4-DOF搬运机器人的结构设计摘要：在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。
目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。
本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运机器人的运动机理。
在此基础上，确定了四自由度搬运机器人的基本系统结构，对搬运机器人的结构进行了简单的强度计算，完成了搬运机器人机械方面的设计（包括传动部分、执行部分、驱动部分）和简单的三维实体造型工作。
本设计为四自由度圆柱坐标型工业机器人，其工作方向为两个直线方向、一个旋转方向和一个气爪运动。
机器人的机械结构主要包括由三个电磁阀控制的气缸来实现机器人的上升下降运动及夹紧工件的动作，一个步进电机控制机器人的正反转。
在控制器的作用下，搬运机器人执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作。
设计的搬运机器人运用于自动化生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率，本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。
关键词：搬运机器人，强度计算，结构设计指导老师签名：Structure designing of 4-DOF handling robotStudent name: Class:Supervisor:Abstract：In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automationproduction line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises.Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect alevel of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked withwelding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work.This paper studies the current situation of the development of mechanical hand, bystudying the working principle of the robot, familiar with handling robot locomotionmechanism .On this basis, identified 4-DOF of handling robot 's basic system architecture ,simple strength calculation was made on handling robot structure ,finish handling robotmechanical design ( including transmission part, operative, driving part ) and simple 3Dsolid modeling work.This scheme introduced a cylindrical robot for four degree of freedom.It is composed of two linear axes ，one rotary axis and a pneumatic claw movement.Themanipulator mechanical structure includes three solenoid valves controlled by air cylinderto achieve the increased decline in sports and workpiece clamping action,a stepper motorcontrol manipulator positive inversion.Controller only allows these devices move from one assembly line to other assemblyline in space, perform relatively simple taskes. Designed of the handling robot used in automatic production line, realizing the automatic production, reduce industrial workers much repetitive work, also can improve labor productivity.This paper is more comprehensive introduction and summing-up for the for the whole design work.Keywords：Transfer robot, Strength calculation,Structure designSignature of Supervisor:目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)1 绪论 (4)1.1搬运机器人概述 (4)1.2搬运机械人的应用简况 (6)1.3搬运机器人的应用意义 (7)1.4机械手的发展概况与发展趋势 (7)1.5本论文的主要工作 (9)2 搬运机械手总体设计方案 (10)2.1自由度和坐标系的选择 (10)2.2搬运机器人的组成 (11)2.3搬运机器人的技术参数 (13)2.4搬运机器人结构简图 (14)3 零部件结构设计. (15)3.1夹持式手部结构 (15)3.2臂部的设计及有关计算 (16)3.3步进电机的选型 (21)3.4联轴器的选择设计 (22)3.5 机座设计及电磁阀的选择 (24)4 结构强度计算、尺寸设计与校核 (28)4.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 (28)4.2手臂升降气缸的尺寸设计与校核 (29)4.3步进电机的尺寸设计与校核 (30)4.4总体结构图、实体图的绘制 (32)5 控制系统 (34)5.1 PLC的主要特点 (34)5.2 PLC的发展阶段 (35)5.3 PLC的选择 (35)5.4机械手的循环工作说明 (36)6 结论 (37)参考文献 (39)致谢 (41)附录A4-DOF 搬运机器人的结构设计1 绪论1.1 搬运机器人概述搬运机器人在实际的工作中就是一个机械手，机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。
尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。
在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。
随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。
由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。
机器人一般分为三类。
第一类是不需要人工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。
它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。
它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、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（Manipulator）。
它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。
工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。
第三类是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。
这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。
除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。
机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。
要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。
这些系统的性能就决定了机器人的性能。
一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如图1-1所示。
图1-1机器人的一般组成对于现代智能机器人而言，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等。
目前研究主要集中在赋予机器人“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，以及机器人的触觉装置。
机器人的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从而构成一个机器人的。
要实现机器人所期望实现的功能，机器人的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约。
它们之间的相互关系如图1-2所示。
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由执行机构和驱动－传动系统组成。
执行机构是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由驱动－传动系统提供动力，按控制系统的要求完成工作任务。
1.2搬运机械人的应用简况在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。