工业机器人专用减速器的设计 (2)

2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 工业机器人专用减速装置的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据来源于毕业设计指导老师布置的课题。 减速器的设计是机械工程及其自动化专业所包含的一个较为基础的内容，选择减速器方向的毕业设计题目完全符合本专业的要求，从应用性方面来说，减速器又是很多机器所必不可少的一个部分。有效保证产品速度能够达到设计的要求，具有很好的发展前途和应用前景。摆线针轮减速器制造成本高，加工工艺复杂制，因此本课题研究摆线针轮减速机的工作原理，摆线针轮行星减速机的构及其齿轮的啮合原理，同时要求学生要有良好的心理素质和仔细认真的作风，对学生也是一次很好的练习机会。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：综合应用各种所学的专业知识，查阅相关资料选择齿轮的材料齿数，计算各齿轮的相关半径，并对其进行强度和刚度的校核，确定摆线针轮减速机的各相关尺寸。绘制出主要的零件图跟装配图并达 2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩到毕业设计所要求的图纸数量跟质量。具体内容如下：1完成工业机器人专用减速装置二套（第二，三臂各一套），绘制 摆线针轮减速器装配图（二份） 。 2完成部分零件图设计，绘制 零件图 34 份。 3完成设计说明一份。分析明晰， 计算正确， 阐述清楚。 四、接受任务学生：五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教 研 室 主 任学科组组长研究所所长签名系主任 签名2012 年 11 月 15 日2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩摘 要工业机器人专用减速器作为重要的机械传动部件具有体积小、重量轻、传动效率高等特点。本设计全面考虑到运转平稳、多齿啮合、轮齿均载等运动学和动力学的要求，从而实现承载能力高、传递效率高、可靠性高和动力学性能优良等指标，并且要便于制造、装配和检修，设计了具有合理结构的工业机器人专用减速器即摆线针轮行星减速器。本论文所涉及的科研项目主要通过对摆线针轮行星减速器的主要零件的概念进行详细阐述，给出了摆线针轮减速器的用途，使用说明以及注意事项。列出了摆线针轮行星减速机的构造即输出部分，输入部分。通过对针摆行星传动减速器传动工作原理和特点进行分析，对针轮输出机构及针摆行星传动这种传动方式进行分析，以获得其理论设计和方法。从摆线针轮行星传动的共同点出发以及针摆轮行星减速器相对于少齿差行星减速器的优点提出针摆行星传动形式的设计计算方法。本论文主要从以下方面出发对摆线针轮行星传动进行了研究:参照传统针摆行星传动基本设计计算方法以及对摆线针轮行星传动主要零部件的基本参数设计计算，并对摆线轮、柱销，针轮进行受力分析最终计算出转臂轴承和各支撑轴承所能承受的载荷大小，完成包括摆线轮、柱销等主要零件强度校核计算和轴承的寿命计算，给出主要零件机械加工的工艺过程，然后利用 CAD 画出了主要零件的草图和最后的装配图。关键词：摆线传动 ； 摆线轮 ； 受力分析 2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩AbstractThe cycloidgear reducer is one of the most important transmission components of the pumping unit by its smaller volume，lighter weight and effective transmission. In order to realize four targets which include high transmission efficiency, high reliability and the excellent dynamics performance and guarantee credible lubricate ability, receive