摘 要

轴类零件装卸机械手常用于数控机床的自动化生产线中，替代工人进行频繁而简单的抓取、搬运、放置等工作，降低了工人劳动强度的同时，提高了生产效率。本文主要对装卸类机械手的转动部分进行结构设计，以完成垂直面内转动这一个自由度，带动手臂进行回转运动。通过对功能要求进行分析，确定该机械手所需要的运动状态与自由度，再确定转动部分的设计方案，最后对各个零部件进行设计、计算、建模与分析校核，完成该毕业设计。

本次毕业设计大量采用标准化设计，例如同步齿形带传动、涡轮蜗杆传动，同时适当加入个性化设计，如涡轮轴的设计，目的是用来优化结构，使得结构紧凑。本次设计的机构可以实现回转运动，因此也可以用于其他类型机械手或其他工业设备的转动部分。

关键词：轴类零件；机械手；转动结构；蜗杆传动

Abstract

In this paper, the structure of the rotating part of the manipulator is designed to complete the rotation in the vertical plane, which drives the arm to rotate. Based on the analysis of functional requirements, the need to determine the state of motion of the manipulator and the degree of freedom, and then determine the rotational parts design scheme, finally design, calculation, modeling and analysis to check the various parts, the completion of the graduation design. Shaft parts handling manipulator is often used in the automatic production line of CNC machine tools, replacement workers frequently and simple capturehandling, placement of the work, reduce labor intensity and improve production efficiency.

The graduation design using standardized design, such as synchronous belt transmission, worm drive, and adding appropriate personalized design, such as turbine shaft design, the purpose is to optimize the structure, compact structure. The design of the mechanism can achieve rotary motion, and therefore can also be used for other types of robots or other industrial equipment rotating parts.

Key words: shaft parts; manipulator; rotating structure; worm drive

目录

第1章 绪论 1

1.1机器人的发展与现状 1

1.1.1发展历程 1

1.1.2发展现状 2

1.1.3 我国工业机器人现状 5

1.1.4 其他机器人 7

1.2机器人控制技术 8

1.3 课题的提出及主要任务 9

1.3.1 课题的提出 9

1.3.2 课题的主要任务 9

第2章 手臂转动结构总体方案设计 11

2.1 机械手的坐标形式与自由度 11

2.2 机械手总体结构设计 11

2.3 机械手手臂转动部分设计 12

2.3.1 传动方案设计 12

第3章 转动部分结构设计 15

3.1 电动机的选择 15

3.1.1电动机类型的选择 15

3.1.2 电动机型号的确定 15

3.2 传动比的确定与分配 17

3.3 同步带传动设计 17

3.3.1同步带带型与带轮齿数的确定 18

3.3.2带轮结构设计 19

3.4 涡轮蜗杆传动设计 21

3.4.1蜗杆结构设计 21

3.4.2 涡轮结构设计 23

3.4.3 涡轮轴结构设计 24

3.5 其他零部件设计 26

3.5.1 套杯的设计 26

3.5.2 轴承端盖的设计 28

3.5.2 其他部件的设计与选择 28

第4章 主要零部件的校核计算 30

4.1 键连接校核 30

4.2 同步齿形带的校核 31

4.2.1 带速的验算 31

4.2.2 带强度的校核 31

4.3 涡轮蜗杆的校核 32

4.3.1接触疲劳强度的校核 32

4.3.2蜗杆的校核 32

4.4 涡轮轴的校核 35

4.5 轴承的校核 37

4.5.1 蜗杆轴承的校核 37

4.5.2 涡轮轴轴承的校核 40

第5章 结论 43

参考文献 44

致谢 45

第1章 绪论

我国GB/T12643-2013定义：工业机器人是一种“能够自动定位控制，可重复编程的，多功能的、多自由度的操作机，能搬运材料、零件或操持工具，用于完成各种作业^[1]”。工业机器人一般由精密减速器、伺服电机、控制系统与本体四部分构成；减速器用于提高和确保机器人的工作精度；伺服电机主要用于反馈和修正位置、速度等参数；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程的机电一体化自动化生产设备^[2]。它对产品质量、生产效率的提升，劳动强度的降低和产品的快速更新换代都有着非常重要的作用。工业机器人是自动化的产物，是一种可以完成多种操作功能的专用机械装置；它由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；它是可编程、具有柔性的自动化系统，可以实现人机交互。

目前，工业机器人主要用来协助人类完成单调、频繁和重复的长时间工作，或进行高温、粉尘、有毒、易燃、易爆等恶劣、危险环境下的作业。目的在于提高生产安全性和提高产品质量，并提升生产效率，因此得以在制造业领域被广泛采用。

1.1机器人的发展与现状

1.1.1发展历程

机器人产品发展到现在已经有三代分。第一代机器人指可进行编程，并能通过试教操作再现动作的机器人。第二代机器人装备有一定数量的传感器，能够获得作业环境、操作对象等的简单信息，并通过计算机的分析和处理，做出简单的推理，并适当调整自身的动作和行为。第三代机器人具有高度的自适应能力，它具有多种感知机能，可通过复杂的推理，做出判断和决策，自主决定机器人的行为。

2000年以前，6轴机器人还是高端机器人的象征，而现在6周机器人已经很普及，很多的机器人都在6轴以上。安川公司最新研发的莫托曼双臂机器人最高可以达到15轴，更多的自由度让机器人的灵活度得到了显著的提升，不再局限于之前简单的重复劳动^[3]。精密减速器的发展使得机器人的精度和重复定位精度都有了很大提高，目前ABB的IRB-120机器人工作精度能达到0.01mm；同时，在作业范围和承载能力方面也有了很大提升，发那科最新的大型机器人承载能力最高可达1.5吨。