关节型机器人腕部结构设计(全套,CAD有图)Word
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机械手的手腕结构与手臂结构设CAD图
活性
关节连接方式： 采用串联或并 联方式，影响 手臂的刚度和
精度
关节驱动方式： 电机、气动、 液压等，影响 手臂的动力性
能和稳定性
关节控制方式： 采用PID控制、 模糊控制等算 法，实现手臂 的精确运动和
定位
手臂负载能力
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手臂负载能力：机械手臂结构CAD图展示了手臂的负载能力，包括最大负载 和最小负载。
确定绘图比例与单位
根据实际需求选择合适的比例 尺
确保单位统一，避免出现误差
根据机械手的大小和细节程度 调整比例尺
注意图纸的可读性和清晰度， 避免过于拥挤或空白
精确绘制几何图形
使用合适的绘图单位和比例，确保图纸的精度和一致性 掌握CAD绘图软件的基本操作和常用命令，如线条、圆弧、修剪等 注意图层管理，合理使用不同的图层来组织不同类型的几何图形 掌握几何约束和尺寸约束的使用，确保绘制的几何图形准确无误
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负载能力影响因素：机械手臂结构CAD图还展示了影响手臂负载能力的因素， 如臂长、关节角度和转动半径等。
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负载能力计算方法：机械手臂结构CAD图提供了负载能力的计算方法，包括 静态负载和动态负载的计算。
单击此处添加标题
负载能力与工作范围的关系：机械手臂结构CAD图还探讨了负载能力与工作 范围的关系，以及如何根据实际需求选择合适的负载能力。
注意图层管理及标注设置
分层管理：将不同元素放在不 同图层上，方便编辑和修改
标注设置：合理设置标注样式， 确保清晰易读
字体选择：避免使用不规范字 体，确保跨平台兼容性
线条粗细：保持线条粗细一致， 提高图纸美观度
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手臂运动范围
关节连接方式： 采用串联或并 联方式，影响 手臂的刚度和
精度
关节驱动方式： 电机、气动、 液压等，影响 手臂的动力性
能和稳定性
关节控制方式： 采用PID控制、 模糊控制等算 法，实现手臂 的精确运动和
定位
手臂负载能力
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精确绘制几何图形
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负载能力与工作范围的关系：机械手臂结构CAD图还探讨了负载能力与工作 范围的关系，以及如何根据实际需求选择合适的负载能力。
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手臂运动范围
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
2020/2/27
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
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
2020/2/27
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
工业机器人结构设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】
工业机器人结构设计00（陕理工机械工程学院机自专业000班，陕西汉中 723003)指导教师:000［摘要］本文简要介绍了工业机器人的概念，机器手硬件和软件的组成，即plc控制的机械手的系统工作原理，机械手各个部件的整体尺寸设计，plc控制的特点。
本文对机械手进行总体方案设计,确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。
同时设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩.设计了机械手的手臂结构。
利用可编程序控制器对机械手进行控制,选取了合适的plc型号，根据机械手的工作流程制订了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图,并绘制了可编程序控制器的控制程序.［关键词］工业机器人机械手The Industrial robot design000(Grade00,Class00，Major Mechanical Design，Manufacturing and Automation,415Dept。
，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）Tutor：000Abstract This paper introduces the concept of the composition of industrial robots，robot hardware and software, system working principle that plc manipulator control，the overall size of the various components of the robot design, plc control characteristics. In this paper，the robot overall program design，to determine the coordinates of the robot forms and degrees of freedom to determine the technical parameters of the robot。