high efficiency of transmission, and make it easy for manufacture, assembly and inspection, we thought over all the requests in the round and design the rational structure cycloidgear reducer.By analyzing characteristics and working principle of cycloid drive, and the output pin wheel cycloid drives working principle, we obtion the design theory and method of this new kind of reduce. This paper mainly complete works include that provide the design method and complete the prototype design and dynamics analysis of virtual prototype.This paper researches the following aspects of the output pin wheel cycloid drive. First, the basic parameters and dimensions of main parts of the output pin wheel cycloid drive are designed referring to design and calculation methods of the traditional cycloid drive, and mechanical analysis of the transmission system and the load condition and life of rotary arm bearings and steady bearings of each shafts are calculated, and at the same time the calculations including the strength of cycloid wheel, pins and other major parts are completes. Then, using CAD to draw sketches of the main components and final assembly drawing.Keywords：Planet cycloid Reducer; Cycloid ;force analysis2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩目 录摘 要 .IIIAbstract.IV目 录 .V1 绪论 .11.1 课题研究的背景和依据 .11.2 本课题的研究意义 .11.3 课题国内外研究现状及发展趋势 .12 摆线针轮行星传动的简介 .42.1 摆线针轮的概念 .42.2 摆线针轮减速机的用途，使用说明和注意事项 .42.2.1 用途 .42.2.2 使用条件 .42.2.3 润滑 .42.2.4 安装 .52.3 摆线针轮行星减速器的构造 .52.4 齿廓曲线的形成及其啮合原理 .62.5 摆线针轮行星传动的特点及应用 .83 工业机器人的总体设计 .93.1 工业机器人的组成 .93.1.1 工业机器人的系统组成 .93.1.2 工业机器人的基本机能组成 .93.2 机器人的结构分析 .93.2.1 机器人的总体结构的概念 .93.2.2 机器人的传动结构 .103.3 机器人的设计分析及总体方案的确定 .113.3.1 设计的任务要求 .113.3.2 总体方案的确定 .123.3.3 工业机器人的主要技术参数 .124 摆线针轮行星齿轮传动的传动比计算和传动特点 .124.1 摆线针轮行星齿轮传动的传动比计算 .134.2 啮合的齿廓形成原理 .145 摆线针轮行星齿轮传动设计 .155.1 针轮行星轮系的材料 .155.2 