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垂直 关节 机器人 臂部 设计

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垂直多关节机器人臂部和手部设计,垂直,关节,机器人,臂部,设计

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毕业设计 开题论证报告专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 张 秋 班 级 BD机制032 学 号 0320110203 指导教师 朱 龙 英 完成日期 2007年 4月 15日 课题名称：垂直多关节机器人臂部和手部设计一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述课题来源于生产实际,主要设计一个垂直多关节机器人臂部和手部，机器人用来搬运及装卸工件。课题主要研究垂直多关节机器人的特点，作用及现代发展状况。垂直多关节机器人的总体设计；小臂和手部机械结构设计以及机器人末端位姿分析等相关计算机辅助设计。能够实现腰部旋转，大臂、小臂旋转、腕部的摆动和旋转以及手部的夹紧与松开。 自上世纪90年代以来，随着计算机技术、微电子技术和网络技术的迅猛发展，机器人技术也得到了飞速发展。原本用于生产制造的工业机器人水平不断提高，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。机器人的各种功能被相继开发并得到不断增强，机器人的种类不断增多，机器人的应用领域也从最初的工业控制拓展到各行各业，从军事到民用，从天上到地下，从工业到农业、林、牧、渔，从科研探索到医疗卫生行业，从生产领域到娱乐服务行业，甚至还进入寻常百姓家。工业机器人的结构形式很多，常用的有直角坐标式、柱面坐标式、球面坐标式、多关节坐标式、伸缩式、爬行式等等，根据不同的用途还在不断发展之中。焊接机器人根据不同的应用场合可采取不同的结构形式，但目前用得最多的是模仿人的手臂功能的多关节式的机器人，这是因为多关节式机器人的手臂灵活性最大，可以使焊枪的空间位置和姿态调至任意状态，以满足焊接需要。理论上讲，机器人的关节愈多，自由度也愈多，关节冗余度愈大，灵活性愈好；但同时也给机器人逆运动学的坐标变换和各关节位置的控制带来复杂性。因为焊接过程中往往需要把以空间直角坐标表示的工件上的焊缝位置转换为焊枪端部的空间位置和姿态，再通过机器人逆运动学计算转换为对机器人每个关节角度位置的控制，而这一变换过程的解往往不是唯一的，冗余度愈大，解愈多。如何选取最合适的解对机器人焊接过程中运动的平稳性很重要。不同的机器人控制系统对这一问题的处理方式不尽相同。 一般来讲，具有6个关节的机器人基本上能满足焊枪的位置和空间姿态的控制要求，其中3个自由度(XYZ)用于控制焊枪端部的空间位置，另外3个自由度(ABC)用于控制焊枪的空间姿态。因此，目前的焊接机器人多数为6关节式的。进入21世纪，世界经济结构正在发生重大而深刻的变革，但制造业依然是世界各发达与发展中国家加快经济发展、提高国家综合竞争力的重要途径。 我国是一个制造业大国，尚处于工业化进程之中，在未来相当长的时期里，制造业仍将在国民经济中占主导地位。在新一轮国际产业结构调整中，我国正逐步成为世界最重要的制造业基地之一。 然而目前我国装备制造业的整体水平与发达国家相比尚有较大的差距，尤其是在战争装备技术与竞争核心技术、基础制造装备与成套关键装备制造技术等方面差距更大，这种差距又主要体现在先进装备的自主设计与独立制造能力差，成套与系统集成、优化能力差，技术创新和集成创新能力差。这些差距已经成为制约我国制造业乃至其他行业经济发展的关键瓶颈问题之一。 二、本课题拟解决的问题本人的课题是研究垂直多关节机器人臂部和手部的设计，需要解决的问题主要有：确定机器人的总体型式；传动方案的设计，绘制传动原理图；确定机器人的总体结构，绘制总装图以及选择动力源与零部件的设计计算和校核并绘制零件图；以及末端位姿分析及绘制空间位置图。 三、解决方案及预期效果1.解决方案在机器人设计中驱动主体多为电机，而电机重量又是一个待解决的问题，电机的安装位置及其数量是其直接影响因素。由于本人所设计的机器人搬运重量仅为5KG，故在小臂后端安装两台电机来控制手腕的旋转与摆动。考虑到电机输出转速高，故通过一对圆柱齿轮传动来进行减速，再通过一对圆锥齿轮传动来换向，这样就可以实现手腕的摆动。在实现手腕旋转上我通过电机后紧跟输出轴，直接带动手腕的旋转，这样就要求电机的转速不是很高，因此我选用了SH减速机作为驱动装置。为了解决手爪的加紧与放松工件运动，我使用了螺旋传动来实现手爪的夹紧与放松运动，当电机正转时给杠杆施加一个向上的力来实现放松工件运动，相反，电机反转来实现夹紧工件运动。由于驱动电机的个数与手臂自由度的个数是紧密联系的，因此减少电机的数量不但能减小机械手臂的重量，而且还会简化整个系统的动力学与运动学的分析。因此我仅用了两个电机来实现手腕的旋转与摆动，使结构简单，易于控制。其传动机构采用了一系列的轴和齿轮传动来满足工作要求，组成多自由度机构。驱动装置为直流伺服电机与SH减速机。2.预期效果我可以在规定的时间内保质保量地完成设计任务。我所设计的焊接机器人可以在生产线上实现手部对工件的加紧与放松；小臂的旋转以及腕部的摆动和旋转。其特点是运行平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整，同时提高了生产效率，降低了工人的劳动强度，利于实现生产自动化，符合大批量生产需要。四、课题进度安排3月19日4月1日毕业实习阶段。毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。4月2日4月15日开题阶段。提出总体设计方案及草图，填写开题报告。4月16日5月23日 设计初稿阶段。完成总体设计图、部件图、零件图。5月24日6月7日 中期工作阶段。完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。6月8日6月10日毕业设计预答辩。6月11日6月18日毕业设计整改。图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。6月19日6月21日毕业设计材料评阅。6月22日6月24日毕业答辩。6月25日6月28日材料整理装袋。五、指导教师意见 签名 年 月日六、专业系意见 签名 年 月日七、学院意见 签名 年 月日3. 