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    24

    3.3.1 手臂抬升机构的设计要求 24

    3.3.2  设计方案 24

    3.3.3  滚珠丝杠的选用 25

    3.3.4  电机选用 28

    3.3.5  其他零部件选用 30

    3.4  底座旋转机构设计 30

    3.4.1  机械人的腰座结构的设计要求 30

    3.4.2  设计方案 31

    3.4.2  回转支承的选择 32

    4  搬运机器人传感与控制系统概述 34

    4.1  传感与控制方案概述 34

    4.2  传感与检测 35

    4.3  控制系统 35

    4.3.1  步进电机控制方式 35

    4.3.2  PLC控制方案 37

    结  论 39

    致  谢 40

    参考文献 41

     1  绪论

    1.1  课题研究背景

    机器人技术是集机电、电子、自动控制、计算机及人工智能等多学科领域的一项综合性应用技术。工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。工业机器人是典型的机电一体化的高技术产品，在许多生产领域对提高生产的自动化水平，提高劳动生产率、产品质量、经济效益，及改善工人作业条件等方面起到不可替代的作用。工业领域的焊接、喷涂、搬运、装配等场合，已经开始大量使用机器人。

    目前，在工业发达国家，工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、物流业等诸多领域。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志[2]。

    搬运机器人作为工业机器人的一种重要形式，具有一定的柔性、动作灵活，在自动生产线中得到广泛应用。现代化加工生产企业多采用自动化流水线生产，在转线作业中，人工成本高，甚至有些条件恶劣劳动强度高的场合不适合人工完成，搬运机器人便可以取代人工甚至更好地完成作业任务。

    轮毂生产线环境

    图1-1 轮毂生产线环境

    某轮毂生产企业，在轮毂生产过程中，需要经过喷涂、喷漆、烘干等工序。每道工序都在一条独立生产线上完成，当完成一道工序进入下一道工序时，需要将轮毂从本道生产线的托架上搬到另一道工序生产线的托架上，如图1-1所示。该厂目前的作业任务由人工完成，由于该工作劳动强度大，不适合人工完成，因此亟需实现自动化转线。因此需要设计喷涂线和烘干线之间搬运工件的智能喷漆机器人结构，并完成控制系统设计，必要时对现有的生产线进行优化改造，以改善工人工作环境和劳动强度，帮助该企业实现工件搬运的自动化。

    1.2  相关技术国内外研究现状

    机器人首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机 构，控制系统是示教型的。 日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。 

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