四轴立式关节机器人机械手设计
目录一、机械部分 (3)1、四轴立式关节机器人的总体机械结构设计 (3)2、腰部底座的结构设计 (7)3、手臂及关节处的结构设计 (7)4、腕部的结构设计 (9)5、机械手末端执行器的结构设计 (10)二、电气与PLC部分 (11)1、电机主电路 (11)2、电气元件的选型与确定 (12)3、PLC的I/O口分配 (14)4、PLC的外围接线图 (15)三、参考文献 (16)一、机械部分概述：本次设计的是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以吸取机床上下料和工件传送。
这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。
除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。
四轴立式关节机器人其结构形式为关节型机器人，其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，也是目前机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。
1、四轴立式关节机器人的总体机械结构设计下表为本机器人的主要技术参数2、腰部底座的结构设计该机器人腰座是圆柱坐标机器人的回转基座。
它是机器人的第一个回转关节。
机器人的运动部分全部安装在腰座上它承受了机器人的全部重量。
腰座有足够大的安装面，保证了机器人在工作时整体的稳定性。
3、手臂及关节处的结构设计该机器人手臂的作用是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。
机械手的大臂旋转和小臂的旋转运动是通过齿轮传动来实现。
因为考虑到搬运工件的重量不大，属小型重量，同时考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性、安全性、对手臂的刚度有较高的要求。
因此综合考虑两手臂的驱动均选择齿轮驱动方式。
大臂关节处的结构设计如图所示：小臂关节处的结构设计如图所示4、腕部的结构设计该机器人的手臂运动包括腰座的回转运动给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人手臂末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。
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。
任务二机器人的手腕结构课件
任务二机器人的手腕结 构课件
• 机器人手腕结构的应用与发展趋势 • 机器人手腕结构的优化与创新设计
CHAPTER 01
机器人手腕结构概述
手腕结构的重要性
提高机器人的灵活性
提升机器人的工作效率
手腕结构可以使机器人更准确地控制 末端执行器的姿态和位置，实现更加 精细和复杂的操作。
手腕结构可以扩大机器人的工作范围， 使其能够到达更远的空间位置，提高 工作效率。
详细描述
柔性手腕具有较好的柔性和顺应性，可以适应各种不同的工作需求。由于其结构简单，重量较轻，转动惯量较小， 响应速度快。但是，柔性手腕的刚度较低，承载能力有限，通常用于轻量级、对精度要求不高的机器人中。此外， 柔性手腕的设计需要考虑材料的力学性能和机构的稳定性。
多关节型手腕
总结词
多关节型手腕是一种复杂的手腕结构，由多个关节组 成，可以实现多自由度的运动。
详细描述
机械臂型手腕具有较高的刚度和承载能力，可以用于重负载、高精度的机器人中。由于 其结构复杂，机械臂型手腕的转动惯量较大，响应速度较慢。但是，通过优化设计，可 以减小转动惯量，提高响应速度。此外，机械臂型手腕还可以通过改变关节长度和连杆
结构来实现不同的运动轨迹和姿态。
柔性手腕
总结词
柔性手腕是一种特殊的手腕结构，通过柔性材料或机构实现弯曲和扭转。
机器人手腕结构的应用与发展趋势
工业机器人
工业机器人是手腕结构应用的主要领域之一，它们在生产线上的装配、焊接、搬运 等任务中发挥着重要作用。
工业机器人的手腕结构通常采用关节式或滑槽式设计，具有较高的自由度和灵活性， 能够完成各种复杂的动作。
随着工业自动化的发展，工业机器人将在智能制造、柔性制造等领域发挥更大的作用。
• 机器人手腕结构的应用与发展趋势 • 机器人手腕结构的优化与创新设计
CHAPTER 01
机器人手腕结构概述
手腕结构的重要性
提高机器人的灵活性
提升机器人的工作效率
手腕结构可以使机器人更准确地控制 末端执行器的姿态和位置，实现更加 精细和复杂的操作。
手腕结构可以扩大机器人的工作范围， 使其能够到达更远的空间位置，提高 工作效率。
详细描述
柔性手腕具有较好的柔性和顺应性，可以适应各种不同的工作需求。由于其结构简单，重量较轻，转动惯量较小， 响应速度快。但是，柔性手腕的刚度较低，承载能力有限，通常用于轻量级、对精度要求不高的机器人中。此外， 柔性手腕的设计需要考虑材料的力学性能和机构的稳定性。
多关节型手腕
总结词
多关节型手腕是一种复杂的手腕结构，由多个关节组 成，可以实现多自由度的运动。
详细描述
机械臂型手腕具有较高的刚度和承载能力，可以用于重负载、高精度的机器人中。由于 其结构复杂，机械臂型手腕的转动惯量较大，响应速度较慢。但是，通过优化设计，可 以减小转动惯量，提高响应速度。此外，机械臂型手腕还可以通过改变关节长度和连杆
