7自由度工业机器人机械结构毕业设计（全套图纸）

'原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455摘要原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人以工作范围大、动作灵活、结构紧凑、能抓取靠近机座原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455的物体等特点备受设计者和使用者的青睐。由于有一个冗余自由度，很容易在确保最佳焊接姿势的同时，避免工件以及夹具对机器人工作臂的干扰。本论文首先根据机器人持重3kg、工作范围1434mm、本体重量150kg，确立机器人为S腰部回转、L小臂摆动、E大臂回转、U臂部俯仰、R腕部扭转、B腕部俯仰、T腕部回转的7自由度关节型弧焊机器人的总体结构；分析机器人的各个关节在转动惯量、角速度、加速度等技术指标下的工作状况，确定7个关节都采用交流电机驱动、机器人手臂专用减速器传动，同时B、T腕部关节还用到同步带传动。通过计算各关节所需电机的功率和转矩、减速器的减速比、同步带的要求并选型；用UGNX6.0画出机器人的各关节三维仿真模型，并装配成型。本课题研究具有广泛的实际意义和应用前景。设计的7自由度工业机器人为后续的机器人动力学分析和运动控制提供了参考依据，并可以做进一步的研发。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455关键词：7自由度，工业机器人，机械结构原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455I 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455Abstract原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557dofindustrialrobotswithlargescopeofwork,flexible,compactstructure,cangrabtheobjectnearthebasearefamousamongsomuchdesignersandusers.Becausethereisaredundantfreedom,itiseasytoensurethebestweldingpositionatthesametime,avoidworkpieceandfixtureworkontherobotarminterference.Inthisthesis,accordingtotherobotputsup3kg,thescopeofworkis1434mm,bodyweightis150kg,establish7dofjointstructureofarc-weldingrobotincludingSwaist,Larmswing,Earmrotation,Upitchingarm,Rwristturn,Bwristpitch,Twristrotation.Analysisofthevariousrobotjointsinmomentofinertia,angularvelocity,accelerationandothertechnicalindicatorsoftheworkundertheconditionsidentifiedsevenjointsdrivenbyACmotor,therobotarmdedicatedreducerdrive,whileB,Twristjointisalsousedinsynchronousbeltdrive.Requiredbycalculatingthejointmotorpowerandtorque,reductionratioreducer,beltrequirementsandselection;robotwithUGNX6.0drawthree-dimensionalsimulationmodelofeachjoint,andassemblymolding.Thisresearchhasextensivepracticalsignificanceandapplicationprospect.7dofindustrialrobotsdesignedforthefollow-updynamicsanalysisandmotioncontrolandprovideareference,andcandofurtherresearchanddevelopment.Keywords:7dof,industrialrobot,mechanicalstructure 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455II 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计目录原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455摘要............................................................................................................................IAbstract..............................................................................................................................II目录.................................................................................................................................III第一章绪论...................................................................................................................11.1课题背景.............................................................................................................11.2国内外工业机器人的发展概况.........................................................................21.2.1国内外工业机器人的发展现状..................................................................................21.2.2工业机器人的发展趋势..............................................................................................41.3课题来源.............................................................................................................51.4主要研究内容.....................................................................................................6第二章7自由度工业机器人总体方案设计..........................................................................72.1机器人机械设计的特点.....................................................................................72.2与机器人有关的概念.........................................................................................72.3机器人的基本技术要求.....................................................................................92.4机器人手臂结构型式.......................................................................................102.5机器人结构方案的分析...................................................................................122.5.17自由度工业机器人的外形结构设计......................................................................122.5.27自由度工业机器人的关节结构设计......................................................................152.6机器人的驱动方式的选择...............................................................................192.77自由度机器人的控制系统.............................................................................202.7.17自由度工业机器人控制系统硬件部分..................................................................202.7.27自由度工业机器人控制系统软件部分..................................................................212.8本章小结...........................................................................................................21第三章7自由度工业机器人结构设计.................................................................................223.1引言...................................................................................................................223.2减速器类型选择...............................................................................................233.3同步带类型选择...............................................................................................243.4机器人结构设计...............................................................................................253.4.1T腕部回转关节交流伺服电机和减速器、同步带的选择......................................253.4.2B腕部摆动关节交流伺服电机和减速器、同步带的选择......................................303.4.3R回转关节交流伺服电机和减速器的选择..............................................................363.4.4U回转关节交流伺服电机和减速器的选择..............................................................383.4.5E回转关节交流伺服电机和减速器的选择..............................................................403.4.6L摆动关节交流伺服电机和减速器的选择..............................................................423.4.7S腰部回转关节交流伺服电机和减速器的选择.......................................................443.4.8电机、减速器、同步带选型总表............................................................................473.5电机型号...........................................................................................................483.5.1SGMGH系列1500转电机........................................................................................48原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455III 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计3.5.2SGMPH系列3000转电机.........................................................................................493.6本章小结...........................................................................................................51第四章7自由度工业机器人三维结构设计........................................................................524.1机器人各个关节三维图...................................................................................524.1.1底座造型图...............................................................................................................524.1.2S腰部回转关节造型图..............................................................................................534.1.3L小臂摆动关节造型图..............................................................................................564.1.4E大臂回转关节造型图..............................................................................................604.1.5U臂部俯仰关节造型图..............................................................................................604.1.6R腕部扭转关节造型图..............................................................................................614.1.7B腕部俯仰关节造型图..............................................................................................624.2机器人装配图...................................................................