1、摘要因为电机的驱动技术有着结构简单、价格便宜、环保、维修简单等一系列明显优点，在工业生产中得到及其广泛的应用，已经成为机械自动化生产中不可或缺的重要手段之一，在当今备受人们的关注与重视。还有近年来工业机械化和工业自动化的发展，机械手臂已经能做出类似人手臂的一些机械功能，在实际生产中按已有设定的程序抓取物件或操作机械工具运动的自动化机械装置，且是最早出现在工业生产中的机器人，而且也是最早出现的现代化工业机器人，它可代替人工以实现生产的自动化和高效率，还能在对人体有害环境下代替人工进行稳定的操作，因此现今的机械手被广泛应用于机械制造、冶金、轻工业和原子能等相关的工业生产线中。首先，根据上料机器人的
2、功能需求进行上料机器人手臂的总体结构分析，提出多种总体结构设计方案，并对多中方案进行检查分析，选出最优的设计方案；其次进行最优的设计方案的具体设计，其中包括传动方案的选择，滚珠丝杠的设计，电机的选择，齿轮传动的设计，轴承和轴的设计计算与校核；再次运用CAD绘制二维工程总装图和主要零件图，细致剖析机器人手臂的内部结构，标注机器人手臂的整体尺寸与基本公差配合；最后用Pro/E做出上料机器人臂部的部分零件图和总装配图，并建立上料机械臂的三维实体模型进行运动仿真分析检查干涉情况；并用ANSYS软件建立机械臂重要零部件的有限元模型，然后进行必要的应力分析并校核强度，最后运用UG建立零件的数控加工过程。关
3、键词：机械臂；设计；仿真；加工ABSTRACTBecause the motor drive technology has a series of significant advantages, such as simple structure, low cost, no pollution, easy maintenance and so on. Now the motor drive get more and more widely used in industrial production, has become an indispensable important means of a
4、utomation, have been paid much attention by people. Along with the development of the industrial mechanization and automation in recent years, some of the mechanical arm can imitate the manpower and arm action function, it can grab according to a fixed procedure operating tool to moving objects or a
5、utomatic operation of the device, and it is the first industrial robots,it is also the first modern robot, it can work hard instead of human to realize mechanization and automation of production, operating in a dangerous environment to protect personal safety, thus it is widely used in machinery, me
6、tallurgy, electronics, light industry and atomic energy etc. First of all, according to the functional requirements of the feeding robot arm for the overall structure analysis, put forward a variety of design of overall structure, and inspection on the analysis, choose the best of all. For the speci
7、fic design of the best design, including the transmission choose, the design of the ball screw, the choice of motor, the design of the gear transmission, bearing and shaft design calculation and checking; The CAD drawing of two-dimensional engineering assembly diagram and main parts diagram, detaile
8、d analyzes the internal structure of the robot arm label the overall size of the robot arm with basic tolerance; Using Pro/E to make feeding robot arm parts of figure and total assembly drawing, and establish the feeding three-dimensional entity model of the robot arm movement simulation analysis to
