摘 要

一般工业领域中所应用的机器人的本体主要是一只类似于人上肢功能的关节型机械手，每个关节中独立安装驱动电机，通过计算机对驱动单元的功率放大电路进行控制，实现机器人的操作。关节型机器人机身小而且动作空间大，动作灵活，可满足更多的生产要求，所以应用范围广泛。本文所设计的关节臂机器人既可应用于生产实践，又可应用于示教研究。在逐渐智能化、工业化的今天，关节型机器人的形式也日益呈现多样化，为关节型机器人的研发开拓了更为广阔的空间。基于这样的应用前景，提出了对本课题的研究。

在对机器人本体的可行性进行充分的研究后，本文所设计的关节臂机器人为四自由度结构，机身实现回转、大小臂实现俯仰、夹持器实现伸缩的设计方案，而机器人的四个关节均采用电机驱动，利用PLC编程来进行控制。该机器人运动简单可靠，定位精度和重复定位精度高，独立性强，工作种类多样，同时还兼具外形美观大方，制造成本低等优点。

关键词：关节臂机器人；本体结构设计；驱动方式；控制程序

Abstract

General industrial robot ontology is mainly used in the field of a similar to the upper limb function of a human being manipulator joints type,installed in each joint drive motor and through the computer controlling the power amplifier circuit of the drive unit to operate the robot.The small body and wide joints motion space and the flexible movements can meet the production requirements of more and more,so the range of applications is extensive.In this paper,the designed joint arm robot can be applied in production and practice,and can be applied to teaching and research.With the intelligence and industrialization developed gradually in today,the form of joint type robot is also increasingly diversified,opening up a vast space to research and develop joint type robot.Based on this application prospect,the topic research was proposed.

After fully researching on the feasibility of the robot body,the designed joint arm robot in this paper is a design scheme with a four-degree-free structure and through the fuselage realizing turn,the arms realizing pitch,and the gripper realizing stretch,and four joints all adopt motors to drive,using PLC programming language to control.The robot moves simply and reliably,has high positioning and repeat-positioning accuracy,has strong independence and can fit various kinds of work,but also has many other advantages,such as a beautiful shape,low manufacturing cost and so on.

Key Words：Joint arm robot;the ontology structure design;drive mode;the control program

目录

摘要 I

Abstract II

目录 1

第一章 前言 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.2 机器人的发展及分类 2

1.2.1 机器人的发展 2

1.2.2 机器人的分类 4

1.3 关节型机器人的分类及应用 6

1.3.1 关节型机器人的分类 6

1.3.2 关节型机器人的应用 8

1.4 本文的研究内容 10

第二章 关节臂机器人基本设计方案的确定 11

2.1 关节臂机器人驱动方案的确定 11

2.1.1 各类驱动方案的特点 12

2.1.2 工业机器人对驱动电机的要求 12

2.2 关节臂机器人控制方案的确定 13

第三章 关节臂机器人系统设计 17

3.1 电动机和减速器的选型计算 17

3.1.1 回转关节处电动机和减速器的选型计算 17

3.1.2 俯仰关节处电动机和减速器的选型计算 19

3.1.3 夹持器处电动机的选型计算 21

3.2 关节臂机器人PLC编程控制 22

3.2.1 控制系统的设计 22

3.2.2 系统外部接线图、系统模块图、状态转移图、控制梯形图 24

第四章 关节臂机器人三维及二维示意图 27

4.1 关节臂机器人三维示意图 27

4.2 关节臂机器人二维示意图 28

结 论 30

致 谢 31

参考文献 32

第一章 前言

1.1 课题研究的目的及意义

经过近几十年的发展，社会各个领域都发生了或大或小的变化，机器人技术对我们而言已从陌生变为熟悉。国内外在机器人技术的发展和机器人产品的研发上耗费了大量的人力物力财力，对机器人项目的投资只增不减。机器人究竟有何魔力，研究机器人的目的又何在？

机器人技术是20世纪人类最伟大的发明之一，是21世纪的研究热点，是一个国家经济与科技实力的综合体现。机器人从60年代初问世以来，已取得了长足的进步。机器人技术的发展是社会发展本身的需求，也是生产力发展和人类发展的必然结果，它的高速发展提高了社会的生产水平和人类的生活质量。随着经济的繁荣发展、技术的日新月异，各行各业不同类型的机器人应运而生，其应用从工业生产拓展至太空和深海探索、军事、服务和医疗等诸多其他领域。机器人技术在发挥着越来越重要作用的同时，也逐渐显示出它们的优越性，前景十分广阔。21世纪，无疑是一个更为广泛和深入地开发和应用机器人技术的时代，必将推动社会的革命性变化和进步，对国民经济和国家安全产生巨大影响。

机器人在工业生产中的应用，使传统产业的自动化程度得到大幅度的提升，劳动生产率也随之提高，使工业生产展现出新的面貌。在工业较发达的国家，有关工业机器人的研究与开发一直受到鼓励与支持。以“资源消耗低、环境污染少”为特征的新型工业在其推动下的诞生，给传统工业带来了质的飞跃。在“以人为本”的现代社会，工业机器人是新一代的“蓝领工人”。在高温，高压，粉尘，噪音以及带有放射性和污染的工作场合工作，人类往往难以胜任，它们代替人们完成生产线上的高难度、高危险作业，且抗干扰能力强、动作精准、不知疲倦，减少了安全事故的发生，减轻了人们的工作量。在机械制造业中，诸如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等大批量、高质量要求的作业中，都能看到工业机器人的身影，机器人甚至已成为必不可少的核心装备。凭借“为人之所不能为”的优势，工业机器人必将是未来研发的重心。随着科学技术的发展，更多专门从事工业生产的机器人将会普及化。