................................654.3本章小结...........................................................................................................66第五章结论和展望....................................................................................................................675.1结论...................................................................................................................675.2技术经济分析报告...........................................................................................685.2.1技术可行性分析.......................................................................................................695.2.2技术优越性分析.......................................................................................................695.3展望...................................................................................................................69参考文献.........................................................................................................................71致谢.............................................................................................................................73声明.............................................................................................................................74原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455IV 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计第一章绪论原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354551.1课题背景原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[1][2][3]机器人是典型的机电一体化装备，除了在制造业、农业、医疗、海洋开发、航天工程等方面得到了越来越广泛的应用之外，也渗透到人们生活的各个方面，随着工业机器人向更深、更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范围还在不断地扩大。机器人产品技术附加值很高，应用范围很广，机器人产业是正在快速成长中的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。国外专家预测机器人产业是继汽车、计算机之后出现的新的大型高技术产业。在这样的背景下，机器人技术与相关方面人才的需求也迅速增加，各高校也相应加大了对机器人技术人才的培养力度。研究并开发机器人是一项极其具有价值的科研工作。工业机器人一般需要六个自由度,它是机器人在工作空间内,达到任意位置和方向所需要的最少的数量。然而，六自由度机器人在跟踪特定位置和方向的能力受到很大的限制。因此,通过增加自由度的办法来提高它的灵活性，大大地克服了六自由度机器人受到奇异构形空间、障碍物、关节运动极限和电机的转矩极限等一系列运动学和动力学问题的限制。因此，七自由度冗余手臂是智能化机器人的一个重要主题，而且有资料显示，未来的通用机器人一般应至少具有七个自由度。从“七五”科技攻关开始，我国将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一，经过研制、生产、应用，实现了中国机器人产业“从无到有”。“十五”期间是我国机器人产业发展的一个关键转折点。经过多年的研究开发，我国的机器人技术已日趋成熟；市场需求在“十五”初期也有了一个“井喷式”的发展，此外我国业已形成了几家具有一定竞争力的机器人公司和产业化基地。但是，从整体上来说，我国机器人产业还很薄弱，机器人研究仍然任重而道远。我国市场上机器人总共拥有量近万台，仅占全球总量的0.56%，其中完全国产机器人行业集中度仅占30%，其余皆为从日本、美国、瑞典、德国、意大利等20多个国家引进。究其原因，很大程度在于自主品牌不够，发展壮大自主品牌及其自动化成套装备产业成为当务之急。由于常年以来发达国家对我国的技术封锁，尤其是对我国的工业技术部门。因此对能应用于各行各业的7自由度工业机器人，我国有必要自主研制和开发。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354551 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354551.2国内外工业机器人的发展概况原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354551.2.1国内外工业机器人的发展现状机器人是最典型的机电一体化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。据UNECE(联合国欧洲经济委员会)和IFR(国际机器人联合会)统计，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头，进入90年代，机器人产品发展速度加快，年销售量增长率平均在10%左右；2004年增长率达到了创记录的20%，其中,亚洲机器人增长幅度最为突出,增长43%，如图1-1所示。UNECE估计,2004年全球至少安装了10万台新的工业机器人。其中：·欧盟31100台(比2003年增加15%,但比2001年的记录仅增加1%)；·北美16100台(比2003年增加27%,比2000年的记录高24%)；·亚洲51400台,主要在日本,但中国市场增长迅速(比2003年增长24%)。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图1-12003年制造业中每1万名雇员拥有工业机器人的数量原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司，它们包括：瑞典的ABBRobotics，日本的FANUC、Yaskawa，德国的KUKARoboter，美国的AdeptTechnology、AmericanRobot、EmersonIndustrialAutomation、S-TRobotics，意大利的COMAU，英国的AutoTechRobotics，加拿大的JcdInternationalRobotics，以色列的RobogroupTek公司，这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。日本素有“机器人王国”之称，其工业机器人的发展令人瞩目，无论机器人的原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354552 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[4][5]数量还是机器人的密度都位居世界第一。日本安川电机(YaskawaElectricCo.)自1977年研制出第一台全电动工业机器人以来，已有29年的机器人研发生产的历史,旗下拥有Motoman美国、瑞典、德国以及SyneticsSolutions美国公司等子公司，至今共生产13000多台机器人产品，而最近2年生产的机器人30000多台，超过了其他机器人制造公司。2005年4月,该公司宣布将投资4亿日元,建造一个新的机器人制造厂，已于2005年11月运行，2006年1月达到满负荷生产。目前，该公司每月工业机器人生产能力达到2000台。安川电机核心工业机器人产品包括：点焊和弧焊机器人、油漆和处理机器人、LCD玻璃板传输机器人和半导体晶片传输机器人等。该公司是将工业机器人应用到半导体生产领域的最早厂商之一。2004年该公司机器人销售收入为1051亿日元，占该公司营业总收入3096亿日元的34%。德国KUKARoboterGmbh公司位于德国奥格斯堡,是世界几家顶级工业机器人制造商之一，1973年研制开发了KUKA的第一台工业机器人。该公司工业机器人年产量接近10000台，至今已在全球安装了60000台工业机器人。这些机器人广泛应用在仪器、汽车、航天、食品、制药、医学、铸造、塑料等领域。中国首钢莫托曼机器人有限公司由中国首钢总公司、日本株式会社安川电机和日本岩谷产业株式会社共同投资组建,三方出资比例分别为45%、43%和12%,引进日本株式会社安川电机最新UP系列机器人生产技术生产SG—MOTOMAN机器人，并设计制造应用于汽车、摩托车、工程机械、化工等行业的焊接、喷漆、装配、研磨、切割和搬运等领域的机器人、机器人工作站等。该公司目前是国内最大、最先进的机器人生产基地,年生产能力为800台。但是，中国的首钢莫托曼机器人工业主要是进口日本工业机器人，只是在国内进行组装而已。沈阳新松机器人自动化股份有限公司是由中国科学院沈阳自动化所为主发起人投资组建的高技术公司，是机器人国家工程研究中心、国家八六三计划智能机器人主题产业化基地、国家高技术研究发展计划成果产业化基地、国家高技术研究发展计划成果产业化基地。该公司是在国内率先通过ISO9001国际质量保证体系认证的机器人企业,并在《福布斯》2005年最新发布的“中国潜力100榜”上名列第48位。其产品包括：rh6弧焊机器人、rd120点焊机器人及水切割、激光加工、排险、浇注等特种机器人。我国的机器人研究始于二十世纪70年代。经过近20年努力，特别是经过“七五”攻关、“863”计划，取得了一批重要成果，掌握了机器人控制系统硬件设计、软件设计、机器人语言等技术。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[6]鉴于上述国内外形势，国家七五科技攻关计划将工业机器人和水下机器人的研究和开发列入了计划，由机械部等部门组织了点焊、弧焊、喷漆、搬运等型号的工业机器人的攻关，使中国工业机器人一起步就瞄准了实用化的方向。1986年，国家把智能机器人列为高技术发展计划，研究目标是跟踪世界先进水平，工作内容主要是围绕特种机器人进行攻关。进入90年代，在国内市场经济发展的推动下，确定了特种机器人与工业机器人及其应用工程并重、以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，实现了高技术发展与国民经济主战场的密切衔接，研制出有自主知识产权的工业机器人系列产品，并小批试产，完成了一批机器人应用工程，建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地。我国的高等院所，如长沙国防科技大学、上海交通大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、沈阳自动化研究所等在步行机器人、精密装配机器人及7自由度机器人研制等前沿领域内做出了可喜的成绩，正在逐步缩短在机器人技术方面与世界先进水平的差距。综上所述，我国机器人发展已跨过了起步阶段，走上了进步和发展的道路。今后的任务是把机器人技术推广到更多的工业自动化生产领域和其他更广泛的应用领域，大力开展跨过区域交流合作，与国际接轨，早日跻身于世界先进行列。1.2.2工业机器人的发展趋势机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有：（1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。（2）机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；有关节模块连杆模块用重组方式构造机器人。（3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化，网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。（4）机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[7]成熟应用。（5）机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的“智能化系统”。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。1.3课题来源原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人是一种冗余度机器人，冗余度机器人的一个重要特性是其能够进行自运动，即在使末端操作器位姿保持不变的情况下，各个关节能够沿冗余作业空间运动实现机器人的自调整。不同的自运动可使得机器人有不同的机构位形和运动。冗余度机器人这一特征可使得其在复杂的环境下实现避障。由于冗余度机器人的重要研究及应用价值(主要面向空间站、核电站、水下等各种危险复杂的场合)，开发了一种基于工业机器人的七自由度仿人手臂，其外形美观、动作灵活，是一种比较理想的结构形式。显然,为了实现自运动的路径规划，首先需要解决运动学正问题。早在七十年代，国外发达国家就已开始对冗余自由度机器人进行研究。近几年来这方面研究进展较大，有几个国家已研制出了几种具有冗余自由度的机器人，有的已能应用于实际工作。这几年国内有关单位也相继开始了对冗余自由度机器人的研究，并取得了一些可喜的成果，但水平比国外有较大差距。特别是还没有研制出一台具有冗余自由度的机器人样机。这对冗余自由度机器人的深入研究有很大影响。为此，在高等学校博士生点基金和“863”基金的支持下，从86年开始进行冗余自由度机器人的研究，并已研制成功一台七自由度机器人样机。中国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支持已经取得了较大进展，工业机器人市场也已经成熟，应用上已经遍及各行各业，但进口机器人占了绝大多数。我国在某些关键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突破，具有中国知识产权的工业机器人则很少。目前我国机器人技术相当于国外发达国家20世纪80年代初的水平，特别是在制造工艺与装备方面，不能生产高精密、高速与高效的关键部件。我国目前取得较大进展的机器人技术有：数控机床关原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354555 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[8]键技术与装备、隧道掘进机器人相关技术、工程机械智能化机器人相关技术、装配自动化机器人相关技术。现已开发出金属焊接、喷涂、浇铸装配、搬运、包装、激光加工、检验、真空、自动导引车等的工业机器人产品，主要应用于汽车、摩托车、工程机械、家电等行业。1.4主要研究内容原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455本文的主要研究内容：本课题以实际工程项目出发，仿照日本安川7自由度工业弧焊机器人VA1400作为研究对象。针对机械系统的结构设计要求，对此机械系统进行机械结构设计，建立三维装配模型，为机器人的机械系统的运动学和动力学仿真提供虚拟样机模型。（1）通过调研首钢莫托曼机器人有限公司，对7自由度工业机器人MOTOMAN-VA1400有感性认识，并对其机械结构了解和学习。（2）参考6自由度MOTOMAN-HP6机器人说明书资料，了解其6自由度的分配和实现。（3）研究7自由度机器人与6自由度机器人的相同点和异同点，对机械系统进行结构设计，针对电机、减速器、同步带进行设计和选择。（4）利用UGNX6.0软件建立机器人机械系统的三维实体模型，为后续系统的仿真分析工作做好准备。