毕业实习报告 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 张 秋 班 级 BD 机 制 032 学 号 0320110203 指导教师 朱 龙 英 完成日期 2007年4月1日 实 习 报 告 一、概述毕业设计是我们毕业前最重要的一个环节，通过毕业设计可以把我们大学三年多所学到的知识进行一次综合运用，并用其来解决一些生产实际问题。毕业实习则是毕业设计前的一个重要过程，我们在校期间主要是学习理论知识，但对于一些零部件、机床的工作原理等认识还不足，对一些实践性的领域很是缺乏，而毕业实习则弥补了这一缺点，通过到工厂实习，能让我们在观看实物的同时增强对所学知识的进一步了解；通过指导老师的讲解，及通过同工人师傅的交流，使我们对所接触的零部件的加工及到毕业设计的内容和要求有了更深的理解。二、实习过程本次毕业实习主要是在盐城市几家大型企业进行参观学习，主要是高精机床厂江淮动力集团、盐城悦达拖拉机厂、盐城市机床厂等。我们在朱龙英教授的带领下首先参观了高精机床厂，该厂主要从事机床零部件的加工，以及最后的组装。我特别留意了机床零件加工的各个环节，特别是与课题相关的机构设计以及零件的加工生产。其次我们参观了江淮动力集团，该厂主要产品是铸造成型加工，在那里我主要留心了各产品是如何注塑成型的，以及与我毕业设计相关的一些机械的机构设计。在盐城悦达拖拉机厂我看到了与我们课题有一定关联的平衡吊，它采用了铰链四杆机构来自动的抓夹工件，与我所做的课题机械手的设计有很大的相同之处。实习的最后一站是盐城市机床厂，该厂主要从事各种机床的生产加工，在参观实习过程中使我对组合机床的各个零部件有了更直观、更深入的认识，收益颇多。在实习的同时我还收集了一些与毕业设计课题相关的资料。三、 实习内容实习从高精机床厂开始，我们对单缸机车间，曲轴生产车间，多缸车间以及装配等车间进行了参观学习，高精的生产情况十分红火，首先我们参观了单缸机的机体加工车间,在该车间里我们看到了各种各样的组合机床，由于机体是流水线加工的，再加上良好的加工工艺，所以它的生产效率是非常之快。然后依次参观了其他的一些车间，收益不少。接下来我们来到了江动集团，在该厂的精加工二车间我们看到了对箱体类零件进行孔的加工。紧接着我们又参观了悦达拖拉机厂，我们首先到了精加工车间,在这里主要进行的是一些轴类零件的加工。轴类零件是机器中最常见的一类零件,它主要起支承传动件和传递转矩的作用。轴是旋转体零件,主要由内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键及横向孔等组成。轴类零件的结构形式有光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴及凸轮轴等。我们还参观了盐城市机床厂的各主要车间，在该厂我们看到了多种机床的设备。1. 金工车间：C6136A 型普通车床、立式钻床等。2. 机修车间：普通车床 CY6140、卧式镗床T68、立式升降台铣床、摇臂钻床。3. 钣焊车间：升式固定台式压力机、冲床双动薄板冲压液压机、闭式双点压力机、双动薄板冲压液压机等。4. 装配车间：两单柱校正压装液压机、移动式万向摇臂钻床、 液压镗孔车端面头、组合机床。我们还参观了另外几个主要零件加工的过程。在朱老师和工厂技术人员的指导下，了解了其加工工艺过程：（一）小四轮箱体加工过程加工原则：先面后孔，先基准后其它，先粗后精。工序过程如下：铣底面； 打定位孔；加工两侧面及孔；锪孔；钻，镗各轴承孔；精铣两侧面；攻螺纹；精镗各轴承孔；粗铣侧面和底面；精铣 ；加工顶面；锪孔；加工螺纹孔。（二）轮毂加工工艺过程车端面；镗孔；钻四个端面孔，镗中心孔；拉键槽；钻夹紧孔；钻孔。（三）齿轮箱体端面盖加工工艺过程铣端面；转盘铣削；钻加工孔；铣侧面。要求一次装夹同时加工多面以保证配合良好。通过对以上企业的参观实习使我对一些零件的制造及生产流水线有了一定的初步认识和了解，对一些重型设备的搬运有了一定的认识，车间生产需要一批专用机器设备来进行零件的加工以及设备的搬运，这也是我此次毕业设计的课题，垂直多关节机器人对工件的装夹及搬运。四、分析在江动集团参观时我们着重参观了他们的一个加工曲轴的工艺过程，这种曲轴用于单缸发动机中。 曲轴在发动机中用来承受与活塞连接的连杆传来的力，并将活塞的往复运动变为曲轴的回转运动，而曲轴在压缩机中是将原动机的回转运动变为活塞的往复运动。它在工作中承受扭转和交变弯曲应力，其制造质量会直接影响到整台机器的工作精度和寿命，严重时甚至会产生断裂事故。因此，从毛坯、各个机械加工工序到热处理都要严格保证质量，并需经探伤检查内部缺陷。其主要技术指标如下：主轴颈和连杆轴颈的尺寸为IT6级精度，圆度和母线间的平行度小于0.015mm,表面粗糙度为Ra0.40.2m。轴颈与曲轴连接处的过渡圆角的粗糙度小于Ra0.4m,以防应力集中,精加工后的每根曲轴均应经过静平衡,达到要求的平衡精度。 485型柴油机曲轴，其结构特点是：形状复杂（有曲拐）、刚性差，技术要求高。 曲轴有曲拐、刚度差，在夹紧力、切削力、自重和切削热的作用下会产生严重的扭转变形和弯曲变形。所以在整个加工过程中，特别是粗加工时，机床、夹具等要有较高的刚度。采用具有两边传动或中间传动的高刚度机床进行加工或用中间托架来增强刚度，以减少扭转、弯曲变形及振动。在加工中尽量使切削力的作用互相抵消，如车主轴颈时，可用前、后刀架同时横向进给，并在可能发生变形的工序后面设校直工序。 在加工连杆轴颈时，应配备能迅速找正待加工连杆轴颈位置的偏心夹具，此时，连杆轴颈与机床主轴轴线重合，为了消除加工时不平衡现象的发生，应加平衡重。对不平衡重较明显者，曲轴不应旋转，而应由刀具旋转，以避免由于切削而产生的不平衡。此外，常在曲柄臂上铣出两个工艺平面作为辅助精基准，以确立曲轴的角度位置。 曲轴的技术要求高，形状复杂和加工面多，故其工艺路线较长，且磨削工序占较大的比例。因此，要尽量提高各工序的生产率，并使工艺过程实现自动化。曲轴的机械加工工艺过程随生产纲领的不同和曲轴的复杂程度而有很大差别。在大量生产中，采用以专用的高生产率设备为主的流水线或自动线；在成批生产中，采用以通用设备为主，辅以部分专用高生产率设备组成的流水线。 定位基准的选择 粗基准的选择 首选工序是铣曲轴两端面和钻中心孔。它是主轴颈加工的精基准。首道工序以两端主轴颈外圆作粗基准，以保证中心孔钻在主轴颈毛坯外圆的轴线上；轴向选中间主轴颈两侧的曲柄臂斜面为粗基准，以保证曲轴加工时径向和轴向余量的均匀。 精加工的选择 加工主轴颈时，以中心孔为精基准，有时也用两端主轴颈和中间主轴颈作为精基准。加工连杆轴颈时，用磨过的最远两个主轴颈和工艺平面作为精基准，以保证连杆轴颈的半径尺寸精度和对主轴颈的平行度及角度要求。各轴颈的轴向定位基准，采用主轴颈的一个端面，也有用中心孔作为轴向定位基准的。五、 实习感想两个星期的毕业实习过去了，这次实习和大三下学期的那次有很大的区别，主要是我们又通过了半年时间的学习，理论上的学习较为系统全面，如今就业协议也已经签了，真的想通过实践联系已学知识去真正弄懂些实际问题，是带着问题去学习，有的放矢，收获也不少。