【正文】 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參數(shù) 1 機器人的基本組成 1 機器人技術參數(shù) 2 機器人的分類及應用 3 機器人的分類 3 機器人的應用領域及優(yōu)點 4第2章 機器人的總體設計 6 基本參數(shù)的確定 6 機器人主體結(jié)構(gòu)設計 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 軸及軸承設計 18 蝸桿軸及蝸輪軸設計 18 蝸桿軸及蝸輪軸校核 19 蝸桿軸校核 19 齒輪軸設計與校核 26 設計 26 蝸輪軸校核 26 軸承設計與校核 29 蝸桿軸軸承 29 蝸輪軸軸承 32 齒輪軸軸承 32 鍵設計 32 聯(lián)軸器設計 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 螺旋傳動設計 35 選材 35 結(jié)構(gòu)設計 35 壓桿穩(wěn)定性核算 36 剛度的驗算 36 聯(lián)軸器設計 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 螺旋傳動設計 38 選材 38 結(jié)構(gòu)設計 39 壓桿穩(wěn)定性核算 40 剛度的驗算 40 帶傳動設計 41第7章 手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu) 44結(jié) 論 45致 謝 46參考文獻 47第1章 緒論“機器人”(Robot)是1920年捷克作家卡雷爾美國機器人工業(yè)協(xié)會提出的機器人定義為：“機器人是一種可重復編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機”。 控制裝置它是由人對機器人的啟動、停機及示教進行操作的一種裝置，它指揮機器人按規(guī)定的要求動作。這兩家公司制造的機器人成為了世界上最早的而且至今仍在使用的機器人。水下機器人：目前主要用于海洋石油開采、海底勘查、落水人員救撈、管道鋪以及電纜的鋪設和維護。研究內(nèi)容主要有以下10個方面：機器人的操作機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計技術：探索新的高強度輕質(zhì)材料，進一步增強負載/自重比。軟機器人技術要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的。4．機器人－環(huán)境交互系統(tǒng) 機器人環(huán)境交互系統(tǒng)是實現(xiàn)機器人與外部環(huán)境中的設備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。2．重復定位精度 機器人精度是指定位精度和重復定位精度。連桿和關節(jié)按不同坐標形式組裝，機器人可分為五種：直角坐標形式，圓柱坐標形式，球坐標形式，關節(jié)坐標形式及平面關節(jié)坐標形式。目前，機器人已廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領域中。）我國機器人的應用前景是十分廣泛的。電機2帶動回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運動。盡量減少對其關節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量以及偏重力矩，以減少驅(qū)動裝置的負載，同時注意減少運動的動載荷與沖擊。（2）體積小，重量輕。 大臂的設計 大臂設計的總體要求六自由度弧焊機器人大臂的主要作用是用來承受小臂的重量和固定鉸鏈四桿機構(gòu)的底桿，因此六自由度弧焊機器人的大臂對整個機器人能否保持穩(wěn)定性起著至關重要的作用。綜合考慮各種電機，這里選用遼寧本溪山城電機廠生產(chǎn)電磁式直流伺服電動機，型號為Z241，額定電壓110/220V，功率3kw，轉(zhuǎn)速1500r/min，重量88kg。其中永磁式力矩電機的定子是永久磁鐵，轉(zhuǎn)子是線圈繞組，通過電樞為轉(zhuǎn)子線圈供電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。選擇了驅(qū)動元件之后計算了大臂和小臂傳動機構(gòu)的尺寸，包括鉸鏈四桿機構(gòu)的尺寸以及兩個齒輪組的尺寸的計算和強調(diào)度校核。均具有摩擦阻力小，傳動效率高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，低速時不爬行，具有傳動可逆性的優(yōu)點，但靜壓螺旋傳動須有一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定、過濾要求較高的供油系統(tǒng)，安裝與維護均很不方便，且成本劇增。，額定轉(zhuǎn)速1540，～，軸間距取為250，每天工作8。 在此期間，我遇到了許多困難和疑惑，但在老師和同學的幫助下得以了解決。同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑動，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達1:10?；瑒勇菪Y(jié)構(gòu)簡單、加工方便、易于自鎖，但摩擦阻力大，傳動效率低(一般為30%～40%)、磨損快，低速時可能爬行，定位精度和軸向剛度較差[10]。大臂轉(zhuǎn)速=/2 rad/s，長為1m, 傳感器線數(shù)為：ns=2/(i)=2/()=524大臂選用南京中科天文儀器有限公司的增量編碼器YGM610，ns=600。此外還要求腰部回轉(zhuǎn)盤的運動精度較高，要在驅(qū)動元件上安裝傳感器，檢測電機的旋轉(zhuǎn)精度。（3）位置控制精度高，快速響應性好，調(diào)速范圍大，低速平穩(wěn)。（3）取小齒輪齒數(shù)=24，則=524=120，大齒輪齒數(shù)Z2＝120。兩桿的體積之和=/414==　 = =27kg兩段同一直線時繞兩段質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為：=(3 R2+L2)=平移到i軸上=+m =+27 =對i軸總的轉(zhuǎn)動慣量以上計算的、均是在轉(zhuǎn)動慣量最大的情況下計算得到的，所以用這些轉(zhuǎn)動慣量計算出的總力矩和功率，從而選擇的電機必然滿足六自由度弧焊機器人在其他工作狀態(tài)下的工作要求。