【正文】 ructure of the mon robot to design the structure and puter control system of six degrees of freedom robot. After demonstrating the feasibility of robot mechanics, the article have designed the robot’s entity structure with Pro/engineer and AutoCAD and otherwise software from the matter of fact.KEYWORDS：Six degrees of freedom；Arc welding robot；Control system 目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒 論 1 機器人的定義及特點 1 機器人基本組成及技術(shù)參數(shù) 1 機器人的基本組成 1 機器人技術(shù)參數(shù) 2 機器人的分類及應(yīng)用 3 機器人的分類 3 機器人的應(yīng)用領(lǐng)域及優(yōu)點 4第2章 機器人的總體設(shè)計 6 基本參數(shù)的確定 6 機器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 手臂配置形式 7 位置檢測裝置的選擇 7 驅(qū)動與控制方式選擇 7第3章 結(jié)構(gòu)運動學(xué)簡圖 8第4章 操作機轉(zhuǎn)動機構(gòu) 9 操作機結(jié)構(gòu)方案的對比分析及選擇 9 電機的選擇 9 蝸輪蝸桿設(shè)計 10 選擇材料及精度等級 10 確定主要參數(shù) 10 強度校核 12 潤滑 13 齒輪設(shè)計 13 齒面接觸疲勞強度計算 14 齒根彎曲疲勞強度驗算 16 軸及軸承設(shè)計 18 蝸桿軸及蝸輪軸設(shè)計 18 蝸桿軸及蝸輪軸校核 19 蝸桿軸校核 19 齒輪軸設(shè)計與校核 26 設(shè)計 26 蝸輪軸校核 26 軸承設(shè)計與校核 29 蝸桿軸軸承 29 蝸輪軸軸承 32 齒輪軸軸承 32 鍵設(shè)計 32 聯(lián)軸器設(shè)計 33第5章 操作機提升機構(gòu) 34 傳動方案的分析與選擇 34 綜述 34 螺旋傳動 34 電機選擇 34 螺旋傳動設(shè)計 35 選材 35 結(jié)構(gòu)設(shè)計 35 壓桿穩(wěn)定性核算 36 剛度的驗算 36 聯(lián)軸器設(shè)計 37第6章 手臂伸縮機構(gòu) 38 傳動方案的分析與選擇 38 綜述 38 螺旋傳動 38 電機選擇 38 螺旋傳動設(shè)計 38 選材 38 結(jié)構(gòu)設(shè)計 39 壓桿穩(wěn)定性核算 40 剛度的驗算 40 帶傳動設(shè)計 41第7章 手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu) 44結(jié) 論 45致 謝 46參考文獻(xiàn) 47第1章 緒論“機器人”(Robot)是1920年捷克作家卡雷爾摘 要機器人是一種集機械、電子、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)于一體的機電一體化產(chǎn)品?？ㄅ蹇税l(fā)表的科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》中塑造的形象。” 機器人技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生根本性的變化，而且將對人類的社會生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。英國和日本機器人協(xié)會也采用了類似的定義。有些專用機器人可以沒有手腕而直接將末端執(zhí)行器安裝在手臂的端部。 人工智能系統(tǒng)它由兩部分組成，一部分是感覺系統(tǒng)，另一部分為決策－規(guī)劃智能系統(tǒng)。這種機器人外形類似于坦克炮塔，基座上安裝有一個大機械臂，大臂可繞軸在基座上轉(zhuǎn)動，大臂的末端又可以伸出一個小機械臂，它相對大臂可以做伸縮運動。近六十年來機器人的發(fā)展史，大致經(jīng)歷了三個重要的階段。控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的性能進一步提高，已由過去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，并且實現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。主要有有纜水下機器人和無纜水下機器人兩大類。各種挖掘機器人以及自動化系統(tǒng)也正在研制當(dāng)中。向著模塊化、可重構(gòu)的方向發(fā)展。機器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機器人半自主和自主技術(shù)，多機器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預(yù)先顯示進行遙控等。