第一套摆线针轮加速器的设计 .155.2.1 选择结构形式，齿数及材料 .152013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩5.2.2 强度计算针齿中心圆半径 .155.2.3 计算摆线轮和针轮的几何尺寸 .165.2.4 转臂轴承的选择计算 .175.2.5 针齿销弯曲强度计算 .185.2.6 W 输出机构销轴弯曲强度计算 .195.3 第二套摆线针轮减速器的设计 .205.3.1 选择结构形式，齿数及材料 .205.3.2 接触强度计算针齿中心圆半径 .205.3.3 计算摆线轮和针轮的几何尺寸 .205.3.4 转臂轴承的选择计算 .215.3.5 针齿销弯曲强度计算 .225.3.6 W 输出机构销轴弯曲强度计算 .226 行星齿轮传动输出轴的轴承选择 .247 主要零件的机械加工工艺规程 .257.1 摆线轮的加工工艺路线 .257.2 针齿壳的加工工艺路线 .267.3 输出轴加工工艺 .267.4 偏心套加工工艺 .278 结论与展望 .298.1 结论.298.2 展望.29致谢 .30参考文献 .312013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩1 绪论1.1 课题研究的背景和依据减速器是连接动力机部分和工作机部分的应用最为广泛的通用传动机械，行星齿轮减速器对齿轮的齿廓曲线的主要要求是保证瞬时传动比是常数。目前，满足这一要求的常用于齿轮传动的齿廓曲线主要是渐开线和摆线。1926 年 L.Braren 发明了摆线针轮减速器，在少齿差行星传动结构上，将变幅外摆线的内侧等距曲线首先用于行星轮廓曲线并且把圆弧作为中心轮齿廓曲线以及渐开线少齿差行星传动模式，保留 Z-X-F 类 N 型行星齿轮传动。此发明专利被日本住友公司于 1938年买断，当时日本人执行的是“引进消化创新 ”技术路线。摆线针轮传动与普通渐开线齿轮或蜗轮传动相比的主要优点有：高传动比和高效率，一级减速时传动比范围是 1187，两级减速时的传动比范围是 20128；同轴输出机构重量轻和体积小；传动平稳且噪音低；因为针摆传动同时啮合的齿数要比渐开线齿轮传动同时啮合的齿数多，所以承载能力较大，啮合效率较高。1.2 本课题的研究意义减速器是各种机械设备中最常见的部件,它的作用是将电动机转速减少或增加到机械设备所需要的转速, 摆线针轮行星减速器由于具有减速比大、体积小、重量轻、效率高等优点，在许多情况下可代替二级、三级的普通齿轮减速器和涡轮减速器，所以使用越来越普及，为世界各国所重视。摆线针轮行星减速器作为重要的机械传动部件具有体积小、重量轻、传动效率高的特点。本设计在全面考虑多齿啮合、运转平稳、轮齿均载等运动学和动力学的要求，现高承载能力、高传递效率、高可靠性和优良动力学性能等指标，而且要便于制造、装配和检修，设计了该具有合理结构的摆线针轮行星减速器。1.3 课题国内外研究现状及发展趋势针摆齿轮传动与普通渐开线齿轮或蜗轮传动相比的优点有：传动比高和高效率高；同轴输出结构体积小和重量轻；传动平稳和噪声低。因为摆线针轮传动同时啮合的齿对数要比渐开线齿轮传动同时啮合的齿对数多，所以承载能力更大，啮合效率更高；由于摆线轮以及针轮轮齿均可精磨、淬硬，比渐开线少齿差传动内齿轮的被加工性好，齿面硬度要更高，因而使用寿命更长；摆线轮的加工技术已经成熟，专业加工设备齐全，因此摆线轮已纳入通用件，在国内已做到通用化大批量生产，生产成本下降，因此摆线针轮专用减速器当前得到广泛应用。摆线针轮减速技术到现在，虽在品种、规格等许多方面做了改进，但在本质、原理上没有创新。现如今摆线针轮减速机，其原理和结构依然是 1926 年德国的原型。2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩图 1.1 摆线针轮减速器的应用目前，摆线针轮减速器的研究在国内外都得到了积极发展，从1990年开始，住友机械株式会社在“80 系列” 的基础上推出最新 “90样本”的摆线针轮减速器，它的机型由15种扩大到21种，传动比由8种扩大到16种。我国对日本提高摆线针轮减速器性能的主要措施已进行较深入的分析，并且在赶超世界水平的同时也有了自己的创新成果，如与工程实际相符的摆线轮与输出机构受力分析以及对摆线轮齿形的优化设计等。