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摘 要

随着线缆的产量增加以及人工劳动力成本的增加，传统的人工搬运码垛的方式已经不能很好地适应生产要求。在工业生产过程中，机器人技术日趋成熟，并且广泛应用，对产品的质量以及劳动生产率有了很大的提高，还保障了员工的人身安全，改善了员工的工作环境，减轻了工作强度，同时原材料的节约，大大降低了生产成本。工业机器人技术还广泛应用于工业运输领域，促使码垛自动化，提高了物流速度，效率高，获得规范化的物垛，减少物料的破损和浪费。将工业机器人技术应用于其他领域，也是未来必须要思考的。因此，本文研究并设计了一种线缆搬运机器人，并对其进行了有关方面的分析。完成的主要工作如下：

（1）根据成卷电缆搬运的任务特点，确定了机器人手臂的结构形式，选择了传动机构的传动方案，具体设计了每个功能模块，最后进行整合，完成了整体结构的设计；

（2）对关键部位的零部件进行了强度校核，使之能够满足功能需求；

（3）对机器人进行了运动学分析，建立了机械臂的正解和逆解关系；

关键词：成卷电线搬运；机器人手臂；结构设计；运动学；工作空间

The System Design and Motion Performance Research of Robot Arm for Carrying Coiled Electric Cable

Abstract

With the increase of cable production labor costs, the traditional way of manual palletizing is not well adapted to the production requirements. In the process of industrial production, the robotics technology matures and the robots are widely used, so it not only improves the quality of products and the production efficiency, but also ensures the personal safety, improves the working environment and reduces the labor intensity. What`s more, it is important to saving raw materials and reducing the production cost. The application of industrial robotics in the field of transport can accelerate the process of the automation of palletizing and the speed of logistics, get neat stacking and reduce the waste of material caused by damage. It is important to think about how to put the industrial robot technology into the area of the cable palletizing. This paper introduces the design and some analysis of a handing robot for carrying coiled cord. I finish the following tasks:

1. I determe the structure of the robot and the design of the drive module, finish the specific design of each function module and complete the overall structural design.
2. I check the strength of the parts and components for key parts, ensure it can be able to meet the functional requirements.
3. I analyze the kinematics of the robot and discuss the forward kinematics and inverse kinematics of the mechanical arm.

Keywords: Coiled Electric Cable Carrying， Robot Arm， Structural Design，Kinematics， Workspace

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1课题背景及意义 1

1.2国内外发展现状及趋势 2

1.3本文的主要工作 4

第二章 线缆搬运机器人手臂的结构方案设计 5

2.1机器人手臂结构的总体设计要求 5

2.2机器人手臂运动形式的确定 5

2.3自由度的选取以及机构运动简图 7

2.4线缆搬运机器人整体布局 9

2.5电机及传动结构的设计 10

2.6各关节结构详细设计 11

2.7最终完成的设计模型三维图 13

第三章 电机的选择计算以及关键零件的校核 14

3.1电机的选择计算 14

3.2关键零件的校核 15

3.2.1齿轮校核 15

3.2.2键的校核 17

3.2.3轴校核 17

第四章 机器人运动学分析 20

4.1机器人正解逆解的求解方法 20

第五章 结束语 22

致 谢 23

参考文献 24

第一章 引 言

1.1课题背景及意义

目前电线电缆生产企业主要集中在珠三角和长三角，线缆产品交付时面临远距离的运输，所以对于线缆的包装就格外重要。目前主要的包装方式如图1-1所示。成卷好的电线，由自动覆膜机覆膜后(图1-1)，立于导轨上，然后由人工码在铲板上（图1-2和1-3），最后装运出货。

图1‑1 自动包膜机 图1‑2 成卷尺寸

图1‑3 线缆码垛布局

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