M10型工业机器人手腕转动机构设计说明书【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 机器人技术是一门综合学科，包含有 机械设计 、机械原理、电子设计、软件工程、材料科学 、以及 仿生学 等一系列 基础学科 。作为现代化高新技术，其应用于各式各样的场合，尤其突出的是在制造领域中的应用。机械制造业的基本发展方向是既要增加产品数量，又要提高产品质量，同时还要降低成本。机器人技术恰恰能够 较好的处理好制造业中这几个方面的问题，它把人类从完成机械重复的枯燥劳动中解放出来，补充了对简单劳动各种增长的需要。 本毕业设计概述了工业机器人的分类、历史、以及发展趋势。探讨了用于金属切削机床的 工业机器人的总体结构和手腕转动机构。重点在对于手腕转动组件的分析与设计，首先是原理分析，其次是其各个部件作用，最后对于其主要零部件进行了设计，包括计算、结构等方面的问题。例如轴承选用、轴的设计、蜗杆传动的选择。 关键词 ： 工业机器人；机械制造；机器人总体结构；手腕转动机构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a it so on a of a in a of in of of is to to of in of of in of of 10 is on is is in is of as of of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 第一章 前言 1 工业机器人概述 1 工业机器人驱动方式 1 动式工业机器人 1 压式工业机器人 1 动式工业机器人 2 工业机器人的分类 2 承载能力分 2 生产形式分 2 工 业机器人的历史 3 工业机器人的技术现状和发展趋势 5 业机器人的技术现状 5 业机器人的发展趋势 5 第二章 工业机器人总体结构设计 7 工业机器人设计内容与要求 7 业机器人在制造领域主要作用 7 业机器人主要设计内容 7 工业机器人的总体设计 7 10型工业机器人总体结构图 8 10型工业机器人主要设计参数 8 工业机器人的驱动方式选择 9 工业机器人的运动学分析 12 10 型工业机器人运动学简图 12 10 型工业机器人运动分析 13 合运动学简图和总体结构图的综合分析 13 工业机器人的材料选择 13 料选择的基本要求 13 构材料介绍 14 第三章 手腕转动机构设计 16 工业机器人手腕介绍 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 设计要求 16 腕的结构 17 手腕转动机构 运动分析和电动机的选择 19 腕转动机构 结构图 19 动分析 19 电动机的选择 19 择电动机类型 19 择电动机的容量 20 定电动机转速 20 手腕转动机构 气动原理和运动结构分析 21 腕转动机构气动原理图 21 动原理图分析 21 构图 22 动分析 22 手腕转动机构轴承和键的选择 22 用轴承类型及选择 22 用轴承类型及选择 23 的选择 28 第四章 典型零件设计 29 轴的设计与校核 29 用途及分类 29 设计的主要内容 29 的结构设计 29 的强度校核计算 30 蜗杆传动的选择 35 杆传动的介绍 35 杆传动的类型 35 杆传动主要参数介绍 36 轮蜗杆参数选择 38 第五章 结论 42 参考文献 43 致谢 44 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 第 1章 前言 业机器人概述 工业机器人 是一种模拟人手臂、手腕和手功能的机电一体化装置，其 应用 领域分为很多种类，从常用的 机器人 系列和市场占有率来看，焊接、装配、搬运、上料 /卸料、铸造、冲压和喷漆是主要的 工业机器人 品种。 工业 机器人 产业链由零部件企业、本体企业、系统集成商、代理商、终端客户构成。当前， 工业机器人应用 领域正不断拓宽，种类更加繁多，功能越来越强，自动化和智能化水平显著提高。据国际机器人联合会统计，来自汽车整车及零部件工业的需求，合计占工业机器人下游总需求的 60%左右。在亚洲，电子电气工业对工业机器人的需求仅次于汽车工业排名第二。 在加速科技进步中机械制造业的发展起着关键作用，其任务是在工业生产中迅速将工艺装备的独立单元转变为自动化生产综合体（自动化工段、生产线和自动化 车间），将来甚至实现自动化工厂。