自动装夹机械臂【字数：12786】
近年来，3D打印成为新兴的一种实体制造技术，广泛应用于机械制造、冶金、电子等领域。随着3D打印设备的集群化与自动化生产，在进行大批量的生产时，需要几十甚至上百台打印机同时进行工作，这些手工操作就阻碍了3D打印设备的集群化、自动化生产，这是目前急需解决的问题。本文针对这一问题，设计一款自动装夹机械臂，是用于抓取3D打印完后卸下的打印平台。根据实际功能功能需求，本文设计了一款五轴自动装夹机械臂。该机械臂的第一根轴垂直于底座，以实现360o回转运动；第二，第三根轴垂直于第一根轴，且互相平行，是用来控制第四、第五根轴的位姿；第四，第五根轴是用来控制打印平台，使打印平台在移动过程中始终处于水平状态，其中第四根轴垂直于第三根轴，第五根轴垂直于第四根轴。根据设计要求，本文进行了电机的选型、减速器的选型、轴的设计及机械臂截面的设计等，并利用SolidWorks软件和AUTOCAD软件完成其机械零件图和装配图的设计。
目录
第1章 引言 1
1.1 课题背景及目的 1
1.2国内外机器人发展现状 2
1.2.1 国内机器人发展状况 2
1.2.2 国外产品状况 2
1.3本文设计的内容 2
第2章 机械臂的功能及设计要求 4
2.1机械臂的类型介绍 4
2.2 机械臂的设计要求 4
第3章 机械臂基座结构的设计 6
第4章 下臂及第二个关节的设计 8
4.1 电机的选型 8
4.2 同步带传动的设计 9
4.3 第二关节轴的设计 10
4.4轴承的选型及寿命计算 13
4.5 下臂截面设计 13
4.6 本章总结 14
第5章 上臂及第三、四、五关节的设计 15
5.1 电机的选型 15
5.2二级同步带传动的设计 16
5.3 三级同步带传动的设计 16
5.4第三关节轴的设计 17
5.5 轴承的选型及寿命 18
5.6 上臂的截面设计 18
5.7 第四、五关节的设计 19
5.8本章小结 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
第6章 总结 20
参考文献 21
致谢 22
第1章 引言
1.1 课题背景及目的
工业机器人成为当代科学技术发展最为活跃的领域之一，因为它不仅涉及到机械工程、计算机技术、电子技术、自动控制理论而且还涉及到人工智能等其它学科。随着科学技术的不断进步，机器人的发展是日新月异的，其应用的领域也是越来越多。它不仅改善了工人的劳动条件，而且还提高了生产效率，从而推动了整个社会的进步。机器人的应用情况标志着一个国家的工业自动化水平。
近年来，3D打印成为新兴的一种实体制造技术，它能将信息、材料、机械、控制、生物等领域融合，通过数字化控制材料的逐层叠加来实现三维实体的增材制造。由于打印可靠性的提升、机器操作的日益简便以及投资者的信心增长，3D打印业一直在缓慢接近批量生产。不过，这些3D打印设备的生产成本与大批量生产的注塑成型工艺相比，仍有很大的差距。这其中的成本包括了3D打印以及后处理的时间成本以及同时管理数百台3D打印机的人力资源成本等。每次打印完成，都需要对打印平台进行重新换装，并将模型从打印平台上取下。在进行大批量的生产时，需要几十甚至上百台打印机同时进行工作，这些手工操作都阻碍了3D打印设备的集群化、自动化生产，这是目前急需解决的问题。于是设计一款机械手，抓取打印完后卸下的打印平台，将其放在预先铺好的线轨上，实现打印成品的自动回收。从而实现3D打印集群化生产过程中的人机分离远程可控。
机器人简单来说就是替代人手的机器，从运动学上来说，它是由关节和连杆组成的运动链。而关节的连接形式有分串联与并联，串联主要有垂直串联和水平串联两大类。
