压铸产品取件机器人结构设计及强度分析（全套CAD图纸+设计说明书+翻译）
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压铸
产品
机器人
结构设计
强度
分析
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摘 要
由于压铸车间环境恶劣，对工人身体健康危害极大，因此压铸生产中取件动作通常是由取件机器人完成的。但是传统取件机器人多为三自由度机械手，功能单一，对不同零件的适应能力较差，无法满足多种零件生产的需求。基于此本文借助三维设计软件及有限元分析软件，设计并分析了一台用于压铸车间自动取件的关节式六轴工业机器人。
本文所做主要工作为六轴机器人的结构设计及关键部件的强度校核。通过查阅资料以及根据实际工作需要，确定了该机器人的性能参数和初步设计方案。通过设计计算，选定合适的伺服电机和减速器。通过仿真和强度计算，设计出各个零部件模型，并与伺服电机和减速器模型进行整体装配，实现了运动仿真。
将机器人腰部关节与大臂模型导入ANSYS软件，对这两个关键部件进行静力校核以分析其强度及变形情况，并根据分析结果对杆件进行优化。在此基础上，运用D-H参数法建立了六轴工业机器人的数学模型，推导了运动学正、反解的方程，并在Matlab中对方程进行了求解，为将来进行轨迹规划奠定理论基础。通过对压铸产品取件机器人进行仿真建模及分析，结果表明机械性能基本满足设计要求。
关键字：工业机器人、结构设计、ANSYS分析、运动学仿真
- 内容简介：
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本 科 毕 业 设 计 压铸产品 取件 机器人结构设计及强度 分析 I 摘 要 由于 压铸车间 环境恶劣，对工人 身体 健康危害极大 ，因此 压铸生产中取件动作 通常 是由取件机器人完成的。 但是 传统 取件机器人多 为 三自由度机械手，功能单一，对不同 零件的 适应能力较差 ， 无法满足多 种 零件生产的需求 。基于此 本文 借助 三维 设计软件 及 有限元 分析软件 ， 设计并分析了一台用于压铸车间自动取件的 关节式六轴 工业机器人 。 本文所做 主要工作为六轴机器人的结构设计及关键部件的强度 校核 。 通过 查阅 资料以及 根据实际工作 需要，确定了 该 机器人的性能参数 和 初步 设计 方案 。 通过设计计算 ，选定合适的伺服电机和减速器。 通过仿真 和强度计算，设计出 各个 零部件模型，并与伺服电机和减速器模型进行整体装配，实现了运动 仿真 。 将机器人腰部关节 与大臂模型导入 件 ，对 这两个 关键部件进行静力校核以分析其强度及变形情况 ，并 根据 分析结果 对杆件进行优化 。 在此 基础上 ，运用 立了六轴工业机器人的数学模型， 推导了 运动学正 、 反 解 的 方程 ， 并在 程 进行了求解 ， 为将来进行轨迹规划奠定理论基础 。 通过对 压铸产品 取件机器人进行仿真建模及分析， 结果表明 机械性能基本满足设计要求。 关键字： 工业机器人 、 结构 设计、 析 、运动学 仿真 of of of is by of to to up to of a of So of a of is In of is of of At of is on of of by of by of an to of On -H to a of a By of 录 1 绪论 . 1 景及研究意义 . 1 业机器人国内外研究现状 . 1 文主要研究工作和内容 . 2 章小结 . 3 2 取件机器人设计思路 . 4 件机器人主要参数 . 4 件机器人的传动方案 . 4 件机器人动态静力学建模 . 5 件机器人驱动系统选型计算 . 6 章小结 . 16 3 取件机器人结构设计 . 17 件机器人整体结构 . 17 节轴 5 结构形式 . 18 他关节轴的结构形式 . 19 动电机和减速器选型校核 . 20 章小结 . 26 4 主要部件设计计算及校核 . 27 步带选型计算 . 