毕业设计（论文）-4个自由度搬运机器人设计

加工搬运机械手专业：机械工程及自动化学生：指导教师：XX大学机械工程学院年月PAGE中文摘要本次设计的搬运机械手共有4个自由度，分别为x,y方向的水平移动、z方向的垂直移动和转动。实现了从工作台上快速抓取并将传送到下一个工作台的过程。使工人摆脱了以往繁重和危险的手工操作劳动，极大的提高了劳动生产率。该机械手的驱动方式为气动与电动相结合，采用了行程可调的汽缸，和新型的交流伺服电机以及大传动比的减速器。设备定期维护和保养，以确保润滑和运行情况良好。关键词：机械手铰链自由度气缸

ABSTRACTThemanipulatorofpolepartstakingouthavefourdegreeoffreedom.RespectivelyX、Yofdirectionhorizontalmovement,verticalmovementofZdirection.Andtheswingofthesuckingdiskshelf,haverealizedthatpickstheproductsfromthemouldingplasticmachine,andtransmittheproductstothecourseofthenextproductionprocess.Thatmakesworkertoimproveworkproductivitygreatlyandgetofffromheavyanddangeroushandcraft.Thismanipulator’sdrivewayiscombinetogetherwithtneumaticallyandelectronic,utilizeacylinder,anewtypeofACservomotorandadeceleratingmachinewhichhasawidedecelerateratioareused,Andwhat’smore,themachinemustbemaintainedafterafewweeksormonthsinordertomakeitingoodlubricationandworkinanormalcondition.KEYWORDS：Manipulator,Pintle,Freedomdegree,Aircylinder-ii--PAGEi-目录MACROBUTTONInsertCrossReference第一章机器人概述 11.1工业机器人的定义、分类和应用 11.1.1工业机器人的定义 11.1.2机器人系统工作原理 11.1.3机器人的分类 21.2工业机器人的分类 41.3机器人的分类 6第二章机器人的总体和机械结构设计方法 82.1机器人的基本组成及技术参数 82.1.1机器人的基本组成 82.1.2机器人技术参数 92.2机器人的总体设计 112．2．1系统分析 112．2．2技术设计 112.2．3仿真分析 142.3机器人机械系统设计方法 15第三章搬运机械手的方案设计 193.1参数 193.2驱动方式的选择 193.3系统减速部分的选择 23第四章主要零部件的计算 284.1确定总体尺寸 284.2确定气缸型号 284.3确定电机和减速器的型号 29参考文献 30致谢 31-PAGE1-毕业设计说明书（论文）机器人概述工业机器人的定义、分类和应用工业机器人的定义机器人虽然已经被广泛应用，而且越来越受到人们的重视，然而机器人确实还没有一个统一的严格准确的定义。不同的国家不同的学者给出的定义不尽相同，虽然基本原则一致，但欧美国家的定义限定多一些，日本给出的定义宽松一些，这样就使得可称为机器人的范围大小不同，以至于在统计机器人的数量时，由于定义限定的差异，各种统计数字会有很大出入，所以，经常要待说明。一般地说，我们可以定义机器人是由程序控制的，具有人或生物的某些功能，可以代替人进行工作的机器。机器人系统工作原理依据上面的定义，机器人至少应具备两部分：控制部分和直接进行工作的部分。比如应用最广泛的弧焊机器人，具有控制系统和带动焊枪运动的机械臀部分。控制系统通过编程的方式，决定直接工作的机械手臂部分的运动和动作。由于是程序控制的，所以比较容易改变工作方式和任务，因此．机器人是一种具有“柔性”的机器。机器人具有人或者生物的某些功能，比如能如手臂一样运动，能在地上行走或者在水中游。高级一点的机器人可以通过传感器了解外部环境或者“身体内在的”状态与变化，甚至可以做出自己的逻辑推理、判断与决策，也就是所谓的机器人的智能行为。机器人发挥作用必须在一个作业系统之中，机器人作为系统的一部分，才能发挥它的作用。由于各种不同类型的机器人不断涌现，它们发挥作用的形式和组成的系统也在不断变化。工业机器人作为制造系统的—部分发挥作用是最典型的。比如焊接机器人，它在工作时，至少需要一个工作台，将工件装卡在上面，并运送到机器人焊接的合适位置。这样，组成了一个简单的机器人焊接系统，称为机器人焊接工作站。如果机器人组成一个焊接生产线，则这个系统就变得更为复杂：一个机器人系统一般由机械手(执行机构)、控制器、象和环境四部分组成。执行机构一般是一台机械手，有些文献中称为操作器或操作手。多数机械手是具有六个自由度的关节式机械结构。其中三个自由度用来引导末端执行器至所需位置，另外三个自由度用来确定末端执行装置的方向。机械臂上的末端执行装置根据操作需要也可以换成焊枪、吸盘、扳手等其他工具。环境是指机器人在执行任务时所能达到的几何空间，而且包含了该空间中每个事物的全部自然特性所决定的条件。在它的工作环境中，机器人会得到为完成任务所需的支持，如自动生产线会为生产线上的机器人运送工件、材料等；在运动的空间里，机器人要设计好合理的运动路线。同时，在它的工作环境中．也会遇到一些障碍物和其他事件，机器人必须避免与这些障碍发生碰撞．并妥善处理好环境中发生的各种可能的事件。环境信息一般为已知的，这种环境称为结构环境，但在许多情况下．环境具有未知的和不确定性质，这种环境就称为1F结构环境。控制器是机器人系统的指挥中枢，并巳负责信息处理和与人交互。它接受来自传感器的信号，对其进行数据处理，并按照预存的信息、机器人的状态及环境情况等，产生控制信号去驱动机器人执行机构的各个关节，以完成特定的动作。为此，控制器内必须具有保证它实现其功能所必需的算法与信息。机器系统的复杂程度不同，能执行的任务不同，控制器内所存放的软件也不同。机器人的分类机器人可以根据不同的标准分成很多类型。应用于不同领域的机器人不仅在用途土，而且在结构和性能上会有很大的不同。