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关节型机器人腕部结构设计

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第3章3.3 机器人腕部结构

第3章3.3 机器人腕部结构
1) 1液.压1 直工接业驱机动器三人自由的度基手本腕概念
2020/2/27
33
3.3 机器人腕部结构 3 三自由度手腕
2) 1齿.轮1 链工轮业传机动器三人自由的度基腕本部概念
俯仰 偏转
回转
2020/2/27
❖ 结构特点： ▪ 该机构为 由齿轮、 链轮传动 实现的偏 转、俯仰 和回转三 个自由度 运动的手 腕结构。
轴主动
行星运动
齿轮固 定不动
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31
3.3 机器人腕部结构
2020/2/27
2 二自由度手腕
俯仰 1.1 工业机器人的基本概念❖思考?
▪ 图中所示的情况，当 S轴不输入，只有B轴 输入时，腕部存在哪
些运动，为什么？
回转
齿轮传动回转和俯仰型腕部原理
32
3.3 机器人腕部结构
3 三自由度手腕
6
3.3 机器人腕部结构
2020/2/27
2 腕部的转动
滚转1：.能1 实工现业36机0°器无人障的碍基旋本转的概关念节运动，通常用R来标记。
弯转：转动角度一般小于360°。弯转通常用B来标记。
滚转可以实现腕部的旋转；弯转可以实现腕部的弯曲
7
3.3 机器人腕部结构
2020/2/27
3.3.2
1 单1.自1由工度业腕机部器人的基本概念
俯仰
偏转
回转
齿轮链轮传动三自由度手腕原理图
1—油缸；2—链轮；3、4—锥齿轮；5、6—花键轴T；7—传动轴S；8—腕架；9—行星架；10、11、22、24—圆
38 柱齿轮；12、13、14、15、16、17、18、20—锥齿轮；19—摆动轴；21、23—双联圆柱齿轮；25—传动轴B

关节型机器人腕部结构结构设计说明

关节型机器人腕部结构结构设计说明

关节型机器人腕部结构结构设计1绪论1.1 选题背景及其意义本题设计的是关节型机器人腕部结构，主要是整体方案设计和手腕的结构设计及控制系统设计，此课题来源于实际生产，对于目前手工电弧焊接效率低，操作环境差，而且对操作员技术熟练成都要求高，因此采用机器人技术，实现焊接生产操作的柔性自动化，提高产品质量与劳动生产力，实现生产过程自动化，改善劳动条件。

题目要求是：动作范围：手腕回转ο150,摆动ο90,旋转ο360。

各轴最大速度要求：s /30ο。

额定载荷kg 5，最大速度s m /3。

2、腕部最大负荷：5kg 。

机器人是近30年发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。

在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。

自古以来,人们所设想的机器人一般是一种在外形和功能上均能模拟人类智能的机器。

特别是在20世纪20年代前后,捷克和美国的一些科幻作家创作了一批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品,更使机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。

在现实生活中,一些民间工匠根据这些文学描绘,也制造出一些仿人或仿生的机器人。

然而在当时的科技条件下,要使机器人具有某种特殊的“智能”而成为“超人”,显然是不可能的。

美国的戴沃尔设想了一种可控制的机械手,他首先突破了对机器人的传统观点,提出机器人并不一定必须像人,但是必须能做一些人的工作。

1954年,他依据这一想法设计制作了世界上第一台机器人实验装置,发表了《适用于重复作业的通用性工业机器人》一文,并获得了美国专利。

戴沃尔将遥控操纵器的关节型连杆机构与数控机床的伺服轴联结在一起,预定的机械手动作一经编程输入后,机械等就可以离开人的辅助而独立运行。

这种机器人也可以接受示教而完成各种简单任务。

示教过程中操作者用手带动机械手依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列记录在数字存储器中，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再现出那些位置序列。

五自由度关节型机器人的结构设计及其仿真分析毕业设计[管理资料]

五自由度关节型机器人的结构设计及其仿真分析毕业设计[管理资料]

摘要机械手因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色。

它可以搬运货物，分拣物品，并能够在在有害环境下操作以保护人身安全，代替人的繁重劳动，因此被广泛应用于机械制造、轻工以及需求物品搬运等各种场所。

本次设计的研究方向是五自由度关节型机器人的结构设计及其仿真分析，在确定了设计方案以后，就开始查阅机器人的相关资料，以便以后的设计能顺利进行。

然后就是对机械手的几大部分进行了相关计算，确定了相关数据以后，二维的CAD、CAXA随即开了运行，而后就是到PRO/E的三维实体设计，机械手的各部分的实体模型也随之而出。

