论文总字数：14359字

摘 要

搬运机器人是一种帮助人们搬运物品的一种工具，在汽车制造，食品，药品加工，机械零部件的加工等众多的领域搬运机械人的使用率正在迅速的提高。本次论文主要研究搬运机器人关于三自由度方面的设计。主要是从机身的整体旋转，垂直方向上的伸缩，和水平方向上机械手的伸缩方面的设计来进行研究。通过计算机械臂在旋转，和伸缩方面所受的力来确定所需要的零件的尺寸，对零件强度进行了校核。还计算了搬运机器人运动所需要的驱动部件的功率大小，选择合适的液压缸和电机。最后还用PLC设计了电气控制系统。

论文包括以下的内容：第一章主要介绍了本课题的背景，国内外的发展情况以及本次论文研究的目的和内容；第二章主要介绍了总体的各部分的设计方案；第三章是对三自由度搬运机器人的零部件的计算与校核以及驱动部件的计算和选择；第四章是电气控制系统的设计。

关键词：机械手；三自由度；搬运；plc

Design of Three-DOF moving Robot

Abstract

Now enterprises are constantly picking up the use of high manipulator. In the automobile manufacturing, food, medicine processing, machine parts processing and many other fields of manipulator is rapidly replacing manual. In this way, the labor intensity of workers can be reduced, the precision of products can be improved, and the production efficiency of enterprises can be greatly improved. Manipulator is a kind of biomimetic technology. It simulates the movement of human limbs through various mechanical parts and controls it with preprogrammed programs instead of the human brain so as to realize movement. With the manipulator, the worker can be freed from the environment which is dangerous and harmful to the human body. The worker can be safe. Manipulating the manipulator to complete the required work in the environment.

In this paper, the structure and control system of three-DOF manipulator are designed. At first, the design and calculation of the main parts of the 3-DOF manipulator are carried out, and the data are checked to determine whether it meets the requirements. The electrical control system is also designed with PLC.

Keywords: Manipulator, three degrees of freedoom, handling, plc

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景 2

1.2国内外的发展情况 3

1.3研究目的和内容 4

1.3.1研究内容 4

1.3.2研究目的 4

第二章 搬运机械手总体方案设计 5

2.1 执行系统的设计 5

2.2驱动系统的设计 5

2.3 控制系统的设计 6

第三章 机械手结构设计与计算 7

3.1 机械手手爪的结构设计 7

3.1.1对机械手手部设计的要求 7

3.1.2拉紧装置 8

3.1.3机械运动范围 9

3.2机械手手臂结构设计的设计 10

3.2.1 升降机械臂的设计 11

3.2.2 伸缩机械臂的设计 12

3.3机身结构的设计 13

3.4 电机的选择 13

第四章 机械手控制系统的设计 15

4.1Plc的介绍 15

4.2I/O分配表 15

4.3PLC程序 16

第五章 结论 19

致 谢 20

参考文献 21

第一章 绪论

1.1研究背景

机械、控制、计算机、传感器等多学科先进技术共同组合而成了现在在企业中广泛运用的机械手。工业机器人在很多的有关制造的领域得到了广泛的运用，比如汽车制造业，机械零部件的加工，此外工业机器人还在运输搬运行业使用的越来越多。我国的物流在最近几年发展的尤为迅速，所以高效的搬运和分拣货物是必要的，因此工业机械手取代人工的趋势是必然的。
有了机械手，工人就可以从那些原本危险，对人体有害的环境中解脱出来，工人可以在安全的环境下操控机械手完成所需要的工作。工业机器人的运用还可以提高企业的劳动生产效率，保证企业生产出来的产品质量。现在中国的人力的成本比以前有了很高的增加，使用工业机器人有利于企业减少工人的数目，从而在人力上节约成本。因此本次对三自由度搬运机器人的研究时有必要的。

1.2国内外的发展情况

2008经融危机之前，工业机器人的发展还是较为迅速的，但是在2009年数据显示工业机器人的发展出现了明显的下滑，而在2010年，工业机器人产业又开 始了大幅度的上涨。现在的社会上电气和汽车制造工业对工业机器人的需求是所有行业中最高的，在2010年,对工业机器人的需求最高的排名前三的行业分别是汽车制造，电子以及橡胶和塑料制造行业，汽车制造业对工业机器人的需求量为32700台，电子行业对工业机器人的需求量为30745台，橡胶和塑料制造业的需求量为8940台。其中汽车制造业在所有的行业中对机器人的需求量是最大的。

我国工业机器人起步较晚，从20世纪70年代初期才开始发展。我国的前辈们经过了20多年的研究，我国的工业机器人在不断的实践和发展中有了长足的进步，先后研制出了各种用途广泛的工业机器人，机器人通用工程也开始在我国出现，政府还积极推动和扶持了一批机器人产业化基地，机器人产业正是因为这些基础的帮助才能够在未来的有长足的进步。

我国工业机器人在21世纪初期，某些技术经过不断的努力有了突破，但在核心技术方面和国外的发达国家相比还是有一定的差距，特别是在工业机器人的制造工艺与配套工业机器人一起使用的装备方面。我国的工业机器人产业缺乏精度高，效率高的减速机、控制器等关键的零部件，这就导致了我国的工业机器人的核心技术一直受到外国企业的牵制。虽然我国研究人员在相关的方面经过30年的努力研究，但终究因为起步较晚所以与国外的发达国家相比存在较大的差距，在质量、产品类型方面都不如国外的发达国家。差距最为明显的就是在电动机和减速控制方面，国外产品的进口使我国的国产机器人缺乏市场竞争力，从而滞后了发展。

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