毕业设计论文履带式自动行走管道机器人结构设计吸尘除尘.docx

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1、毕业设计（论文）履带式管道机器人结构设计所在学院专业班级姓名学号指导老师随着机器人技术的飞速发展，工业机器人的应用领域正在不断的扩大，对应用需求提出了新的要求，为提高机器人应用的水平，我们研制了一套以管道清灰为目的的机器人系统。本文阐述了机器人的发展历程，国内外的应用现状，及其巨大的优越性，提出具体的机器人设计要求，进行了本演示系统的总体方案设计和各自由度具体结构设计、计算;最后设计伸缩机构和机身设计。关键字：管道机器人、结构设计、机械结构AbstractWiththerapiddeve1opmentofthetechno1ogyoftheindustria1robot,robotapp1ic

2、ationfie1disconstant1yexpanding,toapp1icationdemandputforwardnewdemands,inordertoimprovetheapp1ication1eve1,wedeve1opedasetofinpipec1earingashrobotsystemforthepurposeof.Thispaperdescribesthedeve1opmentofrobot,app1icationstatusathomeandabroad,anditsgreatsuperiority,putsforwardthespecificrobotdesignre

3、quirements,forthedemonstrationoftheovera11schemeofthesystemdesignandthevariousdegreesoffreedomspecificstructuredesign,fina1designca1cu1ation;te1escopicmechanismandmachinedesign.KeyWords:Pipe1inerobot,structuredesign,mechanica1structure摘要IIAbstractIII目录IV第I章绪论11.1 机器人概述11.2 机器人的历史、现状31.3 机器人发展趋势51.4

4、本课题研究的内容与要求5第2章机器人总体方案设计62.1 总体设计的思路62.2 设计方案过程及特点62.2.1 管道机器人的工作环境62.2.2 管道机器人的技术要求62.3 总体结构的设计和比较72.3.1 行走机构的设计72.3.2 操作机构的设计82.3.3 撑开机构的设计8第3章移动部件的设计和计算103.1 行走机构的设计和计算103.1.1 行走机构的驱动电机功率的预算103.1.2 行走机构结构设计113.2 大小锥齿轮的设计和校核183.3 轴的设计和校核213.4 键的校核31第4章伸缩机构和机身设计和计算324.1 伸缩机构设计计算324.2 操作臂的设计33总结34参考

5、文献35致谢37第1章绪论1.1 机器人概述在现代化工业中，生产的机械化、自动化已成为特别突出的主题。化工等连续过程的自动化生产已基本上得到解决。但是，在机械工业中，加工和装配等生产是不连续的。专用机床就是实现大批量生产自动化的有效办法；数控机床、程控机床、加工中心等等自动化机械有效地解决了很多品种小批量生产自动化的重要办法。但是除切削加工本身外，另外还有大量的装卸、搬运、装配等作业需要进一步实现机械化。机器人的出现与应用为这些工作的机械化奠定了很好的基础。“机器人”（工业机器人）：指的是程序变量的大部分（主编）装置的自动抓取，独立的搬运工，操作工具（称为国内工业机器人或机器人，机器人是一种带

6、人体上肢的部分功能，有工作程序固定的自动装置。该机器人具有结构简单，成本低廉，易于维修的优点，但功能少，适应性比较差。目前我国常有机器人的特性称为特种机器人和工业机器人，称为通用机器人。总之，机器人是用机器来代替人手操作，把工件由某个位置移动到指定位置，或按照要求控制工件的加工。机器人一般分为三类。第一类是通用的机器人不需要人工操作，也是本文所研究的对象。它不属于一个特定的主机设备，独立，能根据任务程序的需要，完成操作规程。它除了具有普通的机械物理性能，还具有通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机（机械手）。它起源于原子，军事工业，先通过机器操作来完成某些任务，后来发

7、展到使用无线电信号对月球探测的机器人。行业锻造操作机采用也属于这一范畴。第三类是专业的机器人，主要属于自动机床或自动生产线上，用以解决在机械传动的材料和工件。这种在国外机器人通常被称为“机械手”，它是为主机服务的，由主机驱动。但是也有例外，工作程序一般是固定的。机器人因结构形式的不同又可以分为多种类型，其中，关节型机器人以结构紧凑，所占空间小，相对工作空间最大，甚至还能够绕过周围的一些障碍物等这样一些特点，成为了机器人中使用最多的结构形式，世界著名机器人的本体部分都是采用这种机构形式的机器人。要使机器人像人那样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似的把握和手指,手腕，手臂的运动机理，关节和其