同時小臂桿還要承受整個手腕的重量以及在運動中產(chǎn)生的動載荷?；剞D(zhuǎn)套的質(zhì)量也要盡量的小，所以材料為鋁合金類材料。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。因為送來的每一個零件具體位置和姿態(tài)是隨意的、不同的，要完成上述作業(yè)必須獲取被抓取零件狀態(tài)的在線信息。 機器人的分類及應用 機器人的分類較好的分類原則是據(jù)構(gòu)成機器人的三大部分來分，如圖11所示：圖11 機器人的分類根據(jù)機器人三部分的具體選擇可給出某個機器人的全稱，如：計算機控制具有視覺功能全電動關節(jié)型機器人。1．自由度 自由度是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數(shù)目，不應包括手爪(末端操作器)的開合自由度。3．感受系統(tǒng) 它由內(nèi)部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。主要對多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。軍用機器人：近年來，英、美、法、德等國已研究出的二代軍用智能機器人。由于微電子技術的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應用，使機器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。這臺機器人成為世界上第一臺真正可以用于實際工作的機器人。手臂與機座間用關節(jié)連接，因而擴大了末端執(zhí)行器姿態(tài)的變化范圍和運動范圍。我所做的設計是在老師及其他同學的幫助下，同過運用CAD軟件來完成。綜觀機器人發(fā)展的歷史和高新技術的發(fā)展趨勢，可以斷言，機器人必將成為現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中不可缺少的必備工具。這也是人類社會首次使用“機器人”這一概念。機器人系統(tǒng)一般由操作機、驅(qū)動單元、控制裝置和為使機器人進行作業(yè)而要求的外部設備組成。德沃爾于1946年發(fā)明了一種可以“重演”記錄的運動的機器。除了機器人的性能不斷提高之外，各種各樣的用于其他行業(yè)的機器人也有了巨大的進展。美國NASA的空間機器人是一輛自主移動車，外型尺寸630~ 48mm，有6個車輪，它在火星探測上的成功應用，引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關注?！《鄠鞲邢到y(tǒng)：為進一步提高機器人的智能性和適應性，多種傳感器的使用是這個問題解決的關鍵。1．驅(qū)動系統(tǒng) 要使機器人運行起來需給各個關節(jié)即每個運動自由度安置傳動裝置，這就是驅(qū)動系統(tǒng)。歸納起來為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。4．最大工作速度 最大工作速度，有的廠家指機器人主要自由度上最大的穩(wěn)定速度，有的廠家指手臂末端最大的合成速度，通常都在技術參數(shù)中加以說明。哈爾濱工業(yè)大學機器人研究室設計了一種具有柔軟手腕的六自由度弧焊機器人，用于向任意空間曲面噴漆作業(yè)。機器人還廣泛應用于電子電氣行業(yè)、金屬制品業(yè)(包括機械)、橡膠及塑料工業(yè)和食品工業(yè)等領域。在一些人力無法工作的領域里使用機器人，市場潛力大；(3) 走企業(yè)技術改造道路。電機3帶動整個腕部做回轉(zhuǎn)運動。由于電機安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上所以計算轉(zhuǎn)動慣量需要折算到大臂軸i軸上，我們只需要計算出轉(zhuǎn)動慣量最大時的情況，既當小臂與大臂共線時，小臂可視為繞i軸旋轉(zhuǎn)，此時整個小臂體對i軸的轉(zhuǎn)矩最大。直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性、調(diào)速平滑、方便、調(diào)速范圍大、轉(zhuǎn)速比可以達到1:200、過載能力大、特殊要求時可以達到10。 電機的選擇大臂總體質(zhì)量的計算大臂的大體結(jié)構(gòu)為長方體并且兩端中空，鉆有小孔。（3）取小齒輪齒數(shù)=20，則=520=100，大齒輪齒數(shù)Z2＝100。基本外型尺寸為16085330。支架的下端帶有滾柱沿著導軌運動，它可防止滑桿轉(zhuǎn)動。絲杠需提供的功率，則帶輪需提供的功率。第一部分確定機器人的主要參數(shù)及外形；第二部分通過計算機繪圖使讀者對本設計所設計出的機器人有一個非常直觀的認識，這部分主要是二維設計。在二維設計中，本課題采用了常用的設計軟件—AutoCAD，對主要零部件進行了二維建模，最后繪制了機器人的裝配圖，使得本機器人的尺寸直觀。螺母選用，滲碳淬火；硬度62HRC。緩沖器用于減小手臂滑桿行程終點的沖擊。 傳感器的選擇為保證六自由度弧焊機器人位置精度需要為各關節(jié)選擇傳感器。（7）取工作壽命為15年，每年工作250天，2班制小齒輪的應力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60751525016=大齒輪的應力循環(huán)次數(shù)N2=N1/5=（8）查表取接觸疲勞壽命系數(shù)為=，=（9）取安全系數(shù)為=1==1242MPa==確定傳動尺寸（1）初算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值=（2）按K值對進行修正由圓周速度v= 查表取動載荷系數(shù)為= 查表取齒間載荷分布系數(shù)為= 查表取齒向載荷分布系數(shù)為= 查表取使用系數(shù)為= 所以載荷系數(shù)K== 按K值對進行修正 ==（4）確定模數(shù)m以及主要尺寸m== ，取整m=3mm。材料為鋁合金。電機需要調(diào)速，調(diào)速后轉(zhuǎn)速為75r/min，減速比為20。/4－178。設回轉(zhuǎn)套為232100350的立方體。第2章 六自由度弧焊機器人的總體設計 腕部設計 電機的選擇手腕部分的電機的安裝：帶動噴槍旋轉(zhuǎn)的減速電機