结构来实现不同的运动轨迹和姿态。
柔性手腕
总结词
柔性手腕是一种特殊的手腕结构，通过柔性材料或机构实现弯曲和扭转。
机器人手腕结构的应用与发展趋势
工业机器人
工业机器人是手腕结构应用的主要领域之一，它们在生产线上的装配、焊接、搬运 等任务中发挥着重要作用。
工业机器人的手腕结构通常采用关节式或滑槽式设计，具有较高的自由度和灵活性， 能够完成各种复杂的动作。
随着工业自动化的发展，工业机器人将在智能制造、柔性制造等领域发挥更大的作用。
六轴关节机器人机械结构
六轴关节机器人机械结构上图为常见的六轴关节机器人的机械结构,六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮等驱动六个关节轴的旋转,注意观察一、二、三、四轴的结构,关节一至关节四的驱动电机为空心结构,关节机器人的驱动电机采用空心轴结构应该不常见,空心轴结构的电机一般较大。
采用空心轴电机的优点就是:机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过,无论关节轴怎么旋转,管线不会随着旋转,即使旋转,管线由于布置在旋转轴线上,所以具有最小的旋转半径。
此种结构较好的解决了工业机器人的管线布局问题。
对于工业机器人的机械结构设计来说,管线布局就是难点之一,怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线(六个电机的驱动线、编码器线、刹车线、气管、电磁阀控制线、传感器线等),使其不受关节轴旋转的影响,就是一个值得深入考虑的问题。
机器人的腕部结构常见有如下几种结构:在这三种手腕部的结构中,以第一种(RBR型)结构应用最为广泛,它适应于各种工作场合,后两种结构应用范围相对较窄,比如说3R型的手腕结构主要应用在喷涂行业等、关节设计:对于国外的工业机器人主要制造国家来说,六轴关节机器人的研发设计及制造已经有好几十年的历史了,整个工业机器人的研发制造体系较为完善,她们的技术相对来说比较成熟,她们在相互竞争中可以相互模仿、改善、不断推陈出新,她们的技术对于国内来说,近乎完美、而国内目前这个行业还处在黎明前的黑暗阶段,虽然有不少公司有这个研发意图,或者正在研发途中,不管怎么说,浮出水面公布自己正在研发或者研发成功的公司应该说就是极少数,即使宣布自己研发成功,也只就是初步试验成功,真正产业化、商品化还有一段相当漫长的路要走、而更多的公司还停留在项目立项、技术评估、投入风险分析的阶段、由于国内做这个行业的很少,相关的结构也没有什么可参考的,技术储备不足,少数的单位或个人有机会能够拆拆别人的机器,拆个一知半解,更多的人只能在旁边瞧瞧了(比如说我,想拆都没机会^_^),还好了,网络资源丰富,今搜集到不少机械结构方面的图片,分享给大家参考,希望咱们做机械设计的(我应该也算就是个机械工程师啊^_^毕竟我也就是做机械的)少走点弯路,做出更好的机器、六轴关节机器人的腕部关节设计较为复杂,因为在腕部同时集成了三种运动、小型的六轴关节机器人的腕部关节主要采用谐波减速器、下面的图片较为详细的描述了常见的六轴关节机器人的腕部结构、上图所示的腕部关节用到了两个谐波减速器,两个同步齿型带传动输入,中间还用到了一对锥齿轮副传动、。
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。
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。
5.3工业机器人手腕-课件
• 微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， 动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形式可自选，勿超出此区域
俯仰
俯仰
偏转
翻转
BR手腕
BB手腕
翻转
RR手腕
2024/2/29
10
微 3. 软三雅自黑由，度2手0，腕标题
•➢微由软B关雅黑节，和大R关小（节1组8为合推而荐成，，若组内合容的多方，式可改有为多1种6）多；样此。区域图文混排，
2024/2/29
5
微 二软、雅手黑腕，的20自，标由题度
• 微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， 动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形Z 式可自选，勿超出此区域
w
腕 爪
手
Ɵ1
腕
➢ 按自由度数目来分，手腕可分为单自由度、二自由度和三自由度。
2024/2/29
6
2024/2/29
12
三微、软雅柔黑顺，手20腕，结标题构
• 微中软空雅固定黑件，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， 动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形式可自选，勿超出此区域
螺丝
钢珠 弹簧
上部浮动件
工件
下部浮动件
弹簧
机械手
2024/2/29
13
三微、软雅柔黑顺，手20腕，结标题构
• 微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， 动人画手元爪的件定最位后精固度定无位法置满勿足装超配出要此求区时域，。会；导致编装排配形困式难可。自选，勿超出此区域
➢ 类型： ➢ 1. 主动柔顺装配 边校正边装配，配有检测元件如视觉传感器、力传感器等 ➢ 2. 被动柔顺装配 在手腕部配置一个柔顺环节
