基于cad的机器人设计

1、 本科毕业设计说明书（论文） J I A N G S U U N I V E R S I T Y本 科 毕 业 论 文 基于CAD的自动生产线搬运机器人设计Design of porterage robot of automatic production line on CAD学院名称： 机械工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 基于CAD的自动生产线搬运机器人设计摘要 在自动化生产领域中，工业机械手是近几十年发展起来的。工业机械手是从工业机器人中分支出来的，其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性

2、。机械手作业具有准确性和在各种环境中完成作业的能力，是一种能自动化定位控制并可重新编程序以实现变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中的工作。本文选取了汽车半轴模锻生产线的搬运机械手作为设计对象，设计了机械手的总体方案，同时对手臂和机身各部分进行了设计，使用液压缸进行手臂驱动，使用CAD软件绘制了装配图和各部分的零件图，最后对机械手进行了简单的三维建模和仿真。关键词 CAD 搬运机械手 液压 三维建模Design of porterage robot of automatic production line on CADAbstract In the area o

3、f automating and producing realm ,the industrial machine hand has developed for decades. Industrial machine hand came out from the industrial robot, it could accomplish various of tasks by programme,that is its characteristics.It has both human and machines respective characteristics on the structur

4、e and the function, particularly embodied humans intelligence and adaptability. The machine hand homework has accuracy and abulities to accomplish tasks in various of environment,it is a kind of multi-function machine that can automate to position of a control and can reprogram to achive various of

5、changes .It has several degrees,and it can be used to transport object to accomplish works in different environment. This paper selected works took the porterage machine hand of the car half stalk mold Duan production line as to design object and designed the total project of machine hand, the oppon

6、ent arm and each part of fuselage carried on a design and used a hydraulic urn to carry on arm to drive and used CAD software to draw the spare parts diagram of assembling the diagram and each part and finally carried on an in brief 3D model and imitate to the machine hand really at the same time.Ke

7、ywords CAD porterage machine hand hydraulic 3D model目 录引言1第一章 总体方案设计 41.1 汽车半轴模锻生产线的总体方案41.2 机器人总体方案5第二章 手臂的设计计算 82.1 手臂直线运动的驱动力计算72.1.1 手臂水平伸缩运动驱动力计算72.1.2 手臂垂直升降运动驱动力计算102.2 手臂俯仰运动驱动力矩计算102.3 液压缸的选择112.3.1 伸缩缸的选择122.3.2 摆动缸的选择142.4 手臂的结构及装配152.4.1 连接摆动缸162.4.2 安装伸缩缸172.4.3 手臂导向设置17第三章 机身设计 193.1 机

8、身材料选用193.2 机身结构设计193.3 机械定位挡块设计213.3.1 竖直定位挡块213.3.2 水平定位挡块223.4 机器人装配22第四章 机器人PRO/E建模和仿真244.1 PRO/E软件介绍 244.2 机器人PRO/E三维建模及装配 244.2.1 零件的建模244.2.2 机器人装配264.3 机器人PRO/E运动仿真 27结论 30致谢 31参考文献 32附录A附录B附录C附录D34引 言汽车工业作为我国国民经济的支柱产业，最近几年在市场需求量不断扩大的情况下发展比较迅速。激烈的市场竞争更加快了汽车产品的更新换代，各大汽车生产商不断推出新的车型，以性能先进、外形新颖和质

9、量优佳的车型去拓展市场。汽车半轴是汽车重要的传力零件，其制造工艺及质量水平直接影响到汽车的质量和制造成本。因而如何提高汽车半轴的生产效率和产品质量成为比较重要的研究课题。目前汽车半轴模锻生产线存在的问题是：工人劳动强度大；生产过程不连续，生产流程无序；工作环境存在着安全隐患；产量不能稳定；故需要对汽车半轴模锻生产线进行自动化设计和改造。自动生产线中常用到工业机器人技术。工业机器人是一种典型的光、机、电一体化高科技产品，一般指在工厂车间环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、加工、装配等操作的一种机器人。工业机器人的定义为:一种自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的