27 速器输入轴的设计与计算 . 28 机接长轴的设计计算 . 30 要螺栓组校核计算 . 31 章小结 . 35 取件机器人关键部件有限元分析及优化 . 36 部关节和大臂有限元模型的建立 . 36 部关节 和大臂有限元模型网格划分 . 36 部关节和大臂有限元分析及优化 . 37 章小结 . 42 6 取件机器人运动学分析 . 43 件机器人 数法建模 . 43 铸产品取件 机器人运动学分析 . 45 章小结 . 50 总结与展望 . 51 参考文献 . 52 致谢 . 54 1 绪论 1 1 绪论 景及研究意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备 1。伴 随着近年来国内制造业升级的需求及工业自动化的发展， 工业机器人 在越来越多的领域得到了 广泛 应用 。 压力铸造由于 其 生产效率高， 生产出 的产品表面粗糙度好， 结构 强度大等优点，在 我国 制造业 中应用广泛 2。 但是 在压铸生产过程中， 会 产生诸如 有害气体、噪声和热辐射等 对生产一线的工人们身体健康造成极大危害 的 污染物 。 压铸 车间 环境 如 图 1 除此之外，人工取件不仅生产 效率低，人工成本高，而且每天数千次的重复动作极易导致工人出现健康问题。 因此 为了保障工人的身体健康和降低工人的劳动强度，采用压铸取件机器人替代工人具有重要的应用价值 。本文 正是基于此目的研制了一款可用于压铸车间自动取件的 六轴 关节式工业机器 人。 如 图 1示 为采用工业机器人之后的压铸车间， 采用机器人 取代人工之后 ， 生产效率提高， 所需 工人数量 减少 ，并且工人现在只需要操纵机器人完成工作即可，大大减轻了劳动强度。 业机器人国内外 研究现状 自 上世纪 60 年代 ，世界上第一台工业机器人在美国诞生之 日起， 至今已有五十余图 1统 压铸车间 图 1用 机器人后的压铸车间 毕业 设计 2 年的发展历史 3。 在 过去的 五十多年里， 得益于 伺服电机及精密减速器的发展，工业机器人制造水平突飞猛进 。 目前 ,市场上 工业机器人产品种类很多 ， 大部分市场被日本生产的机器人与欧洲生产的机器人所瓜分，国产 机器人 所占比重很小。 为满足 其经济发展需要， 日本 在上个世纪 70 年代 便开始了工业机器人的研发工作，目前日本国内已经产生了安川、爱普生、松 下、 蜚声海内外 的机器人生产厂家。 欧洲机器人 发展起步也较早， 并且占有巨大市场份额。 在工厂中 ，我们 随处 可见瑞典 司 出产的产品。 除此之外 ，德国的 也具有 极高的市场地位。 我国 工业机器人研究工作起步于上世纪八十年代，虽然起步较晚，但是近年来发展迅速， 2013 年 已经超越日本 成为 全球机器人第一大市场 4。 也正是 因为我国机器人市场的巨大潜力以及工业机器人对未来制造业 重要的 支柱作用 ， 我国政府已经把发展工业机器人列入国家战略 。 目前 ，国内 比较著名的机器人生产企业 主要有沈阳新松 机器人、安徽埃夫特 智能装备 有限公司等企业 。 2011 年 富士康提出 三年 时间里用 一百万台工业机器人取代人工作业，虽然计划仍未完成，但是也从侧面反映了我国机器人市场的发展前景以及未来工业机器人取代人工的必然性。 但 是 同时 应看到 ，国产机器人与国外同类型产品相比仍缺乏竞争性 。 同时工业 机器人配套产业 如 精密减速器、控制系统等 仍然 发展缓慢，核心技术被国外企业所垄断5。 国内企业应抓住中国制造业转型的历史机遇，加快国内机器人及相关产业的开发，争取早日达到乃至超越国际先进水平。 文 主要 研究 工作和内容 本课题主要研究内容为压铸产品 取件机器人结构设计及强度分析，并实际制作样机。本文 主要 从结构设计、关键部件有限元分析、运动学 分析这三部分 对工业机器人系统进行研究。 主要内容 如下所示： （ 1） 通过查阅与工业机器人有关 的资料 ， 初步 了解 工业机器人的结构 及 运动 原理 。 （ 2） 研究现有典型工业机器人（如 川工业机器人）的参数 ， 及 考虑到工厂实际应用时所需满足的条 件 ， 确定压铸产品取件 机器人的相关性能 参数，如关节运动速度等。 