因此，披机器人的应用领域形成了不同类型的机器人。机器人首先在制造业大规模应用，所以，机器人曾被简单地分为两类，即用于汽车等制造业的机器人称为工业机器人．其他的机器人称为特种机器人。随着机器人应用的日益广泛，这种分类就显得过于粗糙。现在除工业机器人之外．还有服务机器人、水下机器人、空间机器人等等。(1)工业机器人其实工业机器人也是一类机器人的总称。依据具体应用的不同．又常常以其主要用途命名。到现在为止应用最多的是焊接机器人，包括点焊(电阻焊)和电弧焊机器人，用途是实现自动的焊接作业；装配机器人，比较多地用于电于部件电器的装配；喷漆机器人，代替人进行喷漆作业：搬运、土下料、码垛机器人，它们的功能都是根据一定的速度和桔度要求，将物品从一处运到另一处；另外还可以列出很多，如将金属溶液挠到压铸机中的饶铸机器人等等，应该说，并不是只有机器人可以完成这些工作，很多工作都可以用专门的机器完成c机器人的优点在于它可以通过程序的更改，方便迅速地改变工作内容或方式，来满足生产要求的变化。比如，改变焊缝轨迹，改变喷漆位置，变更装配部件或位置等等。所以随着对工业生产线的柔性要求越来越强，对各种机器人的需求也就越来越强烈。(2)服务机器人随着机器人技术的发展，机器人的应用领域越来越广泛．已不再局限于传统的制造业。出现了一个新的集合，被称为服务机器人。我们说服务机器人是一类机器人的集合，是因为到现在为止，国际上对它还没有一个明确的定义。它所包括的内容也比较宽，比较杂。一般说来，服务机器人是一种以自主或半自主方式运行，能为人类生活康复提供服务的机器人，或者是能对设备运行进行维护的一类机器人。目前，在非制造业的机器人也被看做是服务机器人，服务机器人往往是可以移动的，在多数情况下，服务机器人由一个移动平台构成，在平台上面装有一只或几只手臂，代替或协助人完成为人类提供服务和安全保障的各种工作，如清洁、护理、娱乐和执勤等等。(3)水下机器人水下机器人也称水下无人探测器，代替人在水下这一危险的环境中作业。人类借助潜水器具潜入到大海之中探秘，已有很长的历史。人类已可以利用深海潜水器具潜入深海。然而，由于危险很大，而且费用极高，所以人类寻找代替人亲自冒险的技术，水下机器人变成了人们十分关注的发展方向。(4)空间机器人机器人技术一经出现，很自然地人们就希望它到天上去为人工作．于是产生了空间机器人。空间机器人是指在大气层内和大气层外从事各种作业的机器人，包括在内层空间飞行井进行观测可完成多种作业的飞行机器人，到外层空间其他星球上进行探测作业的星球探测机器人和在各种航天器里使用的机器人。另一方面，从技术进步的角度，机器人权分为不同的类型。到现在为止，人们把机器人研究的最高目标定为智能机器人。由此，可以将机器人分为三代。第一代机器人是“示教再现”型。所谓示教，即由人“教”机器人运动的轨迹、停留点位、停留时间等等。然后，机器人依照教给的行为、顺序和速度重复运动，即所谓的“再现”。示教可以由操作员“手把手”地进行，比如，操作人员抓住机器人上的喷枪，把喷漆时要走的位置定一速．机器人记住了这一连串运动，工作时，自动重复这些运动，从而完成给定位置的喷漆工作。这种方式是“手把手示教’。但是，比较普遍的示教方式是通过控制面板。操作人员利用控制面板上的开关或银盘来控制机器人一步一步地运动，机器人自动记录下每一步，然后重复。目前在工业现场应用的机器人还大多属于这一代。第二代机器人带有一定的能对环境感知的装置，通过反馈控制，使机器人能在一定程度上适应变化的环境。这样的技术，现在正越来越多地应用在机器人上。比如焊缝跟踪技术。机器人焊接的过程一般是通过示教方式结出机器人的运动曲线，机器人携带焊枪走这个曲线，进行焊接。这就要求工件的一致性很好，也就是说工件被焊接的位置必须十分准确。否则，机器人走的曲线和工件上的实际焊缝位置会有偏差。焊缝跟踪技术是在机器人上加一个传感器，通过传感器感知焊缝的位置，再通过反馈控制，机器人会自动跟踪焊缝，从而对示教的位置进行修正，即使实际焊缝相对于原始设定的位置有变化，机器人仍然可以很好地完成焊接工作。第三代机器人具有发现问题，并且能自主地解决问题的能力，也就是说具有一定的智能。这一类机器人也被称为自治机器人。这类机器人带有多种传感器，使机器人可以知道其自身的状态，比如在什么位置，自身的系统是否有故障等等。而且可以通过装在机器人身上或者在工作环境中的传感器感知外部的状态，比如发现道路与危险地段，测出与协作机器的相对位置与距离、相互作用的力等等。机器人能够根据得到的这些信息．进行逻辑推理，判断决策，在变化的内部状态与变化的外部环境中，自主决定自身的行为。这类机器人具有高度的适应性和自治能力。这是人们努力使机器人达到的目标，科学家多年来一直在不懈地研究，出现了很多各具特点的试验装置和大量新方法、新思想，但是，在已应用的机器人中，机器人的自适应技术还是十分有限的，还是发展的目标。工业机器人的分类关于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。一般的分类方式见表：分类名称简要解释操作型机器人能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。程控型机器人按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。示教再现型机器人通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。数控型机器人不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。感觉控制型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作。适应控制型机器人机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。学习控制型机器人机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。智能机器人以人工智能决定其行动的机器人。表1-1机器人的分类方式我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。工业机器人，按其结构形式分为球坐标式、圆柱坐标式、关节式和水平关节式。如下图。机器人的分类按不同的分类力式，机器人可以分为不同的类型．下面给出几种常用的分类方法：1.