六自由度機器人腕部設計說明書[帶圖紙].doc

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1、1目錄1緒論.11.1機器人的組成.21.1.1驅(qū)動裝置.21.1.2控制系統(tǒng).21.1.3執(zhí)行機構(gòu).21.2機器人分類.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裝配機器人腕部結(jié)構(gòu)選型.91.4機器人設計.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腕部設計.153.1手腕結(jié)構(gòu)的選擇.1523.2傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算.173.2.1選擇電機.173.2.2分配系統(tǒng)傳動比和動力參數(shù)的設計.19

2、4錐齒輪設計.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度計算.245.選擇帶輪和齒形帶.265.1帶輪的選擇.265.2齒形帶的設計.28總結(jié).31參考文獻.323摘要機器人技術(shù)是綜合了許多學科的知識，例如計算機、控制論、機構(gòu)學、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術(shù)，是當今研究領(lǐng)域十分重視的課題，機器人在很多領(lǐng)域都得到廣泛應用。機器人的應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志，因而受到各先進工業(yè)國家的重視，投入大量人力物力加以研究和應用。本文的主要任務和要解決的問題，是設計一臺六自由度的機器人，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、然后假設腕部末端的結(jié)構(gòu)，確定腕部的輸出功率，然后計算出腕部所需的電機。在確定電機和傳動機構(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行設計，并且對它們進行校核，確定所設計的腕部結(jié)構(gòu)能夠配合機器人的其他結(jié)構(gòu)進行噴漆動作。并用CAD軟件完成從建模到運動學分析、應力分析的全過程。需要全面理解機械原理、機械設計、機械系統(tǒng)設計以及CAD制圖標準等相關(guān)的知識，并考慮其可靠性、實用性、經(jīng)濟性等性能。本課設在已有理論基礎(chǔ)上，針對以往研究的不足，根據(jù)實際使用要求，確定采用六自由度的關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu)方案；由于機器人結(jié)構(gòu)復雜，構(gòu)件繁多，需要用高端軟件配合進行建模，裝配的工作，而我們現(xiàn)有的材料相當有限，所以

4、本課設只是設計了機器人的腕部結(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度進行了校核，使腕部的整體結(jié)構(gòu)能夠滿足工作的要求。關(guān)鍵詞:機器人腕部41緒論機器人是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機械制造中的一個重要組成部分。機器人顯著地提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機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，應用得更為廣泛。因而受到各先進工業(yè)國家的重視，投入大量人力物力加以研究和應用。機器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機器人。它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務的需要編制程序，以完成各項規(guī)定操作。它的

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

6、對其腕部的設計，并借助CAD/CAE軟件完成從建模到運動學分析、應力分析的全過程。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。本課題的設計思路是：借助已有的通用機器人的腕部設計思想和方法，綜合考慮腕部機構(gòu)在機器人運動中所起的作用和機器人的整體技術(shù)參數(shù)以及結(jié)構(gòu)特點，然后選擇合理的機構(gòu)，確定傳動線路，然后對機構(gòu)進行分析，計算主要參數(shù)，并對部分零件進行設計、組裝，綜合評價腕部系統(tǒng)。51.1機器人組成機器人主要由驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)三大部分組成。1.1.1驅(qū)動裝置工業(yè)機器人的驅(qū)動裝置包括驅(qū)動器和傳動機構(gòu)兩部分，它們通常與執(zhí)行機構(gòu)連成一體。傳動機構(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(直流伺服電機，步進電機，交流伺服電機)，液動和氣動裝置，目前使用最多的是交流伺服電機。1.1.2控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)一般由控制計算機和驅(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行運動。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，同時還要完成環(huán)境狀況，周邊設備(如電焊機，工卡具等)之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。1.1.3執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)由腰部、基座、手部、腕部和臂部等運動部件組成。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)運動再加上臂部的平面

8、運動，就能使腕部作空間運動。腰部是執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制造誤差，運動精度和平穩(wěn)性，對機器人的定位精度有決定性影響。2)基座基座是整個機器人的支持部分，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構(gòu)所組成。手指是直接與物件接觸的機構(gòu)。常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。吸附式手部有負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，通常用負壓吸盤吸料。造成負壓的方式有氣流負壓式和真空泵式。對于導磁性的環(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。