机器人腕部结构设计说明书
机器人腕关节设计说明书
1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：a.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，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。
b. 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2～3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。
c. 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。
d. 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人工智能系统关节型机器人腕部结构设计它由两部分组成，一部分是感觉系统，另一部分为决策－规划智能系统。
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
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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
关节型机器人腕部结构结构设计说明
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。
任务二机器人的手腕结构课件
• 机器人手腕结构的应用与发展趋势 • 机器人手腕结构的优化与创新设计
CHAPTER 01
机器人手腕结构概述
手腕结构的重要性
提高机器人的灵活性
提升机器人的工作效率
手腕结构可以使机器人更准确地控制 末端执行器的姿态和位置，实现更加 精细和复杂的操作。
手腕结构可以扩大机器人的工作范围， 使其能够到达更远的空间位置，提高 工作效率。
详细描述
柔性手腕具有较好的柔性和顺应性，可以适应各种不同的工作需求。由于其结构简单，重量较轻，转动惯量较小， 响应速度快。但是，柔性手腕的刚度较低，承载能力有限，通常用于轻量级、对精度要求不高的机器人中。此外， 柔性手腕的设计需要考虑材料的力学性能和机构的稳定性。
多关节型手腕
总结词
多关节型手腕是一种复杂的手腕结构，由多个关节组 成，可以实现多自由度的运动。
详细描述
机械臂型手腕具有较高的刚度和承载能力，可以用于重负载、高精度的机器人中。由于 其结构复杂，机械臂型手腕的转动惯量较大，响应速度较慢。但是，通过优化设计，可 以减小转动惯量，提高响应速度。此外，机械臂型手腕还可以通过改变关节长度和连杆
结构来实现不同的运动轨迹和姿态。
柔性手腕
总结词
柔性手腕是一种特殊的手腕结构，通过柔性材料或机构实现弯曲和扭转。
机器人手腕结构的应用与发展趋势
工业机器人
工业机器人是手腕结构应用的主要领域之一，它们在生产线上的装配、焊接、搬运 等任务中发挥着重要作用。
工业机器人的手腕结构通常采用关节式或滑槽式设计，具有较高的自由度和灵活性， 能够完成各种复杂的动作。
随着工业自动化的发展，工业机器人将在智能制造、柔性制造等领域发挥更大的作用。
焊接机器人腕小臂结构设计说明书
摘要介绍了焊接机器人技术发展的历程及我国焊接机器人技术研究的现状和发展前景。
针对焊接机器人产业化中涉及到的新型结构本体设计、高性能机器人控制器技术及免维护系统设计等关键技术进行了研究，结合Motomanup-6焊接机器人，介绍了采用谐波齿轮减速器及交流伺服电机等精密传动部件进行机器人小臂和腕部结构设计，使得机器人结构变得越来越简单,传动环节减少，提高了系统的精度，减少维护，同时也简化了生产工艺，降低了生产成本。
我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。
汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。
早在70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。
我国到1997年底仅有焊接机器人500台，多为弧焊和点焊机器人，而且集中于汽车、摩托车和工程机械三个制造行业，因此我国焊接机器人的发展应首先扩大应用数量和应用领域。
同时也要尽快建立有我国自主知识产权的机器人生产产业。
关键词：弧焊焊接机器人、小臂腕部结构、交流伺服系统AbstractIntroduced a welding robot technology development and the history of China's welding robot technology on the status and development prospects. For welding robot involved in the industrialization of the new body structure design, high-performance robot controller technology and maintenance-free system design and other key technologies have been studied, with Motomanup-6 welding robot, introduced the use of harmonic gear reducer AC servo motor and transmission components such as precision robot arm and wrist structural design, makes robots become more and more simple structure, reduce the transmission links, increase the accuracy of the system, reduce maintenance, but also simplified the production process, reducing The cost of production.China's welding robot application mainly concentrated in the automobile, motorcycle, engineering machinery, railway locomotive, and several other major industries. Motor vehicles are the largest users of robots welding, but also the first users. Back in the late 1970s, Shanghai electric welding machine tool factory and the