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哈尔滨理工大学学士学位论文
I
五自由度机械臂设计
摘 要
本设计主要介绍关于工业机器人的一些知识和原理,包括工业机器人
的组成、分类、主要技术性能参数和工业机器人的运动分析。本设计的总
体内容是根据移动机构的移动能力指标,比较现有移动机构的性能特点,
确定移动机构的最佳移动方式;设计一个五自由度关节式机械臂,确定五
自由度工业机器人的主要技术参数和传动关系,并通过对工业机器人的动
力计算为各部位选择合适的驱动电机;确定五自由度工业机器人设计计算
机控制系统方案以及为所设计的五自由度工业机器人进行 Pro/E 建模。本
论文作者在参考大量文献资料的基础上,结合设计的要求,并参考通用型
机器人的结构,进行五自由度工业机器人的结构设计和其计算机控制系统
的设计。本文所设计的机械手臂主要由手爪、腕、小臂、大臂和基座组
成,同时用 Pro/E 对其进行了三维建模,可用于搜索、抓取水下管件、缆
线等细长物体,也可用于抓取其它形状的物体,具有一定的通用性。机器
人能自动控制,多功能,有五个自由度,可固定或运动,用于相关自动化
系统中。
关键词 五自由度;工业机器人;三维建模
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哈尔滨理工大学学士学位论文
II
The Design Of Five Degrees Of Freedom Of
Rbotic Arm
Abstract
This design focuses on some knowledge and principles of industrial robots,
including the composition of industrial robots, classification, the main technical
performance parameters and the motion analysis of industrial robots. The overall
content of this design is the ability to move of the moving mechanism based on
indicators, comparing the performance characteristics of existing mobile
mechanism, to determine the optimal movement mechanism moves; design a
joint manipulator of five degrees, to determine five degrees of freedom of an
industrial robot main technical parameters and transmission relations and
through various parts of the dynamic calculation of industrial robots to choosing
the right drive motor; identified the computer control system programs of the
design of five degrees of freedom of industrial robots, as well as build a Pro / E
model of the design of five degrees of freedom of industrial robots. The authors
in reference to large number of documents on the basis,combination of design
requirements, and with reference to the structure of general-purpose robot for
five degrees of freedom industrial robot design and design the computer control
system. The robotic arm of this article is designed mainly by gripper, wrist,
forearm, arm and base composition, while using the Pro / E computer program
be a three-dimensional modeling,the robotic arm can be used to search for,
capture pipe fittings underwater, cables, and other fine or long objects, it can
also be other shapes objects for gripping, a certain versatility. Robot can
automatically control, multi-functional, there are five degrees of freedom,it can
be fixed or moving, for the related automation systems.
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哈尔滨理工大学学士学位论文
III
Keywords Five degrees of freedom;Industrial robot;3D modelling
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哈尔滨理工大学学士学位论文
IV
目 录
摘 要.................................................................................................................I
Abstract................................................................................................................II
第 1 章 绪论 ........................................................................................................1
1.1 课题背景 ...................................................................................................1
1.2 工业机器人的组成 ...................................................................................2
1.3 工业机器人的分类 ...................................................................................2
1.4 工业机器人主要技术性能参数 ...............................................................3
1.5 课题的总体内容 .......................................................................................4
1.6 本章小结 ...................................................................................................4
第 2 章 机械臂的结构设计 ................................................................................5
2.1 五自由度工业机器人的主要参数 ...........................................................5
2.2 五自由度工业机器人结构 .......................................................................5
2.3 五自由度工业机器人的动力计算 ...........................................................6
2.4 本章小结 .................................................................................................15
第 3 章 机械臂的 Pro/E 建模 ...........................................................................16
3.1 创建零件 .................................................................................................16
3.2 装配 .........................................................................................................18
3.3 制作装配动画 .........................................................................................19
3.4 本章小结 .................................................................................................21
结论 ....................................................................................................................22
致谢 ....................................................................................................................23
参考文献 ............................................................................................................24
附录 A ................................................................................................................25
附录 B ................................................................................................................29
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哈尔滨理工大学学士学位论文
0
第1章 绪论
1.1 课题背景
机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械
工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的
最新研究成果,是当代科学技术发展最活跃的领域之一,也是我国科技界
跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平,
是一个国家科技水平和经济实力的象征,正受到许多国家的广泛重视。
目前,工业机器人的定义,世界各国尚未统一,分类也不尽相同。最
近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义:
工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置,可以通过改变动作程
序,来完成各种工作,主要用于搬运材料,传递工件。参考国外的定义,
结合我国的习惯用语,对工业机器人作如下定义
[1]
:
工业机器人是一种机体独立,动作自由度较多,程序可灵活变更,能
任意定位,自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制
造系统中传递和装卸工件或夹具。
工业机器人以刚性高的手臂为主体,与人相比,可以有更快的运动速
度,可以搬运更重的东西,而且定位精度相当高,它可以根据外部来的信
号,自动进行各种操作。
工业机器人的发展,由简单到复杂,由初级到高级逐步完善,它的发
展过程可分为三代:
第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器
人,它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较
简单,应用在线编程,即通过示教存贮信息,工作时读出这些信息,向执
行机构发出指令,执行机构按指令再现示教的操作。
第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行
反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多,这种机器人从
1980 年开始进入了实用阶段,现在已开始普及应用。
第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等
功能外,还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境,识别对象的有
无及其状态,再根据这一识别自动选择程序进行操作,完成规定的任务。
并且能跟踪工作对象的变化,具有适应工作环境的功能。这种机器人还处
于研制阶段,尚未大量投入工业应用
[2]
。
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