按技术特征来划分，机器人可以分为第一代机器人、第二代机器人和第三代机器人．第一代机器人是以顺序授制和示教再现为基本控制方式的机器人，即机器人按照预先设定的信息，或根据操作人员示范的动作来完成规定的作业．第二代机器人是有感觉的机器人．第三代机器人是智能机器人(如前所述)．2．按控制类型来划分，可以分为以下几种：(1)伺服控制机器人采用伺服手段，包括仰置、力等伺服方法进行控制的机器人．(2)非伺服控制机器人．采用伺服以外的手段，如顺序控制、定位开关控制等进行控制的机器人．(3)PTP控制机器人．只对手部末端的起点和终点位置有要求，而对起点和终点的中间过程无要求的控制方式，如点焊机器人就是典型的PTP控制机器人．(4)cP控制机器人．除了对起点和终点的要求以外，还对运动轨迹的中间各点有要求的控制方式，如弧焊机器人就是典型的cP控制机器人‘3．按机械结构来划分，可以分为直角坐标型机器人，圆枝坐标型机器人，极坐标型机器人，关节型机器人，SCARA型机器人以及移动机器人。4．按用途来划分，可以分为工业机器人(包括搬运机器人、焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等等)，农业机器人，医疗机器人，海洋机器人，军用机器人，太空机器人，管道机器人，娱乐机器人等等．通常我们所研究的是工业机器人，因而有人把除工业机器人以外的所有机器人通称为特种机器人．5．按机器人的负载能力来划分，可以分为；(1)巨型机器人，通常作业负载在1000kg以上．(2)大型机器人，通常的作业贝载在100一1000kg之间(3)中型机器人，作业负载在10一100kg之间．(4)小型机器人，其负载能力为0.1—10kg之间．(5)微型机器人，负载能力在0.1kg以下的机器人．6．披执行机构的动力方式来划分，可以把机器人分为电动机器人、液压机器人、气动机器人等等．当然，机器人的分类还有其他方式，如按自由度数量划分等，在此不作详细叙述。毕业设计说明书（论文）机器人的总体和机械结构设计方法机器人设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用．为了明确机器人的设计任务和过程，我们有必要先对机器人的组成和技术参数进行介绍．机器人的基本组成及技术参数机器人的基本组成机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统控制系统六个子系统．1.驱动系统要使机器人运行起来，需给各个关节即每个运动自由度安置传动装嚣，这就是驱动系统．2．机械结构系统机器人的机械结构系统由机身、手臂、末端操作器三大件组成．每一大件都有若干自由度，构成一个多自由度的机械系统．若机身具各行走机构便构成行走机器人—若机身不具备行走及腰转机构，则构成单机器人臀(singlerobotarm)．手臂一般由上臂、下臂和手腕组成．末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是两手指或多手指的手爪，也可以是喷漆枪、焊枪等作业工具．3．感受系统它由内部传感器模块和外部传感5E模块组成，获取内部和外部环境状态中有意义的信息．智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准．人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的、然而，对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效。4．机器人一环境交互系统机器人一环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统．机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等．当然，也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为—个去执行复杂任务的功能单元．5．人一机交互系统人一机交互系统是人与机器人进行联系和参与机器人控制的装置．例如，计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板、危险情号报警器等．归纳起来为两大类：指令给定装置和信息显示装置．6．控制系统控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能．如果机器人不具备信息反馈特征．则为开环控制系统；具备信息反馈特征，则为闭环控制系统．根据控制原理可分为程序控制系统，适应性控制系统和人工智能控制系统．根据控制运动的形式可分为点位控制和连续轨迹控制。机器人技术参数1．自由度自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不包括手爪(末端操作器)的开合自由度．在三维空间中描述——个物体的位置和姿态(简称位姿)需要六个自由度．但是，机器人的自由度是根据其用途而设计的，可能少于六个自由度，也可能多于六个自由度．例如．A4020型装配机器人具有四个自由度，可以在印刷电路板上接插电子器件；PuMA562型机器人具有六个自由度，如图2—2所示，可以进行复杂空间曲面的弧焊作业．从运动学的观点看，在完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人，就叫作冗余自由度机器人，亦可简称冗余度机器人．例如PuMA562机器人去执行印刷电路板上接插电子器件的作业时，就成为冗余度机器人．利用冗余的自由度可以增加机器人的灵活性、躲避障碍物和改善动力性能．人的手臀(大臀，小臀，手腕)共有七个自由度，所以工作起来很灵巧，手部可回避障碍物从不同方向到达同一个目的点．大多数机器人从总体上看是个开链机构，但其中可能包含有局部闭环结构．闭环机构可提高刚性，但限制了关节的活动范围，因而会使工作空间减小．Stewart机构是典型的并联机器人。末端执行器的位置和姿态可由6个直线油缸的行程长度所决定，油缸的——端与基座通过二自由度的万向连抽节(铰链)相连，另一端()由三自由度的球一套关节(球面副)与末端执行器相连．这种机器人特手臀的三个自由度和手腕的三个自由度集成在一起，具有闭环机构的共同特点：刚度庇，但的运动范围十分有限．特别有趣的是，Stewart机构运动学反解特别简单．