仿人和仿生技術(shù)：這是機器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎(chǔ)研究。若機身具備行走機構(gòu)便構(gòu)成行走機器人；若機身不具備行走及腰轉(zhuǎn)機構(gòu)，則構(gòu)成單機器人臂（Single Robot Arm）。機器人與外部設(shè)備集成為一個功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。根據(jù)控制運動的形式可分為點為控制和軌跡控制。定位精度是指機器人手部實際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。承載能力不僅決定于負(fù)載的質(zhì)量，而且還與機器人運行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。其坐標(biāo)軸是指機械臂的三個自由度軸，并未包括手腕上的自由度。2．第二代機器人 第二代機器人不僅具有內(nèi)部傳感器而且具有外部傳感器，能獲取外部環(huán)境信息。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、六自由度弧焊機器人及搬運機器人等機器人已被大量采用。如，水下機器人、拋光機器人、打毛刺機器人、擦玻璃機器人、高壓線作業(yè)機器人、服裝裁剪機器人、制衣機器人、管道機器人等特種機器人以及掃雷機器人、作戰(zhàn)機器人、偵察機器人、哨兵機器人、排雷機器人、布雷機器人等軍用機器人都廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。但是，由于我國工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，勞動力比較豐富低廉，給機器人的發(fā)展和應(yīng)用帶來了一定的困難。帶動整個腕部旋轉(zhuǎn)的減速電機3與安裝在回轉(zhuǎn)套外側(cè)的帶有法蘭盤的空心軸通過脹緊套連接在也一起，這個安裝面與電機2的安裝面垂直，減速電機3帶動整個腕部做回轉(zhuǎn)運動。設(shè)回轉(zhuǎn)套為200200200的立方體。長方體的轉(zhuǎn)動慣量公式為：J=m()由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故b=,h=所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為：J=5()=取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動角速度為ω=rad/s，轉(zhuǎn)速為n=30r/min由此轉(zhuǎn)動角加速度=10rad /s2計算力矩T為：T=J=P=Tω=2=故訂做的減速電機3的額定電壓為220V，輸出功率至少為7w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為46。設(shè)法減小機械間隙引起的運動誤差提高運動的精確性和運動剛度，可采用緩沖和定位裝置，從而提高定位精度。小臂前段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為=(3 R2+L2) = kgm2平移到i軸上=+m =+8(＋)2 =后一段體積=質(zhì)量==小臂后段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為=(3 R2+L2) =平移到i軸上=+m =+ = 帶動小臂轉(zhuǎn)動的后桿和底桿對i軸的轉(zhuǎn)動慣量兩圓桿為鋁合金材料，圓形實心直桿。主要評價的性能指標(biāo)是功率密度，由于驅(qū)動元件是安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上的，如果驅(qū)動元件過大，就會導(dǎo)致腰部回轉(zhuǎn)盤過大，所以這里要求驅(qū)動元件的功率密度應(yīng)該盡可能的大些。選定材料、熱處理方式、精度等級及齒數(shù)（1）因為電磁式直流伺服電機是經(jīng)過調(diào)速的，所以輸出端的速度較低，因此低速級選用直齒圓柱齒輪傳動。大臂的傳動形式與小臂相同，都是由直流伺服電機驅(qū)動齒輪組實現(xiàn)大臂的俯仰運動。驅(qū)動元件在六自由度弧焊機器人中主要用于回轉(zhuǎn)運動，所以轉(zhuǎn)動慣量要小，同時比功率要大一些。電機需要調(diào)速，調(diào)速后轉(zhuǎn)速為75r/min，減速比為20?！⊙P(guān)節(jié)的設(shè)計　腰關(guān)節(jié)設(shè)計的總體要求六自由度弧焊機器人的腰部關(guān)節(jié)的主要作用是承受大臂、小臂、腕部以及驅(qū)動元件和傳動系統(tǒng)的重量?？梢圆唤?jīng)過齒輪等減速機構(gòu)而直接驅(qū)動負(fù)載，并由輸入的控制電壓信號直接調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速。增量型編碼器能夠物體的旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生信號。