这种自动化生产最重要的特点是具有柔性，它能预料到，在节省劳力（或无人）情况下，根据工艺条件调整设备，以适应多种产品生产。 当代柔性自动化生产的建立和广泛应用，取决于作为科技进步的催化剂的机床制造、机器人技术、计算机技术、微电子技术、仪器制造等技术的加速发展。工业机器人是多品种经常更换产品的生产过程自动化的通用手段。在机械制造中，工业机器人既有效地用于柔性生产系统组成工艺装备的基本工序中，也有效地用于辅助操作中。工业机器人与传统自动化手段不同之处，首先在于它在各种生产功 能上的通用性和重新调整的柔性。在柔性生产系统中，工业机器人广泛应用于数控机床、锻压机床、铸造机械和仓储设备上，以完成传送、装配和其它操作。工业机器人和基本工艺装备、辅助手段以及控制装置一起形成各种不同形式的机器人技术综合体 业机器人驱动方式 动式工业机器人 这类工业机器人以压缩空气来驱动操作机，其优点是空气来源方便，动作迅速，结构简单造价低，无污染，缺点是空气具有可压缩性，导致工作速度稳定性较差，有因气源压力一般只有 6右，所以这类工业机器人抓 举力较小，一般只有几十牛顿，最大百余牛顿。 压式工业机器人 液压压力比气压压力高很多，一般为 70右，故液压传动工业机器人具有较大买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 的抓举能力，可以达到上千牛顿。这类工业机器人结构紧凑，传动平稳，动作灵敏，但对密封要求较高，且不宜在高温或低温环境下工作。 动式工业机器人 这是目前用的最多的一类工业机器人，不仅因为电动机品种多，为工业机器人设计提供了多种选择，也因为他们可以运用多种灵活控制方法。早起多采用步进电机驱动，后来发展了直流伺服驱动单元，目前交流伺服驱动单元 也在迅速发展。这些驱动单元或是直接驱动操作机，或是通过诸如谐波减速器的装置来减速后驱动，结构十分紧凑、简单。 业机器人的分类 承载能力分 （ 1）超轻型（ 下） 2）轻型（ 上 10 3）中型（ 10上 10020； 40； 80 （ 4）重型（ 100上 1000160； 250； 500； 1000； （ 5）超重型（ 1000上） 1250； 1500； 2000； 2500； 3000； 5000； 7500；10000； 生产形式分 （ 1） 铸造生产中的工业机器人 工业机器人在铸造生产中应用最广泛的领域是在压铸机上、喷砂处理和喷丸处理情理上和铸件运输上。 工业机器人所完成的基本功能是：从机器工作区域取出铸件，依次将铸件移送到检测位置，进入冷却装置，放入切边机的压膜中，从压膜中拿走，分放在包装箱中，将泥芯放到铸造砂型中并浇注金属。 用于铸造生产中的工业机器人应具有特殊结构形式，以防止周围介质的作用； 如控制柜、控制台、导轨以及摩擦表面的密封，将控制系统布置在独立单元中等等。 完善用于压铸机和热塑自动机的机器人应朝着增加运行的快速性和可靠性方向发展。可以预料，简化结构的专用工业机器人的生产会增加，同时建造组合模块原则的工业机器人结构也会得到发展。 （ 2）锻压设备中的工业机器人 在锻压生产中应用的工业机器人，其功能包括：从规定位置夹持毛坯，移送到工作买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 位置，从一个位置转放到另一个位置（其中包括转动），取下成品件并将其放到包装箱中，抓放废料，发出控制机器人技术综合装置的指令。锻压机用的工业机器人有： 1）用于曲柄 压力机，模压曲柄弯管机，螺旋压力机； 2）用于热模压力机。 （ 3）金属切削机床用的工业机器人 在柔性生产单元、工段和生产线和制造中等批量和单件毛坯生产的自动化相结合时，采用工业机器人是最有成效的。 工业机器人所完成的基本功能是：在机床工作空间内安装事先已定向的毛坯，从机床上取下零件并放入包装箱中，翻转零件清洗零件和夹具的基准面，发出工艺指令，检测零件。由于采用辅助装置和机构，可以扩大工业机器人的功能。 新研制的工业机器人的特点在于其基本组合模块结构，这样就能拿得到基本型号的变型机构。 （ 4）装配用工业机器人 在装配生产中工业机器人即可为自动装配机服务，又可直接用来完成装配作业。为实现工业机器人操作必须保证： 1） 在垂直方向上手臂应能做直线运动 ; 2） 结构沿垂直轴方向上要有足够高的刚度，承受在装配图方向上产生相当大的作用力； 3） 有补偿定位误差的可能性； 4） 工作机构能做高速运动。 