9、 check interference; UsingANSYS software to establish finite element model of typical components, stress analysis and strength checking, using UG to establish the major parts of nc machining process.Keyword：Mechanical arm; Design; Simulation; Processing目 录摘要IIAbstract III1绪论11.1 本论文的学术背景及理论与实际意义11.2
10、 上料机器人手臂的发展现状和未来的发展趋势21.3 本论文研究的主要内容82 上料机械手臂的结构设计102.1 总体方案分析102.2 传动方案的选择112.3 滚珠丝杠的设计132.4 电机的选择172.5 齿轮传动的设计192.6 轴承的选择252.7 俯仰轴的设计283 PRO/E建模和仿真323.1 主要部件建模及其简介323.2 其他主要三维模型的展示423.3 上料机器人手臂的装配模型454结论66参考文献675致谢69I 第1章 绪论1 绪论1.1本论文的学术背景及理论与实际意义工业机器人是面向工业生产的具有多关节机械手臂且多方向可动的机器装置，它能按事先设定好的程序自动执行设定
11、好的工作，它是靠电机提供动力和程序自我控制能力的相互协调来实现各种机械功能的一种机器装置。它可以受人的控制和指挥，也可以按照程序设定自动平稳工作，现代的机器人还可以按照人工智能技术设定的各项原则来工作。现代工业机器人是集机械、电子、新型材料、计算机、传感器、人工智能等多技术融为一体的现代化工业生产线中非常重要的自动化机械装备。1962年美国制造出世界上第一台运用于工业生产的机器人以来工业机器人技术和相关产品发展及其迅速，我国也在迎头赶上。现在已经成为柔性制造系统、自动化系统、计算机大规模集成制造系统的自动化运行工具。工业机器人是一种运行独立，多方向可动，程序可以编程控制，自动化程度很高的可代替
12、人工的操作机械。主要运用在自动化生产线的生产中，还可以用于柔性制造系统中传递和装卸工件或作为夹具。工业机器人以刚性高的材料作为主体通常是手臂部分，与人工相比，可以有更高的工作效率，可以搬运人工不可以搬运的东西或者更重的东西，而且定位精度非常高，它可以根据设定的程序或者外来信号，自动进行操作。运用工业机器人可以非常有效的提高工业产品的质量与生产效率，实现生产过程中最大程度的自动化，改善人力资源需求，减轻工业生产对于人工依赖的一种有效手段。机器人的诞生和发展过程虽然只有30多年的时间，但它已应用到了国民经济领域,工业生产领域,军事技术领域等众多的领域，具有广阔的发展前景，并且显示出其强大的生命力1
13、 广泛采用工业机器人，不仅可以提高工业生产的质量与效率，而且对保障人身安全、改善生产环境、减轻劳动强度、节约材料消耗以及降低工业生产成本有着非常重要的意义。1.2上料机器人手臂的发展现状及未来的发展趋势（1）世界机器人手臂的设计发展现状和今后的发展趋势。第一代工业机器人就是现阶段工业中被大量使用的现型工业生产机器人，它主要由手部、关节、臂部、驱动系统和控制系统所组成。第一代工业机器人控制方式比较简单，应用人工编程然后存储在本身系统中，当机器人进行工作时读出这些事先编好的信息，然后向执行机构发出指令，执行机构按指令进行操作。第二代工业机器人就是带有多种传感器的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进
14、行反馈的能力。第二代工业机器人控制方式比第一代工业机器人要先进并且复杂的多，第二代工业机器人从1980年进入了实用阶段，现在已经开始普及应用。第三代工业机器人就是数字智能化机器人。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。并且能记录和检测工作对象的变化，具有适应各种复杂工作环境的新功能。第三代机器人现在还处于设计研制研制阶段，还没有大量投入工业生产应用当中 。目前，国外西方发达国家的工业机器人轨迹技术已经较为成熟。欧洲委员会设定了节能目标：到2020年工业机器人一次能源的消耗要比
15、2007年减少20%。美国Meike和Ribickis，研究了ABB机器人获取时间最优轨迹和能量最优轨迹的获取算法，这将使同样的机器人运动目的采用最优化的轨迹，实现时间和能耗的最优。国外发达国家现在正在研究工业生产中机械臂的模块化设计。想要研制一种新型模块化可任意旋转关节。为使模块化关节结构强度得到保证并且更紧凑，因此设计采用电机、编码器和制动器轴线平行的布置方式，具有标准通用的机械、电气接口，可以根据企业或者生产线的需求不同组装成不同构型的机械臂；针对模块化机械臂运动学不具有通用性的问题，基于构型平面匹配的方法，将空间构形转换为平面几何关系，实现对机械臂的模块化运动学求解；设计了机械臂运动学仿真平台，能够快速获得不同构型机械臂的运动学；结合该模块化旋转关节的特点，构建分布式控制系统，实现了对各种构型机械臂的控制。由于新型的机械臂模块化推进了机器人创新技术的速度，使得企业与企业之间的相互了解的反应时间大大缩短。作为一条行业的竞争规则，管理者不得不去适应产品设计理念快速更替和机器人相关产业的各种创新发展，单单只去了解同行业直接竞争厂商的运营模式和竞争战略方针是远远不够的，与产品相关的其他模块的创新设计发展及其行业内部容易变化的合作联盟关系都有可能随时导致非常激烈的竞争。模块是产品知识的提现和载体，对模块科研成果的应用就是对科学知识的直接有