同时考虑压铸机的尺寸及运动路径 ， 在此基础上 ， 大致确定机器人各杆1 绪论 3 件的几何参数。 （ 3） 在初步完成工业机器人的机械本体设计的基础上 ， 进行驱动方式的选择 ， 为保证机器人的运动精度，采用安川伺服电机与 速机和谐波减速机的组合。通过对工作行程的确定及各关节加速度、转动惯量等的计算初步选定伺服电机及减速器的型号。 （ 4） 根据电机与减速的结构 ， 对机器 人的零部件内部空间做出了调整 ， 完善了机器人本体结构的设计并绘制草图。 （ 5） 采用 件进行各零部件三维建模并进行装配，并进行动态仿真来检查各零部件之间是否发生干涉。 （ 6） 运用 件 对 机器人 关键 部件（ 如 腰部关节、大臂） 进行有限元 分析，并 根据分析结果对机器人 杆件 优化， 以确保设计参数符合实际需求。 （ 7） 运用 数法 建立六轴工业机器人的数学模型， 确定 各 连杆 的参数， 并推导出运动学正、反解的方程 。在此基础上 ，运用 件 验证 正 、 反解 方程 的正确性 。 章 小结 本章 主要对本课题研究背景及工业机器人的发展现状做了阐述， 并且 在了解现有产品原理结构的基础上提出了自己的研究思路 和 主要工作，为后续 工作 安排 及 研究内容 奠定了 基础。 毕业 设计 4 2 取件机器人 设计 思路 件机器人 主要参数 通过 对国际上众多著名 机器人 生产厂商 （如 产品进行 分析 并结合压铸车间取件 工作要求 确定 压铸产品 取件机器人的 性能 参数 ， 如 表 2示 。该工业 机器人有效荷载 3 表 2铸产品 取件机器人主要 性能 参数 关节 i 关节 角 i 变化 范围（ ） 关节运动 速度 （ /s） 腰部 回转） +90 40 大臂 俯仰） +90 40 小臂俯仰 ） +90 40 臂 扭转 ） +160 60 腕部 俯仰） +120 00 T 轴 （ 腕部 回转） +360 60 件 机器人的传动方案 目前 ，市场上主流机器人产品的传动方案主要有两种类型：一是各关节采用多级齿轮 传动 。二是 电机与精密减速器直接相连方式传动。 多级 齿轮 传动方式成本 较 低，但是 多级 齿轮传动误差容易累积， 所占 空间也较大。除此 之外 ，单件 生产 工艺 复杂性会大大提高。电机 与精密 减速器 组合 的传动方式，虽然成本较高，但是结构紧凑，传动精确，且加工件数量大大减少。综合 考虑 两种传动方式的 优 劣，确定采用电机与精密减速器组合的传动方式 。 对于六轴 工业机器人的各关节来说，通常是一台伺服电机带动一个减速器，再带动一个运动的部件进行运动。 关节 1、 2、 3、 4 均为电机 经减速器减速并 进行 力矩放大后，驱动杆件运动。 关节 5、 6 位于工业机器人末端 ， 为保证机器人手臂整体刚度 ， 应尽量减轻机器人手臂末端重量，故考虑将机器人关节 5、 6 的 电机后置。但是 此种 方案将导致关节 6 的 传动 链 增加同步带 传动 和一对锥齿轮传动 ， 此举不但使传动方案复杂性增加，而且 在 有限的生产条件下精度很难保证。 考虑到 关节 6 所用 电机 及 减速器质2 取件机器人设计 思路 5 量 较 轻，故权衡 利弊 之后 ， 决定采用关节 5 处 电机后置，经同步带 传动 之后驱动减速器运动；关节 6 处 电机置于此关节轴线上，与减速器直接相连。 件机器人动态静力学建模 根据达朗贝尔原理 ， 将惯性力作为假想 的 外力 作用在构件上， 然后 用静力学方法进行分析， 这种分析方法称为动态静力分析 6。 为方便 分析， 将工业机器人简化成由 多根 连杆组成的连杆 系统 ， 运用 动态 静力 分析方法 ， 求解各个关节处的约束力 。 受力简图 如 图 2示 由于机器人由 很多 构件组成 ， 为 简化受力分析 ， 忽略 质量很小的构件 及 一些 较小 的零部件 所引起的惯性力 ， 只计入那些尺寸大、质量大的构件所引起的 惯性力 。 