考虑到上述要求，装配机器人合理的结构应该是带有在水平面上铰接的工作手臂和具有垂直行程的工作机构。工业机器人的承载能力不超过 40外，装配工业机器人的特点是具有很灵活的操作机和较大的工作空间以及相当紧凑的结构。 （ 5）金属 电镀车间设备用的工业机器人 在电镀槽上服务或完成涂漆作业的工业机器人可用于工业各个领域内如电镀法、化学法、和阳极机械法在零件上涂层。 这类工业机器人的发展方向是依靠提高操作机移动速度并研制电传动的结构来提高劳动生产率，同时还要减少金属消耗量和所占工作面积。 业机器人的历史 已知最早的工业机器人，符合 义是由 “条例 ”格里菲斯 P泰勒于 1937 年完成并出版的 志， 1938 年 3 月。几乎完全是用吊车状装置建成的 和动力由单个电动机。运动五轴是可能的 ，包括抢而抢旋转。自动化是用穿孔纸带通电螺买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 线管，这将有利于起重机的控制杆的运动来实现的。该机器人可以在预先设定的图案叠积木。需要为每个所需的运动马达的转数，第一次绘制在坐标纸上。然后这个信息被转移到纸带上，从而也推动了机器人的单个马达。 1997，克里斯舒特建造的机器人的完整副本。 乔治 迪沃申请了第一个机器人的专利在 1954 年（ 1961 年授予）。制作机器人的第一家公司是 迪沃并成立约瑟夫 F. 1956 年，并且是基于迪沃的原始专利。 器人也 被称为可编程移机，因为一开始他们的主要用途是从一个点传递对象到另一个，不到十英尺左右分开。他们用液压 执行机构，并编入关节 坐标，即在一个教学阶段进行存储和回放操作中的各关节的角度。他们是精确到一英寸的 1 / 10,000。 授权其技术，川崎重工和 造 别在日本和英国。一段时间以来 一的竞争对手是美国辛辛那提米拉克龙公司 的俄亥俄州。这从根本上改变了 20 世纪 70 年代后期，几个大财团的日本开始生产类似的工业机器人。 1969 年，维克多 沙因曼 在斯坦福大学发明了斯坦福大学的手臂，全电动， 6 轴多关节型机器人的设计允许一个手臂的解决方案。这使得它精确地跟踪在太空中任意路径拓宽了潜在用途的机器人更复杂的应 用，如装配和焊接。沙因曼则设计了第二臂的 工智能实验室，被称为 “麻省理工学院的手臂。 ” 沙因曼，接收奖学金从 展他的设计后，卖给那些设计以 进一步发展他们的支持，通用汽车公司，后来它上市的可编程的通用机装配（ 工业机器人在欧洲起飞相当快，既 器人和库卡机器人带来机器人市场在1973 年 器人（原 出 ，世界上首位市售全电动微型处理器控制的机器人。前两个 机器人被出售给马格努森在瑞典进行研磨和抛光管弯曲并在1974 年 1 月被安装在生产同样是在 1973 年，库卡机器人建立了自己的第一个机器人，被称为 1 第一关节机器人具有 6 机电驱动轴。 在机器人技术在 20 世纪 70 年代后期，许多美国公司的兴趣增加进入该领域，包括大公司，如通用电气和通用汽车公司（这就形成合资 器人与 本美国创业公司包括 娴熟技 术，公司在机器人热潮在 1984 年的高度，购了西屋电气公司 107 万美元。西屋出售 史陶比尔法韦日 988 年，还在进行关节型机器人用于一般工业和洁净室应用，甚至买的机器人事业部，博世于 2004 年底。 只有少数的非日本公司管理，最终在这个市场中生存，其中主要的有：娴熟技术，史陶比尔， 瑞典 - 瑞士公司 西亚 布朗 司，在德国公司的 器人与意大利公司柯马。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 业机器人的技术现状和发展趋势 业机器 人的技术现状 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，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 着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会 (国际机器人联合会 (统计，世界机器人市场前景看好，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 20 世纪 90 年代，机器人产品发 展速度加快，年增长率平均在 10%左右。 