大中型工业机器人手腕的设计

1 绪论本次综合课程设计题目为通用工业机器人的小臂及手腕设计。

工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统、传感系统和输入、输出系统接口组成。

执行系统是工业机器人完成握取工具（或工件）实现所需各种运动的机构部件，包括手部、腕部、臂部、机身和行走机构。

驱动系统是向执行系统的各个运动部件提供动力的装置。

按照采用的动力源不同，驱动系统分为液压式、气压式、电气式。

控制系统是工业机器人的指挥系统，它控制驱动系统，让执行机构按照规定的要求进行工作。

按照运动轨迹，可以分为点位控制和轨迹控制。

传感系统是为了使工业机器人正常工作和与周围环境保持密切联系，包括位置、视觉、力觉、触觉和接近觉等多种类型传感器及传感信号的采集处理系统。

输入、输出系统接口是为了工业机器人与周边系统及相应操作进行联系与应答，包括各种通讯接口和人机通信装置。

通用工业机器人又被称为多用途工业机器人，是用来完成某些辅助操作如装料、卸料、运输、堆垛或在各种工艺用途的装备上完成所需各种形式运动和顺序。

通用工业机器人不仅可用于辅助操作的自动化，也可完成基本的工艺过程，如焊接、热处理、喷涂等。

通用工业机器人的结构特点首先由其工艺上可能性所必须的多样化所决定。

与此相关，当设计工业机器人时，要保证工作机构有更多的自由度（5～7或更多）。

例如夹持器，为了使工业机器人完成各种工艺操作，采用操作机（手臂和手腕）杆件位移坐标系：圆柱坐标、球坐标和组合坐标系。

通用工业机器人一般服务在其周围安装的若干个工艺装备单元。

这说明需要有足够大的工作空间和较高的机动灵活性。

可是随着操作机运动机构中转动副数目的增加，工作机构要达到较大的承载能力和较高的定位精度是困难的。

同时机器人的控制也更加复杂。

为增大工作空间，例如多用途机器人在机床组或其它工艺装备上工作时，操作机可以安装在可动基础（小车）上。

这种附加移动既保证手臂的行程增大，又保持操作机有较大的承载能力。

操作机的手臂可以是单一刚性结构（一般为管截面杆）或是若干个铰接连杆形式。

目录摘要 ..................................................................................................................... １Abstract ........................................................................................... 错误!未定义书签。

1绪论 .. (2)1.1工业机器人简介 (2)1.2 工业机器手简介 (2)2工业机器人手腕的总体设计 (3)2.1机器人手腕总体设计概述 (3)2.2腕部的结构特点 (5)2.2.1 概述 (5)2.2.2单自由度手腕 (5)2.2.3二自由度手腕 (6)2.2.4三自由度手腕 (6)2.2.5柔顺手腕结构 (7)2.3 腕部的驱动机构 (8)2.4设计要求 (9)3 机器人手腕的机械系统设计 (10)3.1三个自由度的实现 (10)3.2传动机构的设计 (12)3.3手腕内部其他结构的设计 (13)4三维造型的绘制 (15)4.1 造型软件简介 (15)4.2典型零件的绘制 (18)结论 (44)摘要在工业上，机器人有着广泛的应用，尤其是在高温，高压，粉尘，噪音，以及带有放射性和污染的场合。

而工业机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。

手腕是连接末端执行器和手臂的关键，是联接手部与臂部的部件，它的作用是调整或改变工件的方位。

本设计为三自由度工业机器人手腕，可以在两个方向上旋转在一个方向上弯转。

三维造型采用的造型软件为Pro/ENGINEER, Pro/ENGINEER Wildfire野火版2.0以其易学易用、功能强大和互连互通的特点，推动了整个产品开发机构中个人效率和过程效率的提高。

它既能节省时间和成本，又能提高产品质量。

机器人手腕的设计要求
手腕是连接手臂和末端执行器的部件，其功能是在手臂和机座实现了末端执行器在作业空间的三个位置坐标（自由度）的基础上，再由手腕来实现末端执行器在作业空间的三个姿态（方位）坐标，即实现三个旋转自由度。

通过机械接口，联接并支承末端执行器。

手腕能实现绕空间三个坐标轴的转动，即回转运动、左右偏摆运动和俯仰运动。

当有特殊需要时，还可以实现小距离的横移运动。

手腕的自由度愈多，结构和控制愈复杂。

因此，应根据机器人的作业要求来决定其应具有的自由度数目。

在多数情况下，手腕具有1-2个自由度即可满足作业要求。

（1）设计要求
对工业机器人手腕设计的要求有：
①由于手腕处于手臂末端，为减轻手臂的载荷，应力求手腕部件的结构紧凑，减少其质量和体积。

为此腕部机构的驱动装置多采用分离传动，将驱动器安置在手臂的后端。

②手腕部件的自由度愈多，各关节角的运动范围愈大，其动作的灵活性愈高，机器人对作业的适应能力也愈强。

但增加手腕自由度，会使手腕结构复杂，运动控制难度加大。

因此，在设计时，不应盲目增加手腕的自由度数。

通用目的机器人手腕多配置3个自由度，某些动作简单的专用工业机器人的手腕，根据作业实际需要，可减少其自由度数，甚至可以不设置手腕以简化结构。

③为提高手腕动作的精确性，应提高传动的刚度，应尽量减少机械传动系统中由于间隙产生的反转回差。

④对手腕回转各关节轴上要设置限位开关和机械挡块，以防止关节超限造成事故。

机械手腕部设计范文机械手是一种模仿人手的机械装置，广泛应用于工业生产线上的自动化操作。

机械手通常由机械臂和手腕部组成，其中手腕部起着连接机械臂与末端执行器的作用。

手腕部的设计对机械手的动作能力和精度有着重要影响。

机械手腕部主要由关节、传感器和执行器组成。

关节是连接机械臂和手腕的部分，通常由旋转关节和弯曲关节组成。

旋转关节使机械手能够在水平方向上旋转，而弯曲关节则使机械手能够在垂直方向上弯曲。

关节的设计需要考虑到承载能力、阻尼控制和位置精度等因素。

传感器在机械手腕部起到了非常重要的作用。

通过传感器可以实时获取机械手的位置、姿态和力量等信息，从而实现更加精确的控制。

常用的传感器有位置传感器、力矩传感器和视觉传感器。

位置传感器用于测量关节的位置，力矩传感器用于测量关节所施加的力矩，而视觉传感器可以通过图像识别实现对目标物体的抓取。

执行器是机械手腕部的输出部分，通过执行器可以实现对机械手的运动控制。

常见的执行器有电机和液压缸。

电机驱动机械手的旋转和弯曲动作，而液压缸则可以实现更大的力矩输出。

根据实际需要，执行器的选型需要考虑到输出力矩、响应速度和能耗等因素。

除了上述基本组成部分，机械手腕部还需要考虑到人机交互性和安全性等因素。

人机交互性指的是机械手腕部与操作人员之间的交互，包括界面设计和操作逻辑等方面。

安全性是指机械手腕部在工作过程中的安全保护措施，如急停装置和限位开关等。

在设计机械手腕部时，需要充分考虑到工作环境和任务需求。

工作环境包括空间限制、温度要求和清洁程度等方面，而任务需求则包括工作范围、负载能力和定位精度等方面。

根据这些要求，可以选择合适的关节结构、传感器和执行器等。

总结起来，机械手腕部设计需要考虑到关节、传感器和执行器等部分的协调配合，同时还需要兼顾人机交互性和安全性等因素。

通过合理的设计，可以实现机械手腕部对于工业生产的快速、准确和安全的操作。