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354556 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455第二章7自由度工业机器人总体方案设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354552.1机器人机械设计的特点原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[9][10]串联机器人机械设计与一般的机械设计相比，有很多不同之处。首先，从机构学的角度来看，机器人的结构是由一系列连杆通过旋转关节(或移动关节)连接起来的开式运动链。开链结构使得机器人的运动分析和静力分析复杂，两相邻杆件坐标系之间的位姿关系、末端执行器的位姿与各关节变量之间的关系、末端执行器的受力和各关节驱动力矩(或力)之间的关系等，都不是一般机构分析方法能解决得了的，需要建立一套针对空间开链机构的运动学、静力学方法。末端执行器的位置、速度、加速度和各个关节驱动力矩之间的关系是动力学分析的主要内容，在手臂开链结构中，每个关节的运动受到其它关节运动的影响，作用在每个关节上的重力负载和惯性负载随手臂位姿变化而变化，在高速情况下，还存在哥氏力和离心力的影响。因此，机器人是一个多输入多输出的、非线性、强藕合、位置时变的动力学系统，动力学分析十分复杂，因此，即使通过一定的简化，也需要使用不同于一般机构分析的专门分析方法。一个好的机器人设计应当使其机械系统的持重—自重比尽量大，结构的静动态刚度尽可能好，并尽量提高系统的固有频率和改善系统的动态性能。人类的手臂是最优秀的操作机，它的性能是机器人设计追求的目标。本课题要设计一款串联7自由度工业机器人，其机械结构合理，能持重3kg，用于弧焊技术。2.2与机器人有关的概念原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455以下是本文中涉及到的一些与机器人技术有关的概念。（1）自由度(DegreesOfFreedom,DOF)：工业机器人一般都为多关节的空间机构，其运动副通常有移动副和转动副两种。相应地，以转动副相连的关节称为转动关节。以移动副相连的关节称为移动关节。在这些关节中，单独驱动的关节称为主动关节。主动关节的数目称为机器人的自由度。本文设计的机器人是7-DOF机器人。（2）工作空间(WorkSpace)：工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[11]件下所能到达空间的位置集合。由于工作空间的形状和大小反映了机器人工作能力的大小，因而它对于机器人的应用是十分重要的。（3）机器人的分类，机器人分类方法有多种。首先，按机器人控制方法的不同，可分为点位控制型(PTP)，连续轨迹控制型(CP)：(a)点位控制型(PointtoPointControl)：机器人受控运动方式为自一个点位目标向另一个点位目标移动，只在目标点上完成操作。例如机器人在进行点焊时的轨迹控制。(b)连续轨迹控制型(ContinuousPathControl)：机器人各关节同时做受控运动，使机器人末端执行器按预期轨迹和速度运动，为此各关节控制系统需要获得驱动机的角位移和角速度信号，如机器人进行焊缝为曲线的弧焊作业时的轨迹控制。本课题设计的机器人属于连续轨迹控制型。其次，按机器人的结构分类，可分为四类：(a)直角坐标型：该型机器人前三个关节为移动关节，运动方向垂直，其控制方案与数控机床类似，各关节之间没有耦合，不会产生奇异状态，刚性好、精度高。缺点是占地面积大、工作空间小。(b)圆柱坐标型：该型机器人前三个关节为两个移动关节和一个转动关节以θ,r,z为坐标，位置函数为P=f(θ,r,z)，其中，r是手臂径向长度，z是垂直方向的位移，θ是手臂绕垂直轴的角位移。这种形式的机器人占用空间小，结构简单。(c)球坐标型：具有两个转动关节和一个移动关节。以θ,φ,y为坐标，位置函数为P=f(θ,φ,y)，该型机器人的优点是灵活性好，占地面积小，但刚度、精度较差。(d)关节坐标型：有垂直关节型和水平关节型(SCARA型)机器人。前三个关节都是回转关节，特点是动作灵活、工作空间大、占地面积小，缺点是刚度和精度较差。第三，按驱动方式分类可分为：(a)气压驱动；(b)液压驱动；(c)电气驱动。电气驱动是20世纪90年代后机器人系统应用最易于控制、使用方便、运动精度高、驱动效率高、不污染环境等优点。第四，按用途分类可分为搬运机器人、喷涂机器人、焊接机器人、装配机器人、切削加工机器人和特种用途机器人等。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354558 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455本课题设计机器人为7款电机单独驱动。由于在同样的体积条件下，关节型机器人比非关节型机器人有更大的相对空间(手腕可达到的最大空间体积与机器人本体外壳体积之比)和绝对工作空间，结构紧凑，同时关节型机器人的动作和轨迹更灵活，因此设计的机器人采用关节型结构。机器人结构为垂直关节型。2.3机器人的基本技术要求原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455该机器人的特点是工作范围大，动作灵活，结构较紧凑，用于弧焊焊接。根据MOTOMAN-VA1400的用途和特点提出如下技术参数：自由度数目：7个，坐标形式：垂直关节型，有效载荷：3kg，机器人精度：−0.08~+0.08，工作范围：R=1434mm，本体重量：150kg机器人各参数要求见下表2-1。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455轴最大运动范表2-1机器人运动参数最大角速度转速各关节允许转动惯量原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455围[度]°srads极限力矩N⋅mkg⋅m2原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455S腰部回转-170~+1702203.84------------原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L小臂摆动-70~+1482003.49------------原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455U臂部俯仰-175~+1502203.84------------原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455R腕部扭转-150~+1504107.168.80.27原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455B腕部俯仰-45~+1804107.168.80.27原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455T腕部回转-200~+20061010.652.90.03原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455E大臂回转-90~+902203.84--------------原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354559 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354552.4机器人手臂结构型式原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455手臂是执行机构中的主要运动部件，它用来支承腕关节和末端执行器，并使它们能在空间运动。为了使手部能达到工作空间的任意位置，手臂一般至少有三个自由度，少数专用的工业机器人手臂自由度少于三个。手臂的结构形式有多种，常用的构形如图2－1所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-1几种自由度机器人手臂构型原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由于在同样的体积条件下，关节型机器人比非关节型机器人有大得多的相对空间(手腕可达到的最大空间体积与机器人本体外壳体积之比)和绝对工作空间，结构紧凑，同时关节型机器人的动作和轨迹更灵活，因此该型机器人采用关节型原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545510 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455机器人的结构。旋转关节相对平移关节来讲，操作空间大，结构紧凑，重量轻，关节易于密封防尘。这里机器人手臂使用了三个旋转关节，综合各种手臂构形，最后确定其结构形式为图2－1中的第一种形式，此手臂决定了末端执行器在空间的位置。关节型机器人手臂有三个转动关节，通常腰关节的转轴是铅垂的，手臂在水平面内可绕腰关节轴转动，肩关节和肘关节的转轴平行，且都平行于水平面，故手臂可在垂直面内转动。由三个转动关节构成的关节组联接在小臂杆的端部，模拟人的手腕，决定末端件的姿态。在运动学结构上，这类机器人最像人的手臂，因而结构最紧凑，柔性最好，可达空间最大，它甚至可以绕过障碍物到达目标点，因而是机器人中最有前途的一种。但由于三个关节都是转动的，故臂端的分辨率完全取决于它在工作空间中的位置。另外，位置精度也较差。综合考虑之后，设计7自由度工业机器人手臂结构型式为图2-2所示。其中，7个自由度在图中有说明。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455R腕部扭转B腕部俯仰原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L小臂摆动U臂部俯仰E大臂回转T腕部回转原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455S腰部回转原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-27自由度工业机器人手臂结构型式原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545511 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354552.5机器人结构方案的分析原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455°°[12]2.5.17自由度工业机器人的外形结构设计在确定了机器人的自由度数之后，必须合理的布置各关节来实现这些自由度。对于串联的运动连杆，关节数目等于要求的自由度数目。同时，机器人的结构形式与机器人运动学逆解有着非常密切的关系。一般的六自由度机器人不具有封闭解。尽管运动学方面的一个重要成果指出，所有包含转动关节和移动关节的串联6自由度机构均是可解的，但这种解一般是数值形式的，而存在封闭解的机器人具有以下特性:存在几个正交关节轴或者有多个连杆转角为0或±90，对具有6个旋转关节的机器人存在封闭解的充分条件是相邻的三个关节轴线相交于一点。由于计算数值解远比封闭解费时，数值解很难用于实时控制，因此，当今设计的六自由度串联机器人几乎都有三根相交轴，且大多数是设计成后3个关节相交，相交点称为腕关节原点。这样，后3个关节就确定了末端执行器的姿态，而前3个关节确定腕关节原点的位置。采用这种方法设计的机器人可以认为是由定位结构及其后面串联的定向结构或手腕组成的。这样设计出来的机器人都有封闭解。另外，定位结构都采用这样的简单结构:连杆转角为0或±90，连杆长度不同，但是连杆偏距都为0，这样的结构会使计算简单。所以本课题设计的机器人借鉴6自由度机器人的结构，在6R关节机器人的二、三关节之间，也就是在L自由度和U自由度之间加一转动自由度的冗余自由度机器人机构型式。使其成为一台肩部和腕部各有三个自由度，肘部为一个自由度的人臂型七自由度关节式机器人。根据设计要求，可以日本安川模仿MOTOMAN-VA1400这款机器人设计。根据日本安川的6自由度MOTOMAN-HP6机器人说明书资料，分析其6个轴单元的结构，仿照其设计7自由度机器人的结构。MOTOMAN-HP6机器人外形如下图2-3所示，机器人总体构型如图2-4所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545512 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-3MOTOMAN-HP6机器人外形原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-4MOTOMAN-HP6机器人总体构型原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455本课题要求机器人手臂能达到工作空间的任意位置和姿态，同时要结构简单，容易控制。由于在同样的体积条件下，关节型机器人比非关节型机器人有大得多的相对空间(手腕可达到的最大空间体积与机器人本体外壳体积之比)和绝对工作原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545513 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455空间，结构紧凑，同时关节型机器人的动作和轨迹更灵活，因此该型机器人采用关节型机器人的结构。旋转关节相对平移关节来讲，操作空间大，结构紧凑，重量轻，关节易于密封防尘。综合考虑，在6R关节机器人的二、三关节之间，也就是L、U自由度间加一转动自由度E的冗余自由度机器人机构型式。使其成为一台肩部和腕部各有三个自由度，肘部为一个自由度的人臂型七自由度关节式机器人。关节型机器人手臂有三个转动关节，通常腰关节的转轴是铅垂的，手臂在水平面内可绕腰关节轴转动，肩关节和肘关节的转轴平行，且都平行于水平面，故手臂可在垂直面内转动。由三个转动关节构成的关节组联接在小臂杆的端部，模拟人的手腕，决定末端件的姿态。在运动学结构上，这类机器人最像人的手臂，因而结构最紧凑，柔性最好，可达空间最大，它甚至可以绕过障碍物到达目标点，因而是机器人中最有前途的一种。因此，7自由度机器人可以模仿MOTOMAN-VA1400外形设计为如图2-5所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-5MOTOMAN-VA1400外形原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545514 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455以前，焊接汽车车架以及车座框架之类的长型、大型、复杂形状工件时，是在工件定位器的侧面位置设置机器人，并且1道工序设置数台机器人，将作业分割成多道工序来进行的，以避免干扰以及确保正确的焊接姿势。而VA1400通过机器人工作臂的回转避免干扰，即使从工件的上方进行焊接，焊枪也能取最佳焊接姿势，因此，可将机器人配备在架或定位器之上。与设置在侧面位置相比，设备面积可减少到原来的1/2。由于很容易避免配置在近处的机器人之间的工作臂干扰，因此，不仅可在狭窄空间内设置多台机器人，而且用1台机器人即可处理原来需2台机器人负责的2个工序的工作。因此，设备面积以及机器人台数可比原来减少。与原来机型相同，焊枪以及焊枪电缆内置在机器人工作臂中。由于动作时不干扰邻近的机器人、外围设备以及电缆，因此，容易进入狭窄场地。另外，VA1400将焊接接地电缆、瓦斯软管以及空气软管内置在机器人的基座里，提高了易用性和易维修性。2.5.27自由度工业机器人的关节结构设计根据日本安川的6自由度MOTOMAN-HP6机器人内部传动说明，分析其6个轴单元的结构，仿照其设计7自由度机器人的传动设计。（1）S腰部回转关节电机安装在底座上面，其输出轴先经过齿轮传动，再经减速器减速后，由第一关节输出轴带动整个S腰部在基座上回转。如图2-6所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455底座交流伺服电机第一关节输出轴原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455齿轮减速器原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-6S腰部回转关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545515 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（2）L小臂摆动关节电机安装在S腰部和L小臂连接处，其输出轴先经过齿轮传动，再经减速器减速后，由第二关节输出轴带动L小臂摆动。