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1、 机电工程学院机器人的第一次大作业 设计题目： 直角坐标型机器人机身设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导老师： 课程设计任务书一、题目： 直角坐标型机器人机身设计 二、研究内容与目标：本设计主要的研究内容是1. 直角坐标机器人的特点2. 直角坐标机器人的应用 3. 根据用途运用所学知识进行机构设计 4. 融入我的设计思想使设计更有特色目标：直角坐标型机器人机身 三、研究方法：画出机身的三维图形，对各机构进行设计分析四、主要参考文献：1 邹庆华。数控新技术动向研究。科技创新导报，2009，（31）：89-91.2 艾兴 肖诗纲著.切削用量简明手册M.北京：机械工业出版
2、社，2005.10,1503 陈宏均著.实用机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社，1996.12，1672584 杨胜群。VERICUT7.0中文版数控加工仿真技术.北京：清华大学出版社，2010.5 张卫卫，李建生。数控仿真技术分析及发展趋势。心声，2010:85-87. 6 王先奎。机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，2006.7 熊毅，王哲，唐建生。数控加工仿真系统的研究现状与发展趋势J。制造技术与机床，2011,12。目录摘要6第一章绪论71.1 直角坐标型机器人的介绍71.2 直角坐标型机器人的发展状况71.3 目的和现实意义81.4 国内外研究现状91.5 发展和研究方向10
3、第二章PRO/E的选择使用112.1 Pro/ENGINEER产品介绍112.2 Pro/ENGINEER概述112.3 Pro/ENGINEER的特点13第三章机身零件的设计153.1 机身底座建模163.2机身垂直轴旋转体的建模过程17总结32致谢32参考文献33 直角坐标型机器人机身设计三明学院机电工程学院 姓名 吴伟刚摘要 工业应用中，直角坐标型机器人能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系、多用途的操作机。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断
4、的完善中。 关键词： 直角坐标机器人、直线定位单元、控制系统、伺服控制第一章绪论1.1直角坐标型机器人的介绍直角坐标机器人又称单轴机械手，工业机械臂，电缸等，是以XYZ直角坐标系统为基本数学模型，以伺服电机、步进电机为驱动的单轴机械臂为基本工作单元，以滚珠丝杆、同步皮带、齿轮齿条为常用的传动方式所架构起来的机器人系统，可以完成在XYZ三维坐标系中任意一点的到达和遵循可控的运动轨迹。直角坐标机器人采用运动控制系统实现对其的驱动及编程控制，直线、曲线等运动轨迹的生成为多点插补方式，操作及编程方式为引导示教编程方式或坐标定位方式。 1.2直角坐标型机器人的发展状况直角坐标型机器人是在早期出现的古代机
5、器人基础上发展起来的，直角坐标型机器人研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。直角坐标型机器人首先是从美国开始研制的，1958年美国联合控制公司研制出第一台直角坐标型机器人，它的结构是；机体上安装一个回转臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教
6、形的，随着计算机和自动控制技术的迅速发展,农业机械将进入高度自动化和智能化时期，直角坐标型机器人的应用可以提高劳动生产率和产品质量,改善劳动条件,解决劳动力不足等问题构成。1.3目的和现实意义 作为一种成本低廉、系统结构简单的自动化机器人系统解决方案，直角坐标机器可以被应用于点胶、滴塑、喷涂、码垛、分拣、包装、焊接、金属加工、搬运、上下料、装配、印刷等常见的工业生产领域，在替代人工，提高生产效率，稳定产品质量等方面都具备显著的应用价值。针对不同的应用场合，对直角坐标机器人有不同的设计要求，比如根据对精度、速度的要求选择不同的传动方式，根据特定的工艺要求为末端工作头选择不同的夹持设备（夹具、爪手
7、、安装架等），以及对于示教编程，坐标定位、视觉识别等工作模式的设计选择等，从而使之能满足于不同领域、不同工况的应用要求。1.4 国内外研究现状目前国内直角坐标型机器人主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考
8、虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 国外直角坐标型机器人在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量新产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重
9、已突破100KG。更重要的是将机械 手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。 1.5 发展和研究方向随着直角坐标机器人的应用越来越广泛，直角坐标机器人的设计工作日益显得重要。成功的设计一台直角坐标机器人涉及到很多方面的工作，包括机械结构、动力驱动、伺服控制等等。沈阳力拓自动化控制技术有限公司有着多年直角坐标机器人技术应用、数控技术和产品研发经验，我们依托德国BAHR公司直线定位系统性及机械手臂开发出了价比优良的系列数控直角坐标
10、机器人，被广泛地应用在汽车、电子、电器、检测、医疗、航天、食品等各个领域的生产线上。 第二章 Pro/E的选择使用2.1 Pro/ENGINEER产品介绍Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用
11、复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下（没有任何附加模块）
12、具有大部分的设计能力，组装能力（人工）和工程制图能力（不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS标准），并且支持符合工业标准的绘图仪（HP，HPGL）和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。2.2 Pro/ENGINEER概述Pro/Engineer是一款操作软件，该软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。2.3 Pro
13、/ENGINEER的特点Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。1 参数化设计相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，
14、这就是参数化的基本概念。2 基于特征建模Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。3 单一数据库（全相关）Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 第三章机身零件的设计 3.1 机身底座建模3.2机身垂直轴旋转体的建模过程总结致谢参考文献
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