我在江动集团整个实习过程中收集了些有关毕业设计机械手臂的资料,为今后一段时间的毕业设计提供了许多启示。在其中的一个焊接车间我看到了该公司采用沈阳新松机器人自动化股份有限公司生产的RH6-A弧焊机器人进行焊接作业。RH6-A弧焊机器人属于6自由度垂直关节型通用工业人, 自重130公斤，最大工作负荷6公斤,重复定位精度0.08，并采用典型平行四连杆机构设计，可以方便地吊装、臂装等方式。在传动中，RH6-A弧焊机器人采用高精度、高刚性的小型RV减速机和新型高精度谐波减速器，具有工作空间大,运动高速、平稳、灵活、低噪声的特点主要运用于大型零件的焊接。总之，实习的时间是有限的，在有限的时间内的确了解了一些基本的制造知识，但我也深深知道在以后的工作中还会不断有新的更为复杂的问题出现，更需今后不断努力与学习！ 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007垂直多关节机器人臂部和手部设计垂直多关节机器人臂部和手部设计摘要摘要:由于关节型机器人具有传动原理简单、结构凑紧、所占空间体积小、相对的工作空间大，还能绕过基座周围的一些障碍物等特点。综合以上几点考虑，以及为了提高生产效率和降低劳动强度，满足特定的工作要求，课题设计的机器人为垂直多关节机器人，采用了直流伺服电机驱动，通过一系列的轴和齿轮传动顺利实现了腕部的旋转与摆动，手爪的自动抓取与放松工件运动。为了使整个机构结构紧凑，合理布置了电动机、轴和齿轮，设计了齿轮和轴的结构，并进行了强度校核计算。由于驱动电机的个数与手臂自由度的个数是紧密联系的，因此减少电机的数量不但能减小机械手臂的重量，而且还会简化整个系统的动力学与运动学的分析。传动中采用了软轴、波纹管联轴器、传动轴和两对齿轮传动。在选材方面,为了使机器人重量较轻,以及腕部能够灵活的运动,故选取轻型材料,我所设计的机器人的材料为铸造铝合金中的铝铜合金。该机器人手臂具有刚性好、传动精度高、重量轻的特点。设计中大多采用了标准件和常用件，降低了设计和制造的成本。关键词关键词: :垂直多关节机器人；伺服电机；齿轮传动；手臂The Design of arm and hands for Vertical multi-joint robot 盐城工学院本科生毕业设计说明书 20071Abstract:As the joint coordinates robot with a simple principle, the structure together tight, has the small space, compared to the work of a large space, can bypass obstacles around the base some characteristics. As the above considerations, and in order to improve production efficiency and reduce labor intensity, to meet specific work requirements, This designed robot is vertical multi-joint robot , using a DC servo motor, Through a series of shafts and gears realizated wrist rotation and swinging, and the movement of Auto-Hand crawls and relax. In order to make the entire structure is compact, rational layout the motor shaft and the gear , design the structure of the gear and shaft, and the strength verification. Due to the number of motor-driven and the number of degrees of freedom of arms are closely linked, thus reducing the number of motor not only reduce the weight of the arm, but also it will simplify the analysis of the whole system dynamics and kinematics. The transmission of the design has used the flexible shaft, bellows couplings, wrist and two pairs of gear drive. In the choice of material, in order to make the robot weight lighter and the wrist can movements Agile. so selection of light materials, I have designed materials of robot is aluminum-copper alloy of cast aluminum alloy . This robots arm has superity of good rigidity, precise transmission and weight lighter. So the design mostly used the standard parts and common parts, reduced the cost of the design and the production. Key words: Vertical multi-joint robot；servo motor ；transmission of gears ；arm垂直多关节机器人臂部和手部设计2目目 录录1 前言.11.1 课题来源.11.2 技术要求及预期效果.11.3 本课题要解决的主要问题及设计总体思路.11.4 国内外研究现状及发展状况.11.4.1 研究现状.11.4.2 发展趋势.22 总体方案设计.42.1 机械结构类型的确定.42.2 传动方案的确定.42.3 工作空间的确定.52.4 手腕结构的确定.52.5 驱动装置的选择.62.5.1 机器人驱动方案的分析和选择.62.5.2 手腕电机的选择.72.5.3 传动比的确定及分配.83 齿轮的设计.93.1 齿轮强度的设计与校核.93.1.1 第一级圆柱齿轮传动设计.93.1.2 第二级圆锥齿轮传动设计.124 轴的设计.154.1 转腕传动轴的选择.154.2 摆腕传动轴的设计.154.2.1 圆柱齿轮轴的设计.154.2.2 轴的强度校核.164.2.3 圆锥齿轮轴的设计.204.2.4 手腕连接轴的设计.214.2.5 大臂小臂连接轴的设计.225 轴承的设计.235.1 轴承的选择.235.2 轴承的寿命计算.236 其它零部件的选用.256.1 键连接的选用.256.2 壳体的设计.256.3 机器人手臂材料的选择.256.4 机器人臂部连接件的选用.257 关节型机器人的位姿分析.278 结论.31参 考 文 献.32致谢.33附 录.34盐城工学院本科生毕业设计说明书 200731 前前言言 1.1 课题来源本课题设计的是垂直多关节型机器人臂部与手部的设计，主要是臂部和腕部的结构设计及其零件设计。