而运动方程的建立十分复杂，有时还不具备封闭的形式闭环机构的自由度不如开链机构明显．机构的自由度可按照下述公式计算：F式中，l为数，包括基座；n为关节总数；f为第i个关节的自由度数．对于平面机构(自由物体是三个自由度)，Grubler公式中等号右边第一项的6改为3．Stewart机构有18个关节(6个万向接头(铰链)，6个球一套关节，6个移动关节)，14个(每个油缸为两，一个末端是执行器，另一个是基座)，18个关节共有三十六个自内度．根据GNNef公式，可知Stewart机构共有六个自由度。2．定位精度和重复定位幅度机器人精度是指定价精度和重复定位精度．定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异．重复定位精度是指机器人重复定位其于部于同一日标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示．它是衡量一系列误差值的密集度，即重复度．(a)重复定位精度的测定；(b)合理定位精度，良好重复定位精度(c)良好定位精度．很差重复定位精度(d)很差定位精度，良好重复定位精度3．工作范围工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫做工作区域。因为末端操作器的形状和尺寸是多种多样的，为了真实反映机器人的特征参数，所以是指不安装末端操作器时的工作区域．工作范围的形状和大小是十分重要的．机器人在执行某一作业时，可能会因为存在手部不能到达的作业死区(Deadzone)而不能完成任务。4最大工作速度通常指机器人手臂末端的最大速度．提高速度可提高工作效率，因此提高机器人的加速减速能力，保证机器人加速减速过程的平稳性是非常重要的．5．承载能力承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量．机器人的载荷不仅取决于负载的质量，而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见，承载能力是指高速运行时的承载能力．通常，承载能力不仅要考虑负载，而且还要考虑机器人末端操作器的质量．机器人的总体设计机器人总体设计的主要内容有：确定基本参数，选择运动方式，手臂配置形式，位置检测，驱动和控制方式等．在结构设计的同时，对各部件的强度、刚度做必要的验算．机器人总体设计步骤分以下几个部分．2．2．1系统分析机器人是实现生产过程自动化、提高劳动生产牢的一种有力工具．若要使一个生产过程实现自动化，需要对各种机械化、自动化装置进行综合的技术和经济分析，确定使用机器人或机械手是否合适．一旦确定使用机器人或机械手，设计人员…般要先做如下工作：(1)根据机器人的使用场合，明确采用机器人的目的和任务．(2)分析机器人所在系统的工作环境，包括机器人与已有设备的兼容性．(3)认真分析系统的工作要求，确定机器人的基本功能和方案．如机器人的自由度数、信息的存储容量、计算机功能、动作速度、定位精度、抓取重量、容许的空间结构尺寸以及温度、振动等环境条件的适用性等．进一步通过对镇抓取、投运钓体的重量、形状、尺寸及生产批量等情况，来确定手部形式及抓取工件的部位和握力。(4)进行必要的调查研究，搜集国内外的有关技术资料，进行综合分析，找出借鉴处和需要注意的问题．2．2．2技术设计1．机器人基本参数的确定在系统分析的基础上，具体确定臂力、工作节拍、工作范围、运动速度及定位高度等基本多数。(1)臂力的确定目前使用的机器人与机械手的臂力范围较大．对专用机械手来说，臂力主要根据被抓取物体的重量来定，其安全系数一般可在1．5—3．o范围内选取．对于工业机器人来说，贸力要根据被抓取、搬运物体的重量变化范围来定．(2)工作范围的确定机器人或机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定．一个操作运动的轨迹往往是几个动作合成的．在确定工作范围时，可待运动轨迹分解成单个动作，由单个动作的行程确定机器人或机械手的最大行程．为便于调整．可适当加大行程数值．各个动作的最大行程确定之后，机器人或机械手的工作范围也就定下来了．(3)确定运动速度机器人或机械手各动作的最大行程确定之后，可根据生产需要的工作节拍分配每个动作的时间，进而确定各动作的运动速度．如一个机器人或机械手要完成某一工件的上料过程，需完成夹紧工件，手臂升降、伸缩、回转等系列动作，这些动作都应该在工作节拍所规定的时间内完成至于各动作的时间究竞应如何分配，则取决于很多因素，不是—般的计算所能确定的．要根据各种因素反复考虑，并试作各动作的分配方案，进行比较平衡后，才能确定．节拍较短时，更需仔细考虑．机器人或机械手的总动作时间应小于或等于工作节拍．如果两个动作同时进行，要按时间较长的计算．一旦确定了最大行程和动作时间，其运动速度也就确定下来了．分配各动作时间应考虑以下要求：1给定的运动时间应大于电气、液(气)压元件的执行时间．2伸缩运动的速度要大于回转运动的速度．因为回转运动的惯性一船大于伸缩运动的惯性．机器人或机械手升降、回转及伸缩运动的时间分配要根据实际情况进行分配—如果工作节拍短，上述运动所分配的时间就短，运动速度就一定要提高．但速度不能太高，否则会给设计、制造带来困难．在满足工作节拍要求的条件下，应尽量选取较低的运动速度．机器人或机械手的运动速度与臂力、行程、驱动方式、缓冲方式、定位方式都有很大关系，应根据具体情况加以确定．3在工作节拍短、动作多的情况下，常使几个动作同时进行措施，以保证动作的同步．(4)定位精度的确定机器人或机械手的定位精度是根据使用要求确定的，而机器人或机械手本身所能达到的定位精度，取决于定位方式、运动速度、控制方式、臀部刚度、驱动方式、缓冲方法等因素．工艺过程的不同，对机器人或机械手重复定位精度的要求也不同．不同工艺过程所要求的定位精度一般如下：金属切削机床上下料冲床上下料点焊模锻喷涂装配、检测当机器人或机械手达到所要求的定位精度有困难时，可采用辅助工夹具协助定位的办法，即机器人或机械手把被抓取物体送到工、夹具进行粗定位，然后利用工、夹具的夹紧动作实现工件的最后定位．这种办法既能保证工艺要求，又可降低机器人或机械手的定位要求．2．机器人运动形式的选择根据主要的运动参数选择运动形式是结构设计的基础．常见机器人的运动形式有五种：直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、关节型和scARA型．