關(guān)節(jié)型機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、（畢業(yè)論文）關(guān)節(jié)型機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 科 門(mén) 類(lèi) ： 單位代碼 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 關(guān)節(jié)型機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 所學(xué)專(zhuān)業(yè) 班 級(jí) 學(xué)

2、 號(hào) 指導(dǎo)教師 XXXXXXXXX XXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXX 系 ** XX ** XX

3、 二 ○ ****年 XXXX 月 任務(wù)書(shū) 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容 題目來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際。設(shè)計(jì)一個(gè)用于焊接的關(guān)節(jié)型機(jī)器人，進(jìn)行機(jī)器人的總體 方案設(shè)計(jì)、腕部及執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其零件設(shè)計(jì)。 二、設(shè)計(jì)依據(jù) 焊接關(guān)節(jié)型機(jī)器人具有六個(gè)自由度，腰關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)，臂關(guān)節(jié)俯仰，肘關(guān)節(jié)俯仰， 腕關(guān)節(jié)仰腕、擺腕和旋腕，腕部最大負(fù)荷4kg，最大速度2m/s，最大工作空間半徑 1500mm。 三、技術(shù)要求

4、1、機(jī)器人應(yīng)能滿(mǎn)足工作要求，保證焊接精度； 2、工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 3、裝卸方便，便于維修、調(diào)整； 4、盡量使用通用件，以便降低制造成本。 四 主要參考文獻(xiàn)：.... 1、殷際英何廣平關(guān)節(jié)型機(jī)器人：北京化學(xué)工業(yè)出版社，. . : 2003. 2、馬香峰.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì).北京：冶金工業(yè)出版社，1996. 3、械設(shè)計(jì)和分析.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1998. 4、周伯英工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，. . 1995. 5、

5、：清華大學(xué)出版社，2000. 6、宗光華,劉海波譯.機(jī)器人技術(shù)手冊(cè). 北京：科學(xué)出版社，1996. 7、徐衛(wèi)良，錢(qián)瑞明譯機(jī)器人操作的數(shù)學(xué)導(dǎo)論 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，. . 1998. 1 8、孫迪生，王炎機(jī)器人控制技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，. . 1998. 9、.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

6、10、. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002. 2 關(guān)節(jié)型機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 關(guān)關(guān)節(jié)節(jié)型型機(jī)機(jī)器器人人腕腕部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 摘要： 摘要： 摘摘要要：：為了提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，滿(mǎn)足特定的工作要求，本題設(shè)計(jì)用于焊接的關(guān)節(jié)型機(jī)

7、 器人的手腕和末端執(zhí)行器。根據(jù)機(jī)器人的工作要求進(jìn)行了機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)。確定機(jī)器人的 外形時(shí)，擬定了手腕的傳動(dòng)路徑，選用直流電動(dòng)機(jī)，合理布置了電機(jī)、軸和齒輪，設(shè)計(jì)了齒 輪和軸的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核計(jì)算。傳動(dòng)中采用了軟軸、波紋管聯(lián)軸器和行星齒輪機(jī)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)了擺腕、轉(zhuǎn)腕和提腕的三個(gè)自由度的要求。設(shè)計(jì)中大多采用了標(biāo)準(zhǔn)件和常用件，降低了 設(shè)計(jì)和制造成本。 關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞： 關(guān)關(guān)鍵鍵詞詞：：自由度；焊接；手腕

8、 3 目 錄 目 錄 目目 錄錄 1 前言………………………………………………………………………………1 1.1 機(jī)器人的含義………………………………………………………………………1 1.2 題目來(lái)源……………………………………………………………………………2 1.3 技術(shù)要求………………………………………

9、…………………………………2 1.4 本題要解決的主要問(wèn)題和設(shè)計(jì)思路……………………………………………2 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹……………………………………………………2 2.1 研究現(xiàn)狀…………………………………………………………………………2 2.2 發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………………………………………4 3 總體方案論證…………………………………………………………………………5 3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型的確定……………………………………………………………5 3.2 工作空間的確定…………………………………………………

10、…………………6 3.3 手腕結(jié)構(gòu)的確定……………………………………………………………………7 3.4 基本參數(shù)的確定……………………………………………………………………8 4 手腕詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明………………………………………………………………8 4.1 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方案的分析和選擇……………………………………………………8 4.2 手腕電機(jī)的選擇………………………………………………………………9 4. 3 傳動(dòng)比的確定………………………………………………………………9 4.4 傳動(dòng)比的分配………………………………………………………………10