摆线针轮减速器所能传递的最大功率为 132KW，输入轴的最高转速为 1800r/min。美国研发直升飞机传动装置所做的摆线针轮传动装置试验样机，采用的是四片摆线轮，可以达到输入轴动平衡的新结构，输入转速达到 2000r/min，传动功率达到 205KW。这些年来国内对摆线针轮传动的研究一直在不断发展，并且也取得了一些成果。主要如下：(1) 中国农业大学何胜勇对行星摆线针轮减速机虚拟样机的建造与有限元分析进行了研究；(2） 哈尔滨工业大学于影，于波，陈建新对摆线针轮行星减速器进行优化设计；(3） 天津工程师范学院的戚厚军建立的 2Kv 型摆线针轮行星减速器的动力学模型是以 2K-V6 型摆线针轮行星减速器为研究对象，在不改变减速器的外形尺寸及结构的情况下，分析了摆线轮修形和短幅系数对摆线轮齿啮合刚度的影响规律，和传动系统中的各种零件的刚度及针径系数对机器整机振动性能的影响；(4） 大连交通大学何卫东教授主持的国家自然科学基金资助的项目高承载能力高传动效率高可靠性新型针摆行星传动的研究的科研成果双曲柄四环板针摆行星传动于 2005 年 4 月通过鉴定；(5） 浙江大学吕方教授开发了一种新型的传动机械长幅外摆线针轮行星传动减速机；(6) 大连铁道学院张动生采用非线性有限元分析软件 MSCMARC 建立了摆线轮与各受力齿接触模型；首次对针齿和摆线轮齿面接触进行静态有限元分析，得出了摆线轮和针齿间的接触状态；(7) 四川大学张流俊在首次应用有限元法取代传统的经验法进行摆线针轮减速器的结构设计，并提供了一个通用的摆线针轮减速机结构设计计算软件包。(8） 大连铁道学院关天民和万朝燕对新型摆线针轮传动进行理论及受力分析；(9) 大连铁道学院关天民教授提出了一种较为准确的针摆轮行星传动销孔式输出机构的受力分析理论，利用此理论可以得到整个工作过程中输出机构和柱销的受力情况；(10） 鞍山钢铁学院高兴蚊、黄秋波对具有双面支撑输出机构以及多齿差齿形摆线针轮行星传动的齿廓曲线形状和啮合特性进行了理论分析。摆线针轮减速器的发展趋势是达到更高的运动精度，更高的传递功率和更广的传动范围。自 20 世纪 90 年代以来来，在工业专用机器人回转装置选择中。摆线轮传动作为一种比较理想的传动形式应用其中。如日本住友重机械工业株式会社研发成功的机器人用Rv 列， FA 系列及 FT 系列产品均采用了摆线针轮传动结构形式，由于采用了最新的设计理论。从而产品外型美观大方、结构合理、传递功率得到提高。2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩近年来出现了数种在摆线针轮行星传动基础上的新型传动型式，使其能够更好适应高精度的运动传递和控制，用于机器人关节驱动、精密机床等高精度摆线轮传动技术的研究，其中常用的有以下几种：(1). TWINSPFN 减速器近来由斯洛伐克的一家公司推出，这种轴承式减速器不仅能承受非常大的径向力而且还能承受轴向力，并且使用寿命和传动效率也有所提高。(2) .RV 减速器。RV 减速器是近年来由日本帝人公司推出的一种摆线传动，是由第一级普通渐开线直齿轮减速器部分和第二级针摆轮减速器部分组合成的两级行星传动机构。(3) .三片摆线轮减速器，是由日本著名的住友重机械工业株式会社推出的产品，在此传动中采用了三片相互呈 角布置的摆线轮结构，增加了摆线轮的数量提高了传动012效率。(4). Dojen 减速器由美国 Mectrol 公司生产，传动机构采用了机芯式设计，每个针齿都采用悬臂方式，在针齿另一端加工有锥度，和机壳上的锥孔相配合，能自动定心，不仅能保证顺利装配又能消除全部间隙。(5). 摆线球齿减速器，是一种将外摆线、内摆线轮结合起来的双摆线减速器，既将针轮改为钢球齿轮，又将两摆线轮改为摆线沟槽，因而是摆线针轮减速器的一种变形。FA 高精度减速器是当今世界上最新的传动装置，它具有体积小传动比范围大寿命长、稽度保持稳定、效率高等一系列的优点由于它与机器人中常用的谐波传动相比有较高的疲劳强度、大的刚度和长的寿命。两且回差耪度高，因此 FA 减速机在工业专用机器人传动中正在得到越来越广泛的的应用：它还广泛用于测量装置，微型大传动比减速装置、办公设备、摆线传动装置，智能住宅传动装置等机械系统中由于在这些精密传动中，通常传递的载荷不大，但要求传动精度高，传递运动准确，因而对其传动链的设计要求较高。