四自由度机器人的结构设计及控制实现(附件)【字数：12848】
全球经济化的发展对各行各业的生产效率提出了更高的要求，也催生了许多新技术，尤其在汽车制造方面，随着工业化的快速发展，涌现了以轮胎装配机器人为重心的汽车自动化装配生产线，这种装配机器人在一个单元中可以依次实现多个装配作业，且装配精度较高。提高了轮胎装配的效率，节约了大量的劳动力，轮胎装配机器人的出现取代了传统工人人工装配和繁重的的装配作业，尤其对于汽车这种批量生产的行业，在很大的程度上降低了汽车的制造和生产成本，使得汽车产业发展更加迅速。本文经过对国内外机器人发展现状的分析和讨论，结合设计的总体思路和要求，提出了一种轮胎装配机器人，对其主要的结构和关节点进行设计和受力分析，并选择了合适的驱动器和控制器，根据装配的要求，选择了适合装配机器人的步进电机。选择了适合装配机器人的PLC控制，选择了合适的电源和接地线，避免干扰信号对控制系统的干扰，并对机器人的控制程序进行了分析设计，绘制外部接线图和梯形图，编写了轮胎装配机器人的控制程序。
目 录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究内容 1
1.3国内外发展现状 2
1.3.1国外发展现状 2
1.3.2国内发展现状 2
1.4本章小结 4
第二章 总体方案设计 5
2.1轮胎装配机器人技术参数 5
2.2机械结构选型 5
2.2.1方案一 5
2.2.2方案二 6
2.2.3方案三 7
2.2.4方案四 7
2.3方案确定 8
2.4本章小结 8
第三章 主要结构设计及力学分析 9
3.1 主要结构设计 9
3.1.1 末端执行器的设计选择 9
3.1.2小臂旋转机构设计 9
3.1.3 小臂摆动机构设计 10
3.1.4 腕部旋转机构设计 11
3.2低速轴的力学分析 11
为了保证轮胎装配机器人的正常工作，需要对个结构的轴进行受力分析，选择合适的轴。 11
3.2.1求输出轴上的功率P3转速n3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
和转矩T3 11
3.2.2求在齿轮上的作用力 11
3.2.3初步确定轴的最小直径 12
3.2.4轴的结构设计 12
3.3中间轴的力学分析 13
3.3.1求输出轴上的功率P2转速n2和转矩T2 14
3.3.2求作用在齿轮上的力 14
3.3.3初步确定轴的最小直径 14
3.3.4初步选择滚动轴承. 15
3.4高速轴的力学分析 15
3.4.1求输出轴上的功率P1转速n1和转矩T1 16
3.4.2求作用在齿轮上的力 16
3.4.3初步确定轴的最小直径 16
3.5本章小结 17
第四章 控制系统的设计 18
4.1 电机选型原则 18
4.2 机器人控制程序选择 19
4.3 PLC的结构组成 20
4.4 机器人的工作过程 21
4.5本章小结 23
第五章 程序设计 24
5.1 PLC程序设计 24
5.1.1 I/O点数确定及PLC类型的选择 24
5.1.2 PLC的I/O分配 24
5.1.3 编程指令的选择 24
5.2 PLC程序的设计 27
5.2.1 PLC程序的调试 27
5.2.2 PLC控制的安装与布线 27
5.3本章小结 28
结束语 29
致谢 30
参考文献 31
附录 33
第一章 绪论
1.1研究背景
机器人是工业进步和科学不断发展的产物，其自20世纪60年代诞生到现在经过几十年的发展演变，已普遍应用在制造业和其他行业，并且在国民经济，科学研究等方面占据着重要的地位，近年来，机器人不断的更新换代，并且形式也各种各样，出现了如焊接、喷涂、装配等用于工厂生产的工业机器人。并且形成了一门新的学科，即机器人学（Robotics），该专业主要研发机器人技术，并担任重要的角色。机器人学的主要学科是微电子技术，此外还涉及了其他学科，诸如工程力学、计算机科学、自动控制和生物学等多门学科，已经发展成为一门新的综合学科门类。
轮胎装配工作在汽车生产中属于后续工序，但其在汽车制造业中举足轻重，同时也消耗了大量的人力、物力。装配机器人在减少劳动成本、提高装配效率方面出现在制造行业中并迅速发展起来，但其在机器人应用领域中还属于较小范围，一方面由于装配本身需要完成多重步骤，较为复杂；另一方面，对装配环境要求高，缺乏感知能力，并且机器人的自适应的控制能力有待提高。尽管存在上述问题，但由于其在制造业装配提高了工作效率，装配机器人在未来的发展中具有极大的潜力。本次设计选择轮胎装配机器人系统设计作为题目，运用机械设计和控制系统的知识，开展毕业设计。
1.2研究内容
轮胎装配机器人是利用仿生学，对人的手臂进行仿造而产生的一种工业机器人，以关节型作为其主要的组成部件，通过底盘旋转、腰部运动、以及大小臂和腕部的摆动，依靠爪手来完成对轮胎的抓紧和安装工作，并且抓紧和操作简单，易于实现对其装配工作的控制，在汽车装配行业具有较大的发展前途。
本次设计一台六自由度轮胎装配机器人，能够完成对汽车轮胎的装配工作，并对轮胎装配机器人的主要结构进行设计和力学分析。按照轮胎装配机器人的作业要求选用合适的电机驱动，并设计有稳定的传动系统，对主要部分进行力学计算。最后对控制系统进行选择，并对机器人的控制程序进行编写，以完成轮胎装配工作。