从 压铸产品 取件机器人的末端关节开始， 对 压铸产品 取件机器人的每个关节列出力矩衡方程和力平衡方程 ， 运用动态静力学方法将其简化转化为静力系 ， 通过求解整体及其各部 分的力系平衡方程来 求出 各个关节处的约束力或力矩 ， 这些参数是选择伺服电机及 减速器 的重要 依据 ， 同时也可作为关节、连杆等 其他 零件设计和校核的基础。 图 2械 系统受力简图 腰部回转关节 S、腕部扭转关节 R 和腕部回转关节 T 处的驱动力矩 ,T 等于其角加 速度与 负载的转动 惯量 的乘积 。由于其计算比较直观 ， 所以不在 动态静力学模型中求解这三个关节的 驱动力矩 。 毕业 设计 6 腕部俯仰关节动态静力学平衡方程为： 446 BF m m g L(2小臂俯仰关节动态静力学平衡方程为： 33 2 500 U B BF m g m g L F L M (2大臂俯仰关节 动态静力学平衡方程为： 42 1 300 L U UF m g m g L F L M (2式中： 大臂俯仰关节 L 处伺服电机驱动力矩； 小臂俯仰关节 U 处伺服电机驱动力矩； 腕部俯仰关节 B 处伺服电机驱动力矩。 件机器人驱动系统选型计算 本文中选 用直角坐标式工作循环图 ， 将各执行构件的 运动次序和 时间 绘制在直角坐标系中 ， 横坐标表示执行构件的运动时间 ， 纵坐标表示各 杆 件的 位移 ， 各区段间均用直线连接。 根据 查 找 资料得知， 压铸机每完成一次压铸时间 大 约 在 7 秒左右， 则 机器人完成一次取件 并 回 复 至初始位置约 左右。 机器人各机构工作时间分配如下： 机器人工作行程时间 （共 3s） :手爪抓取工件 （ ， 腰部关节回转 30 度（ 手臂抬举动作（ 腰部回转 60 度（ 手臂放下动作（ 手腕转动 90度（ 手抓松开放件（ 空行程时间 （共 ：手臂抬举动作（ 腰部回转 90 度动作（ 手腕回转 90 度（ 手臂放下动作（ 手抓在完成抓取工件动作之 后，为配合压铸机的顶出工件作用，机器人腰部关节需旋转一定角度，待手臂抬起之后，再完成剩余行程的回转。各机构工作循环图如 图 2 取件机器人设计 思路 7 2示 ： 图 2机构 工作循环图 角加速度计算 司相同荷载的 业机器人初定。 图 2件 运动简图 按照压铸产品取件机器人工作时的工作行程及姿态建立工业机器人的运动路径图抓取 工件时位置 复位 时位置 毕业 设计 8 象，如 图 2示： a) 22 2 2 2 23 4 0 5 0 0 3 7 4c o s , 4 8 . 52 2 3 4 0 5 0 0a b b) 274s i n , 5 3 . 7 , 9 5 . 2340 c) 22 2 2 2 23 4 0 3 7 4 5 0 0c o s , 8 8 . 82 2 3 4 0 3 7 4a b 采用梯形图法求解角加速度，假设 停止角加速度 与启动角加速度 相等。腰部关节角加 速度计算 如 图 2示。 由工作行程可知，腰部关节在 转过 90 度左右，此关节平稳运行时角速度为 240 /s ，故 ( ) 240/s 12 = 90 解得 x ， 由此可知加速时间为 因此 290 4 r a d / 1 2 5 s 1 8 0 同理可通过计算得知大臂俯仰关节（关节 2）角加速度为 25 s ， 小臂俯仰关节（关节 3）角加速度为 25 s ，手腕旋转（关节 6）角加速度为 213.5 s ，由于小臂旋转（关节 4）及手腕俯仰（关节 5）在此过程中无动作，根据其他关节运动情况确定小臂旋转关节及手腕俯仰关节角加速度为 28 s 。 图 2形图 求解加速度法 2 取件机器人设计 思路 9 转动惯量及重力矩计算 压铸产品 取件机器人进行受力分析时 ， 为 简化 计算 ，忽略那些 较轻 ，对机器人受力 影响不大的 构件 。 只考虑 各主要 杆件及末端负载所引起的惯性力 。6械手抓 和 压铸产品 的质量 。 其他关节根据 器人 量初步分配各连杆质量为 杆 3 及 其 附属部分 质量之和等效为 0杆 2 及其 附属部分质量 等效为 1) 手腕回转关节转动惯量计算 压铸产品 质量按照 压铸产品 取件机器人最大荷载确定，质量 3据查阅现有产品可知，机械手抓质量在 1右。