JX0092水平多关节机器人总体及腰臂部设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 水平多关节机器人总体及腰臂部设计水平多关节机器人总体及腰臂部设计 摘要：机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智 能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领 域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。根据机器人的工作 要求和结构特点，进行了机器人的总体设计，确定了机器人的外形尺寸和工作空间， 拟定了机器人各关节的总体传动方案，对机器人腰关节结构进行了详细设计，合理 布置了电机和齿轮，确定了各级传动参数，进行了齿轮、轴和轴承的设计计算和校 核。利用齐次变换矩阵法建立了五自由度关节机器人的正运动学模型，求出机器人 末端相对于各自参考坐标系的齐次坐标值，建立了在直角坐标空间内机器人末端执 行器的位置和姿态与关节变量值的对应关系。基于几何投影原理推导出相应的逆运 动学模型，求出了各个关节的角度值，建立了机器人关节空间与世界空间的映射关 系。该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳的特点。 关键词：关节型机器人；位姿分析；总体设计；腰臂部结构 1 目目 录录 1 前言.1 1.1 课题来源与分析1 1.2 国内外发展及研究现状1 1.3 本课题要解决的主要问题及设计总体思路3 2 关节型机器人的总体设计 4 2.1 确定基本技术参数4 2.1.1 机械结构类型的选择4 2.1.2 额定负载4 2.1.3 操作机的驱动系统设计5 2.1.4 确定关节型机器人手臂的配置形式5 2.2 关节型机器人本体方案设计6 3 关节型机器人腰部及大臂部设计8 3.1 电动机的选择8 3.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比10 3.3 基座及腰部轴的设计计算10 3.3.1 计算各轴转速、转矩和输入功率10 3.3.2 轴的结构设计11 3.4 肘关节轴的设计计算16 3.5 齿轮设计计算17 3.5.1 基座处齿轮设计计算.17 3.5.2 肘关节处齿轮设计计算.20 3.6 轴承的选择和计算.22 3.7 壳体设计23 3.7.1 箱体的主要功能23 3.7.2 箱体设计的问题和要求23 3.7.3 壳体结构的设计24 3.7.4 箱体结构参数的选择24 4 关节型机器人的位姿分析.26 4.1 机器人的位姿与运动分析26 4.2 关节型机器人的广义连杆变换齐次矩阵26 5 结论29 参考文献 .30 致 谢.31 附 录 .32 表 3-5 肘关节处第二对啮合齿轮的几何尺寸 水平多关节机器人总体及腰臂部设计 2 3.6 轴承的选择和计算 12 图 3-8 轴承的受力图 a.确定 30210 轴承的主要性能参数 查设 首先建立连杆 i-1 和 i 的参考坐标系,然后再确定两个坐标系之间的位置和i 姿态关系。 图 4-1 连杆之间的参数 3 附 录 序号 图名 图号 图幅 1 总装图 JQR-00 A0 2 腰臂部 JQR-01-00 A0 3 基座底板 JQR-01-01 A2 4 基座处大齿轮 JQR-01-02 A2 5 基座小齿轮 JQR-01-03 A4 6 基座 JQR-01-04 A2 7 电机联接板 JQR-01-05 A4 8 主轴 JQR-01-08 A2 9 电机联接板 JQR-01-12 A4 10 轴承支承板 JQR-01-14 A4 1