10、操作机.操作机定义为:具有和人的手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备.特别适合于多品种、变批量的柔性生产.它对稳定、提高产品质量，提高生产效率改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用.1959年被称为“工业机器人之父”的美国发明家约瑟夫·英格伯格与德沃尔联手制造出世界上第一台工业机器人1。从20世纪60年代后期开始，搬运、喷漆、弧焊机器人相继在生产中得到应用。从20世纪70年代开始，机器人技

11、术的研究重点被放在对外部传感器和控制方法的研究上.20世纪80年代以后，在着重研究机器人视觉的同时，机器人先进控制方法和应用领域不断的进步和扩展。从上世纪90年代.开始，随着计算机技术和光、机、电一体化以及网络技术的深入发展，出现了娱乐、洗尘、警卫等多种贴近生活的智能机器人。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等在工业生产中都已被大量采用。诸如采矿

12、机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等应用于各种非制造行业的工业机器人.此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域，机器人的应用也越来越多2。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有工业机器人，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。下面举几个例子说明工业机器人在自动化生产线方面的应用。汽车零件生产线中的材料搬运机器人可以代替工人执行累和不安全的工作。材料搬运机器人可用来上下料、码垛、卸货以及抓取零件从新定向等作业。国内汽车行业冲压生产采用的冲压线采用搬运机器人实现了冲压自动化。中国科学院沈阳自动化研究所从199

13、5年开始进行机器人柔性冲压自动化生产线系统技术的研究，同时开展工程应用工作，1997年国内第一条自行设计制造的、具有自主知识产权的柔性自动化冲压线在长春一汽大众公司投入了生产使用，产生了良好的经济效果，但造价十分昂贵。焊接机器人大大提高了生产线的生产效率。汽车制造厂已广泛应用焊接机器人进行承重大梁和车身结构的焊接。弧焊机器人需要六个自由度来保证焊缝有良好的质量。点焊机器人能保证复杂空间结构件上焊接点位子和数量的正确性，而人工作业往往在诸多焊点中会遗漏。 例如英国MOTOMEN公司最近生产了两台焊接机器人设备。为了满足新型汽车Jaguarsaloo制造需要，第一台除有一个标准的外形外，还带有一个

14、报警器和一个电力线的载源，六轴的机器人和两个自动变址的工作台。而第二台有六轴机器人和一个手动变址的旋转工作台。前者为汽车管座框架实行金属焊条惰性气体保护弧焊。后者靠辐射支架和其它部件自动完成 12种弧焊。从两台机器人投入生产以来，汽车的预期生产量超过了十三万部。装配在生产中装配是一个比较复杂的作业过程，不仅要检测装配作业过程中的误差，而且要试图纠正这种误差，这时候生产线采用机器人实现自动装配可以大大提高装配质量。比如在宝马公司长度达4000m的装配生产线中采用了数字式的、三维的控制方式控制装配生产线中的60多台机器人，比如说采用全自动的装配方式将汽车的发动机与变速器连接在一起的装配过程中，共有

15、6台摄像机被用来获取装配工作的生产情况，其中3台摄像机被安装在机器人的手臂上。在这些摄像数据的帮助下，机器人按照工艺文件规定的拧紧力矩将发动机与变速器精确、可靠地安装在一起，并保证安装误差不超过规定的0.15mm3。自1959年美国推出世界第一台“尤尼梅特”（Unimate）工业机器人以来，机器人在工业发达国家得到迅速的发展。日本是工业机器人大国，拥有工业机器人台数占全世界工业机器人总台数的50%左右10。世界上还有许多工业发达国家，如美国、俄罗斯和西欧一些国家的工业机器人产业也发展得很快。尽管美国所拥有的机器人在数量上不如日本，但其技术水平较高，占有一定的优势。在亚洲，韩国的工业机器人产业发