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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”。
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。
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。
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。
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。
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编程已实现实用化。
d. 传感系统：激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。
日本KAWASAKI、YASKAWA、FANUC 和瑞典ABB、德国KUKA、REIS等公司皆推出了此类产品。
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。
2.2.2先进机器人近年来，人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。
像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求。
这些行业与制造业相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机器人的要求更高，需要机器人具有行走功能，对外感知能力以及局部的自主规划能力等，是机器人技术的一个重要发展方向。
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. 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。
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。
e. 医用机器人：医用机器人的主要研究内容包括：医疗外科手术的规划与仿真、机器人辅助外科手术、最小损伤外科、临场感外科手术等。
美国已开展临场感外科（telepresence surgery）的研究，用于战场模拟、手术培训、解剖教学等。
法、英、意、德等国家联合开展了图像引导型矫形外科（telematics）计划、袖珍机器人（biomed）计划以及用于外科手术的机电手术工具等项目的研究，并已取得一些卓有成效的结果。
f. 建筑机器人：日本已研制出20多种建筑机器人。
如高层建筑抹灰机器人、预制件安装机器人、室内装修机器人、地面抛光机器人、擦玻璃机器人等，并已实际应用。
美国卡内基梅隆重大学、麻省理工学院等都在进行管道挖掘和埋设机器人、内墙安装机器人等型号的研制、并开展了传感器、移动技术和系统自动化施工方法等基础研究。
英、德、法等国也在开展这方面的研究。
g. 军用机器人：近年来，美、英、法、德等国已研制出第二代军用智能机器人。
其特点是采用自主控制方式，能完成侦察、作战和后勤支援等任务，在战场上具有看、嗅和触摸能力，能够自动跟踪地形和选择道路，并且具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。
如美国的Navplab自主导航车、SSV半自主地面战车，法国的自主式快速运动侦察车（DARDS），德国MV4爆炸物处理机器人等。
目前美国ORNL正在研制和开发Abrams坦克、爱国者导弹装电池用机器人等各种用途的军用机器人。
可以预见，在21世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生活的各个领域，成为人类良好的助手和亲密的伙伴。
2.2发展趋势目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。
主要研究内容集中在以下10个方面：a. 工业机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载.自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。
b. 机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。
机器人控制器的标准化和网络化，以及基于 PC 机网络式控制器已成为研究热点。
编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。
c. 多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。
其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。
另一问题就是传感系统的实用化。
d. 机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。
e. 机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。
f. 虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。
g. 多智能体（multi-agent）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。
主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。