此课题来源于生产实际，是针对目前手工电弧焊接效率低，操作环境差，而且对操作员技术熟练程度要求高，因此采用机器人技术，可以实现焊接生产操作的柔性自动化，提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程的自动化和改善劳动条件。1.2 技术要求及预期效果根据设计要达到以下要求：a. 最大搬运重量：5kg；b. 最大工作范围：850mm；c. 标准周期：0.59sec； d. 重复定位精度：mm；1 . 0e. 生产纲领：大批大量。此次设计的垂直多关节机器人可以实现大臂小臂的旋转,手腕的旋转与摆动以及手爪的自动抓取与放松工件运动。此装置应用在焊接生产线上将大大提高生产效率和加工质量，降低了工人的劳动强度，能够带来可观的经济效益。1.3 本课题要解决的主要问题及设计总体思路 本课题要解决的问题有以下三个：a. 手腕处于手臂末端，需减轻手臂的载荷，力求手腕部的结构紧凑，减少重量和体积；b. 提高手腕动作的精确性；c. 三个自由度的实现。 针对上述问题有了以下设计思路：a.对于分离传动采用传动轴。b. 腕部机构的驱动装置采用分离传动，将 2 个驱动器安置在小臂的后端。c. 驱动电机 1 经联轴器与传动轴来驱动小臂壳体的回转运动。驱动电机 2 经传动轴驱动一对圆柱齿轮和一对圆锥齿轮传动来带动手腕作偏摆运动。d.手部的驱动电机安装在手腕内部，以此来减轻手部的重量，让手爪能够作灵活的运动，此传动装置采用螺旋传动来带动手爪的抓取与放松工件运动。1.4 国内外研究现状及发展状况1.4.11.4.1 研究现状研究现状1自上世纪 90 年代以来，随着计算机技术、微电子技术和网络技术的迅猛发展，机器人技术也得到了飞速发展。原本用于生产制造的工业机器人水平不断提高，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。机器人的各种功能被相继开垂直多关节机器人臂部和手部设计4发并得到不断增强，机器人的种类不断增多，机器人的应用领域也从最初的工业控制拓展到各行各业，从军事到民用，从天上到地下，从工业到农业、林、牧、渔，从科研探索到医疗卫生行业，从生产领域到娱乐服务行业，甚至还进入寻常百姓家。工业机器人的结构形式很多，常用的有直角坐标式、柱面坐标式、球面坐标式、多关节坐标式、伸缩式、爬行式等等，根据不同的用途还在不断发展之中。焊接机器人根据不同的应用场合可采取不同的结构形式，但目前用得最多的是模仿人的手臂功能的多关节式的机器人，这是因为多关节式机器人的手臂灵活性最大，可以使焊枪的空间位置和姿态调至任意状态，以满足焊接需要。理论上讲，机器人的关节愈多，自由度也愈多，关节冗余度愈大，灵活性愈好；但同时也给机器人逆运动学的坐标变换和各关节位置的控制带来复杂性。因为焊接过程中往往需要把以空间直角坐标表示的工件上的焊缝位置转换为焊枪端部的空间位置和姿态，再通过机器人逆运动学计算转换为对机器人每个关节角度位置的控制，而这一变换过程的解往往不是唯一的，冗余度愈大，解愈多。如何选取最合适的解对机器人焊接过程中运动的平稳性很重要。不同的机器人控制系统对这一问题的处理方式不尽相同。 一般来讲，具有 6 个关节的机器人基本上能满足焊枪的位置和空间姿态的控制要求，其中 3 个自由度(XYZ)用于控制焊枪端部的空间位置，另外 3 个自由度(ABC)用于控制焊枪的空间姿态。因此，目前的焊接机器人多数为 6 关节式的。进入 21 世纪，世界经济结构正在发生重大而深刻的变革，但制造业依然是世界各发达与发展中国家加快经济发展、提高国家综合竞争力的重要途径。 我国是一个制造业大国，尚处于工业化进程之中，在未来相当长的时期里，制造业仍将在国民经济中占主导地位。在新一轮国际产业结构调整中，我国正逐步成为世界最重要的制造业基地之一。 然而目前我国装备制造业的整体水平与发达国家相比尚有较大的差距，尤其是在战略必争装备技术与竞争前核心技术、基础制造装备与成套关键装备制造技术等方面差距更大，这种差距又主要体现在先进装备的自主设计与独立制造能力差，成套与系统集成、优化能力差，技术创新和集成创新能力差。这些差距已经成为制约我国制造业乃至其他行业经济发展的关键瓶颈问题之一。1.4.21.4.2 发展趋势发展趋势 2工业机器人技术发展与应用水乳交融。在第一代工业机器人普及的基础上，第二代已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人已占有一定比重。以应用为龙头拉动工业机器人技术的发展，其重点发展领域与技术特点体现在下述方面：A机械结构 a. 以关节型为主流，80 年代发明的适用于装配作业的平面关节型机器人约占总量的 l3(目前世界工业机器人总数约为 750000 台)，90 年代初开发的适用于窄小空间、快节奏、360 度全工作空间范围的垂直关节型机器人大量用于焊接和上、下料。盐城工学院本科生毕业设计说明书 20075 b. 应 3K(炼钢、炼铁、铸锻)行业和汽车、建筑、桥梁等行业需求，超大型机器人应运而生。如焊接数十米长、l0 吨以上大构件的弧焊机器人群；采取蚂蚁啃骨头的协作机构。c. 己普遍采用 CAD、CAE 等技术用于设计、仿真与制造中。B. 控制技术a. 大多数采用 32 位 CPU，控制轴多达 27 轴，NC 技术和离线编程技术大量采用。b. 协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制，正逐步实现多智能体的协调控制。 c. 基于 PC 的开放式结构控制系统由于成本低并具有标准现场网络功能，己成为一股潮流。C. 驱动技术上世纪.80 年代发展起来的 AC 伺服驱动已成为主流驱动技术用于工业机器人中。日本 23 家机器人公司于 1998 年生产的 167 种型号机器人产品，其中采用 AC伺服驱动的有 156 种，占 93.4。直接驱动技术则广泛用于装配机器人中。