同—种运动形式为适应不同生产工艺的需要，可采用不向的结构．具体选用哪种形式，必须根据工艺要求、工作现场、位置以及搬运前后工件中心线方向的变化等情况，分析比较。择优选取．为了满足特定工艺要求，专用的机械手一般只要求有二个或三个自由度，而通用机器人必须具有四至六个自由度，才能满足不同产品的不同工艺要求．所选择的运动形式，在满足需要的情况下，应以使自由度最少、结构最简单为准．(1)直角坐标式机器人这种机器人的外形轮廓与数控幢铣床或三坐标测量机相似，如图2—7所示．3个关节都是移动关节，关节轴线相互垂直，相当于笛卡尔坐标系的‘小和z轴．它主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装卸和检测作业．这种形式的主要特点是：1.结构简单，直观，刚度高．多做成大型龙门式或框架式机器人．2.3个关节的运动相互独立，没有精合，不影响手爪的姿态．运动学求解简单，不产生奇异状态．采用直线波动导轨后，速度和定位精度高—3.工件的装卸、夹具的安装等受到立柱、杨梁等构件的限制．4.占地面积大，动作范围小．5.容易编程和控制，控制方式与数控机床类似．(2)圆柱坐标式机器人圆柱坐标式机器人如图2—8所示，是以口，2和f为参数构成坐标系．手腕参考点P的位置可表示为尸＝八d，z，，)．其中／是手臂的径向长度，6是手臂绕水平袖的角位移亿是在垂直轴上的高度．如果r不变，手臂的运动将形成一个圆往表面．空间定位比较直观．手臀收回后，其后端可能与工作空间内的其他物体相碰．移动关节不易防护．(3)球(权)坐标式机器人球坐标式机器人如图2—9所示．腕部参考点运动所形成的最大轨迹表面是半径为略的球面的一部分，以口fP，?为坐标，任意点户可表示为严＝／(口，P，f)．这类机器人占地面积小，工作空间较大，移动关节不易防护(4)SCARA机器人SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向．另一个关节是移动关节，用于完成末端件垂直于平面的运动．手腕参考点的位置是由两旋转关节的角位移田rR和移动关节的位移?决定的，即P＝f()，这类机器人结构轻便、响应快．例如Adeptl型scARA机器人的运动速度可达10m／s，比一般关节式机器人快数倍．它最适用于平面定位，而在垂直方向进行装配的作业．(5)关节式机器人这类机器人由2个肩关节和I个肘关节进行定位，由2个或3个碗关节进行定向．其中，一个肩关节绕铅直轴旋转，另一个肩关节实现俯仰．这两个肩关节轴线正交．肘关节平行于第二个肩关节轴线．如图2—11所示．这种构形动作灵活，工作空间大，在作业空间内手臂的干涉最小，结构紧凑，占地面积小，关节上相对运动部位容易密封防尘．这类机器人运动学较复杂，运动学反解因难；确定末端件的位姿不直观，进行控制时，计算量比较大．3．拙定检测传感系统框图选择合适的传感器，以便结构设计时考虑安装位置．4．确定控制系统总体方案，绘制框图5.机械结构设计确定驱动方式，选择运动部件和设计具体结构，绘制机器人总装图及主要部件零件图2.2．3仿真分析(1)运动学计算．分析是否能达到要求的速度、加速度、位置．(2)动力学计算．计算关节驱动力的大小，分析驱动装置是否满足要求。(3)运动的动态仿真．将每一位姿用三维图形连续显示出来，实现机器人的运动仿真．(4)性能分析．建立机器人数学模型，对机器人动态性能进行仿真计算。(5)方案和参数修改．运用仿真分析的结果对所设计的方案、结构、尺寸和参数进行修改，加以完善．机器人机械系统设计是机器人设计的重要部分．其他系统的设计尽管有各自的独立性，但都必须与机械系统相匹配，相辅相成，构成一个完整的机器人系统．机器人机械系统设计方法在确定机器人运动形式的基础上，机器人机械系统设计还包括确定机器人驱动方式、关节驱动方式、材料选择、平衡系统设计和零部件设计．下面就这些问题进行分析．1.机器人驱动方式机器人驱动方式有电动、液压和气动三种．一台机器人可以只用一种驱动方式，也可以采用几种方式联合驱动．选择时主要考虑负载、效率、精度和环境等因素．液压系统具有较大的功率体积比，因此，大负载通常选用液压驱动．气动系统简单、成本低，适合节拍快、负载小且精度要求不高的场合，常用于点位控制、抓取、弹性捏持和真空吸附．电动系统适合于中等负载，特别适合动作复杂、运动轨迹严格的工业机器人和各种微型机器人．2．关节驱动方式关节的驱动方式有直接驱动和间接驱动两种方式．直接驱动方式是驱动器的输出轴和机器人手臂的关节轴直接相连．间接驱动力式是驱动器经过减速器或钢丝绳、皮带、平行这杆等装置后与关节轴相连．(1)关节直接驱动方式．直接驱动机器人也叫作DD机器人(D加瓤小i代r。bot)，简称DD只．DD机器人一般指驱动电机通过机械接口直接与关节连接．DD机器人的特点是驱动电机和关节之间没有速度和转矩的转换．目前中小型机器人一般采用普通的直流伺服电机、交流伺服电机或步进电机作为机器人的执行电机．出于电机速度较高，所以需配以大速比减速装置，进行间接传动．但是，间接驱动带来了机械传动中不可避免的误差，引起冲击振动，影响机器人系统的可靠性，并且增加关节重量和尺寸．DD机器人与间接驱动机器人相比，有如下优点：1机械传动精度高。2振动小，结构刚度好．3机械传动损耗小．4结构紧凑，可靠性高．5电机峰值转短大，电气时间常数小，短时间内可以产生根大转矩围宽．6控制性能较好．日本、美国等工业发达国家已经开发出性能优异的DD机器人．美国AdePt公司研制出带有视觉功能的四自由度平面关节型DD机器人．日本大H机工公司研制成功了五自由度关节型DD—600V机器人．其性能指标为：最大工作范围1．2m，可搬重量5kg，最大运动速度8．2m／s，重复定位精度o．05mm．DD机器人是一种极有发展前途的机器人，许多国家为实现机器人高精度、高速度和高智能，对DD机器人投入了大量的研究和开发．目前七要存在的问题是：1载荷变化、锅台转矩及非线性转矩对驱动及控制影响显著，使控制系统设计困难和复杂．2对位置、速度的传惑元件提出了相当高的要求．传感器精度为带减速装置(速比为尺)间接驱动的皮倍以上．3电机的转短／重量比和转矩／体积比不大，需开发小型实用的DD电机．4电机成本高．DD机器人把电机直接安装在关节上使机器人的负载能力和效率下降．(2)关节间接驱动方式．大部分机器人的关节是间接驱动．这种间接驱动，通常其驱动器的输出力矩大大小于驱动关节所需要的力矩，所以必须使用减速器．另外，由于手臂通常采用悬臂梁结构，所以多自由度机器人关节上安装驱动器台使手臂根部关节驱动器的负荷增大．