最后进行的便是ADAMS的仿真，将需要的数据输入以后，机械手便可以根据要求运动，同时截取了一些重要的线性图，提高了本次设计的机械手的可行性、科学性。

关键词：机械手；结构；计算；数据；AbstractBecause of its high flexible manipulators and universality, in life, in various fields such as plays a very important role. It can carry goods, articles, and can be sorted in harmful environment to protect personal safety operation, instead of heavy labor, therefore, are widely used in machinery manufacturing, light industry and the demand for handling items.This design research direction is five dof joints of the robot structure design and simulation analysis, in determining the design plan later, began to refer to the related information, so as to make robots after design can be carried out smoothly. Then a few most of manipulator is carried on the related calculation, determine the relevant data later, two-dimensional CAD, CAXA immediately opened run, and then is to PRO/E, the three-dimensional design of the manipulator each part of entity model also subsequently and out. Finally the simulation is conducted, will need to ADAMS after the data input according to requirements, manipulator can exercise, meanwhile intercepting the some important linear figure, improve the design of the manipulator of practical, scientificKeywords：Manipulator, formation，Calculation; data目录摘要 (I)Abstract .................................................... I I 第一章绪论 (1)机器人的概念 (1)我国机器人研究现状 (1)工业机器人概述 (2)工业机器人研究的现状与意义 (3)论文研究的主要内容 (3)第2章五自由度机器人方案的设计 (4)机器人机械设计的特点 (5)与机器人有关的概念 (5)设计方案 (6) (6) (6) (7) (8)第3章五自由度机器人的结构设计 (10)手爪结构设计 (10) (10) (10) (11) (12) (12) (13)腕部回转关节的设计 (13)腕部俯仰关节的设计 (13)腕部材料的选择 (14)大臂和小臂结构设计 (14) (14)大臂的结构设计 (14) (15) (15) (16) (16)轴承的选择 (16)第4章五自由度机器人的三维造型 (17) (17)/E的主要功能 (17)主要特征 (19) (20)手爪的实体模型 (21)手腕的实体模型 (22)大臂与小臂实体模型建立 (23)底座的实体模型 (26)...................................................... 错误!未定义书签。

关节型工业机械手的结构设计毕业设计说明书[管理资料]

关节型工业机械手的结构设计毕业设计说明书[管理资料]

毕业论文题目关节型工业机械手的结构设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0917班学生学号20090421170指导教师二〇一三年六月三日摘要关于该关节型工业机械手的具体研究方法。

本次设计工作首先对实体安川机器人进行了细致的研究，了解了其内部的具体结构，安川机器人的结构可分为六个轴系，然后根据六个轴系对其内部结构进行分解，以便了解各个零件之间的配合，这样就对安川机器人有了大体的了解。