新一代的伺服电机与基于微处理器的智能伺服控制器相结合，已由日本 FANUC 公司开发并用于工业机器人中；在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。D. 智能化的传感器多有应用在上述 167 种机型中，装有视觉传感器的有 94 种，占 56.3，不少机器人装有两种传感器，有些机器人留下了多种传感器接口。E. 高速、高精度、多功能化目前所知最快的装配机器人最大合成速度为 16.5m/s;高精度机器人的位置重复性为正负 0.01mm.有一种大直角坐标搬运机器人，其最大合成速度达 80m/s;而另一种并联机构的 NC 机器人，其位置重复性达 l um。90 年代末的机器人一般都具有两、三种功能。最近瑞典 Neos 公司开发出一种高精度、高可靠性的可切割、钻孔、铣削、磨削、装配、搬运的多功能机器人，用于多家著名汽车厂和飞机公司。F. 集成化与系统化1998 年 ABB 公司推出 IRbl400 系列小机器人，其循环时间只有 0.4s，控制器包括软件、高压电、驱动器、用户接口等皆集成于一柜，只有洗衣机变换器那样大小。FANUC 公司 2000 年 9 月宣称它的控制器为世界最小。工业机器人的应用从单机、单元向系统发展。多达百台以上的机器人群与微机及周边智能设备和操作人员形成一个大群体(多智能体)。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品联接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。垂直多关节机器人臂部和手部设计62 总体方案设计2.1 机械结构类型的确定为实现总体机构在空间位置提供的 6 个自由度，可以有不同的运动组合，根据本课题的要求现可以将其设计成关节型机器人。关节型又称回转坐标型，这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个关节都是回转关节，这种机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂间形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂作回转运动和使大臂作俯仰摆动，小臂作俯仰摆动。其特点是工作空间范围大，动作灵活，通用性强、能抓取近距离的物体，工艺操作精度高。2.2 传动方案的确定 图 2-1 是机器人小臂与腕部机械传动系统的简图。机械传动系统共有 4 个齿轮，为了实现在同一平面改变传递方向 90,有 2 个齿轮为圆锥齿轮,有利于简化系统运动方程式的结构形式。如果采用蜗轮蜗杆结构,则必然以空间交叉方式变向,就不利于简化系统运动方程式的结构形式。其中有 2 个齿轮为直齿圆柱齿轮，用于减速。小臂的结构形式是由内部铝制的整体铸件骨架与外表面很薄的铝板壳相互胶接而成。关节 4 电机安装在小臂后面用于带动传动轴与齿轮的旋转来实现手腕的摆动；关节5 电机也安装在小臂后面，其后紧跟传动轴用于实现手腕的旋转；关节 6 电机安装在手腕里，用螺旋传动来实现手爪的夹紧与放松运动，当电机正转时给杠杆施加一个向上的力来实现放松工件运动，相反，电机反转来实现夹紧工件运动。图 2-1 小臂腕部传动原理图盐城工学院本科生毕业设计说明书 200772.3 工作空间的确定 工作空间是机器人学中一个重要的研究领域。但在实际应用中，可以简化这一问题，把工作空间看作是机器人操作机正常运行时，手腕参考点（如定位机构的轴线正交，取交点为参考点）在空间的活动范围，或者说该点可达位置在空间所占有的体积。根据关节型机器人的结构确定工作空间，工作空间是指机器人正常工作运行时，手腕参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的主要技术参数。图 2-2 机器人的工作空间位置图2.4 手腕结构的确定 3手腕是操作机的小臂（上臂）和末端执行器（手爪）之间的联接部件。其功用是利用自身的活动度确定被末端执行器夹持物体的空间姿态，也可以说是确定末端执行器的姿态。故手腕也称作机器人的姿态机构。对一般商用机器人，末杆（即与末端执行器相联接的杆）都有独立驱动的自转功能，若该杆再能在空间取任意方位，那么与之相联的末端执行器就可在空间取任意姿态，即达到完全灵活的境地。对于任一杆件的姿态（即方向） ，可用两个方位角确定，如图 2-3 所示。垂直多关节机器人臂部和手部设计8图 2-3 末杆姿态示意图 -大臂-小臂-末杆 在图 2-3 中末杆 Ln 的图示姿态可以看作是由处于方向的原始位置先绕oX在平面内转角，然后再向上转角得到的。可见是由两角决定了末oZoooYOX杆的方向（姿态） 。从理论上讲，如果，则末杆在空间取003600003600任意方向。如果末杆的自转角（即）也满足，就说该操作机具有n003600最大的灵活度，即可自任意方向抓取物体并可把抓取的物体在空间摆成任意姿态。为了定量的说明操作机抓取和摆放物体的灵活程度，定义组合灵度（dex)为： 000%360360360dexXXXXXX (2-1)上式取加的形式但一般不进行加法运算，因为分开更能表示机构的特点。腕结构最重要的评价指标就是 dex 值。若为三个百分之百，该手腕就是最灵活的手腕。一般说来、的最大值取，而值可取的更大一些，如果拧螺钉，0360最好无上限。 腕结构是操作机中最为复杂的结构，而且因传动系统互相干扰，更增加了腕结构的设计难度。腕部的结构设计要求是：重量轻，dex 的组合值必须满足工作要求并留有一定的裕量（约 5%-10%） ，传动系统结构简单并有利于小臂对整机的静力平衡。2.5 驱动装置的选择2.5.12.5.1 机器人驱动方案的分析和选择机器人驱动方案的分析和选择 4通常的机器人驱动方式有以下三种：a. 电动驱动电动驱动器是目前使用最广泛的驱动器。它的能源简单，速度变化范围大，效率高，但它们多与减速装置相连，直接驱动比较困难。电动驱动器又分为直流（DC）、交流（AC）伺服电机驱动。后者多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度小功率机器人系统。直流伺服电机有很多优点，但它的电刷易磨损，且易形成火花。随着技术的进步，近年来交流伺服电机正逐渐取代直流伺服电机而成为机器人的主要驱动器。b. 液压驱动器液压驱动的主要优点是功率大，结构简单，可省去减速装置，能直接与被驱动的杆件相连，响应快，伺服驱动具有较高的精度，但需要增设液压源，而且易产生液体泄露，故液压驱动目前多用于特大功率的机器人系统。c. 气动驱动器气动驱动器的能源，结构都比较简单，但与液压驱动器相比，同体积条件下功率较小（因压力低），而且速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制系统 。盐城工学院本科生毕业设计说明书 20079通过比较以上三种驱动方式，因此本课题的机器人将采用电动驱动器中的直流伺服电动机与步进电动机。