11、 4.5 齒輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………10 4.6 軸的設(shè)計(jì)和校核……………………………………………………………18 4.7 夾持器的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………23 4.8 殼體的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………23 5 結(jié)論………………………………………………………………………………24 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………25

12、 4 1前言 1.1機(jī)器人的概念 機(jī)器人是一個(gè)在三維空間中具有較多自由度，并能實(shí)現(xiàn)較多擬人動(dòng)作和功能的 機(jī)器，而工業(yè)機(jī)器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)器人。美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)提出的 工業(yè)機(jī)器人定義為：“機(jī)器人是一種可重復(fù)編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、 工具的操作機(jī)”。英國(guó)和日本機(jī)器人協(xié)會(huì)也采用了類(lèi)似的定義。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T12643-90 將工業(yè)機(jī)器人定義為：“機(jī)器人是一種能自動(dòng)定位控制、可重復(fù)編程的、 多功能的、多自由度的操作機(jī)。能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用

13、以完成各種作業(yè)”。 而將操作機(jī)定義為：“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其它 操作的機(jī)械裝置”。 機(jī)器人系統(tǒng)一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元、控制裝置和為使機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)而要求 的外部設(shè)備組成。 操作機(jī)是機(jī)器人完成作業(yè)的實(shí)體，它具有和人手臂相似的動(dòng)作功能。通常由下 列部分組成： a.末端執(zhí)行器 又稱(chēng)手部，是機(jī)器人直接執(zhí)行工作的裝置，并可設(shè)置夾持器、 工具、傳感器等，是工業(yè)機(jī)器人直接與工作對(duì)象接觸以完成作業(yè)的機(jī)構(gòu)。 b. 手腕 是支承和調(diào)整末端執(zhí)行器姿態(tài)的部件，主要用來(lái)確定

14、和改變末端執(zhí) 行器的方位和擴(kuò)大手臂的動(dòng)作范圍，一般有2～3個(gè)回轉(zhuǎn)自由度以調(diào)整末端執(zhí)行器的 姿態(tài)。有些專(zhuān)用機(jī)器人可以沒(méi)有手腕而直接將末端執(zhí)行器安裝在手臂的端部。 c. 手臂 它由機(jī)器人的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成，是用于支承和調(diào)整手腕 和末端執(zhí)行器位置的部件。手臂有時(shí)包括肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)，即手臂與手臂間。手臂 與機(jī)座間用關(guān)節(jié)連接，因而擴(kuò)大了末端執(zhí)行器姿態(tài)的變化范圍和運(yùn)動(dòng)范圍。 d. 機(jī)座 有時(shí)稱(chēng)為立柱，是工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中相對(duì)固定并承受相應(yīng)的力的基 礎(chǔ)部件?？煞止潭ㄊ胶鸵苿?dòng)式兩類(lèi)。 元 它是由驅(qū)動(dòng)器、檢

15、測(cè)單元等組成的部件，是用來(lái)為操作機(jī)各部件提供動(dòng)力和運(yùn) 動(dòng)的裝置。 置 它是由人對(duì)機(jī)器人的啟動(dòng)、停機(jī)及示教進(jìn)行操作的一種裝置，它指揮機(jī)器人按 規(guī)定的要求動(dòng)作。 能系統(tǒng) 1 它由兩部分組成，一部分是感覺(jué)系統(tǒng)，另一部分為決策－規(guī)劃智能系統(tǒng)。 1.2題目來(lái)源 本題設(shè)計(jì)的是關(guān)節(jié)型機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)，主要是整體方案設(shè)計(jì)和手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 及其零件設(shè)計(jì)。此課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際。對(duì)于目前手工電弧焊接效率低，操作環(huán)境 差，而且對(duì)操作員

