关节型机器人腕部结构结构设计说明
第3章3.3 机器人腕部结构
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3.3 机器人腕部结构 3 三自由度手腕
2) 1齿.轮1 链工轮业传机动器三人自由的度基腕本部概念
俯仰 偏转
回转
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❖ 结构特点： ▪ 该机构为 由齿轮、 链轮传动 实现的偏 转、俯仰 和回转三 个自由度 运动的手 腕结构。
轴主动
行星运动
齿轮固 定不动
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3.3 机器人腕部结构
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2 二自由度手腕
俯仰 1.1 工业机器人的基本概念❖思考?
▪ 图中所示的情况，当 S轴不输入，只有B轴 输入时，腕部存在哪
些运动，为什么？
回转
齿轮传动回转和俯仰型腕部原理
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3.3 机器人腕部结构
3 三自由度手腕
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3.3 机器人腕部结构
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2 腕部的转动
滚转1：.能1 实工现业36机0°器无人障的碍基旋本转的概关念节运动，通常用R来标记。
弯转：转动角度一般小于360°。弯转通常用B来标记。
滚转可以实现腕部的旋转；弯转可以实现腕部的弯曲
7
3.3 机器人腕部结构
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3.3.2
1 单1.自1由工度业腕机部器人的基本概念
俯仰
偏转
回转
齿轮链轮传动三自由度手腕原理图
1—油缸；2—链轮；3、4—锥齿轮；5、6—花键轴T；7—传动轴S；8—腕架；9—行星架；10、11、22、24—圆
38 柱齿轮；12、13、14、15、16、17、18、20—锥齿轮；19—摆动轴；21、23—双联圆柱齿轮；25—传动轴B
五自由度关节型机器人的结构设计及其仿真分析毕业设计[管理资料]
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摘要机械手因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色。
它可以搬运货物，分拣物品，并能够在在有害环境下操作以保护人身安全，代替人的繁重劳动，因此被广泛应用于机械制造、轻工以及需求物品搬运等各种场所。
本次设计的研究方向是五自由度关节型机器人的结构设计及其仿真分析，在确定了设计方案以后，就开始查阅机器人的相关资料，以便以后的设计能顺利进行。
然后就是对机械手的几大部分进行了相关计算，确定了相关数据以后，二维的CAD、CAXA随即开了运行，而后就是到PRO/E的三维实体设计，机械手的各部分的实体模型也随之而出。
最后进行的便是ADAMS的仿真，将需要的数据输入以后，机械手便可以根据要求运动，同时截取了一些重要的线性图，提高了本次设计的机械手的可行性、科学性。
关键词：机械手；结构；计算；数据；AbstractBecause of its high flexible manipulators and universality, in life, in various fields such as plays a very important role. It can carry goods, articles, and can be sorted in harmful environment to protect personal safety operation, instead of heavy labor, therefore, are widely used in machinery manufacturing, light industry and the demand for handling items.This design research direction is five dof joints of the robot structure design and simulation analysis, in determining the design plan later, began to refer to the related information, so as to make robots after design can be carried out smoothly. Then a few most of manipulator is carried on the related calculation, determine the relevant data later, two-dimensional CAD, CAXA immediately opened run, and then is to PRO/E, the three-dimensional design of the manipulator each part of entity model also subsequently and out. Finally the simulation is conducted, will need to ADAMS after the data input according to requirements, manipulator can exercise, meanwhile intercepting the some important linear figure, improve the design of the manipulator of practical, scientificKeywords：Manipulator, formation，Calculation; data目录摘要 (I)Abstract .................................................... I I 第一章绪论 (1)机器人的概念 (1)我国机器人研究现状 (1)工业机器人概述 (2)工业机器人研究的现状与意义 (3)论文研究的主要内容 (3)第2章五自由度机器人方案的设计 (4)机器人机械设计的特点 (5)与机器人有关的概念 (5)设计方案 (6) (6) (6) (7) (8)第3章五自由度机器人的结构设计 (10)手爪结构设计 (10) (10) (10) (11) (12) (12) (13)腕部回转关节的设计 (13)腕部俯仰关节的设计 (13)腕部材料的选择 (14)大臂和小臂结构设计 (14) (14)大臂的结构设计 (14) (15) (15) (16) (16)轴承的选择 (16)第4章五自由度机器人的三维造型 (17) (17)/E的主要功能 (17)主要特征 (19) (20)手爪的实体模型 (21)手腕的实体模型 (22)大臂与小臂实体模型建立 (23)底座的实体模型 (26)...................................................... 错误!未定义书签。
工业机器人课件2.2手部设计-2.3腕部设计
类人机器人的手部
具有多关节的三指手
No.40
类人机器人的手部
1
4
2
3
5
6
11 10
7
9
8
1,9-适应弹簧 2,3,8-连杆 4－食指 5－中指 6－无名指 7－小指 10－蜗轮 11－驱动杆
贝尔格莱德手
No.41
BH-4型灵巧手有四个 手指，每个手指有4个关节， 4个手指共16个自由度，其 关节由齿轮传动，包括直流 伺服电机、行星减速器和光 码盘在内的电机单元驱动。 光码盘用于测量电机轴相对 转角，关节轴绝对转角由电 位计测量。
在张启先院士的主持下， 北京航空航天大学机器人 研究所于80年代末开始 灵巧手的研究与开发。
灵巧手有三个手指，每 个手指有3个关节，3个 手指共9个自由度，微电 机放在灵巧手的内部，各 关节装有关节角度传感器， 指端配有三维力传感器， 采用两级分布式计算机实 时控制系统。
北航研制的BH-3灵巧手 北航研制的BH-4灵巧手 No.42
No.16
二、传动机构——其它结构型式
重力式手爪
No.17
二、传动机构——其它结构型式
拨杆杠杆式钳爪
No.18
二、传动机构——其它结构型式
内撑式三指钳爪
No.19
2.2.1 钳爪式手部的设计
三、钳爪式手部的设计要点
应具有足够的夹紧力 应具有足够的张开角 应能保证工件的可靠定位 应具有足够的强度和刚度 应适应被抓取对象的要求 应尽量做到结构紧凑、重量轻、效率高 应具有一定的通用性和可互换性
2.2 手部设计
SIWR-Ⅰ型和Ⅱ型水下作业机械手模拟试验装置