解决这一问题的方法，通常可用下列形式的间接驱动机构．1钢丝绳．这是把驱动器和关节分开安装，然后使用钢丝绳传递动力的方式．这种方式有钢丝绳一软警方式和钢丝绳一滑轮方式两种．钢丝绳一软管方式：因钢丝绳的路径能够任意决定，所以能够较容易地构成多自由度的驱动系统．但因钢丝绳和软营之间存在不能忽略的摩擦，所以它的控制比较困难．钢丝绳一滑轮方式：虽然它的非线性因素少，但是滑轮的装配方式、钢丝绳的路径构成等非常困难．2链条和钢带．这种方式也是把驱动器安排在离关节较远的地方，是远程驱动的手段之一．链条、钢带与钢丝绳相比，刚性高，能传递较大的输出，但设计上的限制也大．在xARA型的关节机器人中多采用此法．3平行四边形机构．．该机构的特点是能够把驱动器安装在手臂的根部，而且该结构能够使坐标变换运算简单．3．材料的选择选择机器人本体材料，应从机器人的性能要求出发，满足机器人的设计和制作要求．机器人材料并不是简单工业材料的组合，它应是满足机器人性能的材料．应在充分拿捏机器人的特性和各组成部分的基础上，从设计思想出发，确定所用材料的特性，即必须事先充分领会机器人的概念和各组成部分的作用．机器人本体被用来支承、连接、固定机器人的各部分，当然也包括机器人的运动部分，这一点与——般的机械结构特性相同．机器人本体所用的材料也是结构材料．另一方面，机器人本体又不单是固定结构件，比如，机器人臂是运动的，机器人整体也是运动的，所以，机器人运动部分的材料质量要轻．精密机器人对机器人的刚度有一定的要求，即对材料的刚性有要求．刚度没计时耍考虑静刚度和动刚度，即要考虑振动问题．从材料角度看，控制振动汐及到减轻重量和抑制振动两方面，本质上就是材料内部的能量损耗和刚度问题，它与材料的抗振性紧密相关．传统的工业材料或机械材料与机器人材料之间的差别，在于机器人是伺服机构，其运动是可控的，这就是传统材料中所没有的“被控性”。材料的“被控性”是与材料的“结构性”、“轻质性”和“可加工性’’同样重要的因素．材料的可加工性是指加工成发挥材料特性的形状时的难易程度，是一个很重要的指标．材料的被控性取决于材料的轻质性、抗振性和弹性．机器人本体材料必须与材料的结构性、轻质性、刚性、抗振性和机器人整体性能一同考虑．机器人与人类共存，尤其是家用和服务机器人的外观将与传统机械大有不同．这样一来，将会出现比传统工业材料更富有美感的机器人本体材料．从这一点看，机器人材料又应具备揉软和外观美等特点．总之，选择机器人材料时，要综合考虑强度、刚度、重量、弹性b抗振性、外观以及价格等因素．下面简介机器人常用材料．1碳素结构钢和合金结构钢；这类材料强度好，特别是合金结构钢强度增大了4—5倍．弹性模且E大，抗变形能力强，是应用最广泛的材料．2铝、铝合金及其他轻合金材料：这类材料的共同特点是重量轻，弹性模量E并不大，但是材料密度小，故E／P之比仍可与钢材相比．有些稀贵铝合金的品质得到了更明显的改善，例如添加3．2％重量理的铭合金，弹性模量增加了x％，E／P比增加了16％．3纤维增强合金：如硼纤维增强铝合金(Boron—jjber十einfofcedaIummMm)、石墨纤维增强镁合金(Graphde—fibe『—rGinforcedma8nesNm)，其E／P比分别达到11．4×10gm2／s2和8．9×10’m’／sz．这种纤维增强金属材料具有非常高的E／P比，而且没有无机复合材料的缺点，但价格昂贵．1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扦，与金属零件连接的接合部房特殊设计．然而，日本已经试制了在小型高精度机器人上使用的陶瓷机器人臀的样品．2纤维增强复合材料：这类材料具有极好的E／P比，但存在老化、蠕变、高温热膨胀，以及与金屑件连接困难等问题．这类材料不但重量轻、刚度大，而且还具有十分突出的阻尼大的优点．传统金屑材料不可能具有这么大的阻尼．所以在高速机器人上应用复合材料的实例越来越多．登层复合材料的制造工艺还允许用户进行优化，改进墨层厚度、纤维倾斜角、最佳横断面尺寸等，使其具有最大阻尼值．田粘弹性大阻尼材料：增大机器人连秆件的阻尼是改善机器人动态特性的有效方法．目前有许多方法用来增加结构件材料的阻尼，其中最适合机器人采用的一种方法是用粘弹性大因尼材料，对原构件进行约束层阻尼处理.吉林工业大学和西安交通大学进行了粘弹性大阻尼材料在柔性机械臂振动控制中应用的实验，结果表明，机械臀的重复定位精度在阻尼处理前为土0．30mm，处理后为土0．16mm，残余振动时间在阻尼处理前后分别为0.9s和05s4．平衡系统设计(1)机器人平衡系统的作用机器人是一个多刚体锅台系统，系统的平衡性是极其重要的理由是；①安全．根据机器人动力学方程知道，关节驱动力矩包括重力矩项，即各质量对关节产生的重力矩．因为重力是永运的，即使机器人停止了运动，重力矩项仍然存在．这样，当机器人完成作业，切断电源后，机器人机构会因重力而失去稳定．平衡系统是为了防止机器人因动力源中断而失稳，引起“倒煽”的趋势．②借助平衡系统朗降低因机器人构形变化，而导致重力引起关节驱动力矩变化的峰值．③借助平衡系统能降低因机器人运动，导致惯性力矩引起关节驱动力矩变化的埠值．④借助平衡系统能减少动力学方程中内部锅台项和非线性项，改善机器人动力特性．⑤借助平衡系统能减小机械臂结构柔性所引起的不良影确．⑥借助平衡系统能使机器人运行稳定．降低地面安装要求．5．主要部件的设计和选择近年来，机器人朝着智能化、标准化方向发展．模块化机器人得到重视，是由一些标准化、系列化的模块，通过具有特殊功能的结合部件，用积木拼搭的方式组成一个机器人系统．其特点是经济、灵活．目前，国内外已研制和生产了各种不同的标准组件，如伺服电机、传感器、手臂、手腕、手爪、机身．因此，在设计机器人时，可选用标准模块．当然也可自行设计一些专用部件。毕业设计说明书（论文）搬运机械手的方案设计是内燃机中的一个重要的零件，加工工序多，精度要求高，适合流水线加工。该设计的加工搬运机械手，是用于生产线上的搬运要求搬运准确，对有可靠的定位，搬运半径1500mm，工作台高度800mm工作循环为1分钟。参数搬运机器人4个自由度重量5kg~10kg直径30mm~60mm驱动方式的选择工业机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动、电动驱动三种基本方式。表3-1各种驱动方式的比较内容驱动方式液压驱动气动驱动电动驱动输出功率