16、技術(shù)熟練程度要求高，因此采用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)操作 的柔性自動(dòng)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件。 1.3技術(shù)要求 根據(jù)設(shè)計(jì)要達(dá)到以下要求 a. 工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； b. 裝卸方便，便于維修、調(diào)整； c. 盡量使用通用件，以便降低制造成本。 1.4本題要解決的主要問(wèn)題及設(shè)計(jì)總體思路 本題要解決的問(wèn)題有以下三個(gè)： a. 手腕處于手臂末端，需減輕手臂的載荷，力求手腕部件的結(jié)構(gòu)緊湊，減少重 量和體積； b. 提高手腕動(dòng)作的精確性

17、； c. 三個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)。 針對(duì)上述問(wèn)題有了以下設(shè)計(jì)思路： a. 腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置采用分離傳動(dòng)，將3個(gè)驅(qū)動(dòng)器安置在小臂的后端。 b. 提高傳動(dòng)的剛度，盡量減少機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中由于間隙產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)誤差，對(duì)于 分離傳動(dòng)采用傳動(dòng)軸。 c. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)1經(jīng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)一對(duì)圓柱齒輪和一對(duì)圓錐齒輪帶動(dòng)手腕在小臂殼體 上作偏擺運(yùn)動(dòng)。電機(jī)2經(jīng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)一對(duì)圓柱齒輪和一對(duì)圓錐齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手腕 的上下擺動(dòng)。電機(jī)3經(jīng)傳動(dòng)軸和兩對(duì)圓錐齒輪帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手腕上機(jī)械接口的 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

18、 2 2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r 2.1研究現(xiàn)狀 從機(jī)器人誕生到本世紀(jì)80年代初，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的發(fā)展過(guò)程。 到90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也 得到了飛速發(fā)展。除了工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī) 器人系統(tǒng)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。下面將按工業(yè)機(jī)器人和先進(jìn)機(jī)器人兩條技術(shù)發(fā)展路線(xiàn) 分述機(jī)器人的最新進(jìn)展情況。 器人 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是以機(jī)械、電機(jī)、電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)為 基礎(chǔ)融

19、合而成的一種系統(tǒng)技術(shù)。 a. 機(jī)器人操作機(jī)：通過(guò)有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn) 用，機(jī)器人操作機(jī)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以德國(guó)KUKA公司為代表的機(jī)器人公司，已將 機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機(jī)器人的工作范圍，加之輕質(zhì)鋁 合金材料的應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的性能。此外采用先進(jìn)的RV減速器及交流伺服 電機(jī)，使機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。 b. 并聯(lián)機(jī)器人：采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量及加工，這 是機(jī)器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和數(shù)控技術(shù)一體化奠定了基礎(chǔ)。 意

20、大利COMAU公司，日本FANUC等公司已開(kāi)發(fā)出了此類(lèi)產(chǎn)品。 c. 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高，已由過(guò)去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機(jī)器人發(fā) 展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，并且實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。人機(jī)界面 更加友好，基于圖形操作的界面也已問(wèn)世。編程方式仍以示教編程為主，但在某些 領(lǐng)域的離線(xiàn)編程已實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。 d. 傳感系統(tǒng)：激光傳感器、視覺(jué)傳感器和力傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)中已得到成功 應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè) 等，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。日本KAWASA

21、KI、YASKAWA、FANUC 和瑞典ABB、德國(guó)KUKA、REIS等公司皆推出了此類(lèi)產(chǎn)品。 e. 網(wǎng)絡(luò)通信功能：日本YASKAWA和德國(guó)KUKA公司的最新機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn) 了與Canbus、Profibus總線(xiàn)及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機(jī)器人由過(guò)去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò) 化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機(jī)器人由過(guò)去的專(zhuān)用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。 f. 可靠性：由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機(jī)器人系 統(tǒng)的可靠性有了很大提高。過(guò)去機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性MTBF一般為幾千小時(shí)，而現(xiàn)在 已達(dá)到5萬(wàn)小時(shí)，幾乎可以滿(mǎn)足任何場(chǎng)合的需求。

22、 器人 近年來(lái)，人類(lèi)的活動(dòng)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)用也從制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域發(fā) 展。像海洋開(kāi)發(fā)、宇宙探測(cè)、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂(lè)等行業(yè)都提 3 出了自動(dòng)化和機(jī)器人化的要求。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點(diǎn)是工作環(huán)境的 非結(jié)構(gòu)化和不確定性，因而對(duì)機(jī)器人的要求更高，需要機(jī)器人具有行走功能，對(duì)外 感 知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等，是機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。 a. 水下機(jī)器人：美國(guó)的AUSS、俄羅斯的MT-88、法國(guó)的EPAVL

