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1、摘 要为了提高生产效率和焊接质量，满足特定的工作要求，本题设计用于焊接的关节型机器人的手腕和末端执行器。根据机器人的工作要求进行了机器人的总体设计。确定机器人的外形时，拟定了手腕的传动路径，选用直流电动机，合理布置了电机、轴和齿轮，设计了齿轮和轴的结构，并进行了强度校核计算。传动中采用了软轴、波纹管联轴器和行星齿轮机构，实现了摆腕、转腕和提腕的六个自由度的要求。设计中大多采用了标准件和常用件，降低了设计和制造成本。关键词：自由度；焊接；手腕AbstractIn order to improve the production efficiency and welding quality, to
2、meet the specific requirements of the work, the design of this thesis is used for the wrist of welding articulated robot and the end of the actuator. According to the requirements of the robots work, we make overall design of the robot. When determining the shape of the robot, drawing up the transmi
3、ssion path of the wrist, selecting of DC motor, arranging the motor, the shaft and the gear reasonable, and checking the strength. The transmission apply to flexible shafting, bellows coupling and planetary gear mechanism, achieving to put the wrist, turn the wrist and raise the wrist to mention the
4、 requirements of the six degrees of freedom. The designs mainly use standard parts and common parts, reducing the costs of design and manufacturing.Keywords: degree of freedom; welding; wrist目 录摘 要IAbstractII第1章 前言11.1 机器人的概念11.1.1 操作机11.1.2 驱动单元21.1.3 控制装置21.1.4 人工智能系统21.2 题目来源21.3 技术要求21.4 本设计要解决的
5、主要问题及设计总体思路2第2章 国内外研究现状及发展状况42.1 研究现状42.1.1 工业机器人42.1.2 先进机器人52.2 发展趋势7第3章 总体方案设计93.1 机械结构类型的确定93.1.1 圆柱坐标型93.1.2 直角坐标型93.1.3 球坐标型93.1.4 关节型93.1.5 平面关节型93.2 工作空间的确定103.3 手腕结构的确定113.4 基本参数的确定11第4章 手腕的结构设计与计算124.1 机器人驱动方案的分析和选择124.2 手腕电机的选择134.2.1 提腕电机的选择134.2.2 摆腕和转腕电机的选择134.3 传动比的确定134.3.1 提腕总传动比的确定
6、134.3.2 转腕和摆腕传动比的确定144.4 传动比的分配144.5 齿轮的设计154.5.1 提腕部分齿轮设计154.5.2 转腕部分齿轮设计224.5.3 摆腕部分齿轮设计244.6 轴的设计和校核264.6.1 输出轴的设计224.6.2 传动轴的设计274.6.3 轴的强度校核294.7 夹持器的设计334.8 壳体的设计33结 论35致 谢36参考文献37CONTENTS AbstractIIchapter 111.1 the concept of the robot11.1.1 CaoZuoJi11.1.2 Drive unit21.1.3 Control device21.1
7、.4 System of artificial intelligence21. 2 Topic source21.3 Technical requirements21.4 This design to solve the main problems of the overall thinking and design2Chapter 2 research situation and development42.1 research status42.1.1 industrial robots42.1.2 Advanced robot52.2 Development trend7Chapter
8、3 overall scheme design93.1 The determination of the mechanical structure types93.1.1 Cylindrical coordinates type93.1.3 Spherical coordinates type93.1.5 Plane joint type93.2 the determination of work space103.3 the determination of wrist structure113.4 The determination of the basic parameters11Cha
9、pter 4 of the wrist structure design and calculation124.1 robot analysis and choose driving scheme124.2 The choice of wrist motor134.2.1 Mention the choice of wrist motor134.2.2A wrist and turn wrist motor choice134.3 Determine the transmission ratio of the134.3.1 Mention the transmission ratio of t
10、he wrist always sure134.3.2 Turn wrist and a wrist to determine the transmission ratio144.4 The transmission ratio of the distribution144.5 Gear design154.5.1 Mention wrist part gear design154.5.2 Turn wrist part gear design224.5.3 A wrist part gear design244.6 Axis of the design and check264.6.1 Th
11、e design of the output shaft264.6.2 The design of the274.6.3 Axis of intensity294.7 Grippers design334.8 Shell design33conclusion35thanks36And take an examination of the offer3719第1章 前言1.1 机器人的概念机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。美国机器人工业协会提出的工业机器人定义为：“机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零
12、件、工具的操作机”。英国和日本机器人协会也采用了类似的定义。我国的国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：“机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。而将操作机定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。 机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为使机器人进行作业而要求的外部设备组成。1.1.1 操作机操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。通常由下列部分组成：（1）末端执行器又称手部 是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，
13、是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。（2）手腕 是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有23个回转自由度以调整末端执行器的姿态。有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。（3）手臂 它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。（4）机座 有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。可分固定式和移动式两类。 1.1.2 驱动单元它是由驱动
14、器、检测单元等组成的部件，是用来为操作机各部件提供动力和运动的装置。1.1.3 控制装置它是由人对机器人的启动、停机及示教进行操作的一种装置，它指挥机器人按规定的要求动作。1.1.4 人工智能系统它由两部分组成，一部分是感觉系统，另一部分为决策规划智能系统。 1. 2 题目来源本题设计的是关节型机器人腕部结构，主要是整体方案设计和手腕的结构设计及其零件设计。此课题来源于生产实际。对于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，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、实现生产过程自动化、改善劳动条件。1.3 技术要求 根据设计要达到以下要求；（1）工作可靠，结构简单；（2） 装卸方便，便于维修、调整； （3）尽量使用通用件，以便降低制造成本。1.4 本设计要解决的主要问题及设计总体思路 本设计要解决的问题有以下三个：（1）手腕处于手臂末端，需减轻手臂的载荷，力求手腕部件的结构紧凑，减少重量和体积；（2）提高手腕动作的精确性；（3）六个自由度的实现。 针对上述问题有了以下设计思路：（1）腕部机构的驱动装置采用分离传动，将3个驱动器安置在小臂的后端。