16、展迅速，现排名第五，而日本、韩国、新加坡的机器人密度（即制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量）居世界第13位11。在国内的机器人研究开发工作始于70年代初，到现在已经历了20多年的历程，前10年处于基层的自发状态，发展比较缓慢。后10年国家有关部门开始重视，发展比较快。特别“七五”期间国家纪委在工业机器人方面安排两件重大举措示范工程中心，后来斥资5800万元在沈阳建立机器人“机器人技术国家工程研究中心”和“智能机器人中心”;其二是组织了有高校、机械工业部及科学院参加的关于工业机器人的科技攻关，才取得了明显的进步。国内的机器人技术经“七五”攻关后确实取得了许多成果，也获得了一些应用，但是国内机

17、器人发展与国外比较还是缓慢的，机器人还没有实现产业化，商品化，机器人的研制开发仍需加大力度 。机器人的应用工程方面:目前国内己建立了多条弧焊机器人生产线、装配机器人生产线、喷涂生产线和焊装生产线，这些基本上为摩托车或汽车制造业而建立的。从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为:结构的模块化和可重构化;控制技术的开放化、PC化和网络化;伺服驱动技术的数字化和分散化;多传感器融合技术的实用化;工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面.预计在未来几年内，诸如液晶等离子面板搬送机器人、弧焊机器人和直角坐标机器人等工业

18、机器人将有较大幅度的增长6。第一章 总体方案设计1.1 汽车半轴模锻生产线的总体方案目前汽车半轴模锻生产线锻压半轴上下料由人工来完成，这样就使上下料的工人劳动强度大，也使生产过程不连续，生产流程无序；工作环境存在着安全隐患；产品的质量不能保证；产量不能稳定；所以本课题对汽车半轴模锻生产线进行设计和改造。改造后的生产线的工艺路线与现有的工艺路线相同，其工艺尺寸见表1.1。表1.1 半轴模锻工艺尺寸序号工序工艺图形工艺尺寸mm加热长度mm备注1毛坯L0b0L0=13501590 14301590b0=1952401350只有1个品种2花键端成型L1b1L1=13001478b1=4005403摆碾

19、端预成型L2L2=95011504摆碾L3L3=9501100其顺序是：取胚料 第一次加热 锻压花键端 喷水冷却 第二次加热 预锻法兰盘端 第三次加热（或不加热） 摆碾锻造法兰盘。生产线的生产胚料为4855mm，长13501590mm的圆钢棒料，重量小于30kg。生产节拍为70秒±10秒。本课题生产线改造方案要求重新布置和安装现有的主设备（如图1.1），在汽车半轴模锻生产线上采用三台机器人搬运胚料和上下料，采用自动传送链传送胚料，并采用液压驱动和可编程控制器控制系统来实现生产自动化。图1.1 设备平面布置示意图方案中搬运机器人1夹取胚料，胚料一端加热后，由水平方向转为垂直方向，并保持

20、垂直平推进入锻压机；锻压后，保持垂直平拉出锻压机，再由垂直方向转为水平方向，放到传送链。然后由搬运机器人2完成同样的动作来完成胚料另一端的锻压预墩粗。最后由搬运机器人3在胚料一端加热后，使胚料保持水平，以30度角度方向推进入摆辗机，摆辗成法兰盘；摆辗后，保持水平拉出摆辗机，放到传送链送入成品料仓。经过这样改造可以实现汽车半轴模锻生产线的全自动生产，就可以减少人工和劳动强度，充分发挥主设备的生产效率，保证产品产量和质量。本设计主要任务是完成上下料搬运机器人1的机身和手臂结构设计。然后在PRO/E中对机身和手臂三维建模和运动仿真。1.2 机器人总体方案为了满足生产需要，本设计中的搬运机器人的机座和

21、机身做成一体，为了防止锻压机中心和胚料中心发生偏移，把机座和地面安装台之间做成可移动调节的。机身上承载摆动缸，摆动缸的输出轴连接小臂，这样可以实现小臂的俯仰运动。小臂上装伸缩液压缸，以实现小臂的伸缩运动。为了使夹取的胚料运动平稳受力均衡，机器人设有两个手抓，两手抓对称分布在手臂两侧。手臂和手抓之间用一块横板支架来连接，横板支架要既能连接手臂和手抓，又要能够连接支撑手抓的驱动液压缸。总的来讲即由机器人有两个手抓夹起胚料，小臂有2个自由度，即一个回转副和一个移动副（如图1.2），通过小臂回转副旋转90度来实现胚料垂直方向和水平方向的转换，再通过小臂的移动副的移动来实现胚料水平和垂直方向上的移动。所