23、ARD等水下機(jī)器 人已用于海洋石油開(kāi)采，海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護(hù)、 以及大壩檢查等方面，形成了有纜水下機(jī)器人（remote operated vehicle）和無(wú)纜 水下機(jī)器人（autonomous under water vehicle）兩大類(lèi)。 b. 空間機(jī)器人：空間機(jī)器人一直是先進(jìn)機(jī)器人的重要研究領(lǐng)域。目前美、俄、 加拿大等國(guó)已研制出各種空間機(jī)器人。如美國(guó)NASA的空間機(jī)器人 Sojanor等。 Sljanor是一輛自主移動(dòng)車(chē)，重量為11.5kg，尺寸630~48mm，有6個(gè)車(chē)輪，它在火 星上的成功

24、應(yīng)用，引起了全球的廣泛關(guān) 注。 c. 核工業(yè)用機(jī)器人：國(guó)外的研究主要集中在機(jī)構(gòu)靈巧，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、 重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手，以及半自主和自主移動(dòng)機(jī)器人。 已完成的典型系統(tǒng)，如美國(guó)ORML基于機(jī)器人的放射性?xún)?chǔ)罐清理系統(tǒng)、反應(yīng)堆用雙臂 操作器，加拿來(lái)大研制成功的輻射監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，德國(guó)的C7 靈巧手等 d. 地下機(jī)器人：地下機(jī)器人主要包括采掘機(jī)器人和地下管道檢修機(jī)器人兩大 類(lèi)。主要研究?jī)?nèi)容為：機(jī)械結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、傳感器及定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信 及遙控技術(shù)。目前日、美、德等發(fā)達(dá)國(guó)家已研制出了地

25、下管道和石油、天然氣等大 型管道檢修用的機(jī)器人，各種采機(jī)器人及自動(dòng)化系統(tǒng)正在研制中。 e. 醫(yī)用機(jī)器人： 醫(yī)用機(jī)器人的主要研究?jī)?nèi)容包括：醫(yī)療外科手術(shù)的規(guī)劃與仿 真、機(jī)器人輔助外科手術(shù)、最小損傷外科、臨場(chǎng)感外科手術(shù)等。美國(guó)已開(kāi)展臨場(chǎng)感 外科（telepresence surgery）的研究，用于戰(zhàn)場(chǎng)模擬、手術(shù)培訓(xùn)、解剖教學(xué)等。 法、英、意、德等國(guó)家聯(lián)合開(kāi)展了圖像引導(dǎo)型矯形外科（telematics）計(jì)劃、袖珍 機(jī)器人（biomed）計(jì)劃以及用于外科手術(shù)的機(jī)電手術(shù)工具等項(xiàng)目的研究，并已取得 一些卓有成效的結(jié)果。 f.

26、建筑機(jī)器人：日本已研制出20多種建筑機(jī)器人。如高層建筑抹灰機(jī)器人、 預(yù)制件安裝機(jī)器人、室內(nèi)裝修機(jī)器人、地面拋光機(jī)器人、擦玻璃機(jī)器人等，并已實(shí) 際應(yīng)用。美國(guó)卡內(nèi)基梅隆重大學(xué)、麻省理工學(xué)院等都在進(jìn)行管道挖掘和埋設(shè)機(jī)器人、 內(nèi)墻安裝機(jī)器人等型號(hào)的研制、并開(kāi)展了傳感器、移動(dòng)技術(shù)和系統(tǒng)自動(dòng)化施工方法 等基礎(chǔ)研究。英、德、法等國(guó)也在開(kāi)展這方面的研究。 g. 軍用機(jī)器人：近年來(lái)，美、英、法、德等國(guó)已研制出第二代軍用智能機(jī)器人。 其特點(diǎn)是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰(zhàn)和后勤支援等任務(wù)，在戰(zhàn)場(chǎng)上具有 看、嗅和觸摸能力，能夠自動(dòng)跟蹤地形和選擇道路

