摘 要

机器人技术是一门综合学科，包含有机械设计、机械原理、电子设计、软件工程、材料科学、以及仿生学等一系列基础学科。作为现代化高新技术，其应用于各式各样的场合，尤其突出的是在制造领域中的应用。机械制造业的基本发展方向是既要增加产品数量，又要提高产品质量，同时还要降低成本。机器人技术恰恰能够较好的处理好制造业中这几个方面的问题，它把人类从完成机械重复的枯燥劳动中解放出来，补充了对简单劳动各种增长的需要。

本毕业设计概述了工业机器人的分类、历史、以及发展趋势。探讨了用于金属切削机床的M10型工业机器人的总体结构和手腕转动机构。重点在对于手腕转动组件的分析与设计，首先是原理分析，其次是其各个部件作用，最后对于其主要零部件进行了设计，包括计算、结构等方面的问题。例如轴承选用、轴的设计、蜗杆传动的选择。

关键词：工业机器人；机械制造；机器人总体结构；手腕转动机构

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Abstract

Robot technology is a comprehensive discipline，it includes mechanical design, mechanical principle, electronics design, software engineering, materials science, and bionics and so on a series of basic subjects.As a modern technology, its application in a wide variety of situations, especially the application in the field of manufacturing.the basic direction of machinery manufacturing industry is to increase the product quantity, and to improve the quality of products, but also reduce the cost.The robot technology can well handle the problems in the manufacturing industry.It freed mankind from the dull work of the mechanical repetition and added the needs of the various growth in simple labor.This graduation design outlines the classification, history, and development trend of industrial robots.The overall structure and wrist institutions of the type M10 industrial robots which used for metal cutting machine tools is discussed.Focuses on the analysis and design for the wrist rotation components, first is the principle analysis, the second is its role in components, finally is the design of the main components, including calculation, structure and other aspects. Such as bearing selection, shaft design, selection of worm drive shaft.

Keywords：Industry robot；Machinery manufacturing；General structure of robot；Wrist institutions.

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目 录

第一章 前言………………………………………………………………………………1

1.1 工业机器人概述………………………………………………………………………1 1.2 工业机器人驱动方式…………………………………………………………………1 1.2.1 气动式工业机器人……………………………………………………………1 1.2.2 液压式工业机器人……………………………………………………………1 1.2.3 电动式工业机器人……………………………………………………………2 1.3 工业机器人的分类……………………………………………………………………2 1.3.1 按承载能力分…………………………………………………………………2 1.3.2 按生产形式分…………………………………………………………………2 1.4 工业机器人的历史……………………………………………………………………3 1.5 工业机器人的技术现状和发展趋势…………………………………………………5 1.5.1 工业机器人的技术现状………………………………………………………5 1.5.2 工业机器人的发展趋势………………………………………………………5

第二章 工业机器人总体结构设计…………………………………………………7

2.1 工业机器人设计内容与要求…………………………………………………………7 2.1.1 工业机器人在制造领域主要作用……………………………………………7 2.1.2 工业机器人主要设计内容……………………………………………………7 2.2 工业机器人的总体设计………………………………………………………………7 2.2.1 M10型工业机器人总体结构图…………………………………………………8 2.2.2 M10型工业机器人主要设计参数………………………………………………8 2.3 工业机器人的驱动方式选择…………………………………………………………9 2.4 工业机器人的运动学分析…………………………………………………………12 2.4.1 M10型工业机器人运动学简图………………………………………………12 2.4.2 M10型工业机器人运动分析…………………………………………………13 2.4.3 结合运动学简图和总体结构图的综合分析…………………………………13 2.5 工业机器人的材料选择……………………………………………………………13 2.5.1 材料选择的基本要求…………………………………………………………13 2.5.2 结构材料介绍…………………………………………………………………14

第三章 手腕转动机构设计…………………………………………………………16

3.1 工业机器人手腕介绍………………………………………………………………16

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3.1.1 设计要求………………………………………………………………………16 3.1.2 手腕的结构……………………………………………………………………17 3.2 手腕转动机构Ⅰ运动分析和电动机的选择………………………………………19 3.2.1 手腕转动机构Ⅰ结构图………………………………………………………19 3.2.2 运动分析………………………………………………………………………19 3.3 电动机的选择………………………………………………………………………19 3.3.1 选择电动机类型………………………………………………………………19 3.3.2 选择电动机的容量……………………………………………………………20 3.3.3 确定电动机转速………………………………………………………………20 3.4 手腕转动机构Ⅱ气动原理和运动结构分析………………………………………21 3.4.1 手腕转动机构气动原理图……………………………………………………21 3.4.2 气动原理图分析………………………………………………………………21 3.4.3 结构图…………………………………………………………………………22 3.4.4 运动分析………………………………………………………………………22 3.5 手腕转动机构轴承和键的选择……………………………………………………22 3.5.1 常用轴承类型及选择…………………………………………………………22 3.5.2常用轴承类型及选择…………………………………………………………23 3.5.3 键的选择………………………………………………………………………28

第四章 典型零件设计…………………………………………………………………29

4.1 轴的设计与校核……………………………………………………………………29 4.1.1 轴用途及分类…………………………………………………………………29 4.1.2 轴设计的主要内容……………………………………………………………29 4.1.3 轴的结构设计…………………………………………………………………29 4.1.4 轴的强度校核计算……………………………………………………………30 4.2 蜗杆传动的选择……………………………………………………………………35 4.2.1 蜗杆传动的介绍………………………………………………………………35 4.2.2 蜗杆传动的类型………………………………………………………………35 4.2.3 蜗杆传动主要参数介绍………………………………………………………36 4.2.4 涡轮蜗杆参数选择……………………………………………………………38

第五章 结论……………………………………………………………………………42 参考文献……………………………………………………………………………………43 致谢…………………………………………………………………………………………44

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