为简化其模型方便计算，将机械手抓及 压铸产品 整体简化为 3 0 0 m m 2 5 0 m m 1 5 m H 的薄板，其转动惯量计算公式为 : 2612，则 2 2 2664 0 . 3 0 . 0 3 k g 1 2 考虑到摩擦力矩及重力矩影响，取安全系数 1 . 5 1 . 9 N m 2) 手腕俯仰关节转动惯量及重力矩计算 前端机械手抓及其负载等效为 3 0 0 m m 2 5 0 m m 1 5 m H 的薄板，手腕整体部分近似为长度为 70 ，半径 40 的圆柱体，前端机械手抓及其 负载重心简化到其中心位置，其重心距离关节 5 轴线 210 则绕关节 5 轴线的转动惯量为 62 2 2 2 255 5 62 2 2 2 22= 3 ( ) ( ) 0 . 2 11 2 2 1 2 224( 3 0 . 0 4 0 . 0 7 ) 2 0 . 0 3 5 0 . 1 2 5 4 0 . 2 11 2 1 20 . 1 9 k g m m l m l m 5 4 . 7 8 N 重力矩 6 9 . 8 0 . 1 N m 5 . 8 8 N m m g 力矩 = ( ) 1 . 5 1 6 N M 总毕业 设计 10 3) 小臂扭转关节转动惯量及力矩计算 小臂关节及手腕、前端负载绕关节 4 轴线旋转，可分为三部分分别计算其绕关节 4轴线旋转的转动惯量 小臂部分简化为长方体，端面尺寸 1 2 0 m m 1 2 0 m m 2 2 2 2 241 6( + b ) ( 0 . 1 2 0 . 1 2 ) 0 . 0 1 4 4 k g 1 2 手腕部分简化为长度为 70 ， 半径 =40圆柱体 2 2 22511 2 0 . 0 4 0 . 0 0 1 6 k g m R 由 1）得 23 0 k g 20 . 0 4 6 k g 总 ， 1 . 5 1 . 7 3 N m 总4) 小臂俯仰关节转动惯量及重力矩计算 将连杆 3、连杆 4 部分共同简化为端面为 1 5 0 m m 1 5 0 m m 3 0 0 m 的长方体，总重量约为 =12重心简化至杆件中心。其他各部分简化同上。其中质量 轴线 35量为6 轴线 l=510 2 2 2 2 2 2 2 2565 1 6 22 2 2 2 2 2 2 22( ) ( ) ( 3 ) ( )1 2 2 1 2 1 2 21 2 2 4( 0 . 3 0 . 1 5 ) 1 2 0 . 1 5 ( 3 0 . 0 4 0 . 0 7 ) 0 . 1 2 5 2 0 . 3 3 5 4 0 . 511 2 1 2 1 21 . 6 5 k g m 合总 合m b c m R l m l m . 9 8 N m总重心位置如 图 2示 2 2 9 . 8 0 . 2 N m 4 3 . 1 2 N m m g l 取安全系数为 ( ) 1 . 5 1 0 3 . 6 6 N m 总 M 5) 将大臂简化为 4 0 m m 1 3 0 m m 3 0 0 m 的长方体，各关节轴线距关节 2 轴线的距离可通过 4）中内容及大臂长度推算得知质量为5 轴线1 635，质量为6 轴线2 810。 2 取件机器人设计 思路 11 2 2 2 2 2 22 2 22 2 22 2 2 2 2565 1 6 22 2 2 2 2 22 2 2 2 22( ) ( ) ( ) ( )1 2 2 1 2 2( 3 ) ( )1 2 1 2 25 1 2( 0 . 1 3 0 . 3 ) 5 0 . 1 5 ( 0 . 3 0 . 1 5 ) 1 2 0 . 4 51 2 1 224( 3 0 . 0 4 0 . 0 7 ) 0 . 1 2 5 2 0 . 6 3 5 4 0 . 8 11 2 1 26 . 1 4 k g c cJ b c m b c m R l m l m l 合总 合 合 合 合9 6 . 4 N 总 重心位置如 图 2示 2 7 9 . 8 0 . 3 5 9 2 . 6 1 N m g l N m 由于在计算时已经考虑重力矩影响，故取安全系数为 ( ) 1 . 