机械手的机械结构设计 2

2.1机械手结构方案设计 2

2.1.1设计要求 2

2.1.2设计方案 2

2.2机械手结构设计 3

2.3机械零部件的设计校核 4

2.3.1滚珠丝杠传动设计 5

2.3.2减速机构设计（二级齿轮减速器） 14

2.3.3行星齿轮减速器设计 19

2.3.4同步带传动设计 20

第三章 机械手简单路径规划 22

3.1广义连杆 22

3.2连杆坐标系 23

3.3路径规划 24

第四章 结束语 26

4.1结论 26

4.2展望 26

致 谢 27

参考文献（References） 28

第一章 引 言

1.1工业机械手的简单介绍

工业机械手是一种通用机器，它装备有记忆装置、末端执行器，能够自转并且自动完成各种动作来替代人类劳动。其主要功能是完成工业生产中的某些作业，如焊机、搬运码垛、喷涂、装配等。

1.2国内外工业机械手的现状和发展趋势

总的来说，日本是机器人发展最快的国家。美国紧随其后，并且在机器人数量上已经赶超日本。中国则刚进入产业化阶段，已有小批工业机器人进入生产实践。

在过去，工业机器人常用于汽车工业生产。但现在，工业机器人已经能够实现人的肢体和大脑功能，可以替代人在严峻的工作条件下工作；替代人做枯燥的重复劳动，提高了效率和质量。

相对于外企，我国工业机器人制造公司在机电技术方面表现薄弱。“如减速机、伺服电机、控制器等制造技术不达标，都要靠国外进口，这样就增加了成本，削弱了价格竞争力。^[24]”

目前机器人依旧主要运用于工业方面，其提高效能和产品质量的作用尤为显著。伴随制造业的迅速发展，尤其是以工业机器人为主的汽车行业的发展，使得工业机器人的使用量得到极大的提高。人工、产业优化、政策支持，三大因素催生了工业机器人的“春天”^[18]。

1.3选题背景和意义

在电光源制造中灯管上料下料作业要依靠人工操作者来完成，既费事又费力，还增加了生产成本。同时点光源制造中有些作业是在高温环境中完成的，操作工人对高温环境是不适应的，如果在炎热的夏天会在很大程度上降低劳动生产率，故我们设想研究开发一种用于电光源制造中实现灯管自动上、下料作业的工业机械手。利用工业机械手代替人工完成灯管的自动上下料作业，这不仅降低了生产成本，同时机械手还可以在高温环境中的连续作业，提高了产品效能。

第二章 机械手的机械结构设计

2.1机械手结构方案设计

2.1.1设计要求

工业机械手采用平面关节式结构，具有三个自由度，分别为机体升降、大臂水平旋转、小臂水平旋转，手臂末端有工件夹持器（抓手），三个关节的运动的均采用交流伺服电机驱动。

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