2004 年增长率 达到创记录的 20%。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%。 我国的工业机器人从 80 年代 “七五 ”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过 “七五 ”、 “八五 ”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有 130 多台套喷漆 机器人在二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水 平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求， “一客户，一次重新设计 ”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。 业机器 人的发展趋势 工业机器人在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用，引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。在新的世纪，机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。 （ 1）工业机器人的技术发展趋势 从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放 化、和网络化；伺服驱动技术的数字化和分 散化；多传感器融合技术的实用化；工作买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。 （ 2）工业机器人的产业发展趋势 据 测，至 2007 年，全球新安装装机器人的数量将从 2003 年的 81800套增至 2007 年的 106000 套，年平均增长 7%。其 中，日本 2003工业机器人的销售将从 2003 年的 31600 增长至 2007 年的 41000 套；欧洲 2003工业机器人将从 2003 年的 27100 套增长至 2007 年的 34000 套；北美 2003工业机器 人市场每年平均增长 至 2007 年将增长到 16000 套。 （ 3）国外机器人领域发展趋势 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，平均单机价格从 91 年的 美元降至 97 年的 美元。 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；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3）工业机器人控制系统向基于 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，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的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，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多 传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 第 2章 工业机器人总体结构设计 业机器人的设计内容与要求 业机器人在制造领域主要作用 工业机器人在制造领域应用十分广泛，其主要作用如下 ： （ 1） 减轻工人的劳动强度，其最终目的是把工人从简单、重复而繁重的劳动中解放出来； （ 2） 依靠工艺过程的集约化并保证两班、三 班时设备正常工作，以提高劳动生产率和产品质量； （ 3） 生产组织中达到进一步质的飞跃并向全自动化柔性生产过渡创造条件。 业机器人主要设计内容 机器人运动机构和机器人控制是机器人的核心技术。 专用工业机器人是用来在金属切削机床上工作的。例如，车床工段的带数控装置机床的装料与卸料。这种形式的工业机器人的特点是保证操作机工作机构（夹持器）在球坐标系中运动，以及在结构上能直接放置在所工作的工艺装备中。工业机器人程序控制装置使操作机工作机构能够沿六个坐标轴定位，其中两个是四个自由度机构所共有的。