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垂直多关节机器人臂部和手部设计
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: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
Abstract: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 robot’s 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
目 录
1 前言 1
1.1课题来源 1
1.2 技术要求及预期效果 1
1.3 本课题要解决的主要问题及设计总体思路 1
1.4 国内外研究现状及发展状况 1
1.4.1 研究现状 1
1.4.2 发展趋势 2
2 总体方案设计 4
2.1 机械结构类型的确定 4
2.2 传动方案的确定 4
2.3 工作空间的确定 5
2.4 手腕结构的确定 5
2.5 驱动装置的选择 6
2.5.1 机器人驱动方案的分析和选择 6
2.5.2 手腕电机的选择 7
2.5.3 传动比的确定及分配 8
3 齿轮的设计 9
3.1齿轮强度的设计与校核 9
3.1.1第一级圆柱齿轮传动设计 9
3.1.2 第二级圆锥齿轮传动设计 12
4 轴的设计 15
4.1 转腕传动轴的选择 15
4.2 摆腕传动轴的设计 15
4.2.1 圆柱齿轮轴的设计 15
4.2.2 轴的强度校核 16
4.2.3 圆锥齿轮轴的设计 20
4.2.4 手腕连接轴的设计 21
4.2.5 大臂小臂连接轴的设计 22
5 轴承的设计 23
5.1 轴承的选择 23
5.2轴承的寿命计算 23
6 其它零部件的选用 25
6.1 键连接的选用 25
6.2 壳体的设计 25
6.3 机器人手臂材料的选择 25
6.4 机器人臂部连接件的选用 25
7 关节型机器人的位姿分析 27
8结论 31
参 考 文 献 32
致 谢 33
附 录 34
参 考 文 献
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附 录
1 机器人总装图 JQRZQ-00 A0
2 臂部腕部装配图 JQRZQ-03-00 A0
3 圆柱齿轮 JQRZQ-03-06 A3
4 圆柱齿轮轴 JQRZQ-03-07 A3
5 圆锥齿轮轴 JQRZQ-03-08 A3
6 大锥齿轮 JQRZQ-03-09 A2
7 手腕轴 JQRZQ-03-11 A3
8 支撑板 JQRZQ-03-14 A3
9 右手爪 JQRZQ-03-16 A4
10左手爪 JQRZQ-03-17 A4
11 压块 JQRZQ-04 A3
12 传动原理图 JQR01 A2
13 空间位置图 JQR02 A3