Shanghai Institute of cooperation in the development of the Cartesian coordinate manipulator, successfully applied to the Shanghai sedan chassis welding. China to the end of 1997 only 500 robot welding, spot welding and more robots for welding, and focus on vehicles, motorcycles and three construction machinery manufacturing industry, the development of China's welding robot should first expand the number of applications and application field. At the same time, as soon as possible the establishment of China's independent intellectual property rights of the robot manufacturing industry.Keywords：arc welding robot, small arm and wrist structural design, AC servo system目 录第一章 前言 (1)1.1 选题背景 (1)1.2焊接机器人毕业设计问题的提出 (4)1.2.1研究的基本内容，拟解决的主要问题 (4)1.2.2研究步骤、方法 (4)第二章 焊接机器人结构设计 (6)2.1小臂腕及结构设计 (6)2.1.1焊接机器人小臂及腕部结构设计方案 (6)2.1.2小臂及腕部整体机构的工作原理 (7)2.2电机的选择 (8)2.3直齿圆锥齿轮设计： (9)2.3.1传动比的选择 (9)2.3.2渐开线直齿圆锥齿轮几何计算 (9)2.4链的选择及链轮设计 (11)2.4.1链传动的特点 (11)2.4.2传动链的分类 (12)2.4.3链的选择 (13)2.5轴承的分类介绍 (14)2.6小臂腕部结构设计中必要的强度校核 (16)2.6.1圆锥齿轮强度校核 (16)2.6.2轴的强度校核 (17)第三章 谐波减速器 (28)3.1谐波减速器的发展 (28)3.2谐波减速器的应用 (28)3.3 谐波减速器的组成及工作原理 (29)3.3.1柔轮常见的结构形式 (29)3.3.2波发生器常见的结构型 (30)3.3.3谐波减速器的工作原理 (30)3.3.4双刚轮谐波减速器 (32)3.4谐波齿轮传动特点 (33)3.5谐波减速器产品系列及结构的特点 (34)3.6谐波减速器的选择 (35)3.7谐波减速器的安装使用与维护（本此设计所需系列） (37)第四章 经济性分析 (38)致谢 (39)参 考 文 献 (40)声明 (42)第一章 前 言机器人是一种在生产中能灵活完成特定操作，并有多种功能的机器。
工业机器人腕部结构设计教材
腕部设计
一、概述
工业机器人的腕部是联接手部与臂部的部件， 起支承手部的作用。机器人一般具有六个自由度才 能使手部(末端操作器)达到目标位置和处于期望的 姿态，手腕上的自由度主要是实现所期望的姿态。
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，如下图所示。
c、电动机调速控制装置 电动机调速控制装 置的作用是控制电动机的电压或电流，完 成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。 应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均 匀地改变电动机的端电压，控制电动机的 电流，来实现电动机的无级调速。在驱动 电动机的旋向变换控制中，直流电动机依 靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实 现电动机的旋向变换。
电动机驱动 首先要考虑电源和电动机的调速控制装置等的 组成。 a、电源 电源为驱动电动机提供电能，电动机 将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或 直接驱动车门机构。目前，应用最广泛的电源 是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展， 铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢， 寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发 展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、 燃料电池、飞轮电池等。
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，把手腕的偏转叫做 Yaw，用Y表示。下图手腕就可实现RPY运动。
腕部结构特点
手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主 要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手 部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围， 并使机械手变的更灵巧，适应性更强。一般机 械手手腕设有回转运动或再增加一个上下摆动 即可满足工作要求。目前，应用最为广泛的手 腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结 构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 270。）,并且要求严格密封，否则就难保证稳 定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况 下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。
关节型机器人腕部结构设计
设计任务
关节型机器人腕部结构设计一、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.。
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。
关节型机器人腕部结构设计(全套,CAD有图)
1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：a.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，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。
