【正文】 頭的協(xié)作機(jī)構(gòu)。　 以應(yīng)用為龍頭拉動(dòng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，其重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域與技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在下述方面：A．機(jī)械結(jié)構(gòu) 發(fā)展趨勢工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用水乳交融。 然而目前我國裝備制造業(yè)的整體水平與發(fā)達(dá)國家相比尚有較大的差距，尤其是在戰(zhàn)略必爭裝備技術(shù)與競爭前核心技術(shù)、基礎(chǔ)制造裝備與成套關(guān)鍵裝備制造技術(shù)等方面差距更大，這種差距又主要體現(xiàn)在先進(jìn)裝備的自主設(shè)計(jì)與獨(dú)立制造能力差，成套與系統(tǒng)集成、優(yōu)化能力差，技術(shù)創(chuàng)新和集成創(chuàng)新能力差。 我國是一個(gè)制造業(yè)大國，尚處于工業(yè)化進(jìn)程之中，在未來相當(dāng)長的時(shí)期里，制造業(yè)仍將在國民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位。因此，目前的焊接機(jī)器人多數(shù)為6關(guān)節(jié)式的。 不同的機(jī)器人控制系統(tǒng)對(duì)這一問題的處理方式不盡相同。因?yàn)楹附舆^程中往往需要把以空間直角坐標(biāo)表示的工件上的焊縫位置轉(zhuǎn)換為焊槍端部的空間位置和姿態(tài)，再通過機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算轉(zhuǎn)換為對(duì)機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)角度位置的控制，而這一變換過程的解往往不是唯一的，冗余度愈大，解愈多。焊接機(jī)器人根據(jù)不同的應(yīng)用場合可采取不同的結(jié)構(gòu)形式，但目前用得最多的是模仿人的手臂功能的多關(guān)節(jié)式的機(jī)器人，這是因?yàn)槎嚓P(guān)節(jié)式機(jī)器人的手臂靈活性最大，可以使焊槍的空間位置和姿態(tài)調(diào)至任意狀態(tài)，以滿足焊接需要。機(jī)器人的各種功能被相繼開發(fā)并得到不斷增強(qiáng)，機(jī)器人的種類不斷增多，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也從最初的工業(yè)控制拓展到各行各業(yè)，從軍事到民用，從天上到地下，從工業(yè)到農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，從科研探索到醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，從生產(chǎn)領(lǐng)域到娛樂服務(wù)行業(yè)，甚至還進(jìn)入尋常百姓家。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r 研究現(xiàn)狀自上世紀(jì)90年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。驅(qū)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)來帶動(dòng)手腕作偏擺運(yùn)動(dòng)。b. 腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置采用分離傳動(dòng)，將2個(gè)驅(qū)動(dòng)器安置在小臂的后端。 本課題要解決的主要問題及設(shè)計(jì)總體思路 本課題要解決的問題有以下三個(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；c. 三個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)。此次設(shè)計(jì)的垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)大臂小臂的旋轉(zhuǎn),手腕的旋轉(zhuǎn)與擺動(dòng)以及手爪的自動(dòng)抓取與放松工件運(yùn)動(dòng)。此課題來源于生產(chǎn)實(shí)際，是針對(duì)目前手工電弧焊接效率低，操作環(huán)境差，而且對(duì)操作員技術(shù)熟練程度要求高，因此采用機(jī)器人技術(shù)，可以實(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)過程的自動(dòng)化和改善勞動(dòng)條件。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。關(guān)鍵詞:垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人；伺服電機(jī)；齒輪傳動(dòng)；手臂The Design of arm and hands for Vertical multijoint robot Abstract:As the joint coordinates robot with a simple principle, the structure together tight, has the small space, pared to the work of a large space, can bypass obstacles around the base some characteristics. As the above considerations, and in order to improve production efficiency and reduce labor intensity, to meet specific work requirements, This designed robot is vertical multijoint robot , using a DC servo motor, Through a series of shafts and gears realizated wrist rotation and swinging, and the movement of AutoHand crawls and relax. In order to