下面就进行尺寸的测量，尺寸的测量只需要测量一下大体的外观尺寸，而内部尺寸可根据零件的配合进行合理的设计。

然后，进行计算（包括电机功率的计算，轴的设计，齿轮的参数计算），接着可依据相关资料，选取恰当的电机。

最后，可根据实体与之前所掌握的知识对机械手的结构进行设计分析。

关键词:伺服电机、机械手抓、移动旋转。

ABSTRACTHere is about the research method of the industrial manipulator joints. The design work on the real first AnChuan robot has carried on the detailed research, understand the internal structure of concrete, AnChuan robot structure can be divided into six axis, and then according to the six axis of its internal structure decomposition, in order to understand the cooperation between the various parts of the, thus for AnChuan robot have roughly understanding. Below is the size of the measurement, the size of the measurement only need to measure the general appearance of the size, and the internal dimension can be reasonable according to the parts of the design. Then, computing (including motor power calculation, the design of the shaft, the gear parameter calculation), then can according to relevant data, select the appropriate machine. Finally, according to the entity and prior knowledge on the structure of the manipulator design analysis.Keywords:servo motor rotate, manipulator grabbing and moving.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)机械手国内外发展现状 (1)多关节型工业机械手概述 (2)机械手组成与分类 (3) (3) (3)2机械手的设计方案 (4) (5)机械手设计方案 (5)方案特点 (6)电机的选型 (7)初步估算机械手的质量 (7) (8)计算电机功率 (10)锥齿轮设计 (10)齿轮精度、材料 (10)按齿面接触疲劳强度设计 (10)按齿根弯曲强度设计 (12)锥齿轮参数计算 (12)同步带轮的设计 (13)同步齿形带传动计算 (13)带轮几何尺寸的计算 (14)减速器的设计 (16)减速器减速比的计算 (16)减速器输出轴径的计算 (16)4 机械手各结构设计 (17)手爪结构的设计 (17)手爪的设计要求 (17)手爪的分类 (18)手部结构形式的确定 (18)手腕结构的设计 (18)手腕的设计要求 (18)手腕结构形式的确定 (19)手臂结构的设计 (19)手臂的设计要求 (19)手臂结构 (19)小臂结构形式的确定 (20)小臂后箱体的结构设计 (20)连接杆件的设计 (21)5 关键轴的校核 (21)腕部输入轴的结构 (21)轴的校核 (22)6 结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)1前言机械手国内外发展现状1962年，美国机械铸造公司试制成一台数控试教机械手。

机器人手部结构详解

机器人手部结构详解




工具：进行作业的专用工具。
工件的定位和夹紧：
F
2．按夹持方式分：

外夹式：

手部与被夹件的外表面相接触。 手部与工件的内表面相接触。

内撑式：


内外夹持式：

手部与工件的内、外表面相接触。
夹持方式图例：
Y
X Z
3．按手爪的运动形式分：

回转型：

当手爪夹紧和松开物体时，手指作回转运动。当 被抓物体的直径大小变化时，需要调整手爪的位 置才能保持物体的中心位置不变。 手指由平行四杆机构传动，当手爪夹紧和松开物 体时，手指姿态不变，作平动。 当手爪夹紧和松开工件时，手指作平移运动，并 保持夹持中心的固定不变，不受工件直径变化的 影响。

应用：

喷气式吸盘图例：
7．挤气式吸盘：

主要构成：

吸盘架、压盖、 密封垫、吸盘

工作原理：
挤气式吸盘工作原理图：
六、手部结构的应用实例
1．平行指手爪机构：

工作原理：
回转动力源1和6 驱动构件2和5顺 时针或逆时针旋 转，通过平行四 边形机构带动手 指3和4作平动， 夹紧或释放工件。
齿轮齿条式手爪重力式手爪滑槽式手爪拨杆杠杆式手爪线圈通电空气间隙的存在线圈产生大的电感和启动电流周围产生磁场通电导体一定会在周围产生磁场吸附工件适用于用铁磁材料做成的工件
机器人手部结构
主讲 周兰
引言：

工业机器人的手部也叫末端操作器， 它直接装在工业机器人的手腕上用于 夹持工件或让工具按照规定的程序完 成指定的工作。
结构特点：
该吸盘具有一个 球关节，使吸盘 能倾斜自如，适 应工件表面倾角 的变化。

关节型机器人腕部结构设计(全套,CAD有图)

关节型机器人腕部结构设计(全套,CAD有图)

1前言1.1机器人的概念机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。

美国机器人工业协会提出的工业机器人定义为：“机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机”。

英国和日本机器人协会也采用了类似的定义。

我国的国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：“机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。

能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。

而将操作机定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。

机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为使机器人进行作业而要求的外部设备组成。

1.1.1操作机操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。

通常由下列部分组成：a.末端执行器又称手部，是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。

b. 手腕是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有2～3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。

