摘要：直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置。其动作空间为一长方体。随着机器人的发展，直角坐标机器人技术在各行业得到广泛应用。直角坐标机器人作为执行机构，具有控制方便，工作灵活，可靠性高，维护简单，结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解等特点。可以实现复杂的空间轨迹控制，特别适用于高效率自动化生产。

本次设计主要是对三自由度的直角坐标机器人的机械臂的设计和气动手爪的简单设计。在机械臂的设计中，主要完成了传动系统结构的设计和机架的设计，X轴与Y轴主要采用齿轮齿条传动，Z轴主要采用丝杠进行传动；在气动手抓的设计中，机械手的机械结构由气缸、吸盘和连接件组成，可按预定轨迹运动，实现对工件的抓取、搬运和卸载。气动部分的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和运动方向，并按规定的程序工作。气动机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，可以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

关键词：三自由度；直角坐标；机器人；气动机械手

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论-1

1.1 课题背景-1

1.2 直角坐标机器人概述-1

1.3 直角坐标机器人的发展现状及问题-1

1.4 直角坐标机器人的用途-2

1.5 课题研究的目的和意义-2

1.6 课题研究内容-2

第2章 直角坐标机器人的总体设计-5

2.1 基本参数的确定-5

2.2 主体结构的设计-5

2.3 驱动形式的选择-5

2.4 材料的选择-5

2.5 机器人整体传动方案的设计-6

2.5.1 机器人功能分析-6

2.5.2 传动方案的比较-6

2.5.3 传动机构的简介-7

2.5.4 方案的确定-8

2.6 本章小结-8

第3章 机械臂设计-9

3.1 传动系统的结构设计与精度校核-9

3.1.1 伺服电机简介-9

3.1.2  Z轴传动机构的设计-9

3.1.3  Y轴传动机构的设计-16

3.1.4  X轴传动机构的设计-20

3.2 机架的设计-23

3.2.1 机架设计准则-23

3.2.2 机架设计步骤-23

3.3 润滑系统的设计-27

3.4 机构的造型设计-28

3.5 本章小结-29

第4章 气动机械手爪的设计-31

4.1 机械手简史-31

4.2 机械手的分类-32

4.2.1 按驱动方式分类-32

4.2.2 按用途分类-32

4.3 气动机械手爪的总体设计和气动回路设计-32

4.3.1 机械手的主要部件及运动-32

4.3.2 气动手爪的技术参数列表-33

4.3.3 气动回路的设计-33

4.4 吸盘与气缸的选择-34

4.5 机械手上部的设计-38

4.6 机械手直线单元、旋转单元与保护夹的设计-39

4.7 机械手与整个机器人设计图-40

4.8 本章小结-41

第5章 运动仿真与有限元分析-43

5.1 UG简介-43

5.2 仿真过程-43

5.3 运动仿真内容及步骤-43

5.3.1 仿真的主要内容-43

5.3.2 Z圆锥齿轮运动仿真步骤-43

5.4 有限元分析过程-47

5.5 动画演示功能-49

5.6 本章小结-49

第6章 结论与展望-51

6.1 结论-51

6.2 不足之处及未来展望-51

参考文献.-53

致  谢-54