最后根據(jù)六自由度弧焊機器人的定位精度，合理選擇了各個關(guān)節(jié)的傳感元件?；瑮U行程長度依手臂伸縮機構(gòu)的機構(gòu)形式而定。故綜合考慮，選擇滾動螺旋傳動(絲杠轉(zhuǎn)動，螺母移動；2級精度)。同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)形帶及具有相應(yīng)吻合的帶輪所組成。 (6－4)選定帶型和節(jié)距 ，節(jié)距小齒輪齒數(shù)根據(jù)帶型H和小帶輪轉(zhuǎn)速，此處取小帶輪節(jié)圓直徑大帶輪齒數(shù)大帶輪節(jié)圓直徑帶速初定軸間距，取帶長及其齒數(shù) (6－5) ，其節(jié)線長，節(jié)線長上的齒數(shù)60。致 謝本文是在王燕老師直接關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，在撰寫論文期間李克旺老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，嚴(yán)以巨細(xì)的精神使我受益匪淺，在這里謹(jǐn)向王老師致以崇高的敬意和最衷心的感謝。同時，這也是一次完全不同于以往的設(shè)計，它需要我們在獨立完成的同時，對過去所學(xué)的知識進行完善和總結(jié)。，應(yīng)選帶寬代號150的H型帶，其。傳動時，通過帶輪與帶齒的齒槽相嚙合來傳遞動力。手臂伸縮機構(gòu)由直流電機通過齒形帶傳到滾珠絲杠副的絲杠上。根據(jù)螺紋副的摩擦情況，可分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋。電動機旋轉(zhuǎn)通過齒形帶傳到滾珠絲杠副的絲杠上，滾珠絲杠副的螺母與支架相連。小臂轉(zhuǎn)速=/2 rad/s，, 傳感器線數(shù)為：ns=2/(i)=2/()=418小臂選用南京中科天文儀器有限公司的增量編碼器YGM610，ns=480。因此腰部回轉(zhuǎn)部分的驅(qū)動元件選用永磁式力矩電機，這樣做既可以省去用于減速的齒輪組，降低整個六自由度弧焊機器人的質(zhì)量，節(jié)省空間，而且可以提高腰部的響應(yīng)速度。因為六自由度弧焊機器人的主體部分都安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤，所以要求整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及手臂運行過程中的平衡。（2）選擇小齒輪材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241286HBS。主要評價的性能指標(biāo)是功率密度，由于驅(qū)動元件是安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上的，如果驅(qū)動元件過大，就會導(dǎo)致腰部回轉(zhuǎn)盤過大，所以這里要求驅(qū)動元件的功率密度應(yīng)該盡可能的大些。鋁合金的密度低、強度高、具有良好的抗腐蝕能力而且力學(xué)性能上接近或超過合金鋼。大齒輪材料ZG35CrMo，調(diào)制處理，硬度190240HBS，精度8級。（4）振動小，噪聲小，安全可靠，運行平穩(wěn)。當(dāng)兩桿共線時，兩桿對i軸的轉(zhuǎn)動慣量最大。采用鉸鏈四桿機構(gòu)的目的是把直流伺服電機放到腰部回轉(zhuǎn)盤上面，避免直接放到小臂與大臂的連接處，減輕小臂的重量，降低大臂驅(qū)動裝置的負(fù)載，減少運動過程中產(chǎn)生的動載荷與沖擊，提高整個六自由度弧焊機器人的響應(yīng)速度。 小臂的設(shè)計 小臂設(shè)計的總體要求手臂桿的質(zhì)量應(yīng)該盡可能的小，從而減輕支撐它的大臂桿及它的驅(qū)動電機的負(fù)擔(dān)。長方體的轉(zhuǎn)動慣量公式為：J=m()由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故b=h= 所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為：J=5()= 取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動角速度為ω=2rad/s, n=60 r/min由此轉(zhuǎn)動角加速度=20rad /s2計算力矩T為：T=J=P=Tω=2= w故訂做的減速電機2的額定電壓為220V，輸出功率至少為12w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為23。同時電機軸要與噴槍夾末端的空心軸通過脹緊套連接在一起，因此電機輸出端的軸要進行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L。因此，要注意三個問題：(1) 發(fā)展經(jīng)濟型機器人。 應(yīng)用機器人的優(yōu)點綜上所述，機器人的應(yīng)用給人類帶來了許多好處，如：(1) 減少勞動力費用；（應(yīng)用機器人代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時