如图2-7所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455交流伺服电机S腰部关节齿轮减速器第二关节输出轴L小臂关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455第一关节输出轴原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-7L小臂摆动关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（3）E大臂回转关节电机安装在E大臂里，其输出轴先经过齿轮传动，再经减速器减速后，由第三关节输出轴带动E大臂回转。如图2-8所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545516 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455E大臂回转关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455第三关节输出轴原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455减速器齿轮L小臂关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455交流伺服电机图2-8E大臂回转关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455轴节减齿速轮（4）U臂部俯仰关节电机安装在E大臂和U臂部连接处，其输出轴先经过齿轮传动，再经减速器减速后，由第四关节输出轴带动U臂部俯仰。如图2-9所示。R臂部关第四关节输出器原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455U臂部关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-9U臂部俯仰关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545517 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（5）R腕部扭转关节电机安装在U臂部里，其输出轴先经过齿轮传动，再经减速器减速后，由第五关节输出轴带动R腕部扭转。如图2-10所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455交流伺服电机U臂部俯仰关节齿轮减速器第五关节输出轴R腕部扭转关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-10R腕部扭转关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（6）B腕部俯仰关节电机安装在R腕部里，其输出轴连接滑轮，先经过同步带传动，再经过减速器减速后，由第六关节输出轴带动B腕部俯仰。如图2-11所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455R腕部扭转关原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455交流伺服电机带轮同步带节带轮减速器第六关节输出轴原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-11B腕部俯仰关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（7）T腕部回转关节电机安装在R腕部里，其输出轴连接滑轮，先经过同步带传动，再经过减速原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545518 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455器减速后，由第七关节输出轴带动T腕部回转。如图2-12所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455R腕部扭转关原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455交流伺服电机带轮节同步带带轮减速器第七关节输出轴B腕部俯仰关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图2-12T腕部回转关节原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354552.6机器人的驱动方式的选择原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455通常，机器人驱动方式有以下几种：（一）气压驱动使用压力通常在0.40.6Mpa，最高可达1Mpa。其主要优点是：气源方便(特别是在工厂有压缩空气站专门供应压缩空气时)，可方便的实现直线运动，驱动系统具有缓冲作用，结构简单，成本低；其主要的缺点是：功率密度比小，驱动装置体积大，实现转动需要中间传动机构，定位精度低，其费用较高，而且其液压系统经常出现漏油现象，维护不方便。一般用于全气动的机器人。（二）液压驱动液压驱动的最大特点是功率密度大，用于水下时无需特别考虑密封问题，液压缸驱动可以方便的实现直线运动，液压马达可以方便的实现转动，考虑到液压伺服技术的进步，其动态控制性能也可以做得很好。其缺点是容易漏油，污染环境，加之有噪声，且需要专门的油源。一般用于需要下水工作的机器人。（三）电气驱动通常电气驱动又分步进电机驱动、直流电机驱动和交流电机驱动。（1）步进电机驱动；步进电动机是一种增量运动的电磁执行元件，这种元件原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545519 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455是将数字脉冲输入转换为旋转或直线增量运动的一种装置，当采用适当的控制时，步进电动机的输出步数(转角位移量)总是和输入的电脉冲数相等，因此它可以作为开环位置系统工作。在增量运动方面，步进电动机可以用作具有迅速加速、减速和停机能力的起停运动控制器。步进电机驱动可直接实现数字控制，控制结构简单，控制性能好，而且成本低廉；通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制，位置误差不会积累具有自锁能力(变磁阻式)和保持转矩(永磁式)的能力，有利于控制系统的定位。但步进电机基本上不具有过载能力，启动频率受到限制，且需要专门的电源。功率偏大时，体积较大，并且其空间分辨率较低，只适于传动功率不大的关节或小型机器人。（2）直流电机驱动；直流电机驱动主要有两种类型，大惯量直流力矩电机直接驱动和小惯量直流伺服电机通过减速器驱动负载。它们的共同特点是快速性好，控制精度高，对转角无限制，驱动功率较大，调速性能好。可方便的采用转动式传感器实现速度、位置闭环控制，是最为常用的驱动方式。直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动力矩，相对功率大及快速响应等特点，并且控制技术成熟。但其结构复杂，体积偏大，成本较高，而且需要外围转换电路与微机配合实现数字控制。若使用直流伺服电机，还要考虑电刷放电对实际工作的影响。（3）交流伺服电机驱动；交流伺服电机结构较简单，体积较小，运行可靠，使用维修方便，价格比直流伺服电机便宜，但高于步进电机。随着可关断晶闸管GTO,大功率晶闸管GTR和场效应管MOSFET等电子器件、脉冲调宽技术和计算机控制技术的发展，交流伺服电机在调速性能方面可以与直流电机媲美。采用16位CPU+32位DSP三环(位置、速度、电流)全数字控制，增量式码盘的反馈，可达到很高的精度。三倍过载输出扭矩，可以实现很大的启动功率，提供很高的响应速度。由于本课题研究的机器人额定负载较小，同时，考虑到其对应的关节所承受的最大力矩，以及各个关节的最大角速度，工业机器人用的电机以交流伺服电机居多。综合分析后，采用交流伺服电机驱动。2.77自由度机器人的控制系统原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354552.7.17自由度工业机器人控制系统硬件部分在机器人控制系统中，若只采用PC机下Windows平台进行运动控制，就存原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545520 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455在实时性差的缺点，很难保证计算周期在毫秒级的伺服控制周期之内，为了解决这个问题采用PMAC可编程多轴运动控制器与PC工控机组成的双微积分级控制方式，是一种开放式控制系统。2.7.27自由度工业机器人控制系统软件部分控制软件在VisualC++软件平台下编制，该软件支持面向对象程序设计技术和动态链接库技术。面向对象的程序设计是通过为数据和代码建立分块的内存区域来提供对程序进行模块化的一种程序设计方法，这些模块可以被用作样板，在需要时建立其拷贝。对象是计算机内存中的一块区域，通过将内存分块，每个模块（即对象）相互之间在功能上保持相对独立。这些内存块不仅存储数据，而且也存储代码，这对保证对象是受保护的这一点很重要，只有局部对象中的代码才能够访问存储在这个对象中的数据，这清楚地限定了对象所具有的功能，并使对象保护它自己不因未知的外部事件的影响而使它的数据和功能遭受破坏。在面向对象的程序设计中，对象之间只能通过函数调用相互通信。一个对象可以调用另一个对象的函数，这样，对象之间的相互作用方式是自己控制的，对象外部的代码就没有机会通过直接修改对象的内存区域而妨碍对象发挥其功能。在软件实际编制过程中，我们将不同的输入输出操作封装在不同的类中，控制功能是通过调用类的一个实例即对象来实现。2.8本章小结原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455本章首先讲述了串联机器人机械设计的特点，提出串联机器人的设计要求，然后介绍了与机器人技术有关的概念，如自由度、工作空间、机器人分类，本文设计的机器人是7自由度关节型弧焊机器人。其次，根据课题对机器人提出的技术要求，对机器人的结构方案进行了设计和分析，具体包括机器人的7个关节结构设计、自由度分配、机器人手臂结构型式；以及机器人的外形，模仿MOTOMAN-VA1400。最后比较分析几种机器人驱动方式，选择采用交流伺服电机驱动，介绍了机器人的控制系统的硬件和软件部分。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545521 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455第三章7自由度工业机器人结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553.1引言原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455根据MOTOMAN-VA1400提出的设计技术要求和机器人结构图，如下图3-1，对其结构分析，进行每一个关节的电机、减速器理论计算和选择，利用《机械设计手册》，对B、T关节同步带进行设计和选择。根据调研和计算初定B、T、R三个关节电机选都选择3000转，200V的电机，其他关节选1500转，200V的电机。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-1机器人MOTOMAN-VA1400机器人结构图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545522 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553.2减速器类型选择原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455减速器是指原动机与独立封闭式传动装置，用来降低转速并相应的增大转矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩，减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。减速器的种类很多，这里仅讨论由齿轮传动、蜗杆传动以及由它们组成的减速器。若按传动和结构特点来划分，这类减速器有以下五种：（1）齿轮减速器主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速和圆锥-圆柱减速器。（2）蜗杆减速器主要有圆柱蜗杆减速器、环面蜗杆减速器、蜗杆-齿轮减速器。（3）行星齿轮减速器（4）摆线针轮减速器（5）谐波齿轮减速器为了匹配MOTOMAN-VA1400外形和设计技术要求，选择日本安川公司生产的机械手专用减速器，如下图3-2、3-3。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-2机械手专用减速器上端面原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545523 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-3机械手专用减速器下端面原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553.3同步带类型选择原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达1:10。同步带的特点：（1）传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；（2）传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低；（3）传动效率高，可达0.98，节能效果明显；（4）维护保养方便，不需润滑，维护费用低；（5）速比范围大，一般可达10，线速度可达50ms，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；（6）可用于长距离传动，中心距可达10m以上。同步带分为梯形齿型同步带和弧齿型同步带。梯形齿形同步带，又分单面有齿和双面有齿两种，简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型（代号DA)和交错齿型(代号DB〕。梯形齿形同步带有两种尺寸制：节距制和模数制。我国采用节距制，并根据ISO5296制原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545524 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455订了同步带传动相应标准GB/T11361～11362-1989和GB/T11616-1989。弧齿同步带除了齿形为曲线形外，其结构与梯形齿形同步带基本相同，带的节距相当，其齿高、齿根厚和齿根圆角半径等均比梯形齿大。带齿受载后，应力分布状态较好，平缓了齿根的应力集中，提高了齿的承载能力。故弧齿同步带比梯形齿形同步带传递功率大，且能防止啮合过程中齿的干涉。弧齿同步带耐磨性能好，工作时噪声小，不需润滑，可用于有粉尘的恶劣环境。已在食品、汽车、纺织、制药、印刷、造纸等行业得到广泛应用。本文设计时，采用双面梯形齿型同步带。3.4机器人结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354551J=mR1=×3×0.2（3-1）2wða=610ð=(3-2)rad23.4.1T腕部回转关节交流伺服电机和减速器、同步带的选择腕部旋转由电机通过同步带和减速器机构驱动。设T腕部回转关节的最大当量回转半径R=200mm，焊具的总重量m=3kg，则其转动惯量22=0.03kg⋅m设机器人手部角速度ω从0加速到610°s所需时间t=0.11s，则其角加速度180t180×0.11s负载启动惯性矩（静摩擦力矩忽略不计）T1=J1.a=0.03×96.7(3-3)=2.9N⋅m考虑到机器人的各部分的转动惯量及摩擦力矩，选择减速器工况系数k=1.3，则减速器所需要的输出额定转矩原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545525 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（1）减速器的选择T=k.J1=1.3×2.9=3.77N⋅m(3-4)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455ni=×36016n=ii=30=（3-6）TT=3.77=(3-7)由于同步带、减速器与交流伺服电机相连，其输入转速可调，工作条件为“恒扭矩”，则按最高转速选择机型。