五自由度教学机器人的机械结构设计【11张PDF图纸+CAD制图+文档】
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摘 要随着机器人技术的飞速发展，工业机器人的应用领域正在不断的扩大，对教育培训部门提出了新的要求，为提高机器人教学的水平，研制了一套以实验教学为目的的机器人教学演示系统。本文在分析机器人发展历程和国内外的应用现状的基础上，提出具体的机器人设计要求，并根据机器人各部分的设计原则，进行了本教学演示系统的总体方案设计以及包括机器人的手部、腕部、小臂、大臂、腰部在内的每个自由度的结构设计。此教学机器人可以在微机的控制下，驱动各步进电机工作，从而带动各个关节运动，完成教学以及实验的任务。关键词： 教学机器人 结构设计 五自由度AbstractWith the development of robot technology, the continual expansion of application of industrial robots presents newrequire-ments before education and training agencies.We have developed a robot demonstration system for experiments in training to improve the teaching effect of “Robot Teaching”. Firstly, this paper discusses the development course ,the study both in demestic and in external, the significant advantages of robot and then gives the supporting source of the study and the technical requirements. Secondly, and according to the principle of designing each joint,this paper discusses the overall design and calculation each degree of freedom of this teaching demonstration system,including the hand,wrist,lower arm,large arm and waist joint of the robot.The robot of this design under the control of the tiny machine can drive the repeating motor work,then make the movement of each joint,and finish the mission of teaching and experiment. Keywords：teaching robot structure design five degree of freedom. 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 题目的来源及研究意义11.2 国内外机器人的发展概况11.3 教学机器人的国内外发展概况31.4 机器人产业对教育、培训的要求及本课题的提出4第2章 教学机器人的总体机械结构.62.1 机器人有关的概念.62.1.1 自由度.62.1.2 机器人的分类.62.2 行走机构的选择.82.3 驱动方式的选择.92.4 材料的选择.102.5 本教学机器人的主要特点.10第3章 位置系统本体结构设计123.1 位置系统运动学分析123.2 建立动力学方程方法153.3 位置系统具体结构设计183.3.1 回转底座183.3.2 回转臂和垂直臂193.4 驱动机构设计213.4.1 直线驱动机构223.4.2 电机齿轮驱动机构233.5 臂杆平衡方法243.6 手部夹持器的结构设计26结 论29致 谢30参考文献315ContentsChinese abstractIEnglish abstractII Chapter 1 Introduction11.1 The significance and sources of the subject 11.2 The Development of the robot at home and abroad11.3 Overview of teaching the robots development at home and abroad 31.4 The reference of this lecture4Chapter 2 The general mechanical structure of robot teaching62.1 About the concept of the robot62.1.1 The freedom of the robot.62.1.2 The classification of the robot.62.2 The selection of running gear82.3 The choice of drive92.4 Material Selection102.5 The main features of the robot teaching10Chapter 3 Position System body structure design123.1 Kinematic Analysis of the location system123.2 Kinetic equation approach to establish153.3 Location specific structural design of the system183.3.1 Rotary base183.3.2 Rotary arm and vertical arm193.4 Driving Mechanism Design213.4.1 The linear drive mechanism223.4.2 Motor - gear drive mechanism233.5 Arm balance method243.6 Structure design of hand26Conclusions29Thanks30References31第1章 绪 论1.1 题目的来源及研究意义机器人技术是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要方面。是近40年来发展起来的一门交叉性学科，它涉及电子学、计算机科学、控制理论、传感器技术、机械学、仿生学、人工智能等学科领域。工业机器人与其它设备组成的生产线极大地提高了企业的生产率、提高和稳定了产品质量、大大缩短了产品更新换代的周期，机器人的出现和发展已使传统工业生产的面貌发生了根本性变化，使人类的生产方式从手工作业、机械化、自动化、跨入智能化的新时代。机器人不仅在工业上应用愈来愈广，而且正在社会服务、海洋开发、宇宙空间、地下矿藏、抢险救灾、军事等领域开拓新应用，以代替人在其无法适应的特殊环境下工作，这将极大地扩展人类生产和活动的范围，大大提高人类创造性劳动的能力。在某种程度上机器人水平的高低能反映一个国家的综合国力和科技水平的发展1-3。1.2 国内外机器人的发展概况早在三千多年前的西周时代，我国就出现了能歌善舞的木偶，称为“倡者”，这可能是世界上最早的“机器人”。 在近代，随着第一次、第二次工业革命，各种机械装置的发明与应用，世界各地出现了许多“机器人”玩具和工艺品。这些装置大多是由时钟机构驱动，用凸轮和杠杆传递运动。1920年，捷克作家K.凯比克在一科幻剧本中首次提出了ROBOT（汉语前译为“劳伯”）这个名词。现在已被人们作为机器人的专用名词。1950年美国作家I.阿西莫夫提出了所谓的“机器人三原则”，即： 1.机器人不可伤人；2.机器人必须服从人给与，但不和（1）矛盾的指令；3.在与（1）、（2）原则不相矛盾的前提下，机器人可维护自身不受伤害。本世纪50、60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了使用化阶段。1954年美国的G.C.Devol发表了“通用机器人”专利；1960年美国AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人，可作点位和轨迹控制，这是世界上第一种用于工业生产上的机器人。70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展，机器人得到了迅速发展。1974年Cincinnati Milacron公司开发成功多关节机器人；1979年，Unimation公司又推出了P
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