22、以本设计中的机器人结构由手部、腕部、臂部和机身组成。根据生产需要和以上设计要求，机器人具体技术要求如下表1.1。图1.2 机器人1运动机过符号图表1.2 机器人1技术要求自由度最大负载重量（kg）运动范围及运动方式控制方式驱动方式机座机身手臂230固定固定伸缩450mm，225mm/s俯仰±90°，45°/sPLC液压驱动第二章 手臂的设计计算手臂部件是工业机器人的主要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。本设计机器人手臂为双导杆伸缩机构，其包括2个运动：伸缩、俯仰。本章叙述手臂的伸缩运动，手臂的俯仰运动设置在机身处。2.1

23、手臂直线运动的驱动力计算2.1.1 手臂水平伸缩运动驱动力计算手臂作水平伸缩运动时，首先要克服摩擦阻力，包括油缸与活塞之间的摩擦阻力及导向杆与支撑滑套之间的摩擦阻力等，还要克服启动过程中的惯性力。其驱动力可按下式计算: （N） （2.1）式中 各支撑处的摩擦阻力 启动过程中的惯性力（1） 的计算不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力不同，要根据具体情况进行估算。本设计为双导向杆导向，其导向杆截面为圆柱面，导向杆对称配置在伸缩缸的两侧。由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。其受力示意图如图2.1。图2.1 臂部受力示意图其计算如下：得 得 (2.2)式中 参与运动的零部件

24、所受的总重力（含工件）（N）； 手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离（m）,参考上一节的计算; 导向支撑的长度（m）; 当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关。对于圆柱面： （2.3）摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时：钢对青铜：取钢对铸铁：取计算：导向杆的材料选择钢，导向支撑选择青铜，估算手部运动部件总质量为70kg，则N，m,导向支撑设计为0.1m将有关数据代入进行计算N(2) 的计算大小可按下式估算 （N） （2.4）式中 手臂伸缩部件的总重量（N）; 重力加速度（9.8）; 启动过程中的平均加速度（）。而a= （） （2.5）速度变化量（m/s）。如果手臂从静止状态加速到

25、工作速度V时，则这个过程的速度变化量就等于手臂的工作速度； 启动过程所用的时间（s），一般为0.010.5（s）。计算：本设计中手部运动部件故为686N，启动时间为0.2s,速度为225mm/s 将有关数据带入下式计算N根据以上计算的=617.4N+78.75N=696.15N，圆整为700N。2.1.2 手臂垂直升降运动驱动力计算手臂作垂直运动时，出克服摩擦力和惯性力之外，还要克服臂部运动部件的重力，故其驱动力 (N) （2.6）式中 各支撑处的摩擦力（N）； 启动时惯性力（N）可按臂伸缩运动时的情况计算； 臂部运动部件的总重量（N） 上升时为正，下降时为负其中的计算公式为： =2 取=0.

26、16 （2.7）计算：手部运动部件总重量估为686N,带入数据得=2=N根据以上计算=78.75N,则手臂上升最大驱动力为N从以上计算得垂直升降驱动力大于水平运动驱动力，所以手臂伸缩的驱动力圆整为1000N。2.2 手臂俯仰运动驱动力矩计算驱动手臂俯仰的驱动力矩，应克服手臂等部件的总量对回转轴线所产生的偏重力矩和手臂在启动时所产生的惯性力矩以及各回转副处的摩擦力矩，即: （2.8）式中 各回转副摩擦力矩，被设计中摩擦力矩较小故 启动时惯性力矩； 手臂等部件重量对回转轴线的偏重力矩； 上仰为正，下俯为负。其中按下式 = （2.9）式中 手臂部件对其回转轴线的转动惯量（）； 工件对回转轴线的转动惯

