摘 要
移动机器人作为机器人学发展中的一个重要分支，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。机械臂是机器人的重要组成部分，他是机器人的执行机构，组合式机械臂是由若干一维机械臂以不同夹角组合而成，可实现机械臂的直线伸缩，或在X-Y平面移动，或在X-Y-Z空间定位等功能，以满足不同场合下的需要。
本文针对移动机器人组合式机械臂进行设计，首先进行总体的设计方案，拟定螺旋传动副为一维机械臂传动方案，对方案进行特点分析，然后针对关键传动件设计，选择电动机，对重要零件进行强度校核，对轴和轴承的寿命进行计算校核，最后对重要零部件进行结构设计，包括材料的选择、尺寸的确定、结构工艺性的满足、以及与其他零件的配合的要求等。
关键词：一维机械臂，组合机械臂，移动机器人，X-Y平面
I
Abstract
Mobile robot is an important branch of robotics development, is a comprehensive system including environment detecting, a variety of dynamic decision and planning, action control and execution in one. Manipulator is an important part of the robot, he is the executive body of the robot, the combined mechanical arm is composed of several one-dimensional manipulator with different angle combination, linear expansion can realize mechanical arm, or move on the X-Y plane, or function in X-Y-Z space positioning, to meet different occasions. In this paper, the mobile robot combined mechanical arm design, firstly, the overall design scheme, make the spiral transmission pair transmission scheme of one-dimensional mechanical arm, characteristics analysis of the scheme, then the motor selection for key transmission parts, design, strength check of important parts, the life of the shaft and bearings are calculated, finally the structural design of the main parts, including material selection, determine the size, structure, and meet the demand for cooperating with other parts etc..
Key Words: One-dimensional mechanical arm, mechanical arm, mobile robot, X-Y plane
II
目 录
摘 要 ......................................................................................................................................... I ABSTRACT .............................................................................................................................. II 目 录 ...................................................................................................................................... III 第1章 绪论 .............................................................................................................................. 1 1.1 机器人的发展史 .............................................................................................................. 1 1.2 我国机器人发展状况 ...................................................................................................... 2 1.3移动机器人概述 .............................................................................................................. 3 1.4 移动机器人的系统结构： .............................................................................................. 3 1.5 本课题研究目的和要求 .................................................................................................. 4 第2章 整体方案设计 .............................................................................................................. 5 2.1动力源及传动机构方案的确定 ...................................................................................... 5 方案一 ................................................................................................................................ 5 方案二 ................................................................................................................................ 5 2.2 拟定方案图 ...................................................................................................................... 6 第3章 传动设计与计算 .......................................................................................................... 7 3.1一维机械臂设计计算 ...................................................................................................... 7 3.1.1 步进电机的选择 ...................................................................................................... 7 3.1.2 滑动螺旋副的计算 ................................................................................................ 12 3.1.3 联轴器的选用 ........................................................................................................ 15 3.2胶辊设计 ........................................................................................................................ 16 3.2.1 微型电机选择 ........................................................................................................ 16 3.2.2微型皮带轮传动设计 ............................................................................................. 17 第4章 主要零部件结构设计 ................................................................................................ 19 4.1机架设计 ........................................................................................................................ 19
III
4.1.1机架设计准则 ......................................................................................................... 19 4.1.2 机座主体设计 ........................................................................................................ 20 4.2 包装袋托架设计 ............................................................................................................ 20 4.3 集料槽设计 .................................................................................................................... 21 4.4轴承选择与校核 ............................................................................................................ 22 4.4.1 轴承校核的概念及方法 ........................................................................................ 22 4.4.2 电动推杆处轴承校核 ............................................................................................ 23 第5章 安装检验及使用维修 ................................................................................................ 24 5.1检验规则 ........................................................................................................................ 24 5.2 包装机安装 .................................................................................................................... 24 5.3 设备调整 ........................................................................................................................ 24 5.4使用操作 ........................................................................................................................ 24 5.5维修保养和故障排除 .................................................................................................... 24 总 结 ........................................................................................................................................ 25 参考文献 .................................................................................................................................. 26 致 谢 ........................................................................................................................................ 27
IV
轴式组合机械臂的机械结构设计与仿真
第1章 绪论
1.1 机器人的发展史
机器人的历史并不算长，1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。英格伯格在大学攻读伺服理论，这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于 1946 年发明了一种系统，可以“重演”所记录的机器的运动。
1954 年 , 德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性，英格伯格和德沃尔都在研究机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为是用重型机器进行工作，生产过程较为固定。
1959 年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。 它成为世界上第一台真正的实用工业机器人。此后英格伯格和德沃尔成立了“尤尼梅逊”公司，兴办了世界上第一家机器人制造工厂。第一批工业机器人被称为“尤尼梅特”，意思是“万能自动”。 他们因此被称为机器人之父。
1962 年美国机械与铸造公司也制造出工业机器人，称为“沃尔萨特兰”，意思是“万能搬动”。”尤尼梅特”和“沃尔萨特兰”就成为世界上最早的、至今仍在使用的工业机器人。
近百年来发展起来的机器人，大致经历了三个成长阶段，也即三个时代。第一代为简单个体机器人， 第二代为群体劳动机器人，第三代为类似人类的智能机器人，它的未来发展方向是有知觉、有思维、能与人对话。第一代机器人属于示教再现型 , 第二代则具备了感觉能力 , 第三代机器人是智能机器人 , 它不仅具有感觉能力 , 而且还具有独立判断和行动的能力。
英格伯格和德沃尔制造的工业机器人是第一代机器人，属于示教再现型，即人手把着机械手，把应当完成的任务做一遍，或者人用“示教控制盒”发出指令，让机器人的机械手臂运动，一步步完成它应当完成的各个动作 。
20世纪70年代，第二代机器人开始有了较大发展，第二代机器人则对外界环境实用阶段，并开始普及。 第三代机器人是智能机器人，它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的
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