关节型机器人腕部结构设计Word文档格式.docx
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任务书
一、设计内容
题目来源于生产实际。
设计一个用于焊接的关节型机器人，进行机器人的总体
方案设计、腕部及执行器结构设计及其零件设计。
二、设计依据
焊接关节型机器人具有六个自由度，腰关节回转，臂关节俯仰，肘关节俯仰，
腕关节仰腕、摆腕和旋腕，腕部最大负荷4kg，最大速度2m/s，最大工作空间半径
1500mm。
三、技术要求
1、机器人应能满足工作要求，保证焊接精度；
2、工作可靠，结构简单；
3、装卸方便，便于维修、调整；
4、尽量使用通用件，以便降低制造成本。
四.主要参考文献：
1、殷际英.何广平.关节型机器人：
北京:
化学工业出版社，2003.
2、马香峰.工业机器人的操作机设计.北京：
冶金工业出版社，1996.
3、费仁元.张慧慧.机器人机械设计和分析.北京：
北京工业大学出版社，1998.
4、周伯英.工业机器人设计.北京：
机械工业出版社，1995.
5、蔡自兴.机器人学.北京：
清华大学出版社，2000.
6、宗光华,刘海波译.机器人技术手册.北京：
科学出版社，1996.
7、徐卫良，钱瑞明译.机器人操作的数学导论.北京：
机械工业出版社，1998.
8、孙迪生，王炎.机器人控制技术.北京：
9、徐灏.机械设计手册.第二版.北京：
机械工业出版社，2000.
10、成大先.机械设计手册.第4版.北京：
化学工业出版社，2002.
开题报告
一、题目来源、题目研究的主要内容及国内外现状综述
题目来源：
工业机器人是一种机械技术和电子技术相结合的产品。
采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率、实现生产过程自动化、改善劳动条件的一种有效手段。
目前手工电弧焊接效率低，操作环境差，而且对操作员技术熟练程度要求较高，因此采用机器人技术，实现焊接生产操作的柔性自动化，以提高生产效率。
题目研究的主要内容：
机器人的机械设计技术是机器人技术的一个重要内容，机器人的结构、关节驱动和传动等的设计和伺服控制密切相关。
本课题主要是对焊接用机器人进行机械设计，我主要着重手腕（手腕，夹持器）部分，该部分由三个回转关节（臂转、手转、腕摆）组合而成。
并保证与基座和手臂部分尺寸和功能的协调。
国内外现状综述:
从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。
到90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。
除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。
目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能
化和多样化方向发展。
目前的研究内容主要集中在：
工业机器人操作机结构的优化设计技术、机器人控制技术、多传感技术、机器人遥控及监控技术,机器人半自主和自主技术、虚拟机器人技术、多智能体调控制技术、软机器人技术、仿人和仿生技术、微型和微小机器人技术。
其中微型和微小机器人
技术是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。
过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。
在我国对此进行了深入的研究，如徐卫平和张玉茹发表的
《六自由度微动机构的运动分析》对六自由度微动机构进行了位移分析并为其结构设计提供了计算依据。
还有刘辛军、高峰和汪劲松发表的《并联六自由度微动机器人机构的设计方法》研究了微动机器人机构的设计方法，建立了并联六自由度微动机器人的空间模型，并分析了该微动机器人的空间模型，并分析了该微动机器人的机构尺寸与各向同性、刚度等性能指标的关系得到了一系列性能图谱，从各图谱中可以看出各项性能指标在空间模型设计参数空间中的分布规律，这有助于设计者根据性能指标来设计该微动机器人的机构尺寸，是探讨微动机器人机构设计的有效分析工具。
二、本题拟解决的问题
1.手腕处于手臂末端，须减轻手臂的载荷，力求手腕部件的结构紧凑，减少其重量和体积；
2.提高手腕动作的精确性；
3.三个自由度（臂转、手转、腕摆）的实现。
三、解决方案及预期效果
（一）解决方案：
1.腕部机构的驱动装置采用分离传动，将3个驱动器安置在小臂的后端。
2.提高传动的刚度，尽量减少机械传动系统中由于间隙产生的反转回差，对分离传动多采用传动轴。
3.驱动电机1经传动轴和一对圆柱齿轮和一对圆锥齿轮带动手腕在壳体上
作偏摆运动。
电机2经传动轴驱动圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动，从而使轴回转，实现手腕的上下摆动。
电机3经传动轴和两对圆锥齿轮传动带动轴回转，实现手腕机械接口法兰盘的回转运动
（二）预期效果：
1.工作可靠，结构简单；
2.能实现准确动作；
3.装卸方便，便于维修、调整；
4.尽量使用通用件，以便降低制造成本。
作业范围大，动作灵活并能广泛应用于喷涂、焊接等作业中。
摘要：
为了提高生产效率和焊接质量，满足特定的工作要求，本题设计用于焊接的关节型机
器人的手腕和末端执行器。
根据机器人的工作要求进行了机器人的总体设计。
确定机器人的外形时，拟定了手腕的传动路径，选用直流电动机，合理布置了电机、轴和齿轮，设计了齿轮和轴的结构，并进行了强度校核计算。
传动中采用了软轴、波纹管联轴器和行星齿轮机构，实现了摆腕、转腕和提腕的三个自由度的要求。
设计中大多采用了标准件和常用件，降低了
设计和制造成本。
关键词：
自由度；
焊接；
手腕
目
录
1前言„„„„„„„
„
„„„„„„„„„„„„
1
1.1机器人的含义„„„
1.2题目来源„„„„„
2
1.3技术要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.4本题要解决的主要问题和设计思路„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2国内外发展状况及现状的介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.1研究现状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.2发展趋势„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
3总体方案论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.1机械结构类型的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.2工作空间的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.3手腕结构的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7
3.4基本参数的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8
4手腕详细设计说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8
4.1机器人驱动方案的分析和选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
4.2手腕电机的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9
4.3传动比的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9
4.4
传动比的分配„
10
4.5
齿轮的设计„„
4.6
轴的设计和校核
18
4.7夹持器的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 23
4.8壳体的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 23
5结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 24
参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 25
1前言
1.1
机器人的概念
机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的
机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。
美国机器人工业协会提出的工业机器人定义为：
“机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机”。
英国和日本机器人协会也采用了类似的定义。
我国的国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：
“机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。
能搬运
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