六自由度機(jī)器人腕部設(shè)計(jì)說明書[帶圖紙].doc

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1、1目錄1緒論.11.1機(jī)器人的組成.21.1.1驅(qū)動裝置.21.1.2控制系統(tǒng).21.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu).21.2機(jī)器人分類.41.2.1按用途分類.41.2.2按控制形式分類.41.2.3按驅(qū)動方式分類.41.3腕部結(jié)構(gòu)選形.51.3.1單自由度手腕.61.3.2兩自由度手腕.71.3.3三自由度手腕.81.3.4裝配機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)選型.91.4機(jī)器人設(shè)計(jì).112末端執(zhí)行器.122.1夾持器.122.2擬手指型執(zhí)行器.132.3吸式執(zhí)行器.133腕部設(shè)計(jì).153.1手腕結(jié)構(gòu)的選擇.1523.2傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算.173.2.1選擇電機(jī).173.2.2分配系統(tǒng)傳動比和動力參數(shù)的設(shè)計(jì).19

2、4錐齒輪設(shè)計(jì).2341確定錐齒輪的主要技術(shù)參數(shù).2342輪齒的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算.245.選擇帶輪和齒形帶.265.1帶輪的選擇.265.2齒形帶的設(shè)計(jì).28總結(jié).31參考文獻(xiàn).323摘要機(jī)器人技術(shù)是綜合了許多學(xué)科的知識，例如計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)今研究領(lǐng)域十分重視的課題，機(jī)器人在很多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。機(jī)器人的應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志，因而受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，投入大量人力物力加以研究和應(yīng)用。本文的主要任務(wù)和要解決的問題，是設(shè)計(jì)一臺六自由度的機(jī)器人，在已有的技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，通過分析，確定腕部的傳動系統(tǒng)，

3、然后假設(shè)腕部末端的結(jié)構(gòu)，確定腕部的輸出功率，然后計(jì)算出腕部所需的電機(jī)。在確定電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對錐齒輪和傳動中所需的帶輪以及同步齒形帶進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且對它們進(jìn)行校核，確定所設(shè)計(jì)的腕部結(jié)構(gòu)能夠配合機(jī)器人的其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行噴漆動作。并用CAD軟件完成從建模到運(yùn)動學(xué)分析、應(yīng)力分析的全過程。需要全面理解機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及CAD制圖標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)的知識，并考慮其可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等性能。本課設(shè)在已有理論基礎(chǔ)上，針對以往研究的不足，根據(jù)實(shí)際使用要求，確定采用六自由度的關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案；由于機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件繁多，需要用高端軟件配合進(jìn)行建模，裝配的工作，而我們現(xiàn)有的材料相當(dāng)有限，所以

4、本課設(shè)只是設(shè)計(jì)了機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)；并采用CAD繪制了其裝備和零件圖，并對其中某些零件的強(qiáng)度進(jìn)行了校核，使腕部的整體結(jié)構(gòu)能夠滿足工作的要求。關(guān)鍵詞:機(jī)器人腕部41緒論機(jī)器人是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造中的一個重要組成部分。機(jī)器人顯著地提高了勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。因而受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，投入大量人力物力加以研究和應(yīng)用。機(jī)器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)器人。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它的

5、特點(diǎn)是除了具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。它可以靈活運(yùn)用在工業(yè)上的各個方面，如噴漆、焊接、搬運(yùn)等。第二類是需要人工操作的，稱為機(jī)械機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機(jī)器人來進(jìn)行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專用機(jī)器人，主要附屬于自動機(jī)床或自動線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)器人在國外稱為“MechanicalHand，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動；除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，采用機(jī)械編程。因此是專用的。本課題通過對通用機(jī)器人smart6.50R的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和研究，完成

6、對其腕部的設(shè)計(jì)，并借助CAD/CAE軟件完成從建模到運(yùn)動學(xué)分析、應(yīng)力分析的全過程。最終期望腕部與小臂、手部、大臂能夠協(xié)調(diào)工作，能夠完成各種現(xiàn)代工業(yè)加工過程中所要求的動作。本課題的設(shè)計(jì)思路是：借助已有的通用機(jī)器人的腕部設(shè)計(jì)思想和方法，綜合考慮腕部機(jī)構(gòu)在機(jī)器人運(yùn)動中所起的作用和機(jī)器人的整體技術(shù)參數(shù)以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后選擇合理的機(jī)構(gòu)，確定傳動線路，然后對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，計(jì)算主要參數(shù)，并對部分零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、組裝，綜合評價(jià)腕部系統(tǒng)。51.1機(jī)器人組成機(jī)器人主要由驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分組成。1.1.1驅(qū)動裝置工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動裝置包括驅(qū)動器和傳動機(jī)構(gòu)兩部分，它們通常與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連成一體。傳動機(jī)構(gòu)常用

7、的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪輪系。驅(qū)動器通常有電機(jī)(直流伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，交流伺服電機(jī))，液動和氣動裝置，目前使用最多的是交流伺服電機(jī)。1.1.2控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)一般由控制計(jì)算機(jī)和驅(qū)動裝置伺服控制器組成。后者控制各關(guān)節(jié)的驅(qū)動器，使各桿按一定的速度，加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動。前者則是要根據(jù)作業(yè)要求完成偏差，并發(fā)出指令控制各伺服驅(qū)動裝置使各桿件協(xié)調(diào)工作，同時(shí)還要完成環(huán)境狀況，周邊設(shè)備(如電焊機(jī)，工卡具等)之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。1.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由腰部、基座、手部、腕部和臂部等運(yùn)動部件組成。1)腰部腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動再加上臂部的平面

8、運(yùn)動，就能使腕部作空間運(yùn)動。腰部是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制造誤差，運(yùn)動精度和平穩(wěn)性，對機(jī)器人的定位精度有決定性影響。2)基座基座是整個機(jī)器人的支持部分，有固定式和移動式兩種。該部件必須具有足夠的剛度和穩(wěn)定性。3)手部手部它具有人手某種單一動作的功能。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等形式。夾持式手部是由手指和傳力機(jī)構(gòu)所組成。手指是直接與物件接觸的機(jī)構(gòu)。常用的手指運(yùn)動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁吸盤兩類。對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。對于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。