b. 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2～3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。
c. 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。
d. 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。
机器人腕部结构设计说明书
摘要为了提高生产效率，满足一些特定的工作要求，本题设计的关节型机器人的手腕用于焊接、喷漆等方面。
通过合理的设计计算,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，实现了摆腕、转腕和提腕的三个自由度的要求。
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,关节型机器人，手腕ABSRACTIn order to improve production efficiency and meet some of the specific requirements, design of ontology of robot wrist joints used for welding， paint, etc。
Through the reasonable design calculation, the transmission path， choose the wrist, reasonable decorate a dc motor, gear axle and gear axle, design and realization of the structure， the pendulum wrist， turn the wrist and wrist three degrees of freedom. In the design of the standard and common people， the design and manufacturing cost。
Keywords: freedom， Joint robot, The wrist目录1 绪论错误!未定义书签。
1.1 选题背景及意义错误!未定义书签。
1.2 文献综述(国内外发展和研究现状）错误!未定义书签。
1。
3 机器人的现状与发展错误!未定义书签。
2手腕结构的确定错误!未定义书签。
3.基本参数的确定4电机的选择错误!未定义书签。
M10型工业机器人手腕转动机构设计说明书
摘要机器人技术是一门综合学科，包含有机械设计、机械原理、电子设计、软件工程、材料科学、以及仿生学等一系列基础学科。
作为现代化高新技术，其应用于各式各样的场合，尤其突出的是在制造领域中的应用。
机械制造业的基本发展方向是既要增加产品数量，又要提高产品质量，同时还要降低成本。
机器人技术恰恰能够较好的处理好制造业中这几个方面的问题，它把人类从完成机械重复的枯燥劳动中解放出来，补充了对简单劳动各种增长的需要。
本毕业设计概述了工业机器人的分类、历史、以及发展趋势。
探讨了用于金属切削机床的M10型工业机器人的总体结构和手腕转动机构。
重点在对于手腕转动组件的分析与设计，首先是原理分析，其次是其各个部件作用，最后对于其主要零部件进行了设计，包括计算、结构等方面的问题。
例如轴承选用、轴的设计、蜗杆传动的选择。
关键词：工业机器人；机械制造；机器人总体结构；手腕转动机构AbstractRobot technology is a comprehensive discipline，it includes mechanical design, mechanical principle, electronics design, software engineering, materials science, and bionics and so on a series of basic subjects.As a modern technology, its application in a wide variety of situations, especially the application in the field of manufacturing.the basic direction of machinery manufacturing industry is to increase the product quantity, and to improve the quality of products, but also reduce the cost.The robot technology can well handle the problems in the manufacturing industry.It freed mankind from the dull work of the mechanical repetition and added the needs of the various growth in simple labor.This graduation design outlines the classification, history, and development trend of industrial robots.The overall structure and wrist institutions of the type M10 industrial robots which used for metal cutting machine tools is discussed.Focuses on the analysis and design for the wrist rotation components, first is the principle analysis, the second is its role in components, finally is the design of the main components, including calculation, structure and other aspects. Such as bearing selection, shaft design, selection of worm drive shaft.Keywords：Industry robot；Machinery manufacturing；General structure of robot；Wrist institutions.