有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。

c. 手臂它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。

手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。

手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。

d. 机座有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。

可分固定式和移动式两类。

1.1.2驱动单元它是由驱动器、检测单元等组成的部件，是用来为操作机各部件提供动力和运动的装置。

1.1.3控制装置它是由人对机器人的启动、停机及示教进行操作的一种装置，它指挥机器人按规定的要求动作。

1.1.4人工智能系统它由两部分组成，一部分是感觉系统，另一部分为决策－规划智能系统。

机器人腕部结构分析


2、齿轮24、22所在的轴能否做成一体，为什么？
3、齿轮17作的什么运动？俯仰运动轮系属于什么轮系，试分析其运动。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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38
回转
可编辑ppt
26
轮系驱动二自由度手腕图例（2）：
俯仰运动：
轴B旋转→锥齿轮副 Z5、Z6→ 轴 A 旋 转 → 手腕壳体7与轴A固联 →手腕实现绕A轴的 俯仰运动
可编辑ppt
27
轮系驱动二自由度手腕图例（4）：
思考题：
图中所示的情况，当 S轴不输入，只有B轴 输入时，腕部存在哪 些运动，为什么？
1．按自由度的数目分（1）：
单自由度手腕：
手腕在空间可具有三个自由度，也可以具备以下 单一功能：
单一的翻转功能：手腕的关节轴线与手臂的纵轴线共 线，常回转角度不受结构限制，可以回转360°以上。 该运动用翻转关节（R关节）实现。
单一的俯仰功能：手腕关节轴线与手臂及手的轴线相 互垂直，转角度受结构限制，通常小于360°。该运动 用折曲关节（B关节）实现。
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18
1．摆动液压缸（又称回转液压缸）：
结构：
由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。 其中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱动轴 连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。
工作原理：
在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个 油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作 用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩 使被驱动轴转动。摆动缸转角在270°左右。
偏转运动：
油缸1中的活塞左右移动→带动链轮2旋转→锥齿轮副 Z3/Z4→带动花键轴5、6旋转→花键轴6与行星架9连在 一起→带动行星架及手腕作偏转运动

SCARA机器人装配及结构设计

SCARA机器人装配及结构设计摘要Scara 机器人是一种由三个自由度组成的平面关节型机器人，它的主要作用是可以完成精密仪器和物体的搬运和移动。

由于体积小，传动原理简单，被广泛运用于电子电气业，家用电器业，精密机械业等领域。

整个系统由机器手，机器臂，关节，步进电机驱动系统等组成。

通过各自由度步进电机的驱动，完成机器手，机器臂的位置变化。

具体设计内容为：同步齿形带传动设计，丝杠螺母设计，各输出轴和壳体的设计,步进电机的选择等。

在校核满足其结构强度的基础上，我们对scara 机器人的结构进行优化设计。

本论文着重研究scara 机器人的结构设计和运动学分析。

在论文开始首先介绍了机器人的发展及其分类情况。

在论文第二，三章具体叙述了scara 机器人的结构设计和运动学分析的详细过程。

在论文末尾还对scara 机器人进一步改进措施和应用展望进行了阐述。

关键词：scara 机器人，步进电机，结构设计，机器臂Structure Design of SCARA Assembly ManipulatorAbstractA SCARA robot is a robot of plane and joint composed of three degrees of freedo m. Its mostly function is used to complete transition and motion of exact apparatus es and objects. Because of its small volume and simple drive principle, it is widely used in the field of electronic and electric industry, home-used electric-ware indust ry and exact mechanism. The whole system is composed of manipulator hand, ma nipulator arm, joints and stepper motor driving system. By stepper motor’s driving o f each degree of freedom, it completes location change of manipulator hand and m anipulator arm. The idiographic designing content is designing of in-phase tooth-sha pe strap, designing of silk-bar nut, designing of shell and axis and the choice of st epper motors. On the base of checking its structure intensity, while it satisfied, we optimize designing of the structure of SCARA robots.This paper put its emphases on research of its structure designing and kinematics analysis. At the beginning of this paper, it introduces the development and sort of r obots. In the second and third chapter, it introduces detailed detail among the proc essing of the structure designing of a SCARA robot and its kinematics analysis. At the last, this paper gives some measures about improving of SCARA robots, and gives a expectation about its future.Key Words: SCARA robots, stepper motor, structure design, manipulator arm目录Abstract ii第一章绪论 11.1 机器人的特点 11.2 机器人的构成及分类 11.2.1 机器人的构成 11.2.2 机器人的分类 31.3 机器人的应用与发展 41.3.1 机器人的应用 41.4SCARA机器人的研究意义 61.4.1SCARA机器人的研究意义 61.4.2SCARA机器人的特点71.5本文的研究内容8第二章SCARA机器人结构设计92.1 SCARA机器人传动方案的比较及确定9 2.2 各自由度步进电机的选择112.2.1 第一自由度步进电机的选择122.2.2 第二自由度步进电机的选择: 122.2.3 第三自由度步进电机的选择132.3 同步齿形带传动设计142.4 丝杠螺母设计182.4.1 丝杠耐磨性计算182.4.2 丝杠稳定性计算192.4.3 丝杠刚度计算192.4.4 丝杠和螺母螺纹牙强度计算202.4.5 螺纹副自锁条件校核212.5各输出轴的设计212.5.1 机身输出轴设计212.5.2 大臂输出轴设计222.5.3 带轮轴设计: 222.5.4 升降轴设计222.6壳体设计23第三章SCARA机器人运动学分析253.1 引言253.2SCARA机器人正运动学分析253.2.1SCARA机器人连杆坐标系的建立25 3.2.2SCARA机器人正运动学问题273.3 SCARA机器人逆运动学分析293.4 本章小结31第四章总结与展望32参考文献33致谢341.1 机器人的特点机器人最显著的特点有以下几个:1.可编程。