No.1
2.2 手部设计
新松的装配机器人
关节型工业机械手的结构设计毕业设计说明书[管理资料]
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毕业论文题目关节型工业机械手的结构设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0917班学生学号20090421170指导教师二〇一三年六月三日摘要关于该关节型工业机械手的具体研究方法。
本次设计工作首先对实体安川机器人进行了细致的研究，了解了其内部的具体结构，安川机器人的结构可分为六个轴系，然后根据六个轴系对其内部结构进行分解，以便了解各个零件之间的配合，这样就对安川机器人有了大体的了解。
下面就进行尺寸的测量，尺寸的测量只需要测量一下大体的外观尺寸，而内部尺寸可根据零件的配合进行合理的设计。
然后，进行计算（包括电机功率的计算，轴的设计，齿轮的参数计算），接着可依据相关资料，选取恰当的电机。
最后，可根据实体与之前所掌握的知识对机械手的结构进行设计分析。
关键词:伺服电机、机械手抓、移动旋转。
ABSTRACTHere is about the research method of the industrial manipulator joints. The design work on the real first AnChuan robot has carried on the detailed research, understand the internal structure of concrete, AnChuan robot structure can be divided into six axis, and then according to the six axis of its internal structure decomposition, in order to understand the cooperation between the various parts of the, thus for AnChuan robot have roughly understanding. Below is the size of the measurement, the size of the measurement only need to measure the general appearance of the size, and the internal dimension can be reasonable according to the parts of the design. Then, computing (including motor power calculation, the design of the shaft, the gear parameter calculation), then can according to relevant data, select the appropriate machine. Finally, according to the entity and prior knowledge on the structure of the manipulator design analysis.Keywords:servo motor rotate, manipulator grabbing and moving.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)机械手国内外发展现状 (1)多关节型工业机械手概述 (2)机械手组成与分类 (3) (3) (3)2机械手的设计方案 (4) (5)机械手设计方案 (5)方案特点 (6)电机的选型 (7)初步估算机械手的质量 (7) (8)计算电机功率 (10)锥齿轮设计 (10)齿轮精度、材料 (10)按齿面接触疲劳强度设计 (10)按齿根弯曲强度设计 (12)锥齿轮参数计算 (12)同步带轮的设计 (13)同步齿形带传动计算 (13)带轮几何尺寸的计算 (14)减速器的设计 (16)减速器减速比的计算 (16)减速器输出轴径的计算 (16)4 机械手各结构设计 (17)手爪结构的设计 (17)手爪的设计要求 (17)手爪的分类 (18)手部结构形式的确定 (18)手腕结构的设计 (18)手腕的设计要求 (18)手腕结构形式的确定 (19)手臂结构的设计 (19)手臂的设计要求 (19)手臂结构 (19)小臂结构形式的确定 (20)小臂后箱体的结构设计 (20)连接杆件的设计 (21)5 关键轴的校核 (21)腕部输入轴的结构 (21)轴的校核 (22)6 结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)1前言机械手国内外发展现状1962年，美国机械铸造公司试制成一台数控试教机械手。
机器人手部结构详解
工具：进行作业的专用工具。
工件的定位和夹紧：
F
2．按夹持方式分：
外夹式：
手部与被夹件的外表面相接触。 手部与工件的内表面相接触。
内撑式：
内外夹持式：
手部与工件的内、外表面相接触。
夹持方式图例：
Y
X Z
3．按手爪的运动形式分：
回转型：
当手爪夹紧和松开物体时，手指作回转运动。当 被抓物体的直径大小变化时，需要调整手爪的位 置才能保持物体的中心位置不变。 手指由平行四杆机构传动，当手爪夹紧和松开物 体时，手指姿态不变，作平动。 当手爪夹紧和松开工件时，手指作平移运动，并 保持夹持中心的固定不变，不受工件直径变化的 影响。
应用：
喷气式吸盘图例：
7．挤气式吸盘：
主要构成：
吸盘架、压盖、 密封垫、吸盘
工作原理：
挤气式吸盘工作原理图：
六、手部结构的应用实例
1．平行指手爪机构：
工作原理：
回转动力源1和6 驱动构件2和5顺 时针或逆时针旋 转，通过平行四 边形机构带动手 指3和4作平动， 夹紧或释放工件。
齿轮齿条式手爪重力式手爪滑槽式手爪拨杆杠杆式手爪线圈通电空气间隙的存在线圈产生大的电感和启动电流周围产生磁场通电导体一定会在周围产生磁场吸附工件适用于用铁磁材料做成的工件
机器人手部结构
主讲 周兰
引言：
工业机器人的手部也叫末端操作器， 它直接装在工业机器人的手腕上用于 夹持工件或让工具按照规定的程序完 成指定的工作。
结构特点：
该吸盘具有一个 球关节，使吸盘 能倾斜自如，适 应工件表面倾角 的变化。
机械手腕部设计
1.1 机器人组成
机器人主要由驱动装置、控制系统和执行机构三大部分组成。
1.1.1 驱动装置
工业机器人的驱动装置包括驱动器和传动机构两部分，它们通常与执行机构 连成一体。传动机构常用的有谐波减速器、滚珠丝杠、链、带以及各种齿轮轮系。 驱动器通常有电机(直流伺服电机，步进电机，交流伺服电机)，液动和气动装置， 目前使用最多的是交流伺服电机。
本课题通过对通用机器人 smart6.50R 的结构进行分析和研究，完成对其腕 部的设计，并借助 CAD/CAE 软件完成从建模到运动学分析、应力分析的全过程。 最终期望腕部与小臂、手部、大臂能够协调工作，能够完成各种现代工业加工过 程中所要求的动作。
本课题的设计思路是：借助已有的通用机器人的腕部设计思想和方法，综合 考虑腕部机构在机器人运动中所起的作用和机器人的整体技术参数以及结构特 点，然后选择合理的机构，确定传动线路，然后对机构进行分析，计算主要参数， 并对部分零件进行设计、组装，综合评价腕部系统。
机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机器人。它是一种独 立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规 定操作。它的特点是除了具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆 智能的三元机械。它可以灵活运用在工业上的各个方面，如喷漆、焊接、搬运等。 第二类是需要人工操作的，称为机械机。它起源于原子、军事工业，先是通过操 作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球 等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专用机器人，主要附属 于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机器人在国外称 为“Mechanical Hand "，它是为主机服务的，由主机驱动;除少数外，工作程序 一般是固定的，采用机械编程。因此是专用的。
机器人腕部结构
k定义:腕跚是臂跚和手部的连接件，起支承手跚相改变手部姿态的作用。
2、手U的自由度：■为了便手貉能处于空ranfn向，要求腕册能实现对空间三个坐林轴X、Y、Z的废转运动。
迪便是腕笳运动的三个自由度，分别称为制转R(Roll)、ffin P ( Pitch ) 和19 转Y(Yaw)o■并不是所有的手腕邵必须具笛三f自由度，而是根据实际便用的工作性能要求来确定。