因为直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动力矩，相对功率大及快速响应等特点，并且控制技术成熟。其安装维修方便，成本低。而交流伺服电机结构简单，运行可靠，使用维修方便，与步进电机相比价格要贵一些。2.5.22.5.2 手腕电机的选择手腕电机的选择 5a. 摆腕电机的选择手腕的最大负荷重量初估腕部的重量，最大运动速度15mkgkgm32V=2m/s，则功率8 10 2160;PFVmgVW 取安全系数为 1.2，1.21.2 160192;PPW考虑到传动损失和摩擦，最终的电机功率200;pW额又因为标准周期 T=0.59sec，即；min/10059. 060rn则所需电机的输入转速为；min/100010100100rin所以选取宽调速永磁直流伺服电动机其技术参数见表 2-1。表 2-1 SZYX82 宽调速永磁直流伺服电机技术参数规格型号额定功率额定转矩额定电压SZYX820.2KW1.35N.M48V最高电流最高转速允许转速差10%转动惯量5.4A1500r/min150292kg.cm.s2该电机具有精度高，响应快，调速范围宽，加速度大，力矩波动小，线性度好，过载能力强等特点。b. 转腕及腕部内电机的选择根据设计要求转腕部分的电机后紧跟输出轴和联轴器，直接带动手腕旋转，故在此应选择转速较低的型号电机，又由于要求手腕的重量较轻，便于灵活的实现运动，因此要求腕部内电机较小，故选 SH 直流伺服电动机型，其安装尺寸为42mm，电机重量仅为 0.35Kg，可容许速度范围为 0 250r/min，详细参数见表 2-2。表 2-2.SH 直流伺服电机技术参数单转轴保持转矩转动惯量额定电流电压线圈电阻PK243A1-SG7.21.2N.M35x10kgm72.4A12V5基本步距角减速比容许转矩容许速度范围电机重量0.251:7.20.8N.M0-250r/min0.35kg电枢电阻：Rs=0.5(Un/In-Pn/In) ，求得：Pn=13.8W。310取 P=15W, T=9550P/n。求得 n=119.4 r/min 。2 . 1/101595503垂直多关节机器人臂部和手部设计102.5.32.5.3 传动比的确定及分配传动比的确定及分配a. 传动比的确定由电动机的转速可知所需的总传动比为 i=10。b. 传动比的分配传动比分配时要充分考虑到各级传动的合理性，以及齿轮的结构尺寸，要做到结构合理。因此摆腕传动比分配为：摆腕总的传动比10，该传动为两级传动，i总第一级传动为圆柱齿轮传动，传动比 2，第二级传动为圆锥齿轮传动，传动比1i。25i 3 齿轮的设计3.1 齿轮强度的设计与校核 63.1.13.1.1 第一级圆柱齿轮传动第一级圆柱齿轮传动设计设计齿轮材料采用 45 号钢，锻造毛坯，小齿轮调质处理，表面硬度为 210HBS；大齿轮正火处理后齿面硬度为 180HBS，因载荷平稳，齿轮速度不高，初选齿轮精度等级为 7 级。取。40202,2021zz则a. 设计准则先按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。b. 按齿面接触疲劳强度设计齿面接触疲劳强度条件的设计表达式 盐城工学院本科生毕业设计说明书 200711 (3-1)3132. 2121uuKTZddHEt式中，-载荷系数,取；tK3 . 1tK-齿宽系数，取，；d8 . 0d2u-材料系数，取。EZaEMPZ8 .189小齿轮传递扭矩 (3-2)mmNnPT12401500/2 . 01055. 91055. 9661大小齿轮的接触疲劳强度极根应力为： ；MPaH5801limMPaH5602lim选择材料的接触疲劳极根应力为： ；MPaF2301limMPaF2102lim应力循环次数 N 由下列公式计算可得 （3-hjlnN11603）168300150060 91045. 3则 99121073. 121045.43uNN接触疲劳寿命系数,；1 . 11NHK02. 12NHK弯曲疲劳寿命系数；121NNYY接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数。 1minHS5 . 1minFS许用接触应力和许用弯曲应力：垂直多关节机器人臂部和手部设计121lim11min2lim22min1lim111min2lim222min5801.163815601.025921230 213071.5210 212801.5HHNHHHNHFSTFNFFSTFNFZMPaSZMPaSYYMPaMPaSYYMPaMPaS将有关值代入（3-1）得：213122312.321189.81.3 12402 12.32591.60.8242tEtHdK TZudummmm 计算圆周速度: smndvt/3 . 3100060150042100060111计算载荷系数:动载荷系数 Kv=1.0；使用系数；动载荷分布不均匀系数1AK；齿间载荷分配系数，则。02. 1K1Ka03. 10 . 102. 10 . 101. 1KaKvKKKAH修正 ； mmKKddtHt383 . 103. 13 .413311 ；mmmmzdm9 . 1203811取标准模数。 mmm2c. 计算基本尺寸mmdbmmzzmammmzdmmmzdd32408 . 06028040280402402021212211取 132bmmmmb222d. 校核齿根弯曲疲劳强度齿形系数，取，校核两齿轮的弯曲强度1 . 41FSY8 . 32FSY7 . 0Y盐城工学院本科生毕业设计说明书 200713 （3-YYmzKTFSdF13211124） MPa7 . 01 . 42208 . 0159203. 1232=3.7MPaaa 垂直多关节机器人臂部和手部设计22其它轴用相同方法计算，结果都满足要求。4.2.34.2.3 圆锥齿轮轴的设计圆锥齿轮轴的设计由于此轴传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求，故选常用材料 45钢，调质处理。a. 初估轴径， C=106117,取 C=106根据电动机的转速和额定功率可知与圆柱齿轮轴相啮合的大齿轮的转速为201500750 /min40nr则根据公式 4-1 可得： 3minPdCn 30.2106750 =6.8mmb. 各段轴径的确定初估轴径后，就可按轴上零件的安装顺序，从 dmin处开始逐段确定直径。轴段1 为外螺纹部分此段螺纹用于安装挡板与螺栓，以便于对齿轮作轴向固定故取，轴段 2 安装齿轮，根据齿轮的几何尺寸故取并在此段轴上mmd121mmd202开设键槽以便于对轴上齿轮作周向固定。