机器人腕部结构

k定义:腕跚是臂跚和手部的连接件，起支承手跚相改变手部姿态的作用。

2、手U的自由度：■为了便手貉能处于空ranfn向，要求腕册能实现对空间三个坐林轴X、Y、Z的废转运动。

迪便是腕笳运动的三个自由度，分别称为制转R(Roll)、ffin P ( Pitch ) 和19 转Y(Yaw)o■并不是所有的手腕邵必须具笛三f自由度，而是根据实际便用的工作性能要求来确定。

手腕的PDWI 手腕的回转3、手H的披廿要*■结构紧凑、虫量轻；■朋作灵活、平稳，定EH青度高；■强8L啊度高；■与臂册及手部的连接81位的合理连接结构，传感器和驱动装置的合理布局及安装等。

4、手H的分类(门二自由度手H：可以由一个R关节相一fB关节联合构成BR关节实现，或由两个B关节组成BB关节实现, 但不能由两个RR关节构戒二自由度手腕，因为两个R关节的功能是車复的，实际上只起到单自由度的作用。

翻转（c）RR手腕（属于单自由厦）（2 ）三自由度手Rh有R £节和B关节的组合构成的三自由度手腕可以有多种型氏，实观甜转、備仰和備转血能。

BBR手腕BRR手腕5. 按手ji的烟动方式分：■直接駆动手Ji：■驰动澹宜接芸在手腕上。

逹种直接驱动手腕的关址是能否设岀尺寸小、車量轻而驱动扭拒夫、驰动性能好的驱动电机或液压马达。

■传动手阖：■有时为了保证貝有足昭大的驰朋力，驱动装置Q不能做得足够小，冋时也为了廠轻手腕的車量，采用远卽离的驱动方式，可以实现三个自由度的运动。

220-偏钱浪压肓接駆动BBR手腕图例远即离传动手腕图例6、典里结构（D g动浪压H 压缸）：■结枳■由缸体、用板、叶片、花邃套等壬要跚件构戒。

貝中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱朋轴连接，用螺栓2將隔极与H体连接。

■工作原理：■在密封的iltt,用板与活动时片之同围应两个油腔，当油亂中的无杆腔和有杆腔。

液压力作用在Siinf片的端面上，对传动轴中心严生力矩使被驱动(2) 单自由SBftg 动手H ：■ 结构箝点：■机器人手部的合是由汽紙驱动的,而手腕的回转运动则由回转液圧幻实现。