手腕的PDWI 手腕的回转3、手H的披廿要*■结构紧凑、虫量轻；■朋作灵活、平稳，定EH青度高；■强8L啊度高；■与臂册及手部的连接81位的合理连接结构，传感器和驱动装置的合理布局及安装等。
4、手H的分类(门二自由度手H：可以由一个R关节相一fB关节联合构成BR关节实现，或由两个B关节组成BB关节实现, 但不能由两个RR关节构戒二自由度手腕，因为两个R关节的功能是車复的，实际上只起到单自由度的作用。
翻转（c）RR手腕（属于单自由厦）（2 ）三自由度手Rh有R £节和B关节的组合构成的三自由度手腕可以有多种型氏，实观甜转、備仰和備转血能。
BBR手腕BRR手腕5. 按手ji的烟动方式分：■直接駆动手Ji：■驰动澹宜接芸在手腕上。
逹种直接驱动手腕的关址是能否设岀尺寸小、車量轻而驱动扭拒夫、驰动性能好的驱动电机或液压马达。
■传动手阖：■有时为了保证貝有足昭大的驰朋力，驱动装置Q不能做得足够小，冋时也为了廠轻手腕的車量，采用远卽离的驱动方式，可以实现三个自由度的运动。
220-偏钱浪压肓接駆动BBR手腕图例远即离传动手腕图例6、典里结构（D g动浪压H 压缸）：■结枳■由缸体、用板、叶片、花邃套等壬要跚件构戒。
貝中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱朋轴连接，用螺栓2將隔极与H体连接。
■工作原理：■在密封的iltt,用板与活动时片之同围应两个油腔，当油亂中的无杆腔和有杆腔。
液压力作用在Siinf片的端面上，对传动轴中心严生力矩使被驱动(2) 单自由SBftg 动手H ：■ 结构箝点：■机器人手部的合是由汽紙驱动的,而手腕的回转运动则由回转液圧幻实现。
详解机器人手腕结构图
详解机器人手腕结构图————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：【详解】机器人手腕结构图机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件,它的作用是调节或改变工件的方位, 因而它具有独立的自由度,以使机器人末端操作器适应复杂的动作要求。
工业机器人一般需要6个自由度才能使手部达到目标位置并处于期望的姿态。
为了使手部能处于空间任意方向, 要求腕部能实现对空间三个坐标轴x、y、z的转动，即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度,如图2．3１所示。
通常也把手腕的翻转叫做Roｌl,用R表示;把手腕的俯仰叫做Pｉtch，用Ｐ表示; 把手腕的偏转叫Yaｗ,用Y表示。
图2.31 手腕的自由度(a）绕z轴转动; (b)绕y轴转动; (c) 绕ｘ轴转动；（d) 绕x、y、ｚ轴转动手腕的分类１．按自由度数目来分手腕按自由度数目来分, 可分为单自由度手腕、2自由度手腕和3自由度手腕。
(1）单自由度手腕,如图2.32所示。
图（ａ)是一种翻转(Rｏll)关节, 它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴形式。
这种R关节旋转角度大, 可达到3６0°以上。
图(b)、(c）是一种折曲（Benｄ)关节(简称B关节), 关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直。
这种B关节因为受到结构上的干涉, 旋转角度小,大大限制了方向角。
图(d)所示为移动关节。
图2.3２单自由度手腕（a) R手腕；(ｂ) B手腕;(c）Ｙ手腕；(d) T手腕(2) ２自由度手腕,如图2．3３所示。
２自由度手腕可以由一个R关节和一个B关节组成ＢR手腕（见图２.3３(a))，也可以由两个B关节组成BB手腕(见图2.33(b））。
但是,不能由两个Ｒ关节组成RR手腕，因为两个R共轴线,所以退化了一个自由度, 实际只构成了单自由度手腕,见图2.33(ｃ)。
图2.33 二自由度手腕(ａ) BR手腕; (b) ＢＢ手腕; (c) ＲＲ手腕(3)3自由度手腕，如图2.34所示。
机器人腕部结构
单自由度手腕图例：
R手腕
B手腕
B手腕
T手腕
1．按自由度的数目分（2）：
二自由度手腕：
可以由一个R关节和一个B关节联合构成 BR关节实现，或由两个B关节组成BB关节 实现，但不能由两个RR关节构成二自由 度手腕，因为两个R关节的功能是重复的 ，实际上只起到单自由度的作用。
结构特点：
采用双回转油缸驱动，一个带动手腕作 俯仰运动，另一个油缸带动手腕作回转 运动。
V-V视图表示的回转缸中动片带动回转油 缸的刚体，定片与固定中心轴联结实现 俯仰运动；L-L视图表示回转缸中动片与 回转中心轴联结，定片与油缸缸体联结 实现回转运动。
双回转油缸驱动手腕图例：
3．轮系驱动的二自由度BR手腕：
偏转 运动
动作分解：
回转运动
俯仰运动
四、典型结构
1．摆动液压缸（又称回转液压缸） ：
结构：
由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。 其中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱动轴 连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。
工作原理：
在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个 油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作 用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩 使被驱动轴转动。摆动缸转角在270°左右。
并不是所有的手腕都必须具备三个自由 度，而是根据实际使用的工作性能要求 来确定。
手腕自由度图例：
腕部坐标系
手腕的偏转
手腕的俯仰
手腕的回转
二、手腕的设计要求
结构紧凑、重量轻； 动作灵活、平稳，定位精度高； 强度、刚度高； 与臂部及手部的连接部位的合理连接
关节型机器人结构设计及仿真分析
机电学院毕业设计指导书课题名称关节型机器人结构设计及仿真分析教学系、部、室机械设计系专业机械设计制造及其自动化指导教师一、毕业设计题目题目名称：关节型机器人结构设计及仿真分析机器人技术是近40多年来迅速发展起来的一门综合性学科，它综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当今世界科学技术发展最活跃的领域之一。
机器人的研究、制造和应用，正受到许多国家的广泛重视，是一个国家科技水平和经济实力的象征。
它能够替代人类不知疲倦地完成枯燥繁重的劳动，降低工人的劳动强度，提高劳动生产率。
它的环境适应能力强，能够在水下、太空、真空、辐射以及剧毒等任何危险环境中工作，使人类的生命安全和健康得到保障。
随着研究的深入，人们不断发现机器人技术的潜力，对它的应用已经逐步渗透到了人们生产和生活的各个领域中。
目前工业生产中应用最广泛的机器人是工业机器人，亦称作工业机械手。
各种不同功能的机械手操作系统其机械、电气和控制结构一般也各不相同，但大多数完整的机械手系统都有4个主要部分：1.机械本体机构2.传感系统3.控制系统4.驱动源。
机械本体机构通常是由手臂、手腕和末端执行器组成。
它们主要是由一系列旋转关节或移动关节相连接的多个机械连杆的集合体，从而形成开式运动链的结构。
一端装在固定的基座上，另一端在手腕上安装手爪、各种夹持机构或专用工具来完成各种工作。
机械手在执行一项任务时，由它的机械结构实现其运动机能，完成规定作业，因此机械结构的布局、类型、传动方法和驱动方式将直接影响机械手的总体性能。
传感系统是将有关机械部件的各种工作状态信息传递给机器人的控制系统，控制系统通过这些信息确定机械部件各部分的正确运行轨迹、速度、位置和外部环境，使机械部件的各部分按预定程序在规定的时间开始和结束动作。
驱动源是使各种机械部件产生运动的装置，主要包括气动、液压和电动三种形式。
毕业设计（论文）-关节型机械手设计-圆柱坐标式（全套图纸）
1
Abstract
In this paper, the design of the joint-type robot using cylindrical coordinates of type, can be completed on the expected, inversion and other functions. Mainly by the manipulator hand, wrist, arm and body parts, etc., with rotating wrists, arms stretching, arm movements and arm rotation four degrees of freedom, able to meet the general requirements of the industry.