2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩2 摆线针轮行星传动的简介2.1 摆线针轮的概念本课题研究的是工业机器三自由度手臂采用摆线针轮行星轮传动的第二和第三臂。摆线针轮行星传动的齿廓是一种 K-H-V 行星传动。行星的齿廓不是线而是摆线。中心内齿采用了针轮。图 2.1 行星齿轮传动结构简图行星齿轮减速机：主要传动结构为：行星轮，太阳轮，外齿圈。行星减速机因为结构原因单级减速最小为 3，最大一般不超过 10,常见减速比为:3 、4、5、6、8、10,减速机级数一般不超过 3，胆有大部分减速机比定制减速机有 4 级减速。相对其他减速机，行星减速机具有高刚性，高精度，高传动比，高的扭矩/ 体积比，终身免维修等特点。因为这些特点，行星减速机是安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量。2.2 摆线针轮减速机的用途，使用说明和注意事项2.2.1 用途摆线针轮减速机采用摆线针齿啮合，行星式传动原理，所以通常也叫行星摆线减速机，行星摆线针轮减速机可以广泛应用于石油、环保、化工、水泥、输送、纺织、制药、食品 、印刷、起重、矿山、冶金、建筑、发电等行业，作为驱动或减速装置其独特的平稳结果在许多情况下可以替代普通圆柱齿轮减速机及蜗轮蜗杆减速机，因此行星摆线针轮减速机在各个行业和领域被广泛应用，受到广大用户的普遍欢迎。2.2.2 使用条件（1） 摆线针轮减速机允许使用在连续工作的场合，同时允许正反两个方向运转。（2) 输入轴的转速额定转数为 1500 转/分，在输入功率大于 18.5 千瓦时建议采用 960转/分的 6 级电机配套使用。（3） 卧式安装摆线针轮减速机的工作位置均为水平位置。在安装是最大的水平倾斜角一般小于 ，在超过 时应采用其他措施保证润滑充足和防止漏油。0150152013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩（4） 摆线针轮减速机的输出轴不能受较大的轴向力和径向力，在有较大轴向力和径向力时须采取其他措施。2.2.3 润滑（1) 卧式摆线减速机在正常情况下采用油池润滑，油面高度保持在视油窗的中部即可，在工作条件恶劣，环境温度处于高温时可采用循环润滑。（2） 摆线针轮减速机在常温下一般选用 40或 50机械润滑油，为了提高减速机的性能、延长摆线针轮减速机的使用寿命，建议采用 70或 90极压齿轮油，在高温情况下高温情况下工作时也可应重新考虑润滑油。（3） 立式安装行星摆线针轮减速机要严防油泵断油，一避免减速机的部件损坏。（4） 加油时可旋开几座上部的通气帽即可加油。放油时旋开机座下部的油塞，即可放出油污，该减速机出厂时内部无润滑油。（5） 第一次加油运转 100 小时应跟换新油，以后再连续工作，每半年跟换一次，如果工作条件恶劣可适当宿短换油时间，实践证明减速机的经常换油对于延长减速机的寿命有着重要作用，在使用过程中应经常补充润滑油。2.2.4 安装（1） 在摆线针轮减速机的输出轴上安装联轴器、皮带轮、链轮等连接件时不允许采用直接锤击方式，因为减速机的输出轴结构不能承受轴向的锤击力，可用轴端螺孔旋入螺钉压入联结件。（2） 输出轴输入轴的轴径选用 GB1568-79 配合。（3） 减速机上的吊环螺钉只限起吊减速机。（4） 在基础上安装减速机时应校准减速机的安装中心线标准你高，水平度及其相连部分的相关尺寸。校准装动轴的同心度不应超过联轴器所允许的范围。（5） 减速机校准时可用钢制垫块或铸铁垫块进行，垫块在高度方面不超过三块，胆减速机校准后应换入平垫块。2.3 摆线针轮行星减速器的构造行星摆线针轮减速机全部传动装置可分为三部分：输入部分、输出部分、减速部分。在输出轴上安装有一错位 的双偏心套，在偏心套上安装有两个滚珠轴承，形成 H 结018构，两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的真齿轮相啮合，以组成少齿差啮合减速机构。从结构上讲，摆线针轮行星传动由四部分组成，即针轮、摆线行星轮、系杆 H 和输出机构 W。