五自由度工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(參考版)
2025-07-02 09:40本頁面
【正文】 再次，向所有給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)和親友致以深深的謝意和美好的祝福。他們的支持和理解是我完成學(xué)業(yè)的前提和動(dòng)力。 其次，感謝機(jī)械工程學(xué)院各位老師和同學(xué)提供的各方面幫助。從畢業(yè)設(shè)計(jì)開始到畢業(yè)完成，高老師淵博的學(xué)識(shí)、活躍的學(xué)術(shù)思想、對(duì)待研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和無私的奉獻(xiàn)精神都是學(xué)生的楷模，高老師平易近人的處世方式也為學(xué)生樹立了榜樣，學(xué)生所取得的每一點(diǎn)成績(jī)和每一次進(jìn)步，無不凝聚著高老師大量的心血。并詳細(xì)論述了驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)裝置的選擇過程。雖然取得了一些成績(jī)，但在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題也是很多的，但是在高金剛老師的細(xì)心的指導(dǎo)下以及和同學(xué)們相互的探討學(xué)習(xí)中,很多的問題都已經(jīng)解決了，由于有的問題需要很多的時(shí)間去解決，這些問題將是我以后的學(xué)習(xí)目標(biāo)，總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷將在我以后的工作和學(xué)習(xí)中將起到很重要的作用，它使我對(duì)機(jī)器人的工作原理及機(jī)械機(jī)構(gòu)有了更加清晰的深入的了解,對(duì)大學(xué)所學(xué)的知識(shí)有了更加綜合的復(fù)習(xí)和應(yīng)用,提高了研究設(shè)計(jì)能力。4 總體裝配圖的設(shè)計(jì) 三維總裝配圖 腰部裝配圖設(shè)計(jì)經(jīng)過前面的設(shè)計(jì)計(jì)算,主要傳動(dòng)部件已經(jīng)選擇完畢,下一部該做的就是怎樣把這些主要零部件連接起來,首先設(shè)計(jì)腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的輸出軸是由步進(jìn)電機(jī)通過EPL減速器來驅(qū)動(dòng)的,首先把電機(jī)固定在電機(jī)連接筒上,電機(jī)連接筒在通過內(nèi)六角柱頭螺釘固定在腰筒上,減速器的一端要和電機(jī)連接,一端固定在減速器連接筒上,減速器連接筒再通過內(nèi)六角柱頭螺釘固定在電機(jī)連接筒上,這樣連接就實(shí)現(xiàn)了腰部電機(jī)的輸出,由于腰部輸出軸要驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝置轉(zhuǎn)動(dòng),所以腰部輸出軸上還得通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)筒連接支撐肋板,這樣腰部的裝配設(shè)計(jì)就完成了,其三維裝配圖如下:其平面裝配圖如下: 三維主要零件圖其它各部分的設(shè)計(jì)如上,以下為三維總體裝配的主要零件圖：連大臂軸連接減速器板第二關(guān)節(jié)軸第二關(guān)節(jié)連電機(jī)筒第三關(guān)節(jié)連接大臂筒第三關(guān)節(jié)連接電機(jī)筒第三關(guān)節(jié)一軸第四關(guān)節(jié)連接電機(jī)筒第四關(guān)節(jié)支撐大臂軸第四關(guān)節(jié)軸小臂一軸小臂第五關(guān)節(jié)連接筒大臂小臂二軸6 總結(jié) 經(jīng)過兩個(gè)月的艱苦努力，最終完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。所以。則步進(jìn)電機(jī)輸出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：所以，選擇如下四相步進(jìn)電機(jī)：型號(hào)：86HS85；額定轉(zhuǎn)矩：；步矩角：176。質(zhì)量：. 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)步進(jìn)電機(jī)及減速器的選擇腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)由步進(jìn)電機(jī)通過減速器來驅(qū)動(dòng)。為基本額定功率查得=.所以，則取，型號(hào)為037⑸結(jié)論同步帶類型為XL，型號(hào)為037。帶寬 ，由8表功6。1—22可知帶的節(jié)矩代號(hào)為XL，對(duì)應(yīng)節(jié)矩=.⑶由文獻(xiàn)[8]圖36，122可知：XL型帶，當(dāng)主動(dòng)帶輪速度時(shí)，帶輪最小許用齒數(shù)Z=10，考慮到制造和安裝等因素，取，所以大小帶輪的節(jié)圓直徑則帶長(zhǎng)可以表示為根據(jù)表36。4。質(zhì)量：. 小臂的同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 小臂的減速器輸出功率為，設(shè)小臂的角速度為250176。則步進(jìn)電機(jī)輸出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為。寬度型號(hào)為050. 代號(hào)160，齒數(shù)為80。寬度型號(hào)為050. 代號(hào)285，齒數(shù)為76。型號(hào)為037。⑸嚙合齒數(shù)，則嚙合齒數(shù)。⑷實(shí)際軸間矩取=305。1—22可知帶的第一級(jí)節(jié)矩代號(hào)為L(zhǎng)，對(duì)應(yīng)節(jié)矩=.第二級(jí)節(jié)矩代號(hào)為XL，對(duì)應(yīng)節(jié)矩=.⑶確定帶輪直徑和帶節(jié)線長(zhǎng)由表面36，173知，帶輪最小許用齒數(shù)考慮到制造和安裝等因素，取Z1=12，兩級(jí)傳動(dòng)比都為1，帶輪的直徑則帶長(zhǎng)L可表示為：代號(hào)285，齒數(shù)為76。6kg. 