make the entire structure is pact, rational layout the motor shaft and the gear , design the structure of the gear and shaft, and the strength verification. Due to the number of motordriven and the number of degrees of freedom of arms are closely linked, thus reducing the number of motor not only reduce the weight of the arm, but also it will simplify the analysis of the whole system dynamics and kinematics. The transmission of the design has used the flexible shaft, bellows couplings, wrist and two pairs of gear drive. In the choice of material, in order to make the robot weight lighter and the wrist can movements Agile. so selection of light materials, I have designed materials of robot is aluminumcopper alloy of cast aluminum alloy . This robot’s arm has superity of good rigidity, precise transmission and weight lighter. So the design mostly used the standard parts and mon parts, reduced the cost of the design and the production. Key words: Vertical multijoint robot；servo motor ；transmission of gears ；arm畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。該機(jī)器人手臂具有剛性好、傳動(dòng)精度高、重量輕的特點(diǎn)。傳動(dòng)中采用了軟軸、波紋管聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸和兩對(duì)齒輪傳動(dòng)。為了使整個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，合理布置了電動(dòng)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。垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂部和手部設(shè)計(jì)摘要:由于關(guān)節(jié)型機(jī)器人具有傳動(dòng)原理簡單、結(jié)構(gòu)湊緊、所占空間體積小、相對(duì)的工作空間大，還能繞過基座周圍的一些障礙物等特點(diǎn)。綜合以上幾點(diǎn)考慮，以及為了提高生產(chǎn)效率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足特定的工作要求，課題設(shè)計(jì)的機(jī)器人為垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人，采用了直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過一系列的軸和齒輪傳動(dòng)順利實(shí)現(xiàn)了腕部的旋轉(zhuǎn)與擺動(dòng)，手爪的自動(dòng)抓取與放松工件運(yùn)動(dòng)。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的個(gè)數(shù)與手臂自由度的個(gè)數(shù)是緊密聯(lián)系的，因此減少電機(jī)的數(shù)量不但能減小機(jī)械手臂的重量，而且還會(huì)簡化整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析。在選材方面,為了使機(jī)器人重量較輕,以及腕部能夠靈活的運(yùn)動(dòng),故選取輕型材料,我所設(shè)計(jì)的機(jī)器人的材料為鑄造鋁合金中的鋁銅合金。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)和制造的成本。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄1 前言 1 1 技術(shù)要求及預(yù)期效果 1 本課題要解決的主要問題及設(shè)計(jì)總體思路 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r 1 研究現(xiàn)狀 1 發(fā)展趨勢 22 總體方案設(shè)計(jì) 4 機(jī)械結(jié)構(gòu)類型的確定 4 傳動(dòng)方案的確定 4 工作空間的確定 5 手腕結(jié)構(gòu)的確定 5 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 6 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方案的分析和選擇 6 手腕電機(jī)的選擇 7 傳動(dòng)比的確定及分配 83 齒輪的設(shè)計(jì) 9 9 9 第二級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 124 軸的設(shè)計(jì) 15 轉(zhuǎn)腕傳動(dòng)軸的選擇 15 擺腕傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 15 圓柱齒輪軸的設(shè)計(jì) 15 軸的強(qiáng)度校核 16 圓錐齒輪軸的設(shè)計(jì) 20 手腕連接軸的設(shè)計(jì) 21 大臂小臂連接軸的設(shè)計(jì) 225 軸承的設(shè)計(jì) 23 軸承的選擇 23 236 其它零部件的選用 25 鍵連接的選用 25 殼體的設(shè)計(jì) 25 機(jī)器人手臂材料的選擇 25 機(jī)器人臂部連接件的選用 257 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的位姿分析 278結(jié)論 31參 考 文 獻(xiàn) 32致　　謝 33附 錄 341 前言 本課題設(shè)計(jì)的是垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人臂部與手部的設(shè)計(jì)，主要是臂部和腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其零件設(shè)計(jì)。 