本毕 业设计旨在设计 腕转动机构，以及工业机器人中典型零部件的设计计算等。主要研究内容有： （ 1） 工业机器人各个关节部分有的选用电动机驱动，有的采用气动驱动，要求机械传动协调、结构紧凑、体积小； （ 2） 完成机械传动方案选择设计和机器人结构设计，要求绘制机器人总体结构图和手腕转动机构装配图，以及典型零件图，要求图纸不少于 纸； （ 3） 理清机器人设计过程中的运动学部分； （ 4） 保证工艺的柔性，要适应生产条件的变化； （ 5） 在经常变换运输、装料和其他辅助装置的情况下能使不同用途的装备进行对接； （ 6） 运行中工作效率 和可靠性要高； （ 7） 预先考虑到进一步发展和完善的可能性。 业机器人的总体设计 工 业机器人总体设计主要包括机械本体、驱动装置、行程开关等。为了实现机械传动结构简单、体积小、结构紧凑等要求，整个机器人的结构大致分为机座（包括垂直平买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 面的手臂转动部件）、手臂部件（包括水平或垂直直线移动机构和在垂直平面或者水平面的转动机构）、手臂、手腕转动机构、过渡套筒。各个关节之间均采用转动或者移动关节，有的采用电动机驱动有的采用电气驱动，实现精密控制。 工业机器人总体结构图 图 工业机 器人总体结构图 工业机器人主要设计参数 夹持器的 10 双夹持器的 25 控运动坐标数） 5 Z 最大线位移， 150 （ ） A 90 B 120 C 180 （转动组件 ） 90 或 180 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - （转动组件 ） 270 （ ） /s A， B 及 C 120 90 Z 线位移速度范围 ,m/s 630 N 360 500 外径 20 150 按内径 38 168 110 驱动方式：电机或者气动 安装方式：挂壁 动作类型：垂直多关节型 业机器人的驱动方式选择 现代工业机器人只有三种驱 动方式：气动驱动、液压驱动和电机驱动。他们的不同特点及使用范围如表所示： 表 驱动方式的分类表 驱动类型 气动 液压 电动 传动性能 适合小功率传动，可达较高速度，但高速时有冲击，气体具有可压缩性，阻尼效果差，故平稳性较差。 适合中、大功率传动传动平稳、无冲击，可达较高速度，液体不可压缩，故响应性能良好。 适合中、小功率传动，传动平稳、灵活、速度快。 控制性能 控制调节环节较简单，高速时要设置缓冲或者制动装置，低速不易控制，速度位置控制难以达到精确值，一般不能用于伺服控制。 控制调节环节较简单，在高、低速下都可将位置、速度控制到精确值，常用伺服控制。 直流伺服电机控制较简单，交流伺服电机控制较复杂，速度、位置都可控制到精确值，常用于伺服控制。 快速响应性能 较高 很高 很高 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 效率 流调速）至 积调速） 全性能 防爆型能好 防爆性能好，液压油泄漏后有发生火灾的危险 交流电机防爆性能好，直流电机电刷产生火花，不防爆 结构性能 执行机构（直线气缸、气压马达）可做成独立的标准件，易实现直接驱动；压力小（一般小于 1输 出力小；密封问题不突出，泄漏对环境无污染，需要气压供给系统。 执行机构（直线缸、摆动缸）可做成独立的标准部件，易实现直接驱动；相同输出条件下，体积小、重量轻、惯性小；密封间隙很重要，泄漏影响工作性能和污染环境；需要油源占地面积大。 电机是标准件，结构性能好，除特殊电机（直接驱动电机、大力矩电机）外；电机都要减速器，不能直接驱动，加减速器后体积、惯量变大。 安装维护 安装要求不太高，能在高温、多粉尘条件下工作；无发热、爆炸、火灾等问题；维护简单；要求过滤水分及注意系统润滑、防锈等问题。 安装 维护要求高，温度升高时，油液粘度降低，影响工作性能，需要冷却装置；油液要定期过滤、更换；密封件要定期更换；油液的泄漏影响工作性能，易发生火灾。 安装要求随传动方式而异无管路系统，维护方面；对直流电机要求定时调整、更换电刷及注意防爆问题。 成本 低 高 高 应用 适用于小载荷（ 200有限点位控制的上下料（搬运）机器人，如冲床上的快道上下料；手爪上应用尤其广泛。 适 用 于 重 负 荷（ 1000N）的搬运、点焊等机器人，以及连续轨迹伺服控制喷漆机器人（具有防爆性能）等。 