设同步带传动装置的传动比为i0=3，T腕部回转关节角速度w=610os，由于该关节选择n=3000rmin，该关节总传动比i160ww=6×3000÷610(3-5)=29.5≈30所以，减速器减速比i为33=10综合考虑，选择如下减速器，安川机械手专用减速器，额定输出转矩：3.77N.m；减速比：i=10。（2）电机的选择取同步带、减速器传动的传动效率均取ç=0.95，交流伺服电机应输出的力矩：i1.n30×0.95=0.132N.m原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545526 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455电机转速w=2ðn607自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455电机额定功率pp=Tout.w原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455==2ð×0.132600.041kw×3000（3-8）原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455radr3）小带轮齿数z综合考虑，选择如下电机：型号SGMPH-01A-YR；额定输出转矩：0.318N.m；额定功率100w；额定转速：3000rpm;200V。（3）同步齿形带（梯型齿形带）传动设计的选择从动轮转速：n2=101.67rmin，主动轮转速：n1=i0.n2=305.01rmin，同步s步带传递的名义功率p可表示为：P=T.w=0.132×31.95(3-9)=4.2174W1）求设计功率pd由文献《机械设计手册》[13]中表14.1-55中，查得载荷修正系数KA=2.0，因为未使用张紧轮，又是减速传动，故附加修正系数均为零。则，Pd=KA.P=2.0×4.2174(3-10)=8.4348W2）选择带型和节距pb1minXL型，对应节距为Pb=5.08mm。1根据带型XL和小带轮转速n1，由表14.1-56查得小带轮的最小齿数Zmin=10，在此处取Z1=12。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545527 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554）小带轮的节圆直径d1d1==Z1Pbð12×5.08ð(3-11)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由表14.1-60查得其外径5）大带轮齿数z26）大带轮节圆直径d2da1z2=19.4mm=d1−2ä=19.4−0.508(3-12)=18.892mm=i⋅z1=3×12(3-13)=36原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455d2==Z2Pbð36×5.08ð(3-14)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由表14.1-60表查得其外径7）带速vda2=58.24=d2−2ä=58.24−0.508(3-15)=57.732mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455v==ðdn1160×1000ð×19.4×305.0160×1000m(3-16)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=0.31s原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545528 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354558）初设轴距：因为0.7初设轴距a0=100mm。9）带长及其齿数(d1+d2)≤a0≤2(d+d122)且54.348≤a0≤155.28，所以原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L0=2a0+ð(d1+d2)+(d2−d1)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545524a02原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=2×100+ð×(19.4+58.24)2+(58.24−19.4)4×100(3-17)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由表14.1-51=325.67mm查得应选用带长代号为130的XL型同步带，其节线长原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455LP=330.20mm，节线上的齿数z=65。10）实际轴间距a此结构的轴间距可调整原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455a≈a0+Lp−L02原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=100+330.20−325.642(3-18)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545511）小带轮啮合齿数zzpz=102.28mmm1b1⎤原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455zm=ent⎢⎣2−2ð2a(z2−z1)⎥⎦原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=ent⎡⎢⎣122−25.08×122ð×102.28×(36−12)⎤⎥⎦原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=ent=6[6](3-19)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545512）基本额定功率p0p0=(Ta−mv2)v(3-20)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由表14.1-58查得Ta1000=50.17N,m=0.022kgm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545529 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545513）所需带宽b由公式(3-20)得s250.17−0.022×0.31p=P1.14ss0KP7自由度工业机器人机械结构设计1000=0.0156kw0)×0.31(3-21)(3-22)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由表14.1-57查得H型带bs0=9.5mm，z0.0084348m=6；因为zm≥6时，kz=1。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455bs=9.5×1.140.0156(3-23)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=5.54mm由表14.1-52查得，应选带宽代号为025的XL型带，其bs14）带轮结构和尺寸=6.4mm。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455选用同步带的130XL025；小带轮齿数z1=12，小带轮的节圆直径d1=19.4mm，原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455其外径da1=19.892mm；大带轮z2=36，大带轮节圆直径d2=58.24mm其外径原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455da2=57.732mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545511J=ml+mR11=×3×0.1+×13.3×0.2(3-24)2m——手爪回转装置及物体总质量，约为3kg；3.4.2B腕部摆动关节交流伺服电机和减速器、同步带的选择腕部摆动由交流伺服电机通过同步带和减速器机构驱动。手爪回转装置及物体的重心到回转中心的距离l=100mm，腕部当量回转半径R=200mm，则腕部俯仰时其转动惯量122122=0.27kg⋅m式中1原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545530 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455m2——腕部总质量，约为13.3kg。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455wða=410ð=(3-25)rad2=3×9.8×0.1(3-27)设机器人腕部俯仰角速度从w=0加速到w=410os所需时间t=0.33s，则腕部俯仰角加速度180t180×0.33s腕部俯仰启动惯性矩T2=J2.a=0.27×21.7(3-26)=5.86N.m负载静转矩（静摩擦力矩忽略不计）M静=m1gl=2.94N⋅m原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455则腕部俯仰总转矩T2=8.8N.m原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455考虑到机器人的各部分的转动惯量及摩擦力矩，选择减速器工况系数k=1.3，则减速器所需要的输出额定转矩T=k⋅T2=1.3×8.8(3-28)=11.44N⋅m（1）减速器的选择由于同步带、减速器与交流伺服电机相连，其输入转速可调，工作条件为“恒扭矩”，则按最高转速选择机型。设同步带传动装置的传动比为i0=2，B腕部摆动关节角速度w=410os，由于该关节选择n=3000rmin，该关节总传动比i1原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545531 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455i1==n60w6nw×360原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455所以，减速器减速比i为ii==6×3000÷410(3-29)=43.9≈442（3-30）=22原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455TT=11.44=(3-31)2ðn电机转速w=2ð×0.274=×3000（3-32）综合考虑，选择如下减速器，安川机械手专用减速器，额定输出转矩：11.44N.m；减速比：i=22。（2）电机的选择取同步带、减速器传动的传动效率均取ç=0.95，交流伺服电机应输出的力矩：i1.n44×0.95=0.274N.m60电机额定功率pp=Tout.w60=0.086kw综合考虑，选择如下电机：型号SGMPH-02A-YR；额定输出转矩：0.637N.m；额定功率200w；额定转速：3000rpm;200V。（3）同步齿形带（梯型齿形带）传动设计的选择从动轮转速：n2=68.3rmin，主动轮转速：n1=i0.n2=2×68.3=136.6rmin，原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545532 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455同步带输入转矩T=0.274N.m，输入最高工作角速度（主动轮）ù=14.28则同步带传递的名义功率p可表示为：P=T.wrads，原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354551）求设计功率pd=0.274×14.28(3-33)=3.91272W原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455p=K.p由文献《机械设计手册》[13]中表14.1-55中，查得载荷修正系数K因为未使用张紧轮，又是减速传动，故附加修正系数均为零。则，dAA=1.8，原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354552）选择带型和节距pb根据Pd=7.0429W和n1rad=1.8×3.91272(3-34)=7.0429Ws原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455型，对应节距为pb=5.08mm。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553）小带轮齿数zZ1Pbd1=12×5.08=1根据带型XL和小带轮转速n1，由表14.1-56查得小带轮的最小齿数z1min在此处取z1=12。4）小带轮的节圆直径d1ðð=19.4mm由表14.1-60查得其外径da1=d1−2ä=10，(3-35)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=19.4−0.508(3-36)=18.892mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545533 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354555）大带轮齿数z26）大带轮节圆直径d2z2=iz1=2×12(3-37)=24原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455d2=z2pb原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=ð24×5.08ð（3-38）原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由表14.1-60表查得其外径7）带速v=38.83mmda2=d2−2ä=38.83−0.508(3-39)=38.322mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455v==ðdn1160×1000ð×19.4×136.660×1000m(3-40)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455初设轴距a=100mm。8）初设轴距：因为0.709）带长及其齿数(d1+d2)≤a≤2=0.1390sd1+d22)且40.761≤a0≤116.46，所以原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L0=2a0+ð(d1+d2)+(d2−d1)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545524a02原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=2×100+ð×(19.4+38.83)2+(38.83−19.4)4×100(3-41)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由表14.1-51=292.36mm查得应选用带长代号为120的XL型同步带，其节线长原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455LP=304.8mm，节线上的齿数z=60。