轴段 3 作为轴肩，对轴段 2 处安装的齿轮作轴向固定，故取轴段 4,6 处安装轴承，根据要求选用 7205 型号的轴承，mmd243根据轴承型号与轴径的大小同时选择故确定轴段 4 和轴段 6 的直径为。轴段 5 处用于安装套筒以便对轴上安装的轴承进行轴向固定故取mmdd2564。轴段 7 用作轴肩以此来用于对轴承作轴向固定故取。轴段mmd235mmd3278 处为锥齿轮部分，根据以上的设计计算可知此处轴径。mmd408c. 各轴段长度的确定轴段1上装M12的螺栓和挡板，故取。轴段2处装齿轮，其长度与齿轮mml201的宽度相同，故取。轴段3处利用轴肩作轴向固定，取。轴段4mml322mml213与轴段6处装轴承，取，。轴段5处装套筒，其长度为套筒的长mml164mml236度，故取。轴段7处作轴肩，取。轴段8处为锥齿轮部分，其长mml305mml77度。为保证轴承7205内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册推荐，mml1078取轴肩圆角半径为0.6mm。为方便加工，其它轴肩圆角半径均取1mm。盐城工学院本科生毕业设计说明书 200723图 4-3 圆锥齿轮轴的结构设计草图4.2.44.2.4 手腕连接轴的设计手腕连接轴的设计由于此轴传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求，故选常用材料 45钢，调质处理。a. 初估轴径，C=106117,取 C=106根据电动机的转速和额定功率可知与手腕箱体连接轴的转速为20201500150 /min40100nr则根据公式 4-1 可得： 3minPdCn 10631502 . 0=11.6mmb. 各段轴径的确定初估轴径后，就可按轴上零件的安装顺序，从 dmin处开始逐段确定直径。轴段1 为外螺纹部分此段螺纹用于安装挡板与螺栓，以便于作轴向固定故取，112dmm取轴段 2 处，并在此处开设键槽用来传递扭矩其尺寸为。轴段 3 处220dmm6 22安装轴承，根据要求选用 7205 型号的轴承，并在轴的另一段安装大锥齿轮，也在此处开设键槽用来传递扭矩其尺寸为，根据轴承型号与轴径的大小同时选择6 28故取。轴段 4 用作轴肩以此来用于对大锥齿轮作轴向固定故取。325dmm430dmm轴段 5 处用来安装 7205 轴承,轴承内径与轴径的大小取同一尺寸，故取。525dmmc. 各轴段长度的确定轴段1上装M12的螺栓和挡板，故取。轴段2处装键槽，用于传递扭矩，120lmm其键槽尺寸为，其长度取。轴段3处装轴承与大锥齿轮，中间用套6 22224lmm筒对其轴向固定，对大锥齿轮进行周向固定的键取尺寸为，故取。6 22361lmm轴段4处利用轴肩作轴向固定，取。由于轴承应成对使用，所以轴段5处装45lmm轴承，其类型代号与轴段3处一样，因此故取。517lmm图 4-4 手腕连接轴的结构设计草图垂直多关节机器人臂部和手部设计244.2.54.2.5 大臂小臂连接轴的设计大臂小臂连接轴的设计由于此轴传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求，故选常用材料 45钢，调质处理。a. 初估轴径， c=106117,取 c=106 则根据公式 4-1 得 3minnPcd 35 .37087. 0106=14.03mmb. 各段轴径的确定 初估轴径后，就可按轴上零件的安装顺序，从 dmin处开始逐段确定直径。轴段1 处要安装压板和齿轮用来固定此轴.故。轴段 2 处与 4 处安装 7208 类mmd251型轴承,其轴径大小应与轴承内径大小一致,故取,。轴段 3 处mmd402mmd404取。mmd463c.各轴段长度的确定各轴段长度主要根据轴上零件的毂长或轴上零件配合部分的长度确定。另一些轴段长度，除与轴上零件有关外，还与箱体及轴承盖等零件有关。轴段 1 处要安装压板和齿轮用来固定此轴，因此此段轴的长度应取长些，故取。轴段 2mml1631的长度与轴承有关,取。轴段 3 处的选取长度为。轴段 4 的长mml222mml1373度与轴段 2 处一样,取。mml224图 4-5 大臂小臂连接轴的结构设计草图盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007255 轴承的设计 95.1 轴承的选择轴承是支承轴或轴上回转体的部件。根据工作时接触面间的摩擦性质，分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，相对于滑动轴承，滚动轴承具有摩擦阻力小，效率高，起动容易，润滑简便等优点。因此我在做本课题设计时所选用的轴承全为滚动轴承。轴承的内外圈和滚动体，一般是用轴承铬钢（如 GCr GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到 6065HRC。保持架有冲压的和实体的两种结构。冲压保持架一般用低碳钢板冲压制成,它与滚动体间有较大间隙,工作时噪声大；实体保持架常用铜合金，铝合金或酚醛树脂等高分子材料制成，有较好的隔离和定心作用,又因为实体保持架比冲压保持架允许更高的转速。所以本课题选用的保持架为实体的。从受载荷方面来考虑，我所设计的机器人承受载荷力不大，且适用在振动与冲击不大的场合；而且球轴承比滚子轴承有较高的极限转速和旋转精度；再从经济性方面考虑球轴承比滚子轴承便宜。综合以上因素，所以选取 7205C 系列的角接触球轴承。5.2 轴承的寿命计算圆柱齿轮轴的轴承寿命计算：经查表可知：载荷系数=1.2 ，温度系数径，基本额定动载荷pf1tf，基本额定静载荷。KNCr5 .16NCor1050由以上计算可知：径向力，。119.38rFN29.57rFN派生轴向力 （5-110.43 19.388.33srFeFN1） 220.43 9.574.12SrFeFN 11228.334.12asasFFNFFN 222212128.334.129.3aaaaFFFFN计算并确定 e 值，oraCF9.30.051050aorFC根据0.05，查表可得 e=0.4。oraCF计算当量动负荷垂直多关节机器人臂部和手部设计26118.330.42919.38arFeF224.120.4319.57arFeF查表可得：径向载荷系数 X=0.44,轴向载荷系数 Y=1.4。 (5-2)1110.44 19.38 1.4 39.7864.22rpXFYFN （5-2220.44 9.57 1.4 39.7859.91rpXFYFN3）取164.22ppN计算轴承寿命 （5-3322.642 . 12500115001666716667PfCfnLpth4） =3413.8h根据以上计算可知，其余几跟轴上的轴承也完全满足工作要求。