机器人腕部结构

单一的偏转功能：手腕关节轴线与手臂及手的轴线在 另一个方向上相互垂直；转角度受结构限制，通常小 于360°。该运动用折曲关节（B关节）实现。
单自由度手腕图例：
R手腕
B手腕
B手腕
T手腕
1．按自由度的数目分（2）：
二自由度手腕：
可以由一个R关节和一个B关节联合构成 BR关节实现，或由两个B关节组成BB关节 实现，但不能由两个RR关节构成二自由 度手腕，因为两个R关节的功能是重复的 ，实际上只起到单自由度的作用。
结构特点：
采用双回转油缸驱动，一个带动手腕作 俯仰运动，另一个油缸带动手腕作回转 运动。
V-V视图表示的回转缸中动片带动回转油 缸的刚体，定片与固定中心轴联结实现 俯仰运动；L-L视图表示回转缸中动片与 回转中心轴联结，定片与油缸缸体联结 实现回转运动。
双回转油缸驱动手腕图例：
3．轮系驱动的二自由度BR手腕：
偏转 运动
动作分解：
回转运动
俯仰运动
四、典型结构
1．摆动液压缸（又称回转液压缸） ：
结构：
由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。 其中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱动轴 连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。
工作原理：
在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个 油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作 用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩 使被驱动轴转动。摆动缸转角在270°左右。
并不是所有的手腕都必须具备三个自由 度，而是根据实际使用的工作性能要求 来确定。
手腕自由度图例：
腕部坐标系
手腕的偏转
手腕的俯仰
手腕的回转
二、手腕的设计要求
结构紧凑、重量轻； 动作灵活、平稳，定位精度高； 强度、刚度高； 与臂部及手部的连接部位的合理连接
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2
2 国内外研究现状及发展状况
2.1 研究现状
从机器人诞生到本世纪 80 年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。 到 90 年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也 得到了飞速发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机 器人系统也有了长足的进展。下面将按工业机器人和先进机器人两条技术发展路线 分述机器人的最新进展情况。
a. 水下机器人：美国的 AUSS、俄罗斯的 MT-88、法国的 EPAVLARD 等水下机器 人已用于海洋石油开采，海底勘查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护、 以及大坝检查等方面，形成了有缆水下机器人（remote operated vehicle）和无缆 水下机器人（autonomous under water vehicle）两大类。
b. 并联机器人：采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这 是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。 意大利 COMAU 公司，日本 FANUC 等公司已开发出了此类产品。
c. 控制系统：控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的 6 轴机器人发 展到现在能够控制 21 轴甚至 27 轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面 更加友好，基于图形操作的界面也已问世。编程方式仍以示教编程为主，但在某些 领域的离线.北京：机械工业出版社，1998. 9、徐灏.机械设计手册.第二版.北京：机械工业出版社，2000. 10、成大先.机械设计手册.第 4 版. 北京：化学工业出版社，2002.
2
关节型机器人腕部结构设计
摘要：为了提高生产效率和焊接质量，满足特定的工作要求，本题设计用于焊接的关节型机
关键词：自由度；焊接；手腕
3
目录
1 前言………………………………………………………………………………1 1.1 机器人的含义………………………………………………………………………1 1.2 题目来源……………………………………………………………………………2 1.3 技术要求…………………………………………………………………………2 1.4 本题要解决的主要问题和设计思路……………………………………………2 2 国内外发展状况及现状的介绍……………………………………………………2 2.1 研究现状…………………………………………………………………………2 2.2 发展趋势…………………………………………………………………………4 3 总体方案论证…………………………………………………………………………5 3.1 机械结构类型的确定……………………………………………………………5 3.2 工作空间的确定……………………………………………………………………6 3.3 手腕结构的确定……………………………………………………………………7 3.4 基本参数的确定……………………………………………………………………8 4 手腕详细设计说明………………………………………………………………8 4.1 机器人驱动方案的分析和选择……………………………………………………8 4.2 手腕电机的选择………………………………………………………………9 4.3 传动比的确定………………………………………………………………9 4.4 传动比的分配………………………………………………………………10 4.5 齿轮的设计…………………………………………………………………10 4.6 轴的设计和校核……………………………………………………………18 4.7 夹持器的设计……………………………………………………………………23 4.8 壳体的设计……………………………………………………………………23 5 结论………………………………………………………………………………24 参考文献…………………………………………………………………………25
机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为使机器人进行作业而要求 的外部设备组成。
1.1.1 操作机
操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。通常由下 列部分组成：
a.末端执行器 又称手部，是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、 工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。