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545534 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545510）实际轴间距a原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455此结构的轴间距可调整原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455a≈a0+Lp−L02原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=100+304.8−292.362(3-42)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545511）小带轮啮合齿数zm=106.22mm⎡z1pbz1⎤原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455zm=ent⎢⎣2−2ð2a(z2−z1)⎥⎦原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=ent⎢⎡⎣122−25.08×122ð×106.22×(24−12)⎥⎤⎦(3-43)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455T−mva=ent[6−0.349]=612）基本额定功率p0p0=2)v(3-44)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由表14.1-58查得Ta由公式(3-20)得1000=50.17N,m=0.022kgm2原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455p0=(50.17−0.022×0.1391000)×0.139(3-45)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545513）所需带宽bsb=bP=0.00697kw1.14(3-46)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455ss0KZP0原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由表14.1-57查得XL型带bs0=9.5mm，zm=6；因为zm≥6时，kz=1。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545535 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455bs=9.5×1.140.00704290.00697(3-47)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=9.5mm由表14.1-52查得，应选带宽代号为037的XL型带，其bs14）带轮结构和尺寸=9.5mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455选用同步带的120XL037；小带轮齿数z1=12，小带轮的节圆直径d1=19.4mm，原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455其外径da1=18.892mm；大带轮z2=24，大带轮节圆直径d2=38.83mm其外径原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455da2=38.322mm。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545511J=ml+mR11=×3×0.122+×13.3×0.2(3-48)2m——手爪回转装置及物体总质量，约为3kg；mwða=410ð=(3-49)rad23.4.3R回转关节交流伺服电机和减速器的选择腕部回转由电机通过减速器传动驱动。当末端执行器与小臂相互垂直，并且位于水平面内时，其转距最大。视小臂前段壳体、腕部和电机为一体，其质量m=13.3kg，其最大当量回转半径R=200mm，则腕部摆动的转动惯量122122=0.27kg⋅m式中12设机器人腕部俯仰角速度从w=0加速到w=410os所需时间t=0.217s，则腕部俯仰角加速度180t180×0.217s腕部俯仰启动惯性矩原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545536 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455T3=J3.a=0.27×21.7(3-50)=5.86N.m原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455M=mgl负载静转矩（静摩擦力矩忽略不计）静=3×9.8×0.1=2.94N⋅m(3-51)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455则腕部俯仰总转矩T3=8.8N.m原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455ni=×36016n=考虑到机器人的小臂的各部分的转动惯量及摩擦力矩，选择减速器工况系数k=1.3，则减速器所需要的输出额定转矩T=k⋅T3=1.3×8.8(3-52)=11.44N⋅m（1）减速器的选择由于减速器与交流伺服电机相连，其输入转速可调，工作条件为“恒扭矩”，则按最高转速选择机型。R回转关节角速度w=410os，由于该关节选择n=3000rmin，该关节总传动比i160ww=6×3000÷410(3-53)=43.9≈44综合考虑，选择如下减速器，安川机械手专用减速器，额定输出转矩：11.44N.m；减速比：i=44。（2）电机的选择取减速器传动的传动效率均取ç=0.85，交流伺服电机应输出的力矩：原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545537 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455Tout==Ti1.n11.4444×0.85(3-54)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455电机转速w=2ðn60=0.306N.m原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455电机额定功率pp=Tout.w原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=2ð×0.30660×3000（3-55）原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=0.096kw综合考虑，选择如下电机：型号SGMPH-02A-YR；额定输出转矩：0.637N.m；额定功率200w；额定转速：3000rpm;200V。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553.4.4U回转关节交流伺服电机和减速器的选择U关节回转由交流伺服电机通过减速器驱动。由图3-4可知，当U关节与末端执行器均处于水平状态时，各部分对回转中心产生的静转矩最大，其代数和原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545538 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L4=800mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L3=700mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L2=100mmB腕部重心原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L1=80mmmg2U小臂重心R腕部重心mg3手爪和重物重心mg4原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455mg1原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-4U腕部摆动受力示意图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455其中：m1=3kg;m2=4.5kg;m3=1kg;m4=3kg。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455M=m4gl4+m3gl3+m2gl2+m1gl1原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=3×9.8×0.8+1×9.8×0.7+4.5×9.8×0.1+3×9.8×0.08=37.142N⋅m（3-56）原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455考虑到机器人的各部分的转动惯量及摩擦力矩，选择减速器工况系数k=1.3，则减速器所需要的输出额定转矩T=k.M=1.3×37.142（3-57）=48.285N.m1）减速器的选择由于同步带、减速器与交流伺服电机相连，其输入转速可调，工作条件为“恒原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545539 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455ni=×360TT=48.285（3-59）2ðn电机转速w=2ð×2.58=×1500（3-60）扭矩”，则按最高转速选择机型。由于该关节选择n=1500rmin，U回转关节角速度w=410os，该关节总传动比i60w=6×1500÷410（3-58）=21.9512≈22综合考虑，选择如下减速器，安川机械手专用减速器，额定输出转矩：50N.m；速比：i=22。2）电机的选择取减速器的传动效率为：η=85%，，交流伺服电机应输出的力矩:i.n22×0.85=2.58N.m60电机额定功率p=Tout.w60=0.41kw综合考虑，选择如下电机：型号SGMGH-05A2A-YR额定功率0.45kw；额定转矩：2.84N.m；额定转速：1500rpm;200V。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553.4.5E回转关节交流伺服电机和减速器的选择因为E回转关节与U关节的回转重心在一条直线上，E关节回转由交流伺服电机通过减速器驱动。由图3-5可知，当E关节竖直且末端执行器处于水平状态时，各部分对回转中心产生的静转矩最大，其代数和原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545540 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L4=800mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L3=700mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L2=100mmB腕部重心原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L1=80mmmg2U小臂重心R腕部重心mg3手爪和重物重心mg4原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455mg1原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-5大臂回转受力示意图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455其中：m1=3kg;m2=4.5kg;m3=1kg;m4=3kg。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455M=m4gl4+m3gl3+m2gl2+m1gl1原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=3×9.8×0.8+1×9.8×0.7+4.5×9.8×0.1+3×9.8×0.08=37.142N⋅m（3-61）原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455考虑到机器人的各部分的转动惯量及摩擦力矩，选择减速器工况系数k=1.3，则减速器所需要的输出额定转矩T=k.M=1.3×37.142（3-62）=48.285N.m1）减速器的选择由于同步带、减速器与交流伺服电机相连，其输入转速可调，工作条件为“恒扭矩”，则按最高转速选择机型。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545541 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455由于该关节选择n=1500r动比iin=×3606n=min，E回转关节角速度w=410o60wws，该关节总传原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455TT=48.285=（3-64）2ðn电机转速w=p=T.w2ð×2.58=×1500=6×1500÷410（3-63）=21.9512≈22综合考虑，选择如下减速器，安川机械手专用减速器，额定输出转矩：50N.m；速比：i=22。2）电机的选择取减速器的传动效率为：η=85%，，交流伺服电机应输出的力矩:i.n22×0.85=2.58N.m60电机额定功率out60=0.41kw综合考虑，选择如下电机：型号SGMGH-05A2A-YR额定功率0.45kw；额定转矩：2.84N.m；额定转速：1500rpm;200V。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553.4.6L摆动关节交流伺服电机和减速器的选择各部分对回转中心产生的静转矩最大，由图3-6可知，其代数和原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545542 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L6=1000mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L5=900mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L4=700mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L3=500mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L2=150mm腕部U壳体R腕部壳B腕焊具原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L=100mm1重心体重心部重心重心原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L臂重心E臂壳体重心原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455mg1m2gmg3mg4m5gm6g原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-6腰部摆动受力示意图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455其中：m1=10kg;m2=40kg;m3=3kg;m4=4.5kg,m5=1kg,m6=3kg。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455M=m6gl6+m5gl5+m4gl4+m3gl3+m2gl2+m1gl1原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=3×9.8×1+1×9.8×0.9+4.5×9.8×0.7+3×9.8×0.5+40×9.8×0.15+10×9.8×0.1=152.39N⋅m（3-66）原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455考虑到机器人的小臂的各部分的转动惯量及摩擦力矩，选择减速器工况系数k=1.3，则减速器所需要的输出额定转矩原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354551）减速器的选择T=k.M=1.3×152.39=198.107N.m（3-67）原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545543 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455n=×6n=（3-68）TT=198.107=（3-69）2ðn电机转速2ð×5.18=×1500（3-70）由于同步带、减速器与交流伺服电机相连，其输入转速可调，工作条件为“恒扭矩”，则按最高转速选择机型。