1.3国内外发展现状
1.3.1国外发展现状
20世纪50年代，随着计算机技术、机械电子技术和自动控制技术的发展，世界上开始了现代机器人技术的研究。机器人技术在1960年到1970年期间发展缓慢，由于条件的限制，尽管许多科研机构都对该技术开展了研究，并付出了许多汗水，但都没有取得明显的成果。到了80年代末期，机器人产业步入了消极是发展阶段。
目 录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究内容 1
1.3国内外发展现状 2
1.3.1国外发展现状 2
1.3.2国内发展现状 2
1.4本章小结 4
第二章 总体方案设计 5
2.1轮胎装配机器人技术参数 5
2.2机械结构选型 5
2.2.1方案一 5
2.2.2方案二 6
2.2.3方案三 7
2.2.4方案四 7
2.3方案确定 8
2.4本章小结 8
第三章 主要结构设计及力学分析 9
3.1 主要结构设计 9
3.1.1 末端执行器的设计选择 9
3.1.2小臂旋转机构设计 9
3.1.3 小臂摆动机构设计 10
3.1.4 腕部旋转机构设计 11
3.2低速轴的力学分析 11
为了保证轮胎装配机器人的正常工作，需要对个结构的轴进行受力分析，选择合适的轴。 11
3.2.1求输出轴上的功率P3转速n3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
和转矩T3 11
3.2.2求在齿轮上的作用力 11
3.2.3初步确定轴的最小直径 12
3.2.4轴的结构设计 12
3.3中间轴的力学分析 13
3.3.1求输出轴上的功率P2转速n2和转矩T2 14
3.3.2求作用在齿轮上的力 14
3.3.3初步确定轴的最小直径 14
3.3.4初步选择滚动轴承. 15
3.4高速轴的力学分析 15
3.4.1求输出轴上的功率P1转速n1和转矩T1 16
3.4.2求作用在齿轮上的力 16
3.4.3初步确定轴的最小直径 16
3.5本章小结 17
第四章 控制系统的设计 18
4.1 电机选型原则 18
4.2 机器人控制程序选择 19
4.3 PLC的结构组成 20
4.4 机器人的工作过程 21
4.5本章小结 23
第五章 程序设计 24
5.1 PLC程序设计 24
5.1.1 I/O点数确定及PLC类型的选择 24
5.1.2 PLC的I/O分配 24
5.1.3 编程指令的选择 24
5.2 PLC程序的设计 27
5.2.1 PLC程序的调试 27
5.2.2 PLC控制的安装与布线 27
5.3本章小结 28
结束语 29
致谢 30
参考文献 31
附录 33
第一章 绪论
1.1研究背景
机器人是工业进步和科学不断发展的产物，其自20世纪60年代诞生到现在经过几十年的发展演变，已普遍应用在制造业和其他行业，并且在国民经济，科学研究等方面占据着重要的地位，近年来，机器人不断的更新换代，并且形式也各种各样，出现了如焊接、喷涂、装配等用于工厂生产的工业机器人。并且形成了一门新的学科，即机器人学（Robotics），该专业主要研发机器人技术，并担任重要的角色。机器人学的主要学科是微电子技术，此外还涉及了其他学科，诸如工程力学、计算机科学、自动控制和生物学等多门学科，已经发展成为一门新的综合学科门类。
轮胎装配工作在汽车生产中属于后续工序，但其在汽车制造业中举足轻重，同时也消耗了大量的人力、物力。装配机器人在减少劳动成本、提高装配效率方面出现在制造行业中并迅速发展起来，但其在机器人应用领域中还属于较小范围，一方面由于装配本身需要完成多重步骤，较为复杂；另一方面，对装配环境要求高，缺乏感知能力，并且机器人的自适应的控制能力有待提高。尽管存在上述问题，但由于其在制造业装配提高了工作效率，装配机器人在未来的发展中具有极大的潜力。本次设计选择轮胎装配机器人系统设计作为题目，运用机械设计和控制系统的知识，开展毕业设计。
1.2研究内容
轮胎装配机器人是利用仿生学，对人的手臂进行仿造而产生的一种工业机器人，以关节型作为其主要的组成部件，通过底盘旋转、腰部运动、以及大小臂和腕部的摆动，依靠爪手来完成对轮胎的抓紧和安装工作，并且抓紧和操作简单，易于实现对其装配工作的控制，在汽车装配行业具有较大的发展前途。
本次设计一台六自由度轮胎装配机器人，能够完成对汽车轮胎的装配工作，并对轮胎装配机器人的主要结构进行设计和力学分析。按照轮胎装配机器人的作业要求选用合适的电机驱动，并设计有稳定的传动系统，对主要部分进行力学计算。最后对控制系统进行选择，并对机器人的控制程序进行编写，以完成轮胎装配工作。
1.3国内外发展现状
1.3.1国外发展现状
20世纪50年代，随着计算机技术、机械电子技术和自动控制技术的发展，世界上开始了现代机器人技术的研究。机器人技术在1960年到1970年期间发展缓慢，由于条件的限制，尽管许多科研机构都对该技术开展了研究，并付出了许多汗水，但都没有取得明显的成果。到了80年代末期，机器人产业步入了消极是发展阶段。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/744.html