虽然说并联机器人在工业机器人结构发展史中是一重大变革，但是一般来说工业机器人中运用最多的是垂直串联的结构形式，一般由5至7个关节串联形成，可以模拟人的腰部到手腕的动作。下面分别介绍一下五轴串联和六轴串联机械臂的结构。
五轴串联结构
五轴串联机器人它主要由腰部的360o回转轴，上、下臂的270o摆动轴，弯腕的270o曲轴及手部360o的回转轴组成。相比于六轴串联机器人，五轴串联机器人少了腕部回转轴，所以相对的减轻了它的上部质量，也减低了重心，通过稍微简化结构来增强它的刚性，提高它的承载能力。
五六串联结构
六轴串联机器人它主要由腰部的360o回转轴，上、下臂的270o摆动轴，腕部的360o回转轴，弯腕的270o曲轴及手部360o的回转轴组成。它的腰部回转轴可以360o旋转，主要是用来改变作业面的方向，下臂摆动轴主要是改变垂直方向的偏摆，上臂摆动轴主要是改变水平直方向的偏摆，这三个关节又称之为定位机构。腕部回转轴也可以360o旋转，因此它也可以用来调节末端的作业面方向；弯腕曲轴只能270o的转动，所以它可以调节末端在空间6个方向的摆动；手部回转轴主要改变末端的作业方向，这三个关节又称为定向机构。
本文主要从工业机器人的国内外发展趋势、它的组成以及主要技术参数等方面进行介绍。使读者对工业机器人在宏观上有一个相对清晰的总体把握。
1.2国内外机器人发展现状
1.2.1 国内机器人发展状况
我国对机器人的研发开始于上世纪70年代初，从70年代的萌芽期到80年代的开发期再到90年代的使用化期，大致经历了3个阶段。虽然起步较晚，但是进过30多年的发展，取得了较大的进步。
虽然目前我国工业机器人销售的增长速度是全世界最快的，持续3年总销量排名全球第一，但现阶段，我国的机器人研发整体水平还是落后于其它先进的国家。因为我国对机器人的核心技术尚未完全掌握，一些紧密减速器、伺服电机等关键核心部件还依赖于国外进口。像日本的Fanuc和Yaskawa、德国的KUKA以及瑞士的ABB在我国的机器人市场占有率达到60%70%，而我国机器人的市场占有率却十分有限。
1.2.2 国外产品状况
机器人的问世，得到了诸多国家的广泛重视，尤其是以美国、日本和德国为为首的机器人研究、制造和应用的大国，当然还有瑞士、英国、意大利等机器人研发水平居于世界前列的国家。
目录
第1章 引言 1
1.1 课题背景及目的 1
1.2国内外机器人发展现状 2
1.2.1 国内机器人发展状况 2
1.2.2 国外产品状况 2
1.3本文设计的内容 2
第2章 机械臂的功能及设计要求 4
2.1机械臂的类型介绍 4
2.2 机械臂的设计要求 4
第3章 机械臂基座结构的设计 6
第4章 下臂及第二个关节的设计 8
4.1 电机的选型 8
4.2 同步带传动的设计 9
4.3 第二关节轴的设计 10
4.4轴承的选型及寿命计算 13
4.5 下臂截面设计 13
4.6 本章总结 14
第5章 上臂及第三、四、五关节的设计 15
5.1 电机的选型 15
5.2二级同步带传动的设计 16
5.3 三级同步带传动的设计 16
5.4第三关节轴的设计 17
5.5 轴承的选型及寿命 18
5.6 上臂的截面设计 18
5.7 第四、五关节的设计 19
5.8本章小结 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
第6章 总结 20
参考文献 21
致谢 22
第1章 引言
1.1 课题背景及目的
工业机器人成为当代科学技术发展最为活跃的领域之一，因为它不仅涉及到机械工程、计算机技术、电子技术、自动控制理论而且还涉及到人工智能等其它学科。随着科学技术的不断进步，机器人的发展是日新月异的，其应用的领域也是越来越多。它不仅改善了工人的劳动条件，而且还提高了生产效率，从而推动了整个社会的进步。机器人的应用情况标志着一个国家的工业自动化水平。
