摘 要

在现代化制造生产中，效率高、成本低、安全系数高、便于管理等优点使得工业机器人扮演越来越重要的角色。本文针对轴类零件装卸机械手手臂前端移动机构的设计进行了说明。

本文简要地介绍了工业机器人的特点和国内外的发展状况，对机械手进行了坐标形式和自由度的总体方案设计以及手臂移动机构的传动方案选择。在初步估算后，确定了动力源为三相异步交流电机，移动机构为滚珠丝杠螺母副，减速机构为同步带、锥齿轮，并且对齿轮、丝杠、轴承、联轴器等相关零部件的技术参数进行了计算，最终实现了机械手在一定负荷下以一定速度水平移动。

关键词：机械手；移动机构；滚珠丝杠

Abstract

In the modern manufacturing production industrial, robots play more and more important role for it's high efficiency, low cost, high safety factor, easy to management and other advantages. This paper describes the design of the mobile organization in the arm front the axle parts handling robot.

This paper briefly introduces the characteristics of industrial robots and the development situation at home and abroad. And the overall scheme of the coordinate form and the degree of freedom of the manipulator and the transmission scheme of the arm moving mechanism are also designed. After the preliminary estimation, the power source is determined as the three-phase asynchronous AC motor, the moving mechanism is the ball screw nut pair, the deceleration mechanism is the synchronous belt, the bevel gear, and the gear, the screw, the bearing, the coupling and so on related parts Of the technical parameters were calculated, the final realization of the robot under a certain load to a certain level of speed to move.

Key words: manipulator; moving mechanism; ball screw

目 录

第一章 绪论 1

1.1 工业机器人的特点与应用 1

1.1.1工业机器人的组成结构和技术特点 1

1.1.2工业机器人的应用情况 2

1.2 国内外工业机器人发展现状 2

1.2.1国外工业机器人技术与产业发展现状 2

1.2.2国内工业机器人技术与产业发展现状 5

1.2.3 工业机器人技术未来发展趋势 7

1.3 课题的提出及主要任务 7

1.3.1 课题的提出 7

1.3.2机械手的主要组成 7

1.3.3本次设计的主要任务 8

第2章 手臂前端移动机构总体方案设计 9

2.1机械手整体方案设计 9

2.1.1机械手的坐标形式与自由度 9

2.1.2机械手的总体结构设计 9

2.2手臂移动机构传动方案设计 10

2.2.1传动方案一 10

2.2.2传动方案二 11

2.2.3传动方案三 12

第3章 动力源的选择设计 13

3.1初步估算基本参数 13

3.1.1结构参数估算 13

3.1.2运动参数估算 14

3.1.3力学参数估算 14

3.2电动机的选择 14

3.2.1电动机的类型和结构形式 14

3.2.2确定电动机的功率和型号 14

第4章 减速机构的设计与计算 16

4.1计算总传动比和分配传动比 16

4.1.1计算总传动比 16

4.1.2传动比的分配 16

4.1.3传动装置的运动和动力参数计算 17

4.2同步带的设计 19

4.2.1同步带传动的设计计算和参数选择 19

4.2.2确定带轮结构尺寸 22

4.3直齿锥齿轮的设计 24

4.3.1锥齿轮传动的设计计算和参数选择 24

4.3.2校核齿根弯曲疲劳强度 26

4.3.3锥齿轮结构尺寸 27

第5章 移动机构的传动设计与计算 28

5.1螺旋传动的基本介绍 28

5.2滚珠丝杠的使用条件 28

5.3滚珠丝杠轴的选择 30

5.3.1导向精度与轴向间隙（予压）的选择 30

5.3.2选择导程 32

5.3.3选择轴径 32

5.3.4选择丝杠轴的安装方式 33

5.3.5选择型号 34

5.4滚珠丝杠的校核 35

5.4.1轴向负荷的校核 35

5.4.2转速的校核 37

5.4.3螺母的允许轴向负荷的计算 38

5.4.4寿命的校核 38

5.4.5旋转扭矩 40

第6章 轴的设计 41

6.1同步带传动高速轴的设计 41

6.2同步带传动低速轴（锥齿轮高速轴）的设计 42

6.3锥齿轮低速轴（丝杠轴）的设计 42

第7章 总结 44

参考文献 45

致谢 46

第一章 绪论

机器人是能够将机械、电子、传感、人工智能等多类型的先进技术融合在一起的自动化设施。机器人产业开始于1956年，发展至今天的信息时代，机器人早已经被普遍应用在新型材料、生物制药、新型能源等高科技创新行业里，这更加说明了机器人与先进制造装备技术、人工高级智能技术和互联网信息技术的集体发展，推进了人类社会生存模式的改变。其实用通俗的话来说，机器人就是一种可以自动完成一些任务的不怕疼不怕苦的“人”，它的“大脑”就是它的控制系统。类似人类的大脑，机器人的“大脑”也可以感知外界信息并作出相应的规划从而使它的肢体做出一定的动作以完成任务。

近些年机器人的迅速发展离不开它的诸多优点。因为它能够完成很多危险恶劣特殊环境中人们不想做的工作或者极限环境中人们无法完成的工作，所以机器人具备良好的前景。

工业机器人的特点与应用

1.1.1工业机器人的组成结构和技术特点

工业机器人主要由三个重要模块组成，它们分别是:主体部分、操控部分以及动力部分。机座与执行元件组成了机器人的主体部分，其中手腕、手臂、手部等又组成了执行元件。通常而言，在设计机械行走部分时，工业机器人往往会被放在合适的坐标系使之包含个运动自由度。

工业机器人拟人化的特点得它拥有人类行走所用到的关节结构以及类似人体感应器官的传感器。为了使工业机器人能够在现代化的自动生产线中作出更大的贡献，人们需要在不同的工作环境中，对其进行针对性的编程。因此，工业机器人可编程这一特点是必不可少的。最后，通用性的特点是工业机器人在改变操作机构后仍然可以执行不同任务的重要保证。

1.1.2工业机器人的应用情况

工业机器人被广泛应用于人类的生活和社会的生产中。其中在工业生产制造中应用的最为频繁，这是因为工业机器人经常可以替代人类去执行一些施工作业以降低各种危险因素对人体的损害。这些工作大都枯燥又繁重，而且工作环境也都比较恶劣，例如搬运、喷漆等工作。自从上世纪60年代美国将其成功研发的创新型工业机器人60%以上投入到汽车工业生产制造中以及上世纪70年代工业机器人与数字化机床的结合后，到如今全世界约有37%的工业机器人从事汽车工业生产和多品种的小批量生产。

1.2 国内外工业机器人发展现状

1.2.1国外工业机器人技术与产业发展现状

美国是工业机器人的发源地, 基础雄厚，技术先进。美国的 Adept Technology 、American Robot 、Emerson Industrial Automation 等都是在世界上极具代表性的工业机器人供应商。第一代机器人是指可以进行编程，并能通过试教操作再现动作的机器人，于1962年在美国诞生。多年过去，美国经过不断的努力，已成为制造技术先进、作业效率高、应用领域广泛的机器人强国。