2.1.3 控制系统
有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位程序控制，也有 采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁带磁盘、穿孔卡 等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特征。
2.2 关节型机械手的主要技术参数
1.抓重： 300N
7
2.自由度： 4个
3.坐标形式：圆柱坐标
1 绪论
机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。它的特点是可通 过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点， 尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能 力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
1.1 研究目的及意义
工业机械手具有许多人类无法比拟的优点，满足了社会化大生产的需要，其 主要优点如下：
关节型机器人腕部结构设计
优秀设计学科门类：单位代码：毕业设计说明书（论文）关节型机器人腕部结构设计学生姓名所学专业班级学号指导教师XXXXXXXXX系二○**年X X月任务书一、设计内容题目来源于生产实际。
设计一个用于焊接的关节型机器人，进行机器人的总体方案设计、腕部及执行器结构设计及其零件设计。
二、设计依据焊接关节型机器人具有六个自由度，腰关节回转，臂关节俯仰，肘关节俯仰，腕关节仰腕、摆腕和旋腕，腕部最大负荷4kg，最大速度2m/s，最大工作空间半径1500mm。
三、技术要求1、机器人应能满足工作要求，保证焊接精度；2、工作可靠，结构简单；3、装卸方便，便于维修、调整；4、尽量使用通用件，以便降低制造成本。
四. 主要参考文献：1、殷际英.何广平.关节型机器人：北京:化学工业出版社，2003.2、马香峰.工业机器人的操作机设计.北京：冶金工业出版社，1996.3、费仁元.张慧慧.机器人机械设计和分析.北京：北京工业大学出版社，1998.4、周伯英.工业机器人设计.北京：机械工业出版社，1995.5、蔡自兴.机器人学.北京：清华大学出版社，2000.6、宗光华,刘海波译.机器人技术手册. 北京：科学出版社，1996.7、徐卫良，钱瑞明译.机器人操作的数学导论. 北京：机械工业出版社，1998.8、孙迪生，王炎.机器人控制技术.北京：机械工业出版社，1998.9、徐灏.机械设计手册.第二版.北京：机械工业出版社，2000.10、成大先.机械设计手册.第4版. 北京：化学工业出版社，2002.开题报告关节型机器人腕部结构设计摘要：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、转腕和提腕的三个自由度的要求。
多自由度关节式机械手的结构设计
目录1前言 (1)1.1 设计题目的背景及目的 (1)1.2 概述 (1)1.3. 机械手发展简史 (2)1.5 机械手应用概况 (3)1.6 发展趋势 (4)2 工业机械手设计概述 (5)2.1机械手设计目的及意义 (5)2.2 本次机械手的设计内容 (5)3 设计要求及方案论证 (6)4总体设计及分析 (8)4.1 系统原理介绍 (8)4.2 系统结构论述 (9)4.2.1机械手结构设计的特点 (10)5机械手各部分设计及计算 (10)5.1驱动系统的选择 (10)5.2 机械手基座部分设计 (12)5.2.1机械手基座结构的设计原则 (12)5.2.2 基座部分的设计计算 (13)5.2.3计算传动装置的运动和动力参数 (16)5.2.4主要传动尺寸的确定 (16)5.3 机械手手臂部分设计及计算 (23)5.3.1机械手手臂结构设计的原则： (23)5.3.2机械手手腕部分设计及其计算 (32)6 直接示教轻动化设计 (36)7 总结 (37)参考文献 (38)谢辞 (39)1前言1.1 设计题目的背景及目的机器人是近30年来发展起来的一种高科技自动化生产设备。
机械手是机器人的一个重要分支。
它的特点是可通过变成完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其是体现了人的智能和适应性，机器作业的准确性和在各种环境完成作业的能力。
本设计完成了多自由度关节式机械手的运动方案设计和驱动方式选择，并对机座，手臂及末端执行器等机械装置进行了结构设计。
本次设计的内容是多自由度关节式机械手的结构设计，属于工业机械手机械部分设计，本次设计的机械手属于专业机械手，主要附属于某一主机，如自动机床或生产线上，用以解决机床的上下料及工件的传输等任务，动作比较单一，只能完成某些特定的任务。
1.2 概述机器人是一种人类很早就梦想制造的、具有仿生性且处处听命于人的自动化机器，它可以帮助人类完成很多危险、繁重、重复的体力劳动或者进入各种服务领域。
【详解】机器人手腕结构图
[详解]机器人手腕结构图机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件,它的作用是调节或改变工件的方位, 因而它具有独立的自由度,以使机器人末端操作器适应复杂的动作要求.工业机器人一般需要6个自由度才能使手部达到目标位置并处于期望的姿态.为了使手部能处于空间任意方向, 要求腕部能实现对空间三个坐标轴x、y、z的转动, 即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度,如图2.31所示.通常也把手腕的翻转叫做Roll, 用R表示; 把手腕的俯仰叫做Pitch, 用P表示; 把手腕的偏转叫Yaw, 用Y表示.图2.31 手腕的自由度<a> 绕z轴转动; <b> 绕y轴转动; <c> 绕x轴转动; <d> 绕x、y、z轴转动手腕的分类1. 按自由度数目来分手腕按自由度数目来分, 可分为单自由度手腕、2自由度手腕和3自由度手腕.<1> 单自由度手腕,如图2.32所示.图<a>是一种翻转<Roll>关节, 它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴形式.这种R 关节旋转角度大, 可达到360°以上.图<b>、<c>是一种折曲<Bend>关节<简称B关节>, 关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直.这种B关节因为受到结构上的干涉, 旋转角度小, 大大限制了方向角.图<d>所示为移动关节.图2.32 单自由度手腕<a> R手腕；<b> B手腕; <c> Y手腕；<d> T手腕<2> 2自由度手腕,如图2.33所示.2自由度手腕可以由一个R 关节和一个B关节组成BR手腕<见图2.33<a>>,也可以由两个B关节组成BB手腕<见图2.33<b>>.但是, 不能由两个R 关节组成RR手腕, 因为两个R共轴线, 所以退化了一个自由度, 实际只构成了单自由度手腕,见图2.33<c>.图2.33 二自由度手腕<a> BR手腕；<b> BB手腕; <c> RR 手腕<3> 3自由度手腕,如图2.34所示.3自由度手腕可以由B关节和R关节组成许多种形式.图2.34<a>所示是通常见到的BBR手腕, 使手部具有俯仰、偏转和翻转运动, 即RPY运动.