27、量()； 回转臂的工作角速度（）； 回转臂启动时间（s）。本设计中估算工件为4855mm，=30kg，=70kg，rad/s，=0.1s，下面进行计算：所以按下式计算 = （2.10）式中 、工件、手部、臂部的重量 、工件、手部、臂部的重心位置到回转轴线的距离本设计估算=980N, =294N，=392N，=294N, =0.8m，=0.7m，=0.3m， 则所以根据以上计算，圆整为850。2.3 液压缸的选择根据章节2.1和2.2的计算，总结手臂运动技术参数如下表2.1.表2.1 手臂运动技术参数手臂运动方式运动范围启动时间运动速度v驱动力（矩）水平伸缩450mm0.2s225m/s700N

28、垂直升降150mm0.2s225m/s1000N俯仰运动900.1s45/s850N2.3.1 伸缩缸的选择选择适当的液压缸工作压力很重要。选高了，可以减小液压缸内径及其执行机构的尺寸，使机械手手臂结构紧凑，但要是选用价格较贵的高压油泵和阀，并使其密封复杂化。选底了，可用价格较低的泵和阀，当使其结构庞大，自重增加。一般取28Mpa。表3.2推荐了几组数据，可供参考15。本设计初选液压缸的工作压力为P=5MPa。选择保险系数为1.5，所以伸缩缸驱动力N。作用在活塞上外力F（N）液压缸工作压力MPa作用在活塞上外力F（N）液压缸工作压力MPa小于50000.81 20000300002.04.05

29、000100001.52.030000500004.05.010000200002.53.050000以上5.08.0表2.2 液压缸的工作压力表（1） 液压缸内径的计算，如图2.2所示，当油进入无杆腔时图2.2 双作用液压缸示意图 （2.11）当油进入有杆腔时 已知F=1280N, P=5Mpa,选择机械效率= 0.95，以无杆腔的D为准得 D= = =20.05 mm圆整为D=20mm。（2） 活塞杆直径的确定按GB2348-80差动连接得 （2.12）=14.14 mm圆整为14mm。本设计选用优瑞纳斯液压机械有限公司的液压缸。根据结构需要，本设计选用后法兰安装方式的伸缩液压缸。在既满足

30、结构需要，又满足液压系统要求的情况下，通过查UG系列工程机械液压缸选用标准表。本设计选用UG16H40/28的杆端外螺纹式伸缩液压缸。则实际工作压力为MPaMPa,能满足要求。其液压缸外形尺寸如图2.3。图2.3 UG16H40/28液压缸外形尺寸2.3.2 摆动缸的选择本设计选用保险系数为1.5，则摆动缸轴输出的力矩为1275,圆整为1300。本设计中根据机器人的结构需要选择轴输出；为了摆动缸安装固定方便，选择脚架式安装方法。通过查表UB系列此轮此条摆动液压缸基本参数表（JB/ZQ4713-98），选择了脚架式轴输出双齿条摆动液压缸的UBJZS63。当工作压力为6MPa时，其输出扭矩为153

31、9远远大于实际需要扭矩1300。这时液压缸的实际工作压力为MPaMPa，能够满足要求。其结构如下图2.4。图2.4 摆动缸结构由图2.4得知，输出轴，输出轴和轴套之间通过键连接。通过查表2.5选择2514125的普通平键。表2.5 普通平键主要尺寸轴的直径50585865657575858595键宽b键高 h16101811201222142514键的长度系列L70,80,90,100,110,125，（1） 键连接强度校核假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接强度条件为 （2.13）式中：传递的转矩，； 键与轮毂键槽的接触高度，此处为键的高度，mm；键的工作长度，mm，圆头平键，这里的