b. 空间机器人：空间机器人一直是先进机器人的重要研究领域。目前美、俄、 加拿大等国已研制出各种空间机器人。如美国 NASA 的空间机器人 Sojanor 等。 Sljanor 是一辆自主移动车，重量为 11.5kg，尺寸 630~48mm，有 6 个车轮，它在火 星上的成功应用，引起了全球的广泛关 注。
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1 前言
1.1 机器人的概念 机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的
机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。美国机器人工业协会提出的 工业机器人定义为：“机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、 工具的操作机”。英国和日本机器人协会也采用了类似的定义。我国的国家标 准 GB/T12643-90 将工业机器人定义为：“机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、 多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。 而将操作机定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它 操作的机械装置”。
d. 机座 有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基 础部件。可分固定式和移动式两类。
1.1.2 驱动单元
它是由驱动器、检测单元等组成的部件，是用来为操作机各部件提供动力和运 动的装置。
1.1.3 控制装置
它是由人对机器人的启动、停机及示教进行操作的一种装置，它指挥机器人按 规定的要求动作。
b. 手腕 是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执 行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有 2～3 个回转自由度以调整末端执行器的 姿态。有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。
c. 手臂 它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕 和末端执行器位置的部件。手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。手臂 与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。
学科门类：
单位代码 ：
毕业设计说明书（论文）
关节型机器人腕部结构设计
学生姓名
所学专业
班
级
学
号
指导教师
XXXXXXXXX 系
二 ○ **年 XX 月
任务书
一、设计内容
题目来源于生产实际。设计一个用于焊接的关节型机器人，进行机器人的总体 方案设计、腕部及执行器结构设计及其零件设计。
二、设计依据
焊接关节型机器人具有六个自由度，腰关节回转，臂关节俯仰，肘关节俯仰， 腕关节仰腕、摆腕和旋腕，腕部最大负荷 4kg，最大速度 2m/s，最大工作空间半径 1500mm。
根据设计要达到以下要求 a. 工作可靠，结构简单； b. 装卸方便，便于维修、调整； c. 尽量使用通用件，以便降低制造成本。
1.4 本题要解决的主要问题及设计总体思路
本题要解决的问题有以下三个： a. 手腕处于手臂末端，需减轻手臂的载荷，力求手腕部件的结构紧凑，减少重 量和体积； b. 提高手腕动作的精确性； c. 三个自由度的实现。 针对上述问题有了以下设计思路： a. 腕部机构的驱动装置采用分离传动，将 3 个驱动器安置在小臂的后端。 b. 提高传动的刚度，尽量减少机械传动系统中由于间隙产生的反转误差，对于 分离传动采用传动轴。 c. 驱动电机 1 经传动轴驱动一对圆柱齿轮和一对圆锥齿轮带动手腕在小臂壳体 上作偏摆运动。电机 2 经传动轴驱动一对圆柱齿轮和一对圆锥齿轮传动，实现手腕 的上下摆动。电机 3 经传动轴和两对圆锥齿轮带动轴回转，实现手腕上机械接口的 回转运动。
c. 核工业用机器人：国外的研究主要集中在机构灵巧，动作准确可靠、反应快、 重量轻、刚度好、便于装卸与维修的高性能伺服手，以及半自主和自主移动机器人。 已完成的典型系统，如美国 ORML 基于机器人的放射性储罐清理系统、反应堆用双臂 操作器，加拿来大研制成功的辐射监测与故障诊断系统，德国的 C7 灵巧手等
e. 网络通信功能：日本 YASKAWA 和德国 KUKA 公司的最新机器人控制器已实现 了与 Canbus、Profibus 总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络 化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。
f. 可靠性：由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系 统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性 MTBF 一般为几千小时，而现在 已达到 5 万小时，几乎可以满足任何场合的需求。
1.1.4 人工智能系统
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它由两部分组成，一部分是感觉系统，另一部分为决策－规划智能系统。
1.2 题目来源
本题设计的是关节型机器人腕部结构，主要是整体方案设计和手腕的结构设计 及其零件设计。此课题来源于生产实际。对于目前手工电弧焊接效率低，操作环境 差，而且对操作员技术熟练程度要求高，因此采用机器人技术，实现焊接生产操作 的柔性自动化，提高产品质量与劳动生产率、实现生产过程自动化、改善劳动条件。 1.3 技术要求
d. 地下机器人：地下机器人主要包括采掘机器人和地下管道检修机器人两大 类。主要研究内容为：机械结构、行走系统、传感器及定位系统、控制系统、通信 及遥控技术。目前日、美、德等发达国家已研制出了地下管道和石油、天然气等大 型管道检修用的机器人，各种采机器人及自动化系统正在研制中。
2.1.1 工业机器人
工业机器人技术是以机械、电机、电子计算机和自动控制等学科领域的技术为 基础融合而成的一种系统技术。
a. 机器人操作机：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运 用，机器人操作机已实现了优化设计。以德国 KUKA 公司为代表的机器人公司，已将 机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝 合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的 RV 减速器及交流伺服 电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。