2 2 2 6 . 8 N M 总 6) 大臂支座部分简化为 1 0 0 m m , 1 0 0 m 的圆柱体。连杆 2 中心轴线与关节 1 轴线距离为1 150，连杆 3、 4 组合部分中心轴线距关节 1 轴线距离为2 450，连杆 5 中心轴线与关节 1 轴线距离为3 635，机械手抓与负载轴线与关节 1轴线距离为4 810。则 2 2 2 2 2 2 22 2 22 2 22 2 2 2 2565 1 6 22 2 2 2 2 2 22 2 2 21( ) ( ) ( ) ( )2 1 2 2 1 2 2( 3 ) ( )1 2 1 2 21 5 1 01 0 0 . 1 ( 0 . 0 4 0 . 3 ) 5 0 . 1 5 ( 0 . 1 3 0 . 3 ) 1 0 0 . 4 52 1 2 1 226( 3 0 . 0 4 0 . 0 7 ) 0 . 1 2 5 2 0 . 6 3 5 6 0 . 81 2 1 2mm c cJ m R a c m a c m R l m l m l 合总 合 合 合 合2217 . 0 6 k g m考虑重力及摩擦影响 ， 取摩擦系数为 1 . 5 1 3 3 N 毕业 设计 12 腕部 回转关节驱动电机和减速器选型计算 算得知 输出端需求转矩 m ，转速 60r / 伺服电机选用安川系列的功率为 50w ， 额定转速为 3000r/ 最高转速 6000r/ 额定转矩为 m ， 最大加速扭矩为 m ， 转子的转动惯量为 420 . 0 4 1 4 1 0 k g m ，重量为 减速器选用 波减速器 ， 减速比为 50:1， 最大加速扭矩 46 最大输入转速 14000r/ 输入端转动惯量为 420 . 0 3 3 1 0 k g m ， 输出功率为 1 . 9 6 0= k w 0 . 0 1 2 k 5 0 9 5 5 0输 出 假定传动效率为 输入功率为 0 . 0 1 2= = k w 0 . 0 1 3 k 9 5 输 出输 入电机输出端 所需 转矩 图 2心 位置示意图 图 2件 长度示意图 2 取件机器人设计 思路 13 1 . 9 0 . 0 4 N 0 . 9 5i 经过计算得出 ， 腕 选型满足设计要求。 腕部 俯仰关节驱动电机和减速器选型计算 算得知 输出端需求转矩 16转速 50r/伺服电机选用安川系列的功率为 100w ， 额定转速为 3000r/ 最高转速 6000r/ 额定转矩为 m ， 最大加速扭矩为 m ， 转子的转动惯量为 420 . 0 6 6 5 1 0 k g m ，重量为 减速器选用 波减速器 ， 减速比 50:1， 最大加速扭矩127N m ， 最大输入转速 10000r/ 输入端转动惯量为 420 . 1 9 3 1 0 k g m ， 输出功率为 1 6 5 0= k w 0 . 0 8 4 k 5 0 9 5 5 0输 出 假定传动效率为 输入功率为 0 . 0 8 4= = k w 0 . 0 8 8 k 9 5 输 出输 入电机输出端 所需 转矩 16 N m 0 . 3 4 N 0 . 9 5i 经过计算得出选型满足设计要求。 小臂扭转 关节驱动电机和减速器选型计算 算得知 输出端需求转矩 m ，转速 60r/伺服电机选用安川系列的功率为 50w ， 额定转速为 3000r/ 最高转速 6000r/ 额定转矩为 m ， 最大加速扭矩为 m ， 转子的转动惯量为 420 . 0 4 1 4 1 0 k g m ，重量为 减速器选用 波减速器 ， 减速比为 50:1， 最大加速扭毕业 设计 14 矩 46 最大输入转速 14000r/ 输入端转动惯量为 420 . 0 3 3 1 0 k g m ， 输出功率为 1 . 7 3 6 0= 0 . 0 1 k 5 0 9 5 5 0k w输 出假定传动效率为 输入功率为 0 . 0 1= = 0 . 0 1 1 k 9 5PP k w 输 出输 入电机输出端 所需 转矩 1 . 7 3 0 . 0 4 N 0 . 9 5i 经过计算得出选型满足设计要求。 