目录第一章前言 (1)1.1 工业机器人概述 (1)1.2 工业机器人驱动方式 (1)1.2.1 气动式工业机器人 (1)1.2.2 液压式工业机器人 (1)1.2.3 电动式工业机器人 (2)1.3 工业机器人的分类 (2)1.3.1 按承载能力分 (2)1.3.2 按生产形式分 (2)1.4 工业机器人的历史 (3)1.5 工业机器人的技术现状和发展趋势 (5)1.5.1 工业机器人的技术现状 (5)1.5.2 工业机器人的发展趋势 (5)第二章工业机器人总体结构设计 (7)2.1 工业机器人设计内容与要求 (7)2.1.1 工业机器人在制造领域主要作用 (7)2.1.2 工业机器人主要设计内容 (7)2.2 工业机器人的总体设计 (7)2.2.1 M10型工业机器人总体结构图 (8)2.2.2 M10型工业机器人主要设计参数 (8)2.3 工业机器人的驱动方式选择 (9)2.4 工业机器人的运动学分析 (12)2.4.1 M10型工业机器人运动学简图 (12)2.4.2 M10型工业机器人运动分析 (13)2.4.3 结合运动学简图和总体结构图的综合分析 (13)2.5 工业机器人的材料选择 (13)2.5.1 材料选择的基本要求 (13)2.5.2 结构材料介绍 (14)第三章手腕转动机构设计 (16)3.1 工业机器人手腕介绍 (16)3.1.1 设计要求 (16)3.1.2 手腕的结构 (17)3.2 手腕转动机构Ⅰ运动分析和电动机的选择 (19)3.2.1 手腕转动机构Ⅰ结构图 (19)3.2.2 运动分析 (19)3.3 电动机的选择 (19)3.3.1 选择电动机类型 (19)3.3.2 选择电动机的容量 (20)3.3.3 确定电动机转速 (20)3.4 手腕转动机构Ⅱ气动原理和运动结构分析 (21)3.4.1 手腕转动机构气动原理图 (21)3.4.2 气动原理图分析 (21)3.4.3 结构图 (22)3.4.4 运动分析 (22)3.5 手腕转动机构轴承和键的选择 (22)3.5.1 常用轴承类型及选择 (22)3.5.2常用轴承类型及选择 (23)3.5.3 键的选择 (28)第四章典型零件设计 (29)4.1 轴的设计与校核 (29)4.1.1 轴用途及分类 (29)4.1.2 轴设计的主要内容 (29)4.1.3 轴的结构设计 (29)4.1.4 轴的强度校核计算 (30)4.2 蜗杆传动的选择 (35)4.2.1 蜗杆传动的介绍 (35)4.2.2 蜗杆传动的类型 (35)4.2.3 蜗杆传动主要参数介绍 (36)4.2.4 涡轮蜗杆参数选择 (38)第五章结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)第1章前言1.1工业机器人概述工业机器人是一种模拟人手臂、手腕和手功能的机电一体化装置，其应用领域分为很多种类，从常用的机器人系列和市场占有率来看，焊接、装配、搬运、上料/卸料、铸造、冲压和喷漆是主要的工业机器人品种。
2.3.12.3机器人的腕部结构
（b）所示为弯转，其特点是两个零件的转动轴线相互垂直，这种运动会受
到结构的限制，相对转动角度一般小于360°，弯转通常用B来标记。
第二章：机器人机械结构
2.3.1 腕部结构的基本形式和特点
根据使用要求，手腕的自由度不一定是3个，可以是1个、2个或3个 以上。手腕自由度的选用与机器人的通用性、加工工艺要求、工件放置 方位和定位精度等因素有关。3自由度手腕能使手部取得空间任意姿态。
柔顺装配技术有两种：
（1）主动柔顺装配：一种是从检测、控制的角度，采取各种不同的搜索方法，实现边校正 边装配。如在手爪上装有视觉传感器、力传感器等检测元件。主动柔顺腕部需要装配一定功能的传 感器，价格较贵；另外，由于反馈控制响应能力的限制，装配速度较慢。
（2）被动柔顺装配：一种是从机械结构的角度在手腕部配置一个柔顺环节，以满足柔顺装 配的要求。被动柔顺腕部结构比较简单，价格比较便宜，装配速度较快。相比主动柔顺装配技术， 他要求配件要有倾角，允许的校正补偿量受到倾角的限制，轴孔间隙不能太小。采用被动柔顺装配 技术的机器人腕部称为机器人的柔顺腕部。
2.3.2 机器人的柔顺腕部
腕部结构的设计要满足传动灵活、结构紧凑轻巧、避免干涉。首先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。
在用机器人进行精密装配作业中，当被装配零件的不一致、工件的定位夹具、机器人的定位 精度不能满足装配要求时，会导致装配困难。这就提出了柔顺性要求。
2.3.1 腕部结构的基本形式和特点
2）下图所示为2自由度手腕
其设计思想是通过B轴转动实现 “腕摆”运动，通过S轴转动实现夹持 器的“手转”运动，当B轴不动S轴转 动的时候，通过锥齿轮1-2-4的传动使 得手部8和夹持器9产生手转运动，当S 轴不动而B轴回转时，B轴带动手腕绕 A轴上下摆动，由于S轴不动，故锥齿 轮3绕A轴无转动，但锥齿轮4随着构架 7绕A轴转动的同时还绕C轴转动，从而 带动手腕产生“手转”运动，这个运动 称为手腕的附加回转运动。这种因“腕 摆”运动而引起的“手转”运动被称为 诱导运动。
六自由度机器人腕部设计
机器人技术是综合了许多学科的知识，例如计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当今研究领域十分重视的课题，机器人在很多领域都得到广泛应用。
机器人的应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志，因而受到各先进工业国家的重视，投入大量人力物力加以研究和应用。
本文的主要任务和要解决的问题，是设计一台六自由度的机器人，在已有的技术资料的基础上，通过分析，确定腕部的传动系统，然后假设腕部末端的结构，确定腕部的输出功率，然后计算出腕部所需的电机。
在确定电机和传动机构的基础上，对锥齿轮和传动中所需的带轮以及同步齿形带进行设计，并且对它们进行校核，确定所设计的腕部结构能够配合机器人的其他结构进行喷漆动作。
并用CAD软件完成从建模到运动学分析、应力分析的全过程。
需要全面理解机械原理、机械设计、机械系统设计以及CAD制图标准等相关的知识，并考虑其可靠性、实用性、经济性等性能。
本课设在已有理论基础上，针对以往研究的不足，根据实际使用要求，确定采用六自由度的关节型机器人结构方案;由于机器人结构复杂，构件繁多，需要用高端软件配合进行建模，装配的工作，而我们现有的材料相当有限，所以本课设只是设计了机器人的腕部结构;并采用CAD绘制了其装备和零件图，并对其中某些零件的强度进行了校核，使腕部的整体结构能够满足工作的要求。
关键词:机器人腕部1绪论 (1)1.1机器人的组成 (2)1.1.1驱动装置 (2)1.1.2控制系统 (2)1.1.3执行机构 (2)1.2机器人分类 (4)1.2.1按用途分类 (4)1.2.2按控制形式分类 (4)1.2.3按驱动方式分类 (4)1.3腕部结构选形 (5)1.3.1单自由度手腕 (6)1.3.2两自由度手腕 (7)1.3.3三自由度手腕 (8)1.3.4装配机器人腕部结构选型 (9)1.4机器人设计 (11)2末端执行器 (12)2.1夹持器 (12)2. 2拟手指型执行器 (13)2. 3吸式执行器 (13)3腕部设计 (15)3.1手腕结构的选择 (15)3.2传动装置的运动和动力参数计算 (17)3.2.1选择电机 (17)3.2.2分配系统传动比和动力参数的设计 (19)4锥齿轮设计 (23)4．1确定锥齿轮的主要技术参数 (23)4．2轮齿的受力分析和强度计算 (24)5.选择带轮和齿形带.............. .. (26)5.1带轮的选择 (26)5.2齿形带的设计 (28)总结 (31)参考文献 (32)1绪论机器人是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造中的一个重要组成部分。
