【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(jī)器人的定義及特點(diǎn) 1 機(jī)器人基本組成及技術(shù)參數(shù) 1 機(jī)器人的基本組成 1 機(jī)器人技術(shù)參數(shù) 2 機(jī)器人的分類及應(yīng)用 3 機(jī)器人的分類 3 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域及優(yōu)點(diǎn) 4第2章 機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 6 基本參數(shù)的確定 6 機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 手臂配置形式 7 位置檢測(cè)裝置的選擇 7 驅(qū)動(dòng)與控制方式選擇 7第3章 結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)簡圖 8第4章 操作機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 9 操作機(jī)結(jié)構(gòu)方案的對(duì)比分析及選擇 9 電機(jī)的選擇 9 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 10 選擇材料及精度等級(jí) 10 確定主要參數(shù) 10 強(qiáng)度校核 12 潤滑 13 齒輪設(shè)計(jì) 13 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 14 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 16 軸及軸承設(shè)計(jì) 18 蝸桿軸及蝸輪軸設(shè)計(jì) 18 蝸桿軸及蝸輪軸校核 19 蝸桿軸校核 19 齒輪軸設(shè)計(jì)與校核 26 設(shè)計(jì) 26 蝸輪軸校核 26 軸承設(shè)計(jì)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(jì) 32 聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 33第5章 操作機(jī)提升機(jī)構(gòu) 34 傳動(dòng)方案的分析與選擇 34 綜述 34 螺旋傳動(dòng) 34 電機(jī)選擇 34 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 35 選材 35 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35 壓桿穩(wěn)定性核算 36 剛度的驗(yàn)算 36 聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 37第6章 手臂伸縮機(jī)構(gòu) 38 傳動(dòng)方案的分析與選擇 38 綜述 38 螺旋傳動(dòng) 38 電機(jī)選擇 38 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 38 選材 38 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 39 壓桿穩(wěn)定性核算 40 剛度的驗(yàn)算 40 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 41第7章 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 44結(jié) 論 45致 謝 46參考文獻(xiàn) 47第1章 緒論“機(jī)器人”(Robot)是1920年捷克作家卡雷爾美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)提出的機(jī)器人定義為：“機(jī)器人是一種可重復(fù)編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)”。 控制裝置它是由人對(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。這兩家公司制造的機(jī)器人成為了世界上最早的而且至今仍在使用的機(jī)器人。水下機(jī)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(shè)和維護(hù)。研究內(nèi)容主要有以下10個(gè)方面：機(jī)器人的操作機(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)一步增強(qiáng)負(fù)載/自重比。軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的。4．機(jī)器人－環(huán)境交互系統(tǒng) 機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。2．重復(fù)定位精度 機(jī)器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。連桿和關(guān)節(jié)按不同坐標(biāo)形式組裝，機(jī)器人可分為五種：直角坐標(biāo)形式，圓柱坐標(biāo)形式，球坐標(biāo)形式，關(guān)節(jié)坐標(biāo)形式及平面關(guān)節(jié)坐標(biāo)形式。目前，機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機(jī)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(lǐng)域中。）我國機(jī)器人的應(yīng)用前景是十分廣泛的。電機(jī)2帶動(dòng)回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。盡量減少對(duì)其關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及偏重力矩，以減少驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載，同時(shí)注意減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊。（2）體積小，重量輕。 大臂的設(shè)計(jì) 大臂設(shè)計(jì)的總體要求六自由度弧焊機(jī)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(jī)構(gòu)的底桿，因此六自由度弧焊機(jī)器人的大臂對(duì)整個(gè)機(jī)器人能否保持穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。綜合考慮各種電機(jī)，這里選用遼寧本溪山城電機(jī)廠生產(chǎn)電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，型號(hào)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(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。選擇了驅(qū)動(dòng)元件之后計(jì)算了大臂和小臂傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸，包括鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的尺寸以及兩個(gè)齒輪組的尺寸的計(jì)算和強(qiáng)調(diào)度校核。均具有摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，低速時(shí)不爬行，具有傳動(dòng)可逆性的優(yōu)點(diǎn)，但靜壓螺旋傳動(dòng)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(hù)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(xué)的幫助下得以了解決。同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無滑動(dòng)，可獲得恒定的速比，傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動(dòng)比范圍大，一般可達(dá)1:10?；瑒?dòng)螺旋結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、易于自鎖，但摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低(一般為30%～40%)、磨損快，低速時(shí)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(yùn)動(dòng)精度較高，要在驅(qū)動(dòng)元件上安裝傳感器，檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)精度。