8、他部位一一致动器驱动和传动系统；手臂运动就像一个肌肉；指挥控制系统的手动工作就像大脑。这些系统的性能决定了机器人的性能。在一般情况下，机器人通常是由执行机构，驱动、传动系统和控制系统三部分组成，如图1-1所示。图IJ机器人的一般组成现代智能机器人，还具有智能系统，主要是感觉装置，视觉装置和语言识别装置。目前的研究主要集中在给定的机器人的“眼睛”，所以它可以识别物体和避开障碍物，以及机器人的触觉装置。机器人这些组件不是独立的，或是不是简单的叠加在一起，从而形成一个机器人。为了实现机器人实现预期的功能，对机器人的零件之间也必然存在相互关联，相互作用、相互制约。他们之间的关系如图1-2所示。智能系统

9、图1-2机器人各组成部分之间的关系机器人的机械系统主要是由执行机构和驱动一传动系统组成的。执行机构是机器人完成工作任务的实体，经常由连杆和关节组成，先由驱动一传动系统提供动力，然后按控制系统的要求完成任务。驱动一传动系统主要由驱动机构和传动系统组成。驱动机构给机器人提供各关节所需的动力，传动系统则是将驱动力转换成为满足机器人各关节力矩有运动所要求的驱动力或力矩。有的文章则把机器人分成为机械系统、驱动系统和控制系统三大部分。其中，机械系统又叫操作机(ManiPU1atOr),如同本文中的执行机构部分。1.2 机器人的历史、现状机器人首先开始在美国的发展。1958美国联合控制公司开发的第一个机器人

10、。结构是一个旋转臂安装在阀体上，安装在电磁铁工件取放机构的末端部分，控制系统是一个新型的教学。日本是一个工业机器人是最快的，大多数国家使用。自1969以来，从美国引进了两种典型的机器人，大力从事机器人研究。目前，大部分还属于第一代工业机器人，主要依靠人工控制；在开环式控制方法，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度的。第二代机器人正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。第三代机器人(机器人)则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造

11、系统FMS(F1exib1eManufacturingSystem)和柔性制造单元FMC(FIeXib1eManufacturingCe11)中的重要一环。随着工业机器人制造的研究和应用领域的不断扩大发展，国际学术交流活动非常活跃，欧洲和美国和其他国家进行了大量的学术交流活动。国际工业机器人产业会议决定每年召开一次会议，开发和应用的探讨和研究机器人。目前，工业机器人主要用于装卸，搬运，焊接，铸造，热处理，无论数量，品种，性能不能满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作，主要是在危险作业(广义)，粉尘，高温，噪声，工作空间狭小，不适合人工作业的环境。在国外机械制造业中，工业机器人应用较

12、多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制造（C1M）要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的

13、能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在EPROM中，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。美国工业机器人技术的发展，大致经历了以下几个阶段：（1） 1963-1967年为试验定型阶段。1963T966年，万能自动化公司制造的工业机器人供用户做工艺试验。1967年，该公司生产的工业机器人定型为1900型。（2） 19

14、68T970年为实际应用阶段。这一时期，工业机器人在美国进入应用阶段，例如，美国通用汽车公司1968年订购了68台工业机器人；1969年该公司又自行研制出SAM新工业机器人，并用21组成电焊小汽车车身的焊接自动线；又如，美国克莱斯勒汽车公司32条冲压自动线上的448台冲床都用工业机器人传递工件。（3） 1970年至今一直处于推广应用和技术发展阶段。1970-1972年，工业机器人处于技术发展阶段。1970年4月美国在伊利斯工学院研究所召开了第一届全国工业机器人会议。据当时统计，美国大约200台工业机器人，工作时间共达60万小时以上，与此同时，出现了所谓了高级机器人，例如：森德斯兰德公司（Sun

15、dstrand）发明了用小型计算机控制50台机器人的系统。又如，万能自动公司制成了由25台机器人组成的汽车车轮生产自动线。麻省理工学院研制了具有有“手眼”系统的高识别能力微型机器人。其他国家，如日本、苏联、西欧，大多是从1967,1968年开始以美国的VersatrarT和“Unimate”型机器人为蓝本开始进行研制的。就日本来说，1967年，日本丰田织机公司引进美国的“Versatran”，川崎重工公司引进“Unimate”,并获得迅速发展。通过引进技术、仿制、改造创新。很快研制出国产化机器人，技术水平很快赶上美国并超过其他国家。经过大约10年的实用化时期以后，从1980年开始进入广泛的普及时代。我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚5-6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。1.3 机器人发展趋势随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势：a）提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人；