很大，压力范围为50～140N/cm2

大，压力范围为48～60N/cm2，最大可达100N/cm2

较大控制性能

利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制

气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速、高精度的连续轨迹控制

控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂响应速度

很高

较高

很高结构性能及体积

结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较大

结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小

伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪声低，电动机一般需配置减速装置，除DD电动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题安全性

防爆性能较好，用液压油作传动介质，在一定条件下有火灾危险

防爆性能好，高于1000kPa(10个大气压)时应注意设备的抗压性

设备自身无爆炸和火灾危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差对环境的影响

液压系统易漏油，对环境有污染

排气时有噪声

无在工业机器人中应用范围

适用于重载、低速驱动，电液伺服系统适用于喷涂机器人、点焊机器人和托运机器人

适用于中小负载驱动、精度要求较低的有限点位程序控制机器人，如冲压机器人本体的气动平衡及装配机器人气动夹具

适用于中小负载、要求具有较高的位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高的机器人，如AC伺服喷涂机器人、点焊机器人、弧焊机器人、装配机器人等成本

液压元件成本较高

成本低

成本高维修及使用

方便，但油液对环境温度有一定要求

方便

较复杂（一）气缸的选取气动：结构简单，成本低。适合节拍快，负载小且精度要求不高的场合。常用于点位控制，抓取，弹性握持和真空吸附。介质提取和处理方便；气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器；介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题；阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小，空气便于集中供应和远距离输送；外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染；动作迅速，反应灵敏，气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的工作压力。缺点是不好精确控制。气缸是将压缩空气的能量转变为活塞杆上的机械能，并产生直线往复或旋转运动的装置。气缸的类型可分为以下几种：柱塞式、活塞式、薄膜式和摆动式。其中活塞式如下图所示：图二气缸的选择要点：1、作用力的大小：根据外部工作所需要的力的大小，确定活塞杆上的推力或拉力。必须指出，同一气缸工作时的实际出力大小随要求的工作速度不同有很大变化。速度增高，则由于背压增高等因素影响，出力将急剧降低，其变化并非直线关系。选择缸径时对此必须十分注意。应依据工作条件不同，按外载荷理论平衡条件所需汽缸作用力在近似地乘以1.15—2的备用系数，从而确定所需气缸的内径。2、活塞行程的长短：形成就是汽缸活塞所能易懂的最大距离，带缓冲装置的汽缸其缓冲部分的距离也包括在内。行程的长短与使用场合有关，也受加工和结构上的限制。3、安装形式：根据安装位置、使用目的等因素来确定。在一般场合下，多选用固定式气缸。在车床或磨床上，工作需作连续的旋转应选用回转汽缸。在活塞杆初作直线运动外，又要作较大的圆弧运动时，则选用摆动式气缸。4、活塞杆的运动速度：主要决定于气缸进排气口及导管内径的大小。如果要求活塞杆高速度地运动时，应选用大的进排气口及导管。通常为了得到缓慢的、平稳的活塞杆运动速度，可选用带截流装置或油液阻尼装置的气缸。本次设计中选用了SMC公司生产的无杆气缸,型号为MY1B32和MY1B40。标准型气缸CM2B25-300。使得设计更加简洁和标准化。（二）电机的选取在机电传动系统中，选择一台合适的电动机是极为重要的。电动机选择主要是容量的选择，如果电动机得容量选小了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，是生产效率降低，另一方面，电动机经常在过载下运行，会使它过早损坏，同时还可能出现启动困难、经受不起冲击负载等故障。如果电动机的容量选大了，则不仅使设备投资费用增加，而且由于电动机经常在轻载下运行，运行效率和功率因数（对异步电动机而言）都会下降。选择电动机容量应根据以下三项基本原则进行。发热电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高工作温度max等于或略小于电动机绝缘的最高工作温度a，即max.a过载能力电动机在运行时，必须具有一定的过载能力。特别是在短期工作时，电动机的热惯性很大，电动机在短期内承受高于额定功率的负载功率时仍可保证max.a.，故此时，决定电动机容量的主要因素不是发热二十电动机的过载能力。即所选电动机的最大转矩Tmax（对于异步电动机）或最大允许电流Imax（对于直流电动机而言）必须大于运行过程中可能出现的最大负载转矩TLmax或最大负载电流I,max。启动能力必须保证电动机能可靠启动。除了正确选择电动机的容量外，还需要根据生产机械的要求、技术经济指标和工作环境等条件，来正确选择电动机的种类、电压、转速和电动机的结构型式。电动机类型选择的基本依据是在满足生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，力求结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。（1）步进电动机驱动器

步进电动机是将电脉冲信号变换为相应的角位移或直线位移的元件，它的角位移和线位移量与脉冲数成正比。转速或线速度与脉冲频率成正比。在负载能力的范围内，这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化，误差不长期积累，步进电动机驱动系统可以在较宽的范围内，通过改变脉冲频率来调速，实现快速起动、正反转制动。作为一种开环数字控制系统，在小型机器人中得到较广泛的应用。但由于其存在过载能力差、调速范围相对较小、低速运动有脉动、不平衡等缺点，一般只应用于小型或简易型机器人中。（2）伺服电动机驱动伺服电动机驱动包括直流伺服电动机驱动和交流伺服电动机驱动。直流伺服电动机在磁场恒定时，电流正比与输出转矩，易于控制，且有理想的机械特性。在20世纪80年代中期前直流伺服电动机广泛应用于机器人关节驱动。但由于它采用电刷换向器，需要定期维护，转速不能太高，功率不能太大，功率/体积比和功率/质量比不高等原因，今天已经逐渐被交流伺服电动机所取代。直流伺服电动机主要有铁心式直流伺服电动机、表面绕阻永磁直流伺服电动机和动圈式永磁直流伺服电动机三种。其中铁心式直溜伺服电动机的转动惯量大，可靠性高，成本低，应用最广泛。动圈式永磁直流伺服电动机的电枢用环氧树脂或玻璃纤维支撑绕阻，所以电枢电感小，转子转动惯量小，快速响应性能好。小功率直流伺服电动机可以采用线性功率放大器驱动。大功率直流伺服电动机则需要采用开关式放大器驱动。采用开关型放大器构成驱动系统在技术上有模拟驱动和数字式驱动两种方法。交流伺服电动机驱动有最大的转矩/质量比。由于不是用电刷，其工作可靠性极高，几乎不需要任何维护。同直流伺服电动机驱动系统相比，同步式交流伺服电动机驱动器具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，在工业机器人中得到广泛应用。因此在本次设计当中选用了瑞航电机电器有限公司生产的交流伺服电机，型号为YN100-140CD。系统减速部分的选择驱动马达尤其是各类电动机，往往输出的转速高而转矩又偏小，不适宜做为直接驱动，而需要设置减速机构。机器人使用的减速机构包括普通齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星齿轮减速器和谐波齿轮减速器等，另外还有Rv摆线针轮传动和滚动螺旋传动。下面详细比较一下各种减速机构的优点和缺点：齿轮减速器齿轮减速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，因而应用范围很广。齿轮减速器按其减速齿轮的级数可分为单级、两级、三级和多级的；按其轴在空间的布置可分为立式和卧式的；按其运动简图的特点可分为展开式、同轴式和分流式的等。可以设计一对满足所需传动比（减速比）齿轮，达到所需的减速比。直齿轮可以实现平行轴传动，斜齿轮可以实现角度轴传动。同时齿轮减速器还可与电机组成减速器电机。蜗轮蜗杆减速器。蜗轮蜗杆比起齿轮减速机构来，可以实现更大的传动比。在实现较大传动比的同时，工作平稳，无噪声，结构比较紧凑，还可以实现自锁。（三）谐波齿轮减速器传动原理：当波发生器为主动时，凸轮在柔轮内转动，就近使柔轮及薄壁轴承发生变形（可控的弹性变形），这时柔轮的齿就在变形的过程中进入（啮合）或退出（啮离）刚轮的齿间，在波发生器的长轴处处于完全啮合，而短轴方向的齿就处在完全的脱开。

波发生器通常成椭圆形的凸轮，将凸轮装入薄壁轴承内，再将它们装入柔轮内。此时柔轮由原来的圆形而变成椭圆形，椭圆长轴两端的柔轮与之配合的刚轮齿则处于完全啮合状态，即柔轮的外齿与刚轮的内齿沿齿高啮合。这是啮合区，一般有30%左右的齿处在啮合状态；椭圆短轴两端的柔轮齿与刚轮齿处于完全脱开状态，简称脱开；在波发生器长轴和短轴之间的柔轮齿，沿柔轮周长的不同区段内，有的逐渐退出刚轮齿间，处在半脱开状态，称之为啮出。图三谐波传动原理图波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入—啮合—啮出—脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。这种现象称之错齿运动，正是这一错齿运动，作为减速器就可将输入的高速转动变为输出的低速转动。

