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1、摘 要机器人是一种集机械、电子、传感技术、控制技术等多种现代技术于一体的机电一体化产品。进入80年代，随着自动化生产流水线以及柔性生产系统（FMS）和柔性自动化（FA）在工业生产中的大量应用，机器人发挥着越来越重要的作用。机器人的特点是能在自动控制下通过编程完成目标操作或移动作业；机器人的构造和性能体现了人和机器各自的优点，特别是体现了人的智能和适应性以及机器的作业准确性和在各种环境中完成作业的能力。综观机器人发展的历史和高新技术的发展趋势，可以断言，机器人必将成为现代化工业发展中不可缺少的必备工具。本文设计了一种关节式机器人，具有六个自由度，其中手腕关节具有三个自由度，其它的关节各具有一个自
2、由度，各个关节采用电机驱动。本设计主要介绍关于机器人的一些基本常识和原理，包括机器人的组成、分类和主要技术性能参数并参考通用型机器人的结构，进行六自由度弧焊机器人的结构设计和其计算机控制系统的设计。本设计从实际情况出发，对机器人的机构可行方案进行了充分论证，用Pro/Engineer 和AutoCAD 等软件设计出了机器人本体结构。关键词: 六自由度；弧焊机器人；控制系统vABSTRACTThe robot is the mechanical-electrical production which is composed of the technique of mechanical、elect
3、rical、sensor、control. Coming the 80 age, with the application of the automatic manufacture pipelining、flexible manufacture system and flexible automation, the robot will exert the profound influence on this. A characteristic of the robot is its ability to complete object manipulation or moving task
4、through programming under the auto-control. The constitution and performance of the robot embody each quality of the man and robot, especially the mans intelligence and applicability as well as the veracity of the robots task and the ability of completing task under each environment.A joint type rob
5、ot was designed in this paperIt had six degrees of freedomThe wrist had three degrees of freedom and the other joints had three degrees of freedomThe painting robots joints were driven by motorsThis scheme introduced some basic information and theory of the robots. It is included that the compositio
6、n of the robot, the group of the robot, and the main capability of technology. It consulted the structure of the common robot to design the structure and computer control system of six degrees of freedom robot. After demonstrating the feasibility of robot mechanics, the article have designed the rob
7、ots entity structure with Pro/engineer and AutoCAD and otherwise software from the matter of fact.KEYWORDS：Six degrees of freedom；Arc welding robot；Control system 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 机器人的定义及特点11.2 机器人基本组成及技术参数11.2.1 机器人的基本组成11.2.2 机器人技术参数21.3 机器人的分类及应用31.3.1 机器人的分类31.3.2 机器人的应用领域及优点4第2章 机器人
8、的总体设计62.1 基本参数的确定62.2 机器人主体结构设计62.3 手臂配置形式72.4 位置检测装置的选择72.5 驱动与控制方式选择7第3章 结构运动学简图8第4章 操作机转动机构94.1 操作机结构方案的对比分析及选择94.2 电机的选择94.3 蜗轮蜗杆设计104.3.1 选择材料及精度等级104.3.2 确定主要参数104.3.3 强度校核124.3.4 润滑134.4 齿轮设计134.4.1 齿面接触疲劳强度计算144.4.2 齿根弯曲疲劳强度验算164.5 轴及轴承设计184.5.1 蜗杆轴及蜗轮轴设计184.5.2 蜗杆轴及蜗轮轴校核194.5.2.1 蜗杆轴校核194.5
9、.3 齿轮轴设计与校核264.5.3.1 设计264.5.2.2 蜗轮轴校核264.5.4 轴承设计与校核294.4.2.1 蜗杆轴轴承294.4.2.2 蜗轮轴轴承324.4.2.2 齿轮轴轴承324.5.4 键设计324.5.5 联轴器设计33第5章 操作机提升机构345.1 传动方案的分析与选择345.1.1 综述345.1.2 螺旋传动345.2 电机选择345.3 螺旋传动设计355.3.1 选材355.3.2 结构设计355.3.3 压杆稳定性核算365.3.4 刚度的验算365.3.5 联轴器设计37第6章 手臂伸缩机构386.1 传动方案的分析与选择386.1.1 综述386.
10、1.2 螺旋传动386.2 电机选择386.3 螺旋传动设计386.3.1 选材386.3.2 结构设计396.3.3 压杆稳定性核算406.3.4 刚度的验算406.4 带传动设计41第7章 手腕转动机构44结 论45致 谢46参考文献47第1章 绪论“机器人”(Robot)是1920年捷克作家卡雷尔卡佩克发表的科幻剧本罗萨姆的万能机器人中塑造的形象。剧中，罗萨姆公司把机器人作为人类生产的工业产品推向市场，让它去充当劳动力，以呆板的方式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆公司使机器人具有了感情，在工厂和家务劳动中，机器人成了必不可少的成员。在剧本中，卡佩克把捷克语“ Robota ”(农奴)写成了“
11、Robot(机器人)。这也是人类社会首次使用“机器人”这一概念。1987年国际标准化组织对机器人进行了定义:“机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。”我国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。宋健教授1999年7月5日在国际自动控制联合会第14届大会报告中所指出的：“机器人学的进步和应用是本世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化。” 机器人技术的出现与发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性的变化，而且
12、将对人类的社会生活产生深远的影响。科学的进步与技术的创新，为机器人的研究与应用开辟了广阔的思路与空间。本次设计是对六自由度弧焊机器人的二维设计，该设计是机械设计研究所的一项科研项目。我所做的设计是在老师及其他同学的帮助下，同过运用CAD软件来完成。结合所学的本专业的机械基础知识，针对六自由度弧焊机器人的特点及功能要求进行研究，在指导老师的帮助下进行对该机械产品的设计，这对我们是一种很好的锻炼机会，而且也是对我们专业知识的检验。我们可以找到自己的缺点和不足，并充实自己的知识。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，而机器人则是在工业生产上应用
13、的机器人。美国机器人工业协会提出的机器人定义为：“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
14、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，是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，是机器人机构中相对
15、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 机器人的研究发展现状机器人有50至60年的发展历史。1959年美国的发明家英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台机器人，机器人第一次出现在人们的视野中。英格伯格在大学时攻读的伺服电机理论，伺服电机理论是一种研究机构如何能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔于1946年发明了一种可以“重演”记录的运动的机器。德沃尔又于1954年获得可编程机械手专利，这种机械手臂能够按程序进行工作，同时也可以根据不同的工作需要以及工作对象编制不同的控制程序，因此在实际工作中具有很好通用性和灵活性。英格伯格和德沃尔都是研究机器人的著名发明家，他们都认为汽车工业是最适于用机器人的行业，因为汽车制造行业是用重型机器进行工作的，而且生产过程比较固定。英格伯格和德