图2.34<b>所示是一个B关节和两个R关节组成的BRR手腕, 为了不使自由度退化, 使手部产生RPY运动,第一个R关节必须进行如图所示的偏置.图2.34<c>所示是三个R关节组成的RRR手腕,它也可以实现手部RPY运动.图2.34<d>所示是BBB手腕, 很明显, 它已退化为二自由度手腕,只有PY运动,实际上不采用这种手腕.此外, B关节和R 关节排列的次序不同,也会产生不同的效果,同时产生了其它形式的三自由度手腕.为了使手腕结构紧凑, 通常把两个B关节安装在一个十字接头上, 这对于BBR手腕来说,大大减小了手腕纵向尺寸. 图2.34 三自由度手腕<a> BBR 手腕; <b> BRR手腕; <c> RRR手腕; <d> BBB手腕2. 按驱动方式来分手腕按驱动方式来分,可分为直接驱动手腕和远距离传动手腕.图2.35所示为Moog公司的一种液压直接驱动BBR手腕, 设计紧凑巧妙. M1、M2、M3是液压马达, 直接驱动手腕的偏转、俯仰和翻转三个自由度轴.图2.36所示为一种远距离传动的RBR手腕.Ⅲ轴的转动使整个手腕翻转, 即第一个R关节运动.Ⅱ轴的转动使手腕获得俯仰运动, 即第二个B关节运动.Ⅰ轴的转动即第三个R关节运动.当c轴一离开纸平面后, RBR手腕便在三个自由度轴上输出RPY运动.这种远距离传动的好处是可以把尺寸、重量都较大的驱动源放在远离手腕处, 有时放在手臂的后端作平衡重量用,这不仅减轻了手腕的整体重量, 而且改善了机器人的整体结构的平衡性.图2.35 液压直接驱动BBR手腕图2.36 远距离传动RBR手腕手腕的典型结构设计手腕时除应满足启动和传送过程中所需的输出力矩外, 还要求手腕结构简单,紧凑轻巧,避免干涉,传动灵活; 多数情况下,要求将腕部结构的驱动部分安排在小臂上, 使外形整齐; 设法使几个电动机的运动传递到同轴旋转的心轴和多层套筒上去, 运动传入腕部后再分别实现各个动作.下面介绍几个常见的机器人手腕结构.图2.37所示为双手悬挂式机器人实现手腕回转和左右摆动的结构图. A-A剖面所表示的是油缸外壳转动而中心轴不动, 以实现手腕的左右摆动；B-B剖面所表示的是油缸外壳不动而中心轴回转, 以实现手腕的回转运动.其油路的分布如图2.37所示.图2.37 手腕回转和左右摆动的结构图图2.38所示为PT－600型弧焊机器人手腕部结构图和传动原理图.由图可以看出, 这是一个具有腕摆与手转两个自由度的手腕结构, 其传动路线为: 腕摆电动机通过同步齿形带传动带动腕摆谐波减速器7, 减速器的输出轴带动腕摆框1实现腕摆运动; 手转电动机通过同步齿形带传动带动手转谐波减速器10, 减速器的输出通过一对锥齿轮9实现手转运动.需要注意的是, 当腕摆框摆动而手转电动机不转时, 联接末端执行器的锥齿轮在另一锥齿轮上滚动, 将产生附加的手转运动, 在控制上要进行修正.图2.38 PT-600型弧焊机器人手腕结构图图2.39所示为KUKA IR-662／100型机器人的手腕传动原理图.这是一个具有3个自由度的手腕结构, 关节配置形式为臂转、腕摆、手转结构.其传动链分成两部分: 一部分在机器人小臂壳内, 3个电动机的输出通过带传动分别传递到同轴传动的心轴、中间套、外套筒上; 另一部分传动链安排在手腕部, 图2.40所示为手腕部分的装配图.图2.39 KUKA IR-662/100型机器人手腕传动图图2.40 KUKA IR-662/100型机器人手腕装配图其传动路线为:<1> 臂转运动.臂部外套筒与手腕壳体7通过端面法兰联接,外套筒直接带动整个手腕旋转完成臂转运动.<2> 腕摆运动.臂部中间套通过花键与空心轴4联接, 空心轴另一端通过一对锥齿轮12、13带动腕摆谐波减速器的波发生器16, 波发生器上套有轴承和柔轮14,谐波减速器的定轮10与手腕壳体相联, 动轮11通过盖18和腕摆壳体19相固接, 当中间套带动空心轴旋转时, 腕摆壳体作腕摆运动.<3> 手转运动.臂部心轴通过花键与腕部中心轴2联接, 中心轴的另一端通过一对锥齿轮45、46带动花键轴41, 花键轴的一端通过同步齿形带传动44、36带动花键轴35, 再通过一对锥齿轮传动33、17带动手转谐波减速器的波发生器25, 波发生器上套有轴承和柔轮29, 谐波减速器的定轮31通过底座34与腕摆壳体相联,动轮24通过安装架23与联接手部的法兰盘30相固定, 当臂部心轴带动腕部中心轴旋转时, 法兰盘作手转运动.柔顺手腕结构在用机器人进行的精密装配作业中, 当被装配零件之间的配合精度相当高, 由于被装配零件的不一致性, 工件的定位夹具、机器人手爪的定位精度无法满足装配要求时, 会导致装配困难, 因而, 柔顺性装配技术有两种：一种是从检测、控制的角度出发, 采取各种不同的搜索方法, 实现边校正边装配; 有的手爪还配有检测元件, 如视觉传感器<如图 2.41 所示>、力传感器等, 这就是所谓主动柔顺装配. 另一种是从结构的角度出发, 在手腕部配置一个柔顺环节, 以满足柔顺装配的需要, 这种柔顺装配技术称为被动柔顺装配.图2.41 带检测元件的手图2.42所示是具有移动和摆动浮动机构的柔顺手腕.水平浮动机构由平面、钢球和弹簧构成,实现在两个方向上进行浮动; 摆动浮动机构由上、下球面和弹簧构成, 实现两个方向的摆动.在装配作业中,如遇夹具定位不准或机器人手爪定位不准时, 可自行校正.其动作过程如图2.43所示, 在插入装配中工件局部被卡住时,将会受到阻力, 促使柔顺手腕起作用, 使手爪有一个微小的修正量,工件便能顺利插入.图2.44所示是另一种结构形式的柔顺手腕, 其工作原理与上述柔顺手腕相似.图2.45所示是采用板弹簧作为柔性元件组成的柔顺手腕,在基座上通过板弹簧1、2联接框架, 框架另两个侧面上通过板弹簧3、4联接平板和轴,装配时通过4块板弹簧的变形实现柔顺性装配.图2.46所示是采用数根钢丝弹簧并联组成的柔顺手腕. 图2.42 移动摆动柔顺手腕图2.43 柔顺手腕动作过程图 2.44 柔顺手腕图 2.45 板弹簧柔顺手腕图2.46 钢丝弹簧柔顺手腕。
机器人手部结构详解
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2．手部是末端操作器：
可以具有手指，也可以不具有手指； 可以有手爪，也可以是专用工具。
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末端操作器图例（1）：
每个手指有三个或 四个关节。技术关 键是手指之间的协 调控制。
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末端操作器图例（2）：
电磁吸盘的结构：
主要由磁盘、防尘盖、线圈、壳体等组成。
工作原理：
夹持工件：
线圈通电→空气间隙的存在→线圈产生大的电感和启 动电流→周围产生磁场（通电导体一定会在周围产生 磁场）→吸附工件
放开工件：
线圈断电→磁吸力消失→工件落位
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2．电磁吸盘(2)：
适用范围：
适用于用铁磁材料做成的工件；不适合于 由有色金属和非金属材料制成的工件。
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三、手部的构成
主要有手指、驱动机构和传动机构组成。
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四、手部的分类
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1．按用途分：