32、为键的公称长度，mm；为键的宽度，mm；轴的直径，mm；键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，见表2.6。计算：已知=1300,=7mm, =125-25=100mm，=90mm。MPa表2.6 键连接的许用挤压应力许用挤压应力连接工作方式键或毂、轴的材料载荷性质静载荷轻微冲击冲击静连接钢1201501001206090铸铁708050603045本设计中键的材料为铸铁，所以满足结构要求。2.4 手臂的结构及装配本设计中手臂的动作有伸缩和俯仰，伸缩运动由伸缩液压缸驱动实现，俯仰运动由摆动液压缸驱动。为了使伸缩缸的伸缩杆承受较小的弯矩，防止其伸缩不稳定，在伸缩缸的两边对称分布导向装置

33、。这样手臂就需要有连接机身上摆动缸输出轴和安装伸缩缸、导向装置的作用。这里选15mm厚的钢板作为手臂安装基板，为了满足功能需要，其结构设计成如图2.5。图2.5 手臂安装基板图中1的作用为连接轴套；图中2用着安装固定法兰安装座；图中3用着固定导向装置，导套座以3中的凸台的两个对面为安装基准，这样可以保证两个导向杆的平行度，实现双导向杆导向。2.4.1 连接摆动缸为了保证手臂和输出轴之间的垂直度，在手臂安装基板上装一个轴套。这样摆动缸输出轴通过和轴套之间的键连接传递转矩。把轴套做成如图2.6所示。轴套和基板之间用六个M8螺栓连接。图2.6 轴套2.4.2 安装伸缩缸伸缩缸的安装要求比较高，必须要

34、和手臂安装基板间保证一定的平行度。为了达到安装要求，在手臂安装基板上安装一个法兰安装座（如图2.7），法兰安装座和手臂安装基板间用三个螺栓连接紧固。这样再把后法兰连接的伸缩缸用螺栓连接固定在法兰安装座上。因为法兰安装座垂直于手臂安装基板，伸缩缸又垂直安装在法兰安装座上，所以伸缩缸的伸缩方向绝对平行于手臂安装基板。图2.7 伸缩缸法兰安装座2.4.3 手臂导向装置本设计中机器人选择双导向杆手臂伸缩机构，手臂的伸缩缸安装在两根导向杆之间，由导向管承受弯曲作用，活塞杆均受拉力，故受力简单，传动平稳。手臂导向装置由导杆和导套组成。导杆材料为钢，导套材料为青铜。导向装置如图2.8.其导杆结构如图2.9，

35、导套结构如图2.10。导杆前端有螺纹可以和机器人腕部连接，导套和手臂基板之间用螺栓连接。图2.8 导向装置图2.9 导杆结构图2.10 导套结构经过这样设计，手臂部件包括手臂安装基板、法兰安装座、伸缩液压缸、双导向杆。由这些零件装配组成机器人的手臂(如图2.11)。图2.11 手臂装配示意图第三章 机身设计 机身是直接支撑和驱动手臂的部件。一般实现手臂的回转和升降运动，这些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越复杂。机身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空轨道运动。本设计中要求机身是固定不动的，把机身和机座做成一

36、体，机身上端安装脚架式摆动液压缸。机身上还需要安装机械定位挡块。3.1 机身材料选用 机身的材料选用，主要是根据使用要求，本设计中机身要求刚度和强度大，稳定性好。故选用铸铁，目前铸铁是机架使用最多的一种材料，它流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件。铸铁的内摩擦力大、阻尼作用强，故动态刚性好。铸铁还具有切屑性能好、价格便宜和易于大量生产等优点。但铸件的壁厚超过临界值时，其力学性能会显著下降，故不宜设计成很厚大的铸件7。本设计机身为一个铸件，选用灰铸铁HT150,因为该铸铁流动性好。用于承受中等弯曲应力（约为Pa），摩擦面间压强大于Pa的铸件。如大多数机床的底座（溜板、工作台）、鼓风