近年来，3D打印成为新兴的一种实体制造技术，它能将信息、材料、机械、控制、生物等领域融合，通过数字化控制材料的逐层叠加来实现三维实体的增材制造。由于打印可靠性的提升、机器操作的日益简便以及投资者的信心增长，3D打印业一直在缓慢接近批量生产。不过，这些3D打印设备的生产成本与大批量生产的注塑成型工艺相比，仍有很大的差距。这其中的成本包括了3D打印以及后处理的时间成本以及同时管理数百台3D打印机的人力资源成本等。每次打印完成，都需要对打印平台进行重新换装，并将模型从打印平台上取下。在进行大批量的生产时，需要几十甚至上百台打印机同时进行工作，这些手工操作都阻碍了3D打印设备的集群化、自动化生产，这是目前急需解决的问题。于是设计一款机械手，抓取打印完后卸下的打印平台，将其放在预先铺好的线轨上，实现打印成品的自动回收。从而实现3D打印集群化生产过程中的人机分离远程可控。
机器人简单来说就是替代人手的机器，从运动学上来说，它是由关节和连杆组成的运动链。而关节的连接形式有分串联与并联，串联主要有垂直串联和水平串联两大类。
虽然说并联机器人在工业机器人结构发展史中是一重大变革，但是一般来说工业机器人中运用最多的是垂直串联的结构形式，一般由5至7个关节串联形成，可以模拟人的腰部到手腕的动作。下面分别介绍一下五轴串联和六轴串联机械臂的结构。
五轴串联结构
五轴串联机器人它主要由腰部的360o回转轴，上、下臂的270o摆动轴，弯腕的270o曲轴及手部360o的回转轴组成。相比于六轴串联机器人，五轴串联机器人少了腕部回转轴，所以相对的减轻了它的上部质量，也减低了重心，通过稍微简化结构来增强它的刚性，提高它的承载能力。
五六串联结构
六轴串联机器人它主要由腰部的360o回转轴，上、下臂的270o摆动轴，腕部的360o回转轴，弯腕的270o曲轴及手部360o的回转轴组成。它的腰部回转轴可以360o旋转，主要是用来改变作业面的方向，下臂摆动轴主要是改变垂直方向的偏摆，上臂摆动轴主要是改变水平直方向的偏摆，这三个关节又称之为定位机构。腕部回转轴也可以360o旋转，因此它也可以用来调节末端的作业面方向；弯腕曲轴只能270o的转动，所以它可以调节末端在空间6个方向的摆动；手部回转轴主要改变末端的作业方向，这三个关节又称为定向机构。
本文主要从工业机器人的国内外发展趋势、它的组成以及主要技术参数等方面进行介绍。使读者对工业机器人在宏观上有一个相对清晰的总体把握。
1.2国内外机器人发展现状
1.2.1 国内机器人发展状况
我国对机器人的研发开始于上世纪70年代初，从70年代的萌芽期到80年代的开发期再到90年代的使用化期，大致经历了3个阶段。虽然起步较晚，但是进过30多年的发展，取得了较大的进步。
虽然目前我国工业机器人销售的增长速度是全世界最快的，持续3年总销量排名全球第一，但现阶段，我国的机器人研发整体水平还是落后于其它先进的国家。因为我国对机器人的核心技术尚未完全掌握，一些紧密减速器、伺服电机等关键核心部件还依赖于国外进口。像日本的Fanuc和Yaskawa、德国的KUKA以及瑞士的ABB在我国的机器人市场占有率达到60%70%，而我国机器人的市场占有率却十分有限。
1.2.2 国外产品状况
机器人的问世，得到了诸多国家的广泛重视，尤其是以美国、日本和德国为为首的机器人研究、制造和应用的大国，当然还有瑞士、英国、意大利等机器人研发水平居于世界前列的国家。
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