27、，并且具有自動(dòng)搜索、識(shí)別和消 滅敵方目標(biāo)的功能。如美國(guó)的Navplab自主導(dǎo)航車(chē)、SSV半自主地面戰(zhàn)車(chē)，法國(guó)的自 主式快速運(yùn)動(dòng) 偵察車(chē)（DARDS），德國(guó)MV4爆炸物處理機(jī)器人等。目前美國(guó)ORNL正 在研制和開(kāi)發(fā)Abrams坦克、愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈裝電池用機(jī)器人等各種用途的軍用機(jī)器人。 可以預(yù)見(jiàn)，在21世紀(jì)各種先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域，成 為人類(lèi)良好的助手和親密的伙伴。 4 2.2發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)

28、器人共性技術(shù)的研究，并朝著智 能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下10個(gè)方面： a. 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一 步提高負(fù)載.自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。 b. 機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開(kāi)放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好， 語(yǔ)言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于 PC 機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線(xiàn)編程的可操作性之外， 離線(xiàn)編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。 c. 多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高

29、機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其 問(wèn)題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線(xiàn)性 及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問(wèn)題就是傳感系統(tǒng)的實(shí) 用化。 d. 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。 e. 機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間 的協(xié)調(diào)控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立 預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。 f. 虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)

30、 機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。 g. 多智能體（multi-agent）調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng) 域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法， 建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。 h. 微型和微小機(jī)器人技術(shù)（micro/miniature robotics）:這是機(jī)器人研究的 一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。過(guò)去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究 的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命， 并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn) 生不可估量的影響，微小型機(jī)器人技術(shù)的

31、研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控 制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。 我國(guó)對(duì)此進(jìn)行了深入的研究。徐衛(wèi)平和張玉茹發(fā)表的《六自由度微動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn) 動(dòng)分析》對(duì)六自由度微動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了位移分析并為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了計(jì)算依據(jù)。還 有劉辛軍、高峰和汪勁松發(fā)表的《并聯(lián)六自由度微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法》研究 了微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，建立了并聯(lián)六自由度微動(dòng)機(jī)器人的空間模型，并分 析了該微動(dòng)機(jī)器人的空間模型，并分析了該微動(dòng)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)尺寸與各向同性、剛 度等性能指標(biāo)的關(guān)系得到了一系列性能圖譜，從各圖譜中可以看出各項(xiàng)性能指標(biāo)在 空

32、間模型設(shè)計(jì)參數(shù)空間中的分布規(guī)律，這有助于設(shè)計(jì)者根據(jù)性能指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)該微動(dòng) 機(jī)器人的機(jī)構(gòu)尺寸，是探討微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效分析工具。 5 3 3 33總體方案設(shè)計(jì) 3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型的確定 為實(shí)現(xiàn)總體機(jī)構(gòu)在空間的位置提供的6個(gè)自由度，可以有不同的運(yùn)動(dòng)組合，根 據(jù)本課題可以將其設(shè)計(jì)成以下五種方案： 標(biāo)型 這種運(yùn)動(dòng)形式是通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，工 作空間圖形為圓柱型。它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的

33、工作空間條件下，機(jī)體所占 體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。 標(biāo)型 直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)部分由三個(gè)相互垂直的直線(xiàn)移動(dòng)組成，其工作 空間圖形為長(zhǎng)方體。它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離，可在各坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀(guān)性 強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定位精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)體所占空間體積大、 靈活性較差。 型 又稱(chēng)極坐標(biāo)型，它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線(xiàn)移動(dòng)所組成，即一個(gè)回轉(zhuǎn)，一個(gè)俯仰 和一個(gè)伸縮運(yùn)動(dòng)組成，其工作空間圖形為一個(gè)球形，它可以作上下俯仰運(yùn)動(dòng)并能夠 抓取地面上或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間范圍大的特點(diǎn)，但

34、結(jié)構(gòu)復(fù) 雜。 關(guān)節(jié)型又稱(chēng)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型，這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類(lèi)似，其前三個(gè)關(guān)節(jié)都 是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機(jī)器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂間形成肩關(guān)節(jié)，大 臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和使大臂作俯仰擺動(dòng)，小臂作俯仰擺 動(dòng)。其特點(diǎn)使工作空間范圍大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)、能抓取靠進(jìn)機(jī)座的物體。 節(jié)型 采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)；兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、左右運(yùn)動(dòng)，而移 動(dòng)關(guān)節(jié)則實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，其工作空間的軌跡圖形，它的縱截面為矩形的同轉(zhuǎn)體，縱 截面高為移動(dòng)關(guān)節(jié)的行程長(zhǎng)，兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小決