手爪：具有一定的通用性。主要功能是：抓住 工件、握持工件、释放工件。
抓住：在给定的目标位置和期望姿态上抓住工件，
工件必须有可靠的定位，保持工件和手爪之间的准 确的相对位置关系，以保持机器人后续作业的准确 性。 握住：确保工件在搬运过程中或零件装配过程中定 义了的位置和姿态的准确性。 释放：在指定位置结束手部和工件之间的约束关系。
可用来吸附鸡蛋、 锥颈瓶等物件。 扩大了真空吸盘 在机器人上的应 用。
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6．喷气式吸盘：
工作原理：
压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应，当压缩 空气刚进入时，由于喷嘴口逐渐缩小，致使气流 速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时，气 流速度达到临界速度，然后喷嘴管路的截面逐渐 增加，使与橡胶皮碗相连的吸气口处，造成很高 的气流速度而形成负压。
平面关节型机械手结构设计
平面关节型机械手结构设计摘要机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，目前平面关节型机械手被广泛应用于工业领域中。
平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动。
文章中介绍了平面关节型机械手的设计理论与方法，在力学计算的基础上进行结构分析，详尽的讨论了平面关节型机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。
关键词：机械手平面关节型结构设计Plane joint type manipulator structure designAbstract Manipulator is a sort of automation device which has the function of grasp and transfer workpieces during the automated production. Today hydraulic manipulator is widely used in industry field. Planar articulated robot with two rotary joints and a prismatic joint; two rotary joints around, movement control, and move up and down movement joint is achieved.This article system elaboration industry manipulator's design theory and method. Mechanical calculations on the basis of the structural analysis.The comprehensive exhaustive discussion has Planar articulated manipulator's hand, the wrist, the arm ，the fuselage and so on ,which the major structural design computation.Key words: manipulator; Plane joint type; structural design目录1绪论 (8)1.1 机械手的组成 (1)1.1.1 执行机构 (1)1.1.2 驱动机构 (2)1.1.3 控制系统分类 (2)1.2 机械手的分类 (2)2 机械手总体设计 (4)1.1 主要技术参数 (4)3 手部设计 (5)3.1 确定手部结构 (6)3.2 手部受力分析 (6)3.3 手部夹紧力的计算 (7)3.4 手部夹紧缸的设计计算 (8)3.4.1 夹紧缸主要尺寸的计算 (8)3.4.2 缸体结构及验算 (9)3.4.3 活塞杆的设计计算 (9)4 移动关节的设计计算 (11)4.1驱动方式的比较 (11)4.2上下移动升降缸的设计 (12)5 小臂的设计 (14)5.1 设计时注意的问题 (14)5.2 小臂结构的设计 (13)5.3 轴的设计计算 (15)5.4 轴承的选择.................................... 错误!未定义书签。
机器人手部结构详解
2．手部是末端操作器： ．手部是末端操作器：
可以具有手指，也可以不具有手指； 可以有手爪，也可以是专用工具。
末端操作器图例（1）：
每个手指有三个或 四个关节。技术关 键是手指之间的协 调控制。
末端操作器图例（2）：
3．手部是一个独立的部件： ．手部是一个独立的部件：
工业机器人通常分为三个大的部件： 工业机器人通常分为三个大的部件 ： 机身、手臂（含手腕）、手部。手部 对整个机器人完成任务的好坏起着关 键的作用，它直接关系着夹持工件时 的定位精度、夹持力的大小等。
机器人手部结构
主讲 周兰
引言：
工业机器人的手部也叫末端操作器， 它直接装在工业机器人的手腕上用于 夹持工件或让工具按照规定的程序完 成指定的工作。
一、手部的特点
1．手部与手腕相连处可拆卸： ．手部与手腕相连处可拆卸：
手部与手腕处有可拆卸的机械接口： 手部与手腕处有可拆卸的机械接口 ： 根据夹持对象的不同，手部结构会有 差异，通常一个机器人配有多个手部 装置或工具，因此要求手部与手腕处 的接头具有通用性和互换性。 手部可能还有一些电、 液的接口： 手部可能还有一些电 、 气 、 液的接口 ： 由于手部的驱动方式不同造成。对这 些部件的接口一定要求具有互换性。
2．电磁吸盘(2)： ．电磁吸盘 ：
适用范围： 适用范围：
适用于用铁磁材料做成的工件；不适合于 由有色金属和非金属材料制成的工件。 适合于被吸附工件上有剩磁也不影响其工 作性能的工件。 适合于定位精度要求不高的工件。 适合于常温状况下工作。铁磁材料高温下 的磁性会消失。
电磁吸盘图例:
3．真空式吸盘： ．真空式吸盘：
平移型图例：
此时手部是张开还是合拢？
该丝杆的螺纹具有什么特点？
关节型机器人腕部结构设计
优秀设计学科门类：单位代码：毕业设计说明书（论文）关节型机器人腕部结构设计学生姓名所学专业班级学号指导教师XXXXXXXXX系二○**年X X月任务书一、设计内容题目来源于生产实际。
设计一个用于焊接的关节型机器人，进行机器人的总体方案设计、腕部及执行器结构设计及其零件设计。
二、设计依据焊接关节型机器人具有六个自由度，腰关节回转，臂关节俯仰，肘关节俯仰，腕关节仰腕、摆腕和旋腕，腕部最大负荷4kg，最大速度2m/s，最大工作空间半径1500mm。
三、技术要求1、机器人应能满足工作要求，保证焊接精度；2、工作可靠，结构简单；3、装卸方便，便于维修、调整；4、尽量使用通用件，以便降低制造成本。