由于该关节选择n=1500rmin，L摆动关节角速度w=200os，该关节总传动比i60ww=6×1500÷200=45综合考虑，选择如下减速器，安川机械手专用减速器，额定输出转矩：210N.m；速比：i=45。2）电机的选择取减速器的传动效率为：η=85%，，交流伺服电机应输出的力矩:i.n45×0.85=5.18N.m60电机额定功率p=Tout.w60=0.813kw综合考虑，选择如下电机：型号SGMGH-09A2A-YR额定功率0.85kw；额定转矩：5.39N.m；额定转速：1500rpm;200V。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553.4.7S腰部回转关节交流伺服电机和减速器的选择当腰部回转体与大臂、小臂、末端执行器均处于如图状态时，由图3-7可知，各部分对回转中心产生的转矩最大，其代数和原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545544 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L6=1200mmL7=1434mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L5=900mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L4=700mm原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L3=500mm腕部U重心R腕部重心B腕部原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455L2=300mm重心原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455S腰部回转重心L1=200mmL臂重心E臂重心m4gm6g焊具重心原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455m1gm2gm3gm5gm7g原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-7腰部回转受力示意图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455其中：m1=40kg，m2=10kg，m322=40kg，m224=3kg，m522=4.5kg，m62=1kg，m7=3kg。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455J7=m1l1+m2l22+m3l3+m4l4+m5l5+m6l6+m7l7（3-71）原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=25.2kg⋅m设机器人腰部回转角速度ω从0加速到速度220°s所需时间t=1.67s，则其角加原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545545 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455wða=220ð=rad27自由度工业机器人机械结构设计180t180×1.67s负载启动惯性矩（静摩擦力矩忽略不计）T7=J7.a=25.2×2.3=58.19N⋅m考虑到机器人的各部分的转动惯量及摩擦力矩，选择减速器工况系数则减速器所需要的输出额定转矩T=k.T7=1.3×58.19=75.647N⋅m1）减速器的选择(3-72)(3-73)k=1.3，(3-74)原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455ni=×3606n=由于同步带、减速器与交流伺服电机相连，其输入转速可调，工作条件为“恒扭矩”，则按最高转速选择机型。由于该关节选择n=1500rmin，L摆动关节角速度w=220os，该关节总传动比i60ww=6×1500÷220（3-75）=40.9≈40综合考虑，选择如下减速器，安川机械手专用减速器，额定输出转矩：64.6N.m；速比：i=40。2）电机的选择取减速器的传动效率为：η=85%，，交流伺服电机应输出的力矩:原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545546 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455Tout==Ti.n75.64740×0.85（3-76）原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455电机转速w=2ðn60=2.22N.m原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455电机额定功率p=Tout.w原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=2ð×2.2260×1500（3-77）原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455=0.349kw综合考虑，选择如下电机：型号SGMGH-05A2A-YR，额定功率0.45kw；额定转矩：2.84N.m；额定转速：1500rpm;200V。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553.4.8电机、减速器、同步带选型总表下表3-1是7自由度工业机器人各个关节的电机、减速器、同步带选型，原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455S腰部回L表3-1电机、减速器、同步带选型总表小臂摆E大臂回U臂部俯R腕部扭B腕部俯T腕部回原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455转动转仰转仰转原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455电机型号减速器SGMGH-05A2A-YRT=64.4N.mi=40SGMGH-09A2A-YRT=210N.mi=45SGMGH-05A2A-YRT=50N.mi=22SGMGH-05A2A-YRT=50N.mi=22SGMPH-02-YRT=11.44N.mi=44SGMPH-02A-YRT=11.44N.mi=22SGMPH-01A-YRT=3.77N.mi=10原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455同步带120XL037130XL025原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545547 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455日本安川公司研制的MOTOMAN-VA1400选用的电机是SGMRV系列，由于，这个系列的电机的资料很难得到，市面上并没有，所以在此选择安川SGMGH系列和SGMPH系列电机代替，相应地改动MOTOMAN-VA1400的外形。3.5电机型号原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[14]3.5.1SGMGH系列1500转电机带动关节转动的SGMGH系列1500转电机外形图，如图3-8所示。以及电机轴端的细节，如图3-9。能从表3-2和表3-3中得知电机的安装孔尺寸及其法兰安装尺寸。表3-4是电机的轴端尺寸和电机质量。以下单位为mm。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-8SGMGH系列电机外形图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-9SGMGH系列电机的轴端原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545548 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455SGMGH05A2A09A2AL196219LL138161表3-2SGMGH系列电机尺寸LMLRLTKB19258466511588KB2117140KL1109KL288原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455SGMGH05A2ALA1450LB110表3-3SGMGH系列电机法兰安装尺寸法兰面LCLELF1LF2LG13066---12LH165LJ145LJ2---LZ9原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455−0.035原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545509A2A2000114.3−0.0251803.230.518230766213.5原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455SGMGH05A2A190表3-4SGMGH系列电机的轴端尺寸和重量轴端SS1Q3040质量kg5.5原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545509A2A022−0.013−0.0137.6原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553.5.2SGMPH系列3000转电机带动关节转动的SGMPH系列3000转电机外形图，如图3-10所示。以及电机带油封尺寸图，如图3-11。能从表3-5中得知电机的安装孔尺寸，表3-6是电机的输出轴尺寸和电机质量。以下单位为mm。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545549 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-10SGMPH系列电机外形图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图3-11SGMPH系列电机的带油封尺寸图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455SGMPH0102LL6267LC6080LA70905.563h7783h7表3-5SGMPH系列电机尺寸LZLGLBLE5070h6h6S814LR2530质kg0.71.4量原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545550 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455SGMPH0102LO7W表3-6SGMPH系列电机输出轴尺寸DOQK∅391410∅49LB∅50h716原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354553.6本章小结原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455本章根据MOTOMAN-VA1400机器人的结构图，参考《机械设计手册》对机器人的各个关节进行理论计算和校核，并结合现在市场上能买到的型号，将减速器进行分类，根据课题要求，选择日本安川公司生产的机械手专用减速器；将同步带进行分类，根据课题要求，选择梯形齿双面同步带。根据机器人工作要求选择SGMGH系列和SGMPH系列电机。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545551 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455第四章7自由度工业机器人三维结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554.1机器人各个关节三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554.1.1底座造型图底座如图4-1，能固定在工作台上，使机器人在一定高度工作，底座连接关节。S原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-1底座三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（1）底座工程图将底座的三维图生成二维工程图，以便直接读出尺寸利于加工，如图4-2所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545552 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-2底座工程图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554.1.2S腰部回转关节造型图S腰部回转关节三维造型图，如图4-3所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545553 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-3S腰部三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（1）S回转电机三维图如下图4-4所示，腰部S回转电机三维图，安装孔为9mm，轴直径19mm。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545554 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-4S腰部回转电机三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（2）减速器三维图日本安川公司生产的机械臂专用减速器如下图所示，其三维图为图4-7。