适用于中小符合（几十 牛顿到几千牛顿）的搬运、焊接、喷漆（限交流电机）、装配、涂胶等各种伺服型机器人。 机器人驱动系统各有其优缺点，通常对机器人的驱动系统的要求有： （ 1） 驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高； （ 2） 反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进行频繁的气动、止动，正、反转切换； （ 3） 驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小； （ 4） 安全可靠； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - （ 5） 操作和维护方便； 本次毕业设计所选用的电机都采用了电机和齿轮轮系一体化，结构紧凑，具有很强的带负载能力，但是不能通过电机直接驱动各个连杆的运动。为 了减小机构运动过程的冲击和振动，并且不降低控制精度，采用了齿形带传动。 齿形带传动是同步带的一种，用来传递平行轴间的运动或者将回转运动转换成直线运动，主要用于手臂、手腕、腰关节的传动。 齿形带传动与原理如图所示： 图 齿形带传动原理图 齿形带传动运算公式为： 2112 （ 齿轮带的平均速度为： 2211 . a （ 根据任务书要求：设计手腕转动机构，机器人总体结构图，进行运动学分析。通过查上表分析易知在手臂转动，直线移动等机构中采用电动机驱动，在手腕转动机构中采用气动驱动方式，这样比较经济合理，降低了成本，并且达到设计要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - 业机器人的运动学分析 工业机器人运动学简图： 图 工业机器人运动学简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 工业机器人运动分析 由上述运动学简图可知，转动机构（运动 B）包括电动机 通过齿形带驱动单头蜗杆3涡轮（4z=62）啮合传动。涡轮装在输出轴上。它与操作机手臂机构刚性连接。此轴的另一端固定着挡块的盘，挡铁作用在回转运动 B 控制简图中的行程开关上。 X 或者 Z 向的移动是借助于装在手臂部件中的电动机 过传动比为 2/3 的（1z=16， =24）的传动齿形带、锥齿 轮副（11z=15，12z=30）和导程 t=60多头滚珠丝杆传动来实现的。在其上装有转动组件的支架和传动螺母一起沿滚珠导轨移动。为防止在断电时支架随意下降，锥齿轮11移控制由装在支架上的挡块作用于转换开关上来实现。 在垂直（运动 A）或水平 （运动 C）平面中操作机手臂转动机构由电动机 动，它通过传动比为 2/3（5z=16，6z=24）的传动齿形带转动蜗杆7z=62）与其啮合。后者固装在转动机构体中的轴上。由于蜗杆 沿固定的涡轮滚动而产生相对于此轮轴的手臂的机体运动 A 或 C。 合运动学简图和总体结构图的综合分析 总体结构部件 1 和部件 3 之间的运动形式是 :在机座 1 内有一直流电动机，通过齿形带传动将运动传至蜗杆，蜗杆与涡轮啮合，产生运动 B；在主视图的右侧有一电动机，同样通过齿形带将转动传至锥齿轮，通过锥齿轮的啮合将运动传至丝杆通过丝杆的转动带动手臂直线移动，产生了运动 X 或者 Z；同样通过电动机运动，在通过涡轮蜗杆啮合，产生运动 A 或者 C；手腕转动部分是通过气动马达的转动，通过输出轴的键连接与套筒连接，套筒与法兰 连接，将转动传达至可换夹持器。 业机器人的材料选择 结构件材料选择是工业机器人材料系统设计中的重要问题之一，正确选择结构材料不仅可以降低工业机器人的结构成本，更重要的是可适应工业机器人的高速化、高载荷化及高精度化满足其静力及动力特性要求。 料选择的基本要求 与一般机械相比，机器人结构的动力特性是十分重要的这是选择材料的出发点。材料选择的基本要求如下： （ 1） 强度高，机器人的手臂是直接受力的构建，高强度材料不仅能满足机器人手臂的强度条件，而且可望减少臂杆的截面尺寸，减轻重量。 （ 2） 弹 性模量大，从材料力学的公式可知，构建刚度（或变形量）与材料的弹性 E、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - G 有关，弹性模量越大，变形量越小，刚度越大。