四. 主要参考文献：1、殷际英.何广平.关节型机器人：北京:化学工业出版社，2003.2、马香峰.工业机器人的操作机设计.北京：冶金工业出版社，1996.3、费仁元.张慧慧.机器人机械设计和分析.北京：北京工业大学出版社，1998.4、周伯英.工业机器人设计.北京：机械工业出版社，1995.5、蔡自兴.机器人学.北京：清华大学出版社，2000.6、宗光华,刘海波译.机器人技术手册. 北京：科学出版社，1996.7、徐卫良，钱瑞明译.机器人操作的数学导论. 北京：机械工业出版社，1998.8、孙迪生，王炎.机器人控制技术.北京：机械工业出版社，1998.9、徐灏.机械设计手册.第二版.北京：机械工业出版社，2000.10、成大先.机械设计手册.第4版. 北京：化学工业出版社，2002.开题报告关节型机器人腕部结构设计摘要：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、转腕和提腕的三个自由度的要求。
机器人腕部结构分析
2、齿轮24、22所在的轴能否做成一体，为什么？
3、齿轮17作的什么运动？俯仰运动轮系属于什么轮系，试分析其运动。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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回转
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轮系驱动二自由度手腕图例（2）：
俯仰运动：
轴B旋转→锥齿轮副 Z5、Z6→ 轴 A 旋 转 → 手腕壳体7与轴A固联 →手腕实现绕A轴的 俯仰运动
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轮系驱动二自由度手腕图例（4）：
思考题：
图中所示的情况，当 S轴不输入，只有B轴 输入时，腕部存在哪 些运动，为什么？
1．按自由度的数目分（1）：
单自由度手腕：
手腕在空间可具有三个自由度，也可以具备以下 单一功能：
单一的翻转功能：手腕的关节轴线与手臂的纵轴线共 线，常回转角度不受结构限制，可以回转360°以上。 该运动用翻转关节（R关节）实现。
单一的俯仰功能：手腕关节轴线与手臂及手的轴线相 互垂直，转角度受结构限制，通常小于360°。该运动 用折曲关节（B关节）实现。
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1．摆动液压缸（又称回转液压缸）：
结构：
由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。 其中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱动轴 连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。
工作原理：
在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个 油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作 用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩 使被驱动轴转动。摆动缸转角在270°左右。
偏转运动：
油缸1中的活塞左右移动→带动链轮2旋转→锥齿轮副 Z3/Z4→带动花键轴5、6旋转→花键轴6与行星架9连在 一起→带动行星架及手腕作偏转运动
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关节型机器人腕部结构结构设计1绪论1.1 选题背景及其意义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控制系统设计，此课题来源于实际生产，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成都要求高，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力，实现生产过程自动化，改善劳动条件。
题目要求是：动作范围：手腕回转ο150,摆动ο90,旋转ο360。
各轴最大速度要求：s /30ο。
额定载荷kg 5，最大速度s m /3。
2、腕部最大负荷：5kg 。
机器人是近30年发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。
在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。
自古以来,人们所设想的机器人一般是一种在外形和功能上均能模拟人类智能的机器。
特别是在20世纪20年代前后,捷克和美国的一些科幻作家创作了一批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品,更使机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。
在现实生活中,一些民间工匠根据这些文学描绘,也制造出一些仿人或仿生的机器人。
然而在当时的科技条件下,要使机器人具有某种特殊的“智能”而成为“超人”,显然是不可能的。
美国的戴沃尔设想了一种可控制的机械手,他首先突破了对机器人的传统观点,提出机器人并不一定必须像人,但是必须能做一些人的工作。
1954年,他依据这一想法设计制作了世界上第一台机器人实验装置,发表了《适用于重复作业的通用性工业机器人》一文,并获得了美国专利。
戴沃尔将遥控操纵器的关节型连杆机构与数控机床的伺服轴联结在一起,预定的机械手动作一经编程输入后,机械等就可以离开人的辅助而独立运行。
这种机器人也可以接受示教而完成各种简单任务。
示教过程中操作者用手带动机械手依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列记录在数字存储器中，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再现出那些位置序列。
1.2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）随着全球能源短缺、环境污染以及温室效应等问题的日益突显。
寻找可持续的能源近年来，工业机器人的应用越来越广泛，种种迹象表明工业自动化时代已经到来，工业机器人极有可能成为下一个迎来爆发式增长的新兴产业。
另一方面，中国工业机器人产业正处于前所未有的机遇期，政策红利、工业转型升级需求释放等机遇叠加，但中国工业机器人产业化发展却不尽如人意，产业化进程发展缓慢。
工业机器人是生产过程中的关键设备，可用于安装、制造、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车及汽车零部件、电气电子、化工、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业，应用领域广泛。
产业具备加速发展条件，中国工业机器人的规模、分布、技术、应用是产业加速发展的基础和条件。
总体来看，中国工业机器人产业处于起步期，整体规模较小；受产业发展阶段影响，龙头企业多分布在研发集中的东北地区；技术投入虽逐年增长，但核心技术尚未产业化；人力替代需求旺盛，市场应用前景广阔。
国际工业机器人协会统计资料显示，2008~2012年，我国工业机器人平均每年安装量约15000台，2012年新安装量24800台。
工业机器人产业经过20多年发展，基本实现了从试验、引进到自主开发的转变。
中国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。