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007276 其它零部件的选用6.1 键连接的选用 键连接分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。由于平键的两侧面是工作面，工作时靠键与键槽侧面间的挤压来传递转矩。键的上表面与轮毂间留有间隙，因此，平键连接定心性好，结构简单装拆方便，所以本次设计我选用的是平键连接中的圆头平键。键连接的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键连接的类型可根据连接的结构特点使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸为截面尺寸 b、h 和长度 L。b、h 可根据轴径 d 由标准中查取；长度 L 可参照轮毂长度从标准中选取，一般取 L=B-(5-10)mm， B=(1.5-2)d。经以上设计可知此段轴径 d20mm，即B=(1.5-2)d =1.8 20=36mmL=B-(5-10)=36-8=28mm经查表可知 b=6 mm。6.2 壳体的设计小臂和手腕的外壳是支承整个传动系统的框架，采用铸铝材料，质量轻，刚度大，小臂的外框结构的厚度为6mm、盖子厚度为6 mm、电机后盖厚度为6mm。手腕的外框结构厚度为3mm,机器人手爪为铸造铝合金。其他部分的具体尺寸由结构定，详见装配图。6.3 机器人手臂材料的选择 10机器人手臂的材料应根据手臂的工作状况来选择。根据设计要求，机器人手臂要完成各种运动。因此对材料的一个要求是作为运动部件，它应是轻型材料。而另一方面，手臂在运动过程中往往会产生振动，这将大大降低它的运动精度。因此在选择材料时，需要对质量，刚度，阻尼进行综合考虑，以便有效地提高手臂的动态性能。机器人手臂材料应先是结构材料。手臂承受载荷时，不应有变形和断裂。从力学角度看，即要有一定的强度。手臂材料应选择高强度材料，如钢，铸铁，合金钢等。机器人手臂是运动的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比较轻。综合而言，应该优先选择强度大而密度小的材料做手臂。其中，非金属材料有尼龙6，聚乙烯（PEH）和碳素纤维等；金属材料以轻合金（特别是铝合金）为主。所以我所设计的机器人手臂的材料选择为铸造铝合金中的铝铜合金。垂直多关节机器人臂部和手部设计286.4 机器人臂部连接件的选用 11本设计中采用两种不同型号的波纹管联轴器：小臂部分采用DIN6885型号，手腕部分选用BL-12-02.5型号。柔性联轴器的特点是圆周方向刚度大而轴向弯曲方向柔度较大，既能起到可靠的传动又适合调整和补偿轴之间的偏差。图6-1 波纹管联轴器盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007297 关节型机器人的位姿分析 12关节型机器人实质上是依靠各关节坐标值的改变来运行的。例如以示教再现方式工作的机器人的关节在每个位置的转角值是预先记录好的。当机器人末端手部执行工作任务时,控制器依次给出记录好的各关节转角数据,使机器人末端手部按照预定的位置有序运动,实现给定位姿来完成工作。 从机构学的角度来看,关节型机器人的机械本体实际上是一个由转动和移动关节连接起来的开链式连杆系统,每个独立驱动的关节决定着机器人的一个自由度。为了便于描述这些连杆之间的相互关系,在每一连杆关节上设立一个坐标系,利用齐次变换就可以方便地描述这些坐标系间的相对位置和姿态。由于我在设计中只用了转动关节,所以只讨论转动关节的情况。描述一个连杆与下一个连杆间相对关系的齐次矩阵通常记为 A A 。A A 矩阵描述连杆坐标系间相对平移和旋转的齐次变换。如果表示第一个连杆对于基系0 0的位1A置和姿态，表示第二个连杆相对于第一个连杆的位置和姿态,那么第二个连杆在2A基系0 0的位置和姿态可由下列矩阵的乘积给出= (7-1)2T21AA一般 T T 加相应前置或后置上下标的公式来表示两个或两个以上 A 矩阵的乘积。同理,若表示第三个连杆相对于第二个连杆的位置和姿态,则有3A= (7-2) 3T321AAA称这些 A A 矩阵的乘积为 T T 矩阵,其前置上标若为 0 (既以基坐标系0 0为参照),则可略去不写。于是,一个 6 关节(6 自由度)机器人从手部到基系0 0的总齐次变换矩阵 T 为= (7-3)6T65321AAAAAA4可以将上述 6 关节系统扩展为具有 n 个关节自由度的系统,其杆件0,1,i,n(共 n+1 个)通过关节 1,2,i,n(共 n 个)相连接。n 个关节机器人从手部到基系的总齐次变换矩阵 T T 为 (7-4) 123nnTA A AAa.末杆位姿分析 图 7-1 机器人的杆件坐标系根据机器人的各杆坐标系确定机器人的杆件坐标参数如表 7-1。 表 7-1 机器人的杆件坐标参数垂直多关节机器人臂部和手部设计30关节 i iiiaid关节变量范围190-9000-180 到 1802002a2d-45 到 135390903a0-90 到 9040-9004d -90 到 90509000 -90 到 27060006d-90 到-90，。2569amm2173dmm340amm 4430dmm6140dmm根据表 7-1 所示的参数可求得为：iA 11010101001000001csscA2222220222020010001csa csca sAd3333033303301000001csa csca sA 44404040400100001csscAd55050505001000001csscA66660066000010001csscAd式中，。cosiicsiniisb.求末杆的位姿矩阵求得机器人连杆全部坐标矩阵后，把前三个相乘求得，在使后iAiA03123TA A A三个相乘，构成。然后计算表示和的各元素，得到要求的末杆iA36456TA A A03T36T矩阵。机器人为03T23223203123231 2311 231 21 2311 2311 231 21 231230232230001c csc sa c ca c cd ss ccs sa s ca s cd cTA A Asca sa s机器人矩阵为36T盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007316636456644 5 64 64 5 64 64 54 54 5 64 64 5 64 64 54 55 65 6550001c c cs sc c ss cc sd c ss c cc ss c sc cs sd s sTA A As cs scd cd如图 7-1 所示机器人末杆矩阵可写成为06T0036361234560001xxxxyyyyzzzznoapnoapTT TA A