摘 要

直角坐标机器人，大型的也叫桁架机器人或龙门机器人，其结构简单，功能专一，广泛应用于工业的各个领域，如电子产品、汽车等，主要用于搬运、装码垛以及生产线上的各种工作。随着社会的需求增大和相关技术进步，直角坐标机器人在结构和精密程度上也会进一步的发展。直角坐标机器人的结构如何设计影响着其使用的材料、工作效率以及工作轨迹的规划等，所以研究并应用相关的计算方法，在直角坐标机器人结构设计上进一步优化，具有十分重要的理论意义和实用价值。

本文设计以小型的直角坐标机器人也叫直角坐标机械手的结构方面进行分析，查阅相关文献资料，通过对直角坐标机械手的功能分析，提出结构设计的总体方案，并通过相关计算，最终选择滚珠丝杠传动并装配以实现在直角坐标3自由度方向上的移动。最终使用SolidWorks软件对零部件分别进行建模，然后装配，并得到整体结构的装配图,通过分析装配图得出设计方案的优劣，然后进行改进。

研究结果表明采用本文的结构设计方案简易明了，传动方案简单且便于选型修改，整体设计方案能够满足所给的直角坐标机械手的框架结构和行程要求。

关键字：直角坐标机械手；机构设计；滚珠丝杠传动方案

Abstract

Cartesian coordinate robot, the robot is also called the large truss or Longmen robot, which has the advantages of simple structure, single function, widely used in various industries, such as electronics and automobiles, mainly used for handling, palletizing and various production. With the increase of social demand and related technical progress, the structure and precision of Cartesian coordinate robot will be further developed. Influence of the use of materials, work efficiency and work trajectory planning how to design the structure of the robot, so the research and application of computational methods, further optimization in the Cartesian coordinate robot structure design, has very important theoretical significance and practical value.

The structure of this design with small rectangular coordinate robot also called Cartesian coordinate manipulator were analyzed, relevant literature based on Cartesian coordinate manipulator function analysis, puts forward the overall scheme of structure design, and through the relevant calculation, the final choice of ball screw drive assembly and moving to realize the Cartesian coordinates of 3 degrees of freedom direction the. Finally, the SolidWorks software is used to model the parts and components, and then assemble and get the assembly drawings of the whole structure. Then the design scheme is proved to be good and bad after analysis of the assembly drawings, and then improved.

The research results show that the structure of this design program is simple and clear, simple and easy to modify the transmission scheme selection, the overall design scheme can meet the frame structure and stroke Cartesian coordinate manipulator to the requirements.

Key words：rectangular coordinate manipulator; mechanism design; ball screw drive scheme

目录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及其意义 1

1.2 国内外研究现状分析 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 本设计主要研究的内容 3

第二章 直角坐标龙门机械手总体方案设计 5

2.1 机械手的应用与分类 5

2.1直角坐标龙门机械手驱动方式的选择 6

2.2 直角坐标龙门机械手传动方式的选择 8

2.3我所设计的机械手的外观结构图 9

2.4设计思路 9

第三章 机械抓手的设计 10

3.1概述 10

3.2真空吸盘的选择 11

第四章　手臂结构的设计 12

4.1 Z轴运动模组的设计 12

4.1.1 滚珠丝杠螺母副的设计 13

4.1.2滚动轴承的选择与校核 17

4.1.3步进电机的选择 19

4.1.4移动滑块的设计 20

4.1.5轴承端盖的设计 21

4.1.6联轴器的选择 22

4.2 Y轴运动模组的设计 22

4.2.1滚珠丝杠螺母副的设计 23

4.2.2滚动轴承的选择与校核 26

4.2.3步进电机的选择 27

4.2.4移动滑块的设计 28

4.3X轴运动模组的设计 28

4.3.1滚珠丝杠螺母副的设计 29

4.3.2滚动轴承的选择与校核 31

4.3.3步进电机的选择 33

4.3.4移动滑块的设计 33

第五章 结束语 35

参考文献 36

致谢 37

第一章 绪论

1.1 选题背景及其意义

机器人是一门高速发展的技术。它涉及到许多学科和技术领域，例如计算机、机械、控制技术、传感技术、人工智能等等^[1-3]。根据它们的应用途径，机器人可以分为工业机器人、服务机器人、医疗机器人、康复机器人、教育机器人、排爆机器人等繁多的产品种类，而且未来会有更多的未知领域开发机器人的应用。在这些机器人中，工业机器人是应用最广泛、技术最成熟的一类机器人。随着中国经济的快速发展和科学技术的飞速发展，机器人已经广泛应用于码垛、焊接、喷漆和测量行业。要实现物流和包装的自动化，码垛机器人是一种很有效的实现方式，它可以在工作条件苛刻的环境下高速、自动、连续、准确地完成码垛任务^[4]。人工码垛是一种高重复、高强度的劳作，在一些特殊的场合例如高粉尘的环境下，对工人的健康造成很大的损害，因此有必要在生产过程中开发一种码垛机器人，对工人的身体伤害减少到最低。

码垛机器人及其生产线不仅确保了人身安全，改善了工作环境，而且降低了劳动强度，提高了劳动生产率和产品质量，同时对节约原材料消耗，降低生产成本具有重要意义。如果把这门技术应用于运输、化工、包装等工业领域，以减少包装材料的损坏和浪费为目标，实现码垛功能的自动化，同时还能保证高效快速的物流搬运速度和整齐一致的码垛外形。 因此，码垛机器人在提高生产规模和生产效率方面发挥越来越重要的作用^[5]。