但我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的差距，主要体现在：产品可靠性、精确度低于国外产品；机器人应用领域较窄，生产线系统技术与国外比仍有差距；自主创新不足，诸多技术方面停留在仿制层面，关键零部件依赖进口，特别是在高性能交流伺服电机和高精密减速器方面的差距尤为明显；在加工工艺方面，国内厂商的热处理技术较弱，直接影响工业机器人的控制精度。
当前，我国的机器人生产品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本高，而且质量、可靠性都不稳定。
因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。
目前，工业机器人产业发展处于内外部机遇叠加的重要发展期，工业转型升级推动装备产业发展、人口增长趋势有利于释放市场容量、商业模式创新活跃。
同时，工业机器人产业经过初期的技术积累和产品市场规模的不断扩大，正逐步接近产业化快速发展的临界点。
工业机器人是我国制造业转型升级必不可少的高端装备，是我国“十二五”规划中重点发展的七大战略性新兴产业之一，也是其他新兴产业发展的重要基础。
随着我国产业转型升级的逐步推进，对以工业机器人为代表的智能装备的需求，将呈爆发式增长。
工业机器人产业作为战略性新兴产业，其产业化的快速发展与商业模式的创新密不可分。
工业机器人产业已经具备了基础技术条件，足以支撑产业化的快速发展。
商业模式的建立有利于加快形成工业机器人产业体系，改变原有的产业形态。
在信息技术、互联网技术基础上积累的商业模式创新经验，为工业机器人产业的发展提供了可资借鉴的良好经验。
机器人的应用，是从特种作业领域，逐渐向工业装备领域进行大规模市场拓展的，目前在众多领域已呈爆发式增长。
同时，中国工业机器人面临巨大挑战。
产业发展缺乏战略层面规划，难以适应现阶段产业化加速发展的要求；技术创新能力薄弱，关键零部件仍难以走出实验室实现产业化，缺乏核心竞争力；在国外企业垄断全球市场的格局下，传统模仿跟随的发展路径与加速做大总量的现实需求不匹配。
产业发展政策与产业发展阶段不协调。
众多国家级重大项目涉及机器人领域，各地方政府也在大力投资机器人产业。
但目前工业机器人还没有建立起产业体系，管理缺失，导致产业规划、政策研究、标准体系建设等行业重点工作存在缺位。
2手腕结构的确定手腕是联接手臂和末端执行器的部件，处于机器人操作机的最末端，其功能是在手臂和腰部实现了末端执行器在作业空间的三个坐标位置的基础上，再由手腕来实现末端执行器在作业空间的三个姿态坐标，即实现三个自由度。
如下图所示，三个电机成三角形分布。
图2－1 传动原理图3.基本参数的确定空间结构和手腕结构的确定，那么手腕回转、手腕摆动、和手腕旋转三个姿态的自由度也得到了实现。
表3-2 机器人的主要规格参数4手腕详细设计说明本课题的机器人将采用直流伺服电动机。
因为它具有体积小、转矩大、输出力矩和电流成比例、伺服性能好、反应快速、功率重量比大，稳定性好等优点。
4.1手腕电机的选择4.1.1提腕电机的选择手腕的最大负荷重量kg m 51=，初估腕部的重量kg m 102=，最大运动速度V=3m/s功率W mgV FV p 45031015=⨯⨯===取安全系数为1.2，W p p 5404502.12.1'=⨯== 考虑到传动损失和摩擦，最终的电机功率W p 600＝额。
执行机构的最大转速为 n=286100060=⨯DV πr/min经查表按推荐的传动比合理范围i=408到,电动机转速范围是n=1988到11440r/min选择Z 型并励直流电动机，技术参数如下表4-1 Z 型并励直流电动机技术参数4.1.2摆腕和转腕电机的选择根据设计要求取相同型号的电机，选择Z 型并励直流电动机，型号为Z200/20-400。
4.2传动比的确定4.2.1总传动比的确定转腕传动比的确定由上面算的n=286。
47r/min最后求得总传动比i 总＝'n n ＝47.2862000≈8 取整i 总=8 同理：提腕腕传动比的确定i 总＝'n n ＝1502000≈16摆腕腕的传动比：i 总＝'n n ＝1432000≈144.3传动比的分配a 转腕传动比的分配4,2i 3412==i 低速级高速级传动比为b 提腕传动比的分配4,4i 3412==i 低速级高速级传动比为C 摆腕传动比的分配7,2i 3412==i 低速级高速级传动比为5.齿轮的设计5.1提腕部分齿轮设计A. 第一极圆柱齿轮传动齿轮采用45号钢，锻造毛坯，正火处理后齿面硬度170~190HBS ，齿轮精度等级为7极。
取 。
a. 设计准则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312112][u u KT Z Z Z d d H E H t +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=φσε（4－1） 其中， 8.0=d φ，2=u ，90.0=εZ ，a E MP Z 8.189=，8.1=H Z ，mm N n P T •=⨯=⨯=1166747.28654.01055.91055.9661 选择材料的接触疲劳极根应力为：MPa H 580lim 1=σ MPa H 560lim 2=σ选择材料的接触疲劳极根应力为：MPa F 230lim 1=σ MPa F 210lim 2=σ 应力循环次数N 由下列公式计算可得at n N 1160= （4-2）168300200060⨯⨯⨯⨯=91023.4⨯=则 99121016.221023.4⨯=⨯==u N N 接触疲劳寿命系数1.11=N Z ,02.12=N Z 弯曲疲劳寿命系数121==N N Y Y接触疲劳安全系数1min =H S ，弯曲疲劳安全系数5.1min =F S ,又0.2=ST Y ，试选3.1=t K 。
求许用接触应力和许用弯曲应力：[][][][]MPaMPa Y S Y MPaMPa Y S Y MPaZ S MPaZ S N F ST F F N F STF F N H H H N H H H 28015.1221067.30615.122306.59102.115806381.115802minlim 221min lim 112minlim 21min lim 11=⨯⨯===⨯⨯===⨯===⨯==σσσσσσσσ将有关值代入（4－1）得：[]mmmm u u T K Z Z Z d d t H E H t 65.452128.0116703.126.5919.08.1898.1123231221=+⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=±Φ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=σε 则s m n d v t /752.4100060200065.45100060111=⨯⨯⨯=⨯=ππs m s m v z /946.0/100752.42010011=⨯=动载荷系数0.1=Kv ；使用系数1=A K ；动载荷分布不均匀系数02.1=βK ；齿间载荷分配系数1=Ka ，则03.10.102.10.101.1=⨯⨯⨯==Ka KvK K K A H β 修正mm K K d d t H t 91.413.103.165.453311=⨯== mm mm z d m 09.22091.4111===取标准模数mm m 2=。