对于双波发生器的谐波齿轮传动，当波发生器顺时针转动1/8周时，柔轮齿与刚轮齿就由原来的啮入状态而成啮合状态，而原来脱开状态就成为啮入状态。同样道理，啮出变为脱开，啮合变为啮出，这样柔轮相对刚轮转动（角位移）了1/4齿；同理，波发生器再转动1/8周时，重复上述过程，这时柔轮位移一个齿距。依此类推，波发生器相对刚轮转动一周时，柔轮相对刚轮的位移为两个齿距。

柔轮齿和刚轮齿在节圆处啮合过程就如同两个纯滚动（无滑动）的圆环一样，两者在任何瞬间，在节圆上转过的弧长必须相等。由于柔轮比刚轮在节圆周长上少了两个齿距，所以柔轮在啮合过程中，就必须相对刚轮转过两个齿距的角位移，这个角位移正是减速器输出轴的转动，从而实现了减速的目的。

波发生器的连续转动，迫使柔轮上的一点不断的改变位置，这时在柔轮的节圆的任一点，随着波发生器角位移的过程，形成一个上下左右相对称的和谐波，故称之为：“谐波”。与一般的齿轮传动相比，谐波传动有如下特点：1、结构简单，体积小，重量轻。

谐波齿轮传动的主要构件只有三个：波发生器、柔轮、刚轮。它与传动比相当的普通减速器比较，其零件减少50%，体积和重量均减少1/3左右或更多2、传动比范围大

单级谐波减速器传动比可在50—300之间，优选在75—250之间；

双级谐波减速器传动比可在3000—60000之间；

复波谐波减速器传动比可在200—140000之间。3、同时啮合的齿数多。

双波谐波减速器同时啮合的齿数可达30%，甚至更多些。而在普通齿轮传动中，同时啮合的齿数只有2—7%，对于直齿圆柱渐开线齿轮同时啮合的齿数只有1—2对。正是由于同时啮合齿数多这一独特的优点，使谐波传动的精度高，齿的承载能力大，进而实现大速比、小体积。4、承载能力大。

谐波齿轮传动同时啮合齿数多，即承受载荷的齿数多，在材料和速比相同的情况下，受载能力要大大超过其它传动。其传递的功率范围可为几瓦至几十千瓦。5、运动精度高。

由于多齿啮合，一般情况下，谐波齿轮与相同精度的普通齿轮相比，其运动精度能提高四倍左右。6、运动平稳，无冲击，噪声小。

齿的啮入、啮出是随着柔轮的变形，逐渐进入和逐渐退出刚轮齿间的，啮合过程中齿面接触，滑移调整。7、齿侧间隙可以调整。

谐波齿轮传动在啮合中，柔轮和刚轮齿之间主要取决于波发生器外形的最大尺寸，及两齿轮的齿形尺寸，因此可以使传动的回差很小，某些情况甚至可以是零侧间隙。8、传动效率高。

与相同速比的其它传动相比，谐波传动由于运动部件数量少，而且啮合齿面的速度很低，因此效率很高，随速比的不同（u=60-250)，效率约在65—96%左右（谐波复波传动效率较低），齿面的磨损很小。9、同轴性好。

谐波齿轮减速器的高速轴和低速轴位于同一轴线上。10、可实现向密闭空间传递运动及动力。

采用密封柔轮谐波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构，谐波传动这一独特优点是其它传动机构难于达到的。（四）Rv摆线针轮传动与谐波传动相比，Rv摆线针轮传动除了具有相同的速比大，同轴线传动，结构紧凑，效率高等特点外，最显著的特点是刚性好、GD²小。以日本生产的并用于机器人的谐波传动装置（三大构件）与Rv传动装置相比，在相同的输出转矩、转速和减速比条件下，两者的体积几乎相等，但后者的传动比要大2－6倍。折合到输入轴上，GD²要小一个数量级以上，但重量却增加了1－3倍。整机重量大而输入轴的飞轮力矩GD²却特别小，原因是由于Rv传动装置增加了一级行星传动，使得输入轴和齿轮1可以做成一个质量不大的圆柱体，而后面的转动件，虽然质量不大，但经过一级减速，使得折合到输入轴上的GD²变的特小。由于高刚度，小GD²和比较大的重量，使该减速器特别适用于操作机上的第一级旋转关节（腰关节），这时大的自重是坐落在底座上的，高刚度和小GD²就充分发挥作用了。高刚度可以大大提高整机的固有频率，降低振动；小GD²则在频繁的加，减速的运动过程中可以提高响应速度并降低能量消耗。（五）滚动螺旋传动这种传动有如下特点：1、摩擦小、效率高。一般情况下，滚动螺旋传动的效率在90%以上。在同样的负荷下，驱动扭矩较滑动螺旋传动减少2/3－3/4。滚动螺旋传动的逆传动效率也很高，接近于正传动效率，故可作为直线运动变旋转传动的传动装置。也正是这一原因，该种传动不能自锁，必须有防止逆转的制动或自锁机构才能安全的用于有自重下降的场合。2、灵敏度高，传动平稳。由于是滚动摩擦，动、静摩擦系数相差很小，无论静止，还是高、低速传动，摩擦扭矩几乎不变，故灵敏度高，传动平稳。3、磨损少、寿命长。滚珠螺旋副中的主要零件均经过热处理，并且有很高的表面光洁度，在加上滚动摩擦的磨损很小，因而有很好的耐磨性。4、可消除轴向间隙，提高轴向刚度。由于该传动效率高，预紧后仍能轻快的工作，所以可以通过预紧来完全消除间隙，使反向时无空间行程，并可以通过预紧施加一定的预紧力来提高传动刚度。滚动螺旋传动最怕落入灰尘、沙砾。通常，螺母两端必须密封，丝杠的外露部分必须用“风箱”套或刚带卷套加以密封。为了简化设计和更加标准化，选用了瑞航电机电器有限公司生产的齿轮减速器，该减速器采用了高精度的螺旋齿轮，并配油封、O型环密封式齿轮箱，采用润滑脂浴润方式，具有噪音低、使用寿命长、体积小、功率大等特点。与该公司生产的电机相配合，组成减速器电机。减速后的同步转速和减速比符合本次的设计要求。如下图所示：图四毕业设计说明书（论文）主要零部件的计算确定总体尺寸由于X方向和Y方向机械手臂的平动位移，都为600mm；首先，考虑到滑板的长度可首先确定Z方向机械臂的总长为800mm，并能保证行程大于所要求的垂直位移，同时可选定该机械臂所选型钢的尺寸为80×80mm,壁厚为3mm；其次，再根据滑板的宽度可确定Y方向机械臂的总长为1500mm,即可符合所