2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩图 2.2 摆线针轮行星减速器的结构图2.4 齿廓曲线的形成及其啮合原理摆线行星轮的齿廓曲线为短幅外摆线的等距曲线，这种曲线的形成如图 3.2 所示。图中圆 1 称为滚圆，半径为 r1；圆 2 称为基圆，半径为 r2。将滚圆 1 套在基圆 2 上并相对于基圆 2 作无滑动的纯滚动，则滚圆 1 上的 P 在基圆 2 上所形成的轨迹 ec 为一条外摆线。而在滚圆外与滚圆相固连的一点 M 在基圆上所描述的轨迹 则称为短幅外摆线。ec图 2.3 齿轮齿廓齿廓的啮合原理上述两圆纯滚动所产生的短幅外摆线 是从属于圆 2 的，而 M 点则是从属于圆 1 上ec的点；如果将 和 M 分别作为圆 2 与圆 1 上的齿廓，那么可将圆 2、圆 1 作为保持纯滚ec动的两个节圆，而用 曲线和 M 两齿廓的啮合运动来实现两轮的定传动比传动。但是由2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩于与 曲线相啮合的是圆 1 上的 M 点，而实际齿廓不可能做成一点，所以要实现两齿廓ec的啮合传动，可以以 M 点位圆心，以 r2 为半径的小圆柱针销代替 M 点作为圆 1 上的齿廓相应与之啮合的圆 2 上的齿廓将是上述短幅外摆线的等距曲线 C1C5.摆线针轮传动就是一短幅外摆线的等距曲线作为行星 2 的齿廓，一针销作为固定中心内齿廓 1 的针齿而形成的一种行星传动装置。当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线轮上齿廓曲线特点及其受针轮上针齿限制之故，摆线轮的运动称为既有公转，又有自转的平面运动，在输入轴正转一周时，偏心套也转动一周，摆线轮由于相反方向上转过一个齿差从而的到 减速，再借助 W 输出机构，将摆线轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴，从而获得较低的输出转速。图 2.4 摆线行星轮的齿廓曲线由图中可以看出，在圆滚 1 开始滚动时，滚圆上的 P 点与基圆上的 A 点相接触，接着点P 将离开基圆，当滚圆 滚过一周时，滚圆上的 P 点再次与基圆相接触，接触点已到了基圆上的 B 点，从点 A 到点 B 是一个完整的摆线齿廓，从 M1 到 M2 也是一个完整的短幅外摆线齿廓。整个过程中，滚圆 1 滚过的弧长为 2 r1；而基圆滚过的弧长为 2 +AB。r由于是纯滚动，故有（2.1） ABr22013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩即 （2.2）arAB212式中 a 为两轮的中心距又由于（2.3）2zr故联立（2.2） （2.3）两式可解得行星轮的齿数（2.4）a而针齿的齿数（2.5）122121zrABrz这说明针轮和摆线行星轮的齿数差只能为 1，即摆线针轮传动只能是一齿差行星传动。由于是一齿差行星传动，故其传动比 。iHV2.5 摆线针轮行星传动的特点及应用由以上所述可知，摆线针轮行星传动具有以下主要特点:(1) 减速比大。 一级减速比 87，二级，三级串联可获得更大的减速比6HVi（2) 结构紧凑。 由于采用内啮合行星传动，加之摆线行星轮的齿廓曲线为短幅外曲线，使得整个机构结构紧凑，体积和重量均大大减小。（3) 传动效率高。由于摆线轮和针轮啮合处输出机构上均装有滚套，使工作表面相对滑动小，因此减少了功率损耗；又由于其啮合角较小，减轻了轴承的载荷，从而提高了效率。其效率一般可达 9094%。（4）传动稳定，载荷能力较高。由于采用短幅外摆线作为行星轮的齿廓，增大了齿廓的曲率半径，从而使轮齿的接触强度得到提高，使其比渐开线少齿差传动更能承受过载和冲击。（5） 使用寿命长。 由于摆线轮和针轮均采用优质材料，又经过淬火处理提高了机械性能；加之针齿上加有套筒，使针齿与摆线轮之间的滚动摩擦减小，故磨损小，寿命长。（6） 与渐开线少齿差行星传动相比，无齿顶相碰和啮合重叠干涉的现象。其缺点在于:(1) 制造成本高。 材料的优质本质就是对材料的要求高，从而增加成本。（2) 加工工艺复杂。加工摆线轮需要专门的机床，对装配工艺也有较严格的工艺要求。摆线轮行星传动以其多方面的有点取代了一些笨重庞大的传动装置，在机械传动中具有及其重要的作用，从而日益受到世界各国的重视，在军工、矿山、冶金、化工、造船等工业部门的机械设备中得到了广泛的应用。