37、机底座和汽车变速机箱体等。3.2 机身结构设计本设计机器人的机身由机座和摆动缸组成，根据使用需要机座设计成如图3.1的结构。1安装竖直机械挡块凸台 2 安装摆动液压缸凸台 3安装水平机械挡块凸台 4 底座 图3.1 机身结构图3.1中1的作用为安装竖直机械挡块，图中2的作用为安装固定摆动液压缸，3的作用为安装水平机械挡块，4为底座用着固定机械人。该机身铸件壁厚20mm，其截面形状对称相等（如图3.2），这样可以提高机身的强度和刚度，从而充分发挥材料的作用。这种结构既满足使用要求，又方便制造加工。底座设计成如上图3.1所示，有四个回形孔，孔长50mm。底座和地面安装台之间用螺柱和螺母连接固定。安

38、装台用水泥浇筑，浇筑时按照底座安装要求先嵌入4个螺柱，安装台表面铺一块铁板。把机器人固定在上面，如果需要调节机器人在手臂伸缩方向的的位置，只要松开螺母，就可以调节了。这样安装机器人可以适应锻压自动生产线的需要。图3.2 机身截面3.3 机械定位挡块设计机器人手臂的定位方式有点位控制方式和连续轨迹控制方式12。本设计选择点位控制方式。即对手臂的水平工作位置和竖直工作位子进行机械挡块定位。机械挡块定位是在手臂竖直和水平位置设置机械挡块，因为手臂的结构有手臂安装基板，所以本设计以手臂运动到相应位置时，手臂安装基板的侧面紧靠挡块而定位。3.3.1 竖直定位挡块本设计中竖直方向较难定位，故把机械挡块（如

39、图3.3）设计成可调节的。挡块和机身间用M16螺纹连接，可以通过旋转挡块进行调节。图3.3 竖直机械挡块3.3.2 水平定位挡块机器人手臂的水平定位比较简单，在机身和水平定位挡块（如图3.4）间用螺柱连接固定。挡块的高低位置是需要调节的，为了调节简单，互换性好，选择用垫垫片的方法来调节挡块的高度。图3.4 水平定位挡块3.4 机器人装配 本设计机器人机身上安装摆动缸和机械挡块，在由摆动缸输出轴连接手臂，然后由手臂上的伸缩缸和导向杆连接机器人的手部。其整个机器人的装配示意图如图3.5。1机身 2臂部 3手部图3.5 机器人装配示意图第四章 机器人PRO/E建模和仿真4.1 PRO/E软件介绍 P

40、RO/E（PRO/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。PRO/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。PRO/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。P

41、RO/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用14。 本设计中主要使用PRO/E的三维建模和机构运动仿真模块。4.2 机器人PR0/E三维建模及装配 通过对搬运机器人任务以及使用条件的分析并参考同类型机器人大体确定机器人各结构尺寸，然后在PRO/E三维实体建模下构建出机器人各个部件的三维模型。完成各零件建模后，在组件模式下进行装配。4.2.1 零件的建模（1）手臂建模手臂由手臂支撑钢板（如图4.1）、导向装置、手臂传动轴套(如图4.2)和手臂伸缩缸安装法兰(如图4.3)组成。图4.1 手臂支撑钢板图4.2 手臂传动

42、轴套图4.3 手臂伸缩缸安装法兰（2）液压缸和机身建模根据液压缸型号的标准数据完成伸缩液压缸（如图4.4）和摆动液压缸（如图4.5）的三维建模，又根据设计数据在PRO/E中完成机座（如图4.6）三维建模。图4.4 伸缩液压缸图4.5 摆动液压缸 图4.6 机器人机身4.2.2 机器人装配完成各零件的建模后，在组件模式下进行装配。因为要在Mechanism模块对机器人进行运动仿真，组件间要有相对运动。因此，在进行组件装配式，定义摆动液压缸旋转轴的链接条件为销钉，以便轴有一个旋转自由度；伸缩缸液压杆的连接条件为滑动杆，使其拥有一个平移自由度。这样本设计在PRO/E中完成整个机器人的装配（如图4.7）。图4.7 机器人机身和臂部的装配体4.3 机器人PRO/E的运动仿真利用PRO/E Wildfire的运动学分析模块Mechanism进行运动学分析和仿真，使原来在二维图纸上难以表达和设计的