技術(shù)要求及預(yù)期效果根據(jù)設(shè)計(jì)要達(dá)到以下要求：a. 最大搬運(yùn)重量：5kg；b. 最大工作范圍：850mm；c. 標(biāo)準(zhǔn)周期：； d. 重復(fù)定位精度：mm；e. 生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批大量。此裝置應(yīng)用在焊接生產(chǎn)線上將大大提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 針對(duì)上述問題有了以下設(shè)計(jì)思路：。c. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)1經(jīng)聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸來驅(qū)動(dòng)小臂殼體的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。，以此來減輕手部的重量，讓手爪能夠作靈活的運(yùn)動(dòng)，此傳動(dòng)裝置采用螺旋傳動(dòng)來帶動(dòng)手爪的抓取與放松工件運(yùn)動(dòng)。原本用于生產(chǎn)制造的工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高，各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)也有了長足的進(jìn)展。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式很多，常用的有直角坐標(biāo)式、柱面坐標(biāo)式、球面坐標(biāo)式、多關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、伸縮式、爬行式等等，根據(jù)不同的用途還在不斷發(fā)展之中。理論上講，機(jī)器人的關(guān)節(jié)愈多，自由度也愈多，關(guān)節(jié)冗余度愈大，靈活性愈好；但同時(shí)也給機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的坐標(biāo)變換和各關(guān)節(jié)位置的控制帶來復(fù)雜性。如何選取最合適的解對(duì)機(jī)器人焊接過程中運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性很重要。 一般來講，具有6個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)器人基本上能滿足焊槍的位置和空間姿態(tài)的控制要求，其中3個(gè)自由度(XYZ)用于控制焊槍端部的空間位置，另外3個(gè)自由度(ABC)用于控制焊槍的空間姿態(tài)。進(jìn)入21世紀(jì)，世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大而深刻的變革，但制造業(yè)依然是世界各發(fā)達(dá)與發(fā)展中國家加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高國家綜合競爭力的重要途徑。在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國正逐步成為世界最重要的制造業(yè)基地之一。這些差距已經(jīng)成為制約我國制造業(yè)乃至其他行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸問題之一。在第一代工業(yè)機(jī)器人普及的基礎(chǔ)上，第二代已經(jīng)推廣，成為主流安裝機(jī)型，第三代智能機(jī)器人已占有一定比重。 a. 以關(guān)節(jié)型為主流，80年代發(fā)明的適用于裝配作業(yè)的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人約占總量的l／3(目前世界工業(yè)機(jī)器人總數(shù)約為750000臺(tái))，90年代初開發(fā)的適用于窄小空間、快節(jié)奏、360度全工作空間范圍的垂直關(guān)節(jié)型機(jī)器人大量用于焊接和上、下料。b. 應(yīng)3K(煉鋼、煉鐵、鑄鍛)行業(yè)和汽車、建筑、橋梁等行業(yè)需求，超大型機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。c. 己普遍采用CAD、CAE等技術(shù)用于設(shè)計(jì)、仿真與制造中。b. 協(xié)調(diào)控制技術(shù)日趨成熟，實(shí)現(xiàn)了多手與變位機(jī)、多機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制，正逐步實(shí)現(xiàn)多智能體的協(xié)調(diào)控制。　　c. 基于PC的開放式結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)由于成本低并具有標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)功能，己成為一股潮流。日本23家機(jī)器人公司于1998年生產(chǎn)的167種型號(hào)機(jī)器人產(chǎn)品，其中采用AC伺服驅(qū)動(dòng)的有156種，％。新一代的伺服電機(jī)與基于微處理器的智能伺服控制器相結(jié)合，已由日本FANUC 公司開發(fā)并用于工業(yè)機(jī)器人中；在遠(yuǎn)程控制中已采用了分布式智能驅(qū)動(dòng)新技術(shù)。E. 高速、高精度、多功能化。而另一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)的NC機(jī)器人，其位置重復(fù)性達(dá)l um。最近瑞典Neos公司開發(fā)出一種高精度、高可靠性的可切割、鉆孔、銑削、磨削、裝配、搬運(yùn)的多功能機(jī)器人，用于多家著名汽車廠和飛機(jī)公司。