2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩3 工业机器人的总体设计3.1 工业机器人的组成3.1.1 工业机器人的系统组成工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成。目前具有人工智能系统的工业机器人即智能机器人还处于研究实验阶段。而应用于生产实际的多数是那些具有执行系统、驱动系统和控制系统的工业机器内人。 （1) 执行系统 执行系统是工业机器人完成握取工件实所需的各种运动的机械部件，包括；手部、腕部、臂部，还有机身和行走机构。（2） 驱动系统 驱动系统是向执行系统各部件提供动力的装置。采用的动力源不同，驱动系统的传动方式也不同。驱动系统的传动系统有四种；液压式、气压式、电气式、机械式。（3) 控制系统 控制系统是工业机器人或机械手的指挥系统，它他控制驱动系统，让执行系统按照规定的要求进行工作、并检测其正确与否。一般常见的为电气与电子回路控制，计算机控制系统也不断增加。就其控制方式，可分为分散控制和集中控制两种类型。若以控制的运动轨迹来分，有两种；点位控制和连续轨迹控制。图 3.1 工业机器人系统的具体组成图3.1.2 工业机器人的基本机能组成设计工业机器人就是通过设计，恰好的赋予工业机器人某些机能，以便使机器人能够自动的完成给定的操作。从工业机器人的研究、使用和发展情况来看，工业机器人应该具有的机能可以归纳为三个方面，即运动机能，控制机能和检测、识别机能。3.2 机器人的结构分析3.2.1 机器人的总体结构的概念 2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩目前，世界上已有许多工业机器人，其中大部分属于“示教再现” 型。如果将这些机器人称作第一代，那么，具有一定程度的视觉、触觉或某些分析、判断能力的机器人就属于第二代了。不少国家正在积极研究具有观察、触觉等功能的机器人，并取得不少成果，但是，真正将这些成果应用于实际的还为数不多。在实际生产中被广泛应用的机器人，示教再现型还是较多。一般的机器人，它由机器人的机构部分、传感器组、控制部分及信息处理部分构成。及其部分有机器手和移动机构组成；传感器有测量机器人自身位置状态和速度、加速度的装置，只要不是自住型移动机器人，它通常放在与机器人不同的地方，通过导线连接。在工业机器人的控制装置中，有电动机驱动电路、PTP 运动目标点和 CP 运动轨迹数据的记忆装置和定位控制电路等。信息处理装置通过信息传输装置与机器人本体相连，多用于只能机器人。如图该机器人具有三自由度，及大臂的回转、臂的左右的摆动、臂的上线摆动。该三自由度机器人的运动情况说明如下：首先，由电动机 M1 经过传动系统带动大臂的回转运动，且与大臂相连的所有其他手臂及机械构件也随大臂一起做回转运动；而后另一手臂由电动机 M2 直接驱动作左右摆动；还有，第三臂由电动机 M3 直接驱动作上下摆动。图 3.2 三轴工业机器人效果总图3.2.2 机器人的传动结构图 3.3 工业机器人的组成结构2013 年机械设计专业本科毕业设计（论文）优秀毕业设计（论文） 通过答辩第一轴图 3.4 大臂机构图第一臂，也即大臂，该手臂实现机器人的回转运动，整个系统由伺服电动机驱动。为了实现传动的设计要求以及机构的最优化设计要求，整个减速系统采用了三级斜齿轮传动，且所有的斜齿轮都装在一个箱体内。然而，与一般情况不同的是，第三级斜齿轮直接固定在机座上，从而使其他的传动系统绕着它转动，且电动机又固定在大臂上，所以导致大臂带着电动机、减速箱一起作回转运动。第二轴的结构该轴实现第二臂的摆动运动。为了减轻重量及结构紧凑，此传动系统则采用摆线针轮行星齿轮传动。这种传动由减速机构和输出机构两部分组成。减速机构采用由摆线轮，固定针轮和转臂 H 组成的行星内啮合机构，常用 - =1，输出机构采用由摆线轮上的PZC销孔和输出轴销盘上的销轴组成的销孔式 W 机构，最后的输出轴直接与第二臂相连，也就是说 第二臂就是输出轴。第三轴的组成当然，根据结构设计的要求，第三臂的传动结构与第二轴的传动一样的，采用摆线针轮行星齿轮传动。3.3 机器人的设计分析及总体方案的确定 3.3.1 设计的任务要求本次设计是针对三轴工业机器人的