不同材料的弹性模量的差异比较大，而同一种材料的确没有多大差别。 （ 3） 重量轻，在机器人手臂构建中产生的变形很大程度上是由于惯性力引起的，与构建质量有关。也就是说，为了提高构建刚度选用弹性模量 E 大二密度 也大的材料是不合理的，因此提出了选用高弹性模量、低密度的材料要求，可用 E/p 来衡量下表列出了几种材料的 E、 和 E/p 值。可供参考。 表 典型材料 E、 和 E/p 值 材料 10/ )/(10/ 33 )/(10/)/( 227 钢、合金钢 、铝合金 铝合金（ 62% 铝合金（ i） 纤维增强铝材 4） 阻尼大，工业机器人在选材时不仅要求刚度大、重 量轻，而且希望材料的阻尼尽可能大。机器人的手臂经过运动后，要求能平稳的停下来。可是由于构建终止运动的瞬时，构建会产生惯性力和惯性力矩，构建自身有具有弹性因而会产生 “残余振动 ”。从提高定位精度和传动平稳性来考虑，希望能采用较大阻尼材料或采取增加构建阻尼的措施来吸收能量。 （ 5） 材料价格低。材料价格是工业机器人成本价格的重要组成部分。有些新材料如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金，用来作为机器人手臂的材料是很理想的，但价格昂贵。 构材料介绍 （ 1） 碳素合金钢、合金结构钢：强度好特别是合金结构钢增加了 4 到 5 倍， 弹性模量 E 大，抗变形能力强，是应用最广泛的材料。 （ 2） 铝、铝合金机及其它轻合金材料：这类材料的共同特点是重量轻弹性模量 是材料密度小，故 E/p 值仍然可和钢材相比。有些稀有贵重的铝金属品质得到了更加明显的改善和提高，例如增加了 量的锂的铝合金，弹性模量增加 14%，E/p 值增加了 16%。 （ 3） 纤维增强合金：如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金其 E/p 值分别达到 这种纤维增强金属材料具有非常高的 E/p 值，而且没有无机符合材料的缺点，但价格昂贵。 （ 4） 陶瓷：陶瓷材料具有良好的品质，但是脆性大不易加工成具有长孔的连杆，与金属零件连接的结合部分需要特殊设计。然而，日本已经测试了在小型工业机器人上买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 使用的陶瓷人手臂的样品。 （ 5） 纤维增强复合材料：这类材料具有良好的 E/p 值，但存在老化、蠕变、高温膨胀、与金属件连接困难等问题。这种材料不但重量轻、刚度大，而且还具有十分突出的阻尼大优点，传统金属材料不可能有这么大的阻尼。所以，在高速 机器人上应用复合材料的实例越来越多。层叠符合材料的制造工艺还允许用户进行优化，改进叠层厚度、纤维倾斜角、最佳横断面尺寸等，使其具有最大阻尼比。 （ 6） 粘弹性大阻尼材料：增大机器人连杆件的阻尼是改善机器人动态特性的有效方法。目前有许多方法来增加结构件材料的阻尼，其中最适合机器人结构采用的一种方法是用粘弹性大的阻尼材料来对原构建进行约束阻尼处理。实验表明：机械臂的重复定位精度在处理前为 理后为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 第 3章 工业机器人手腕转动机构设计 业机器人手腕介绍 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 17 - 腕转动机构运动分析 动机的选择 择电动机类型 按已知的工作要求和条件，选用三相鼠笼式异步电动机，封闭式结构，电压 380V，Y 型。 择电动机的容量 电动机所需的工作功率： P （ 1000（ 因此： 1000 （ 由电动机至输送链的传动总效率为 43221 a（ 式中：4321 、分别为轴承、涡轮蜗杆、联轴器、齿形同步带的传动效率。 式中 、，由公式（ a 由公式（ 0 0 0 01 0 0 0 确定电动机转速 工作转速： n=14r/相关资料，总传动比为 电动机转速的可选为： m 1 d 查下表，在这附近的转速取 1430r/动机选 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 18 - 腕转动机构气动原理和运动结构分析 腕转动机构气动原理图 图 手腕转动机构气动原理图 动原理图分析 非整周转动的气动马达使手腕绕纵轴（运动 ）的转动组件旋