35、定回轉(zhuǎn)體橫截面的大小、形 狀。在水平方向有柔順性，在垂直方向有較大的剛性。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，多 用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插接裝配。 對(duì)以上五種方案進(jìn)行比較：方案一不能夠完全實(shí)現(xiàn)本課題所要求的動(dòng)作；方案 二體積大，靈活性差；方案三結(jié)構(gòu)復(fù)雜；方案五無(wú)法實(shí)現(xiàn)本課題的動(dòng)作。結(jié)合本課 6 題綜合考慮決定采用方案四：關(guān)節(jié)型機(jī)器人。此方案所占空間少，工作空間范圍大， 動(dòng)作靈活，工藝操作精度高。 ...............部分章節(jié)已刪除此文章僅

36、供在線(xiàn)閱讀之用。全套資料包含 word+CAD，請(qǐng)聯(lián)系扣Q1：1459919609或者扣Q2：1969043202 ?。?！ 4.8殼體的設(shè)計(jì) 機(jī)座部分采用鑄鋁材料，方形結(jié)構(gòu)，臂厚8～12mm。機(jī)身部分采用鑄鋁材料，圓 筒形結(jié)構(gòu)，臂厚7～8。大臂外殼和大臂箱體采用鑄鋁材料，方形結(jié)構(gòu)，厚度均為6～ 8。小臂箱體和小臂外殼采用鑄鋁材料，結(jié)構(gòu)為方形，側(cè)面為鑄件其它三面為鑄鋁板 材。手腕外殼和手腕箱體采用鑄鋁材料，結(jié)構(gòu)為方形，兩側(cè)面、背面、底面為鑄件， 端面和正面為鑄鋁板材，臂厚5～8mm。 其它部分具體尺寸由結(jié)構(gòu)決定，詳

37、見(jiàn)圖紙。 7 5結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人采用了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)一系列的軸和齒輪傳動(dòng)順利 實(shí)現(xiàn)了三個(gè)自由度：擺腕、提腕、轉(zhuǎn)腕。應(yīng)用于焊接生產(chǎn)線(xiàn)上將大大提高生產(chǎn)效率， 和加工質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。 本機(jī)器人設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，通用性強(qiáng)。除了應(yīng)用于焊接外，還可以應(yīng)用于噴漆等 工作中。設(shè)備制造成本合理，拆裝方便，便于維護(hù)。 8

38、 參 考 文 獻(xiàn) [1] 劉辛軍,汪勁松,高峰.并聯(lián)六自由度微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法[J].清華大學(xué) 學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 , 2001,41. 8 :16-20. [2] 徐衛(wèi)平,張玉茹,六自由度微動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析[J].機(jī)器人ROBOT,1995,17. 5 :298-302. [3] 李明利,楊利華. 磁性輪式球罐焊接機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械, 2001,28:83-84. [4] 潘沛霖,楊宏,高波,吳微光.四自由度折疊式機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

39、與分析[J].哈 爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1994,26. 4 :90-95. [5] 殷際英,何廣平.關(guān)節(jié)型機(jī)器人[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2003. [6] 馬香峰.工業(yè)機(jī)器人的操作設(shè)計(jì)和分析[M] .北京：冶金工業(yè)出版社, 1996. [7] 費(fèi)仁元,張慧慧.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社,1998． [8] 周伯英.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1995． [9] 蔡自興.機(jī)器人學(xué)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2000． [10] 宗光華,劉海波譯.機(jī)器人技術(shù)手冊(cè)[M

40、]. 北京：科學(xué)出版社, 1996． [11] 徐衛(wèi)良,錢(qián)瑞名譯.機(jī)器人操作的數(shù)學(xué)導(dǎo)論[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998． [12] 孫迪生,王炎.機(jī)器人控制技術(shù)[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998． [13] 徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì)[M] .第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [14] 徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M] .第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000. [15] 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．第四版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002． [16] 陳秀寧，施高義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M]．第一版.浙江：浙江大學(xué)出版社， 1

41、995 . 9 附件圖紙 夾持器 1 2 圓柱齒輪軸 3 錐齒輪 4

42、 5 6 手腕裝配圖 7 總裝圖 8