小臂 俯仰关节驱动电机和减速器选型计算 算得知 输出端需求转矩 m ，转速 40r/伺服电机选用安川系列的 功率为 600w ， 额定转速为 3000r/ 最高转速 6000r/额定转矩为 m ， 最大加速扭矩为 m ， 转子的转动惯量为 420 . 6 6 7 1 0 k g m ，重量为 减速器选用日本帝人公司的 速器 ， 减速比为 81:1， 启动、停止时的允许转矩 412N m ， 允许力矩 882N m ，瞬时最大允许转矩 833N m ， 。 输出功率为 1 0 1 . 8 8 4 0= k w 0 . 4 2 7 k 5 0 9 5 5 0输 出假定传动效率为 输入功率为 0 . 4 2 7= = k w 0 . 4 4 9 k 9 5 输 出输 入电机输出端 所需 转矩 2 取件机器人设计 思路 15 1 0 1 . 8 8 N m 1 . 3 2 N 0 . 9 5i 经过计算得出选型满足设计要求。 大臂 俯仰关节驱动电机和减速器选型计算 算得知 输出端需求转矩 m ，转速 40r/伺服电机选用安川系列的 功率为 1000w ， 额定转速为 3000r/ 最高转速 6000r/额定转矩为 m ， 最大加速扭矩为 m ， 转子的转动惯量为 421 1 0 k g m ，重量为 速器选用日本帝人公司的 速器 ， 减速比为 81:1， 启动、停止时的允许转矩 412N m ， 允许力矩 882N m ，瞬时最大允许转矩 833N m ， 质量为 输出功率为 2 2 6 . 8 4 0= k w 0 . 9 5 k 5 0 9 5 5 0输 出 假定传动效率为 输入功率为 0 . 9 5= = k w 0 . 9 9 k 9 5 输 出输 入电机输出端 所需 转矩 2 2 6 . 8 N m 2 . 9 5 N 0 . 9 5i 经过计算得出选型满足设计要求。 腰部回转 关节驱动电机和减速器选型计算 算得知 输出端需求转矩 133N m ，转速 40r/伺服电机选用安川系列的功率为 600w ， 额定转速为 3000r/ 最高转速 6000r/ 额定转矩为 m ， 最大加速扭矩为 m ， 转子的转动惯量为 420 . 6 6 7 1 0 k g m ， 重量为 减速器选用日本帝人公司的 速器 ， 减速比为 81:1， 启动、停止时的允许转矩 412N m ， 允许力矩 882N m ，瞬时最大允许转矩 833N m ， 质量为 毕业 设计 16 输出功率为 1 3 3 4 0= k w 0 . 5 6 k 5 0 9 5 5 0输 出假定传动效率为 输入功率为 0 . 5 6= = k w 0 . 5 8 6 k 9 5 输 出输 入电机输出端 所需转矩 133 N m 1 . 7 2 8 N 0 . 9 5i 经过计算得出 选型满足设计要求。 章 小结 本章 主要阐述了六轴工业机器人 的 设计思路 。首先 根据 已有 产品及实际工作需要确定 工业 机器人的性能参数， 完成 六轴工业机器人的初步设计 方案 。其次 在此 基础上选 择机器人的传动方案，并且对机器人 各 关节电机、减速器进行初步选型 。3 取件机器人 结构 设计 17 3 取件机器人结构设计 件机器人整体结构 压铸产品 取件机器人三维模型 如 图 3示 。根据 实际 工作 需求及 借鉴 市场上 比较著名 的机器人公司（ 如 的 产 品 结构，确定各杆件参数并根据初选电机、减速器等标准件尺寸规范各杆件内部结构。 机器人模型 主要由底座、腰部关节、大臂、肘关节、小臂、手腕及所带负载组成 。为 简化机器人结构，尽量选用 标准件。 所选减速器内部已集成交叉滚子轴承，大大简化了机器人结构设计的难度 。 底座由 无缝钢管与法兰焊接而成 ，电机采用垂直安装方式，与 减速器直接相连，进 图 3铸产品 取件机器人整体模型 1 2345 671 2 3 4 5 6 7 中国 海洋大学本科毕业设计 18 而驱动腰部关节转动 。大臂支
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