4-5所示，其三维图如图4-6原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-5减速器外形原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545555 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-6减速器三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554.1.3L小臂摆动关节造型图L小臂回转关节三维造型图，如图4-7所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545556 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-7小臂回转三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（1）L小臂回转关节工程图将L小臂回转关节的三维图生成二维工程图，以便直接读出尺寸利于加工，如图4-8所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545557 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-8L小臂回转工程图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（2）L关节电机三维图L关节电机三维图如图4-9所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545558 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-9L关节电机回转三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（3）L关节减速器三维图L关节减速器三维图如下图4-10所示原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-10L关节减速器三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545559 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554.1.4E大臂回转关节造型图E大臂回转关节三维造型图，如图4-11所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-11E大臂回转三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554.1.5U臂部俯仰关节造型图U臂部俯仰关节三维造型图，如图4-12所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545560 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-12U臂部俯仰关节三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554.1.6R腕部扭转关节造型图R腕部扭转关节三维造型图，如图4-13所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545561 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-13R腕部扭转关节三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554.1.7B腕部俯仰关节造型图B腕部俯仰关节三维造型图，如图4-14所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545562 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-14B腕部俯仰关节三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455（1）与焊枪连接的套筒与T自由度连接的套筒，其三维图如图4-15，与T自由度连接套筒工程图-前视图如图4-16；如图4-17，与T自由度连接套筒工程图-俯视图。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545563 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-15与T焊具连接的套筒三维图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-16与T焊具连接的套筒的工程图-前视图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545564 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-17与T焊具连接的套筒的工程图-俯视图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455.4.2机器人装配图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[15]当把机器人所有的关节和零件通过UGNX6.0绘制出来以后，需要对这些关节和零件装配，装配过程是在装配中建立部件之间的引用关系的过程。在UGNX6.0系统中，常用的装配方式有两种：①自底向上的装配方式，即预先设计好部件几何模型，再将模型添加到装配中，这种装配方法较为广泛；②自顶向下的装配方式，即先创建一个新的组件，再在此组件中建立几何对象。然而，在实际操作中，两者可以组合使用。因为各个零件的复杂程度不一样，所以装配关系也不尽相同，用户可以选择任意一种情况。一般来说，通常选用比较复杂的一个零件作为父部件，通过这个父部件连接多个子部件，一旦各个零件之间建立了装配关系，随动关系也可以建立，即父部件运动时，可以带动其他的子部件一起运动。此系统可以使任何复杂的零件之间实现装配，并且如果用户指定了一个错误的父原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545565 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[16]部件时，部件的正确运动方式就会自动进行调节，以保证模型能够正确的运动。7自由度工业机器人的装配图，如图4-18所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455图4-187自由度工业机器人装配图原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554.3本章小结原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455本章首先介绍用UGNX6.0画出了7个关节的三维图，同时给出S腰部回转关节和L关节的电机和减速器三维图，其中还生成底座和L小臂回转关节的工程图，最后是整体装配图。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545566 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455第五章结论和展望原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354555.1结论原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455本文在研究了国内外工业机器人的发展现状和未来机器人的发展趋势，并参考了日本安川6自由度MOTOMAN-HP6设计说明书，通过调研7自由度MOTOMAN-VA1400，结合机器人的设计方法，完成了机器人的外型结构设计，并且完成了机器人内部传动设计，完成了以下内容：1.根据7自由度工业机器人的自由度的实现要求，结合目前6自由度机器人结构的实现方法，设计了机器人为垂直关节型机器人，合理分配了7个自由度，分别为S腰部回转、L小臂摆动、E大臂回转、U臂部俯仰、R腕部扭转、B腕部俯仰、T焊具回转。2.根据课题对机器人提出的技术要求，比较分析几种机器人驱动方式，选择采用交流伺服电机驱动；将减速器进行分类，根据课题要求，选择日本安川公司生产的机械手专用减速器；将同步带进行分类，根据课题要求，选择梯形齿双面同步带。3.根据7自由度工业机器人提出的设计技术要求和机器人结构图，对其结构分析，利用《机械设计手册》，进行每一个关节的电机、减速器理论计算和选择。理论计算过程如下：T腕部关节回转：手爪最大回转半径200mm，手爪重量3kg，计算其转动惯量，由关节角速度计算其角速度、负载启动惯性矩，减速器所提供的输出额定转矩为负载启动惯性矩乘上一个工况系数1.3，该关节电机选3000转，能计算出所需的减速比i，由减速器所提供的输出额定转矩和其减速比选出减速器型号；根据传动效率，计算电机输出转矩和功率，选择电机型号；根据从动轮的转速和同步带的传动比、输入转矩，依次求同步带的设计功率、选择带的节距、确定带轮直径和节线长、带速、带齿数、带宽。其它腕部关节计算方法大致和T关节相同。S腰部回转、L小臂摆动、E大臂回转、U臂部俯仰四个关节是考虑各部分对回转中心产生的静转矩最大的情况下（有图形说明），再大致按照腕关节方法进行计算。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545567 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354554.利用三维绘图软件UGNX6.0画出7自由度工业机器人的每一个关节三维图，并且部分关节生成了工程图并标注了尺寸，同时画出电机、减速器的三维造型图。最后将所有关节进行装配。并由此得出了以下结论：（1）关节型机器人具有外形简单、传动原理简单等特点,。（2）每一个关节都选择交流电机驱动，通过减速器减速并增加转矩，腕部同时还采用同步带传动，这种传动方式具有精度高、定位安装方便等优点充分利用了大臂和小臂的空间，结构紧凑。5.2技术经济分析报告原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[17][18][19]工业机器人已经广泛地应用于各种自动化的生产线上，它是机器人家族中最重要的成员。最初主要是为了解决工业生产中的自动化问题，由机械手臂、控制装置、机座、能源装置和驱动装置等几部分构成。工业机器人大部分在汽车制造、电子、机械等行业从事焊接、油漆、装配、包装、零件加工、搬运等专业性工作。工业机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程功能的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置以执行各种任务。在日本，单轴机器人同样被列入工业机器人的范畴。20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。研制开发工业机器人初衷的是为了使工人能够从单调重复作业、危险环境和恶劣环境作业中解脱出来，但近年来，工厂和企业引进工业机器人的主要目的则更多地是为了提高生产效率和保证产品质量。因为机器人可以24h连续、高效、任劳任怨地工作，因此，可以更好地保证生产效率和产品质量。工业机器人的主要应用包括弧焊、点焊、喷涂、搬运、装配等。随着工业机器人技术的成熟和制造业对自动化生产的需要，工业机器人得到了越来越广泛的应用。据日本工业机器人协会统计，早期的日本工业机器人产业年产值约为48亿日元，经过68年代的应用期和78年代的普及期，5675年产值达到5888亿日元，到5665年提高到M888亿日元，到9888年，其产值达到58788亿日元，9884年将达到57488亿日元。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545568 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[20]我国的工业机器人研究从“七五”开始起步，近十几年来在国家“863”计划的支持下已经取得了长足进步。虽然因为工业基础方面的原因，我国在工业机器人本体的生产水平方面与国外还有较大差距，但在机器人应用技术和系统集成等方面，与国外先进水平的差距已经不大。国内部分企业在许多工业机器人应用的招标项目中已经可以和国外著名企业抗衡。目前国内的工业机器人市场已经逐步走向成熟，应用范围也越来越广。随着我国经济的不断发展，国内外市场竞争将更加激烈，制造业对产品质量和生产率的要求越来越高，人力成本也将不断提高，作为全球制造工厂的我国制造业对工业机器人的需求也将会在较短时间内进入快速发展时期。5.2.1技术可行性分析7自由度工业机器人机械结构设计，是在调研日本安川公司的6自由度和7自由度工业机器人的前提下进行的，在设计整个机器人结构的过程中，参考日本安川MOTOMAN-VA1400外形，采用了科学的设计手段。设计过程中，对机器人内部传动的设计和选择，严格的对7自由度机器人各模块做了详细的分析，另外，对电机、减速器、同步带的选择都是通过理论计算和比较成型的产品选择出来的。同时，利用三维造型软件UGNX6.0绘制出机器人本体图，能够在ADMAS软件里仿真，进行运动学分析检测其结构合理性。所以整个方案的可行性较强。5.2.2技术优越性分析本系统的经济优越性主要体现在器件的选择和组装上。本系统中所出现的各零部件均是选择日本安川公司生产的，在安装使用过程中稳定性较高，同时，在以后的维护中也十分方便，而且造价不高，有很好的经济性，而且本系统的零件选择了同类产品中性价比非常高的，既节约了适当的经费，又保证了机器人整体结构的精度。综上分析，本系统具有很突出的技术可行性和经济优越性，在同类产品中处于领先的地位。5.3展望原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455本次设计通过大量的分析、设计和计算，完成了7自由度工业机器人机械结构设计，合理的选择了机器人的电机、减速器、同步带，对7自由度工业机器人原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545569 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455的关节设计有更多的了解，取得了较为满意的结果，为工业机器人整体机械结构设计的进一步的完善设计奠定了良好的基础。在本次设计的基础上还有以下几点完善的可能：1.机器人电机、减速器、同步带理论计算方法更加完善合理化。2.对于选型应该参考更多的产品争取最优化。3.对机器人更多的零部件进一步选择。4.对机器人的通用性还需要进一步研究。原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545570 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455参考文献原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[1]熊建国.工业机器人的应用和发展趋势[J].中国电子杂志，2009：166[2]刘宇,孙立宁,曲东升,等.基于分离速度的七自由度仿人手臂自运动研究[J].机械设计，2004：29～31[3]李新建.2008-2010年全球机器人产业发展研究与前景预测[R].2008[4]夏鲲,徐涛,李静锋,等.工业机器人的发展与应用研究[J].广西轻工业，2008，8：63～64[5]毕胜.国内外工业机器人的发展现状[N].机械工程师.2008，7[6]程军.六自由度关节型机器人本体设计[D]:[工学硕士学位论文].哈尔滨：哈尔滨理工大学[7]吴神丽,李宏穆，刘念聪.一种新型工业机器人手部的设计与分析[J].现代制造技术与装备,2008,6:7～33[8]顾震宇.全球工业机器人产业现状与趋势[J].机电一体化，2006，2：6～9[9]张焕.六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真[D]:[硕士学位论文].西安:西安理工大学[10]费仁元,张慧慧.机器人机械设计和分析[M].北京:北京工业大学出版社,1998[11]侯国柱.关节型机器人的结构设计及其运动学分析[D]:[硕士学位论文].内蒙古:内蒙古工业大学[12]吴健荣.教学机器人本体设计及其关键技术研究[D]:[硕士学位论文].哈尔滨：哈尔滨工程大学[13]机械设计手册委员会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2007.14-36～14-56[14]安川电机有限公司.AC伺服驱动器/控制器综合样本[S][15]李长春.UGNX4.0基础教程[M].1.人民邮电出版社：2007-1-1.1～3[16]侯永涛,丁向阳.UG/OPENAPI二次开发与实例精解[M].北京：化学工业出版社，2007[17]冯胜强，胡绳荪，申俊琦.基于UG的弧焊机器人模型装配与运动仿真[N].天津大学学报，第42卷，2009年6月[18]RedwanAlqasemi,KevinEdwards,RajivDubey.Design,ConstructionandControlofa7DoFWheelchair-MountedRoboticArm[J].InternationalConferenceonIntelligentRobotsandSystems,2006,10：19～24原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545571 原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ1945354557自由度工业机器人机械结构设计原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ194535455[19]WangFurui,WangDexin,DongErbao,etal.THESTRUCTUREDESIGNANDDYNAMICSANALYSISOFANAUTONOMOUSOVER-OBSTACLEMOBILEROBOT[J].[20]Juliengomand,Richardbearee,Xavierkestelyn,etal.PhysicalDynamicModellingandSystematicControlStructureDesignofaDoubleLinearDriveMovingGantryStageIndustrialRobot[J].LaboratoryofElectricalElectricalEngineeringandPowerelectronicsofLille(L2ep),8.原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ19453545572'