工业机器人2.2手部设计-2.3腕部设计
2.2.3 类人机器人的手部—关节式手指
大部分的工业机器人的手部只有两个 手指，而且手指上一般没有关节。为了 使机器人的手臂能完成各种不同的工作， 有更大的适应性和通用性，除了要使臂 部具有更大的空间活动范围外，还要在 其上安装一个更灵巧的手，即类人手。 这种手是由若干带有关节的手指构成。
一、气吸式手部的种类
5 3 4
4
2
1
1-电机 2-真空泵 3,4-电磁阀 5-吸盘 真空吸盘控制系统
No.29
2.2.2 吸附式手部的设计
一、气吸式手部的种类
气流负压喷嘴吸盘结构原理图 挤压负压式吸盘
No.30
2.2.2 吸附式手部的设计
二、气吸式手部的设计要素
吸力大小与吸盘的直径大小，吸盘内的 真空度(或负压大小)以及吸盘的吸附面积 的大小有关。工件被吸附表面的形状和 表面不平度也对其有一定的影响，设计 时要充分考虑上述各种因素，以保证有 足够的吸附力。
一、手指
No.9
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
斜楔杠杆式手部
No.10
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
滑槽杠杆式手部
No.11
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
双支点连杆杠杆式手部
No.12
2.2.1 钳爪式手部的设计
No.34
2.2.2 吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
盘状磁吸附手部结构
No.35
2.2.2 吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
几种电磁式吸盘工作示意图
No.36
2.2.2 吸附式手部的设计
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。
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摘要为了提高生产效率，满足一些特定的工作要求，本题设计的关节型机器人的手腕用于焊接、喷漆等方面。
通过合理的设计计算，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，实现了摆腕、转腕和提腕的三个自由度的要求。
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，关节型机器人，手腕ABSRACTIn order to improve production efficiency and meet some of the specific requirements, design of ontology of robot wrist joints used for welding, paint, etc. Through the reasonable design calculation, the transmission path, choose the wrist, reasonable decorate a dc motor, gear axle and gear axle, design and realization of the structure, the pendulum wrist, turn the wrist and wrist three degrees of freedom. In the design of the standard and common people, the design and manufacturing cost.Keywords:freedom, Joint robot, The wrist目录1 绪论错误!未定义书签。
1.1 选题背景及意义错误!未定义书签。
1.2 文献综述（国内外发展和研究现状）错误!未定义书签。
1.3 机器人的现状及发展错误!未定义书签。
2手腕结构的确定错误!未定义书签。
3.基本参数的确定4电机的选择错误!未定义书签。
3.1提腕电机的选择错误!未定义书签。
3.2摆腕和转腕电机的选择错误!未定义书签。
5总传动比的确定及传动比的分配错误!未定义书签。
4.1各级传动比的计算错误!未定义书签。
4.2传动比的分配错误!未定义书签。
6齿轮设计错误!未定义书签。
5.1偏转部分齿轮设计5.2摆腕部分齿轮设计5.3转腕部分齿轮设计7轴的设计及校核6.1轴的结构设计6.2轴的校核计算8控制系统设计7.1控制方法的确定7.3 PLC的IO图绘制7.4 PLC梯形图设计结论参考文献致谢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，提高产品质量及劳动生产力，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 150,摆动 90,旋转 360。
各轴最大速度要求：s /30 。
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及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及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（国内外研究现状及发展趋势）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，生产线系统技术及国外比仍有差距；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及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及加速做大总量的现实需求不匹配。
产业发展政策及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=r/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n＝≈8 取整i总=8i总＝'n同理：提腕腕传动比的确定n＝≈16i总＝'n摆腕腕的传动比：i 总＝'n n ＝≈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。