同步帶和輪的設(shè)計(jì)腕部俯仰關(guān)節(jié)是通過二級(jí)同步帶傳動(dòng)的，第一級(jí)同步帶的軸矩為300mm，第二級(jí)為150mm.⑴求設(shè)計(jì)功率，由于前面已考慮到了安全系數(shù)，所以。則步進(jìn)電機(jī)輸出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為所以，選擇如下四相混合式步進(jìn)電機(jī)：型號(hào)：86HS38；最大靜轉(zhuǎn)矩：步矩角：176。由于,故慣性矩忽略不計(jì)，則腕部俯仰總轉(zhuǎn)矩。——腕部回轉(zhuǎn)電機(jī)的質(zhì)量。5kg。176。由于步進(jìn)電機(jī)不具有瞬時(shí)過載能力，故取安全系數(shù)為2（不同），則步進(jìn)電機(jī)輸出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于在同樣的體積條件下，關(guān)節(jié)型機(jī)器人比非關(guān)節(jié)型機(jī)器人有大得多的相對(duì)空間(手腕可達(dá)到的最大空間體積與機(jī)器人本體外殼體積之比)和絕對(duì)工作空間，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的動(dòng)作和軌跡更靈活,結(jié)合本課題的實(shí)際條件，因此,大臂、小臂手腕和手爪回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)選擇方案是合理的。故綜合考慮，腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)選擇方案一。均采用了減速比大、體積小、重量輕、精度高、回差小、承載力大、噪音小、效率高、定位安裝方便的諧波減速器。 方案二：如圖2－3所示，電機(jī)安裝在底座上面，其輸出軸先經(jīng)諧波減速器減速，再經(jīng)一對(duì)齒輪減速后，由第一關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng)整個(gè)腰部在基座上回轉(zhuǎn)。 機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)方案的對(duì)比分析及選擇 參考國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)[17]～[ 23]，初步對(duì)各個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)單獨(dú)分析。但由于三個(gè)關(guān)節(jié)都是轉(zhuǎn)動(dòng)的，故臂端的分辨率完全取決于它在工作空間中的位置。由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)構(gòu)成的關(guān)節(jié)組聯(lián)接在小臂桿的端部，模擬人的手腕，決定末端件的姿態(tài)。這里機(jī)器人手臂使用了三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，綜合各種手臂構(gòu)形，最后確定其結(jié)構(gòu)形式 為圖2－1中的第一種形式，此手臂決定了末端執(zhí)行器在空間的位置。綜合考慮后確定該機(jī)器人具有五個(gè)自由度，其中手臂三個(gè)自由度，手爪部分二個(gè)自由度，由于在同樣的體積條件下，關(guān)節(jié)型機(jī)器人比非關(guān)節(jié)型機(jī)器人有大得多的相對(duì)空間(手腕可達(dá)到的最大空間體積與機(jī)器人本體外殼體積之比)和絕對(duì)工作空間，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的動(dòng)作和軌跡更靈活，因此該型機(jī)器人采用關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。手臂的結(jié)構(gòu)形式有多種，常用的構(gòu)形如圖2－1所示。 方案功能設(shè)計(jì)與分析 機(jī)器人手臂自由度的分配和構(gòu)形 手臂是執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的主要運(yùn)動(dòng)部件，它用來支承腕關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器，并使它們能在空間運(yùn)動(dòng)。 本文的機(jī)器人為實(shí)驗(yàn)演示用途的機(jī)器人。本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人三個(gè)關(guān)節(jié)均使用電氣驅(qū)動(dòng)。 電氣驅(qū)動(dòng)是20世紀(jì)90年代后機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式。本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人為關(guān)節(jié)坐標(biāo)型。 (d)關(guān)節(jié)坐標(biāo)型：有垂直關(guān)節(jié)型和水平關(guān)節(jié)型(SCARA 型)機(jī)器人。 (c) 球坐標(biāo)型：具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)。 (b) 圓柱坐標(biāo)型：該型機(jī)器人前三個(gè)關(guān)節(jié)為兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，以θ, r, z為坐標(biāo)，位置函數(shù)為P=f (θ, r, z)，其中，r是手臂徑向長(zhǎng)度，z是垂直方向的位移，θ是手臂繞垂直軸的角位移。 其次，按機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分類，可分為四類： (a) 直角坐標(biāo)型：該型機(jī)器人前三個(gè)關(guān)節(jié)為移動(dòng)關(guān)節(jié)，運(yùn)動(dòng)方向垂直，其控制方案與數(shù)控機(jī)床類似，各關(guān)節(jié)之間沒有耦合，不會(huì)產(chǎn)生奇異狀態(tài)，剛性好、精度高。本文的機(jī)器人就屬
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