（3）位置控制精度高，快速響應(yīng)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(shí)繞兩段質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=(3 R2+L2)=平移到i軸上=+m =+27 =對(duì)i軸總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以上計(jì)算的、均是在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大的情況下計(jì)算得到的，所以用這些轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算出的總力矩和功率，從而選擇的電機(jī)必然滿足六自由度弧焊機(jī)器人在其他工作狀態(tài)下的工作要求。同時(shí)小臂桿還要承受整個(gè)手腕的重量以及在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的動(dòng)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(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。因?yàn)樗蛠淼拿恳粋€(gè)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(jī)器人的分類及應(yīng)用 機(jī)器人的分類較好的分類原則是據(jù)構(gòu)成機(jī)器人的三大部分來分，如圖11所示：圖11 機(jī)器人的分類根據(jù)機(jī)器人三部分的具體選擇可給出某個(gè)機(jī)器人的全稱，如：計(jì)算機(jī)控制具有視覺功能全電動(dòng)關(guān)節(jié)型機(jī)器人。1．自由度 自由度是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，不應(yīng)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(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。軍用機(jī)器人：近年來，英、美、法、德等國已研究出的二代軍用智能機(jī)器人。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。這臺(tái)機(jī)器人成為世界上第一臺(tái)真正可以用于實(shí)際工作的機(jī)器人。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。我所做的設(shè)計(jì)是在老師及其他同學(xué)的幫助下，同過運(yùn)用CAD軟件來完成。綜觀機(jī)器人發(fā)展的歷史和高新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，可以斷言，機(jī)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(huì)首次使用“機(jī)器人”這一概念。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。德沃爾于1946年發(fā)明了一種可以“重演”記錄的運(yùn)動(dòng)的機(jī)器。除了機(jī)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(jī)器人也有了巨大的進(jìn)展。美國NASA的空間機(jī)器人是一輛自主移動(dòng)車，外型尺寸630~ 48mm，有6個(gè)車輪，它在火星探測(cè)上的成功應(yīng)用，引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注?！《鄠鞲邢到y(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能性和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是這個(gè)問題解決的關(guān)鍵。1．驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 要使機(jī)器人運(yùn)行起來需給各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安置傳動(dòng)裝置，這就是驅(qū)動(dòng)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(jī)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(shù)參數(shù)中加以說明。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究室設(shè)計(jì)了一種具有柔軟手腕的六自由度弧焊機(jī)器人，用于向任意空間曲面噴漆作業(yè)。機(jī)器人還廣泛應(yīng)用于電子電氣行業(yè)、金屬制品業(yè)(包括機(jī)械)、橡膠及塑料工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域。在一些人力無法工作的領(lǐng)域里使用機(jī)器人，市場潛力大；(3) 走企業(yè)技術(shù)改造道路。電機(jī)3帶動(dòng)整個(gè)腕部做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于電機(jī)安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上所以計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量需要折算到大臂軸i軸上，我們只需要計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大時(shí)的情況，既當(dāng)小臂與大臂共線時(shí)，小臂可視為繞i軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)整個(gè)小臂體對(duì)i軸的轉(zhuǎn)矩最大。直流電動(dòng)機(jī)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(dá)到1:200、過載能力大、特殊要求時(shí)可以達(dá)到10。 電機(jī)的選擇大臂總體質(zhì)量的計(jì)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(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，它可防止滑桿轉(zhuǎn)動(dòng)。絲杠需提供的功率，則帶輪需提供的功率。第一部分確定機(jī)器人的主要參數(shù)及外形；第二部分通過計(jì)算機(jī)繪圖使讀者對(duì)本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)出的機(jī)器人有一個(gè)非常直觀的認(rèn)識(shí)，這部分主要是二維設(shè)計(jì)。在二維設(shè)計(jì)中，本課題采用了常用的設(shè)計(jì)軟件—AutoCAD，對(duì)主要零部件進(jìn)行了二維建模，最后繪制了機(jī)器人的裝配圖，使得本機(jī)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(diǎn)的沖擊。 傳感器的選擇為保證六自由度弧焊機(jī)器人位置精度需要為各關(guān)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(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60751525016=大齒輪的應(yīng)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(dòng)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(duì)進(jìn)行修正由圓周速度v= 查表取動(dòng)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(duì)進(jìn)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(jī)需要調(diào)速，調(diào)速后轉(zhuǎn)速為75r/min，減速比為20。/4－178。設(shè)回轉(zhuǎn)套為232100350的立方體。第2章 六自由度弧焊機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 腕部設(shè)計(jì) 電機(jī)的選擇手腕部分的電機(jī)的安裝：帶動(dòng)噴槍旋轉(zhuǎn)的減速電機(jī)