（毕业设计图纸全套）六自由度关节型机器人腰部结构设计（含说明书）

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六自由度关节型机器人腰部结构设计摘要，截面左侧.轴的疲劳强度安全系数校核查得抗拉强度，弯曲疲劳强度，剪切疲劳极限，等效系数，截面左侧查得，查得绝对尺寸系数，轴经磨削加工，表面质量系数。则弯曲应力，应力幅平均应力切应力安全系数查许用安全系数，显然，则剖面安全。其它轴用相同方法计算，结果都满足要求。.中间轴设计此轴传递扭矩,转速,传递功率为,则安装轴承部分轴径最小,由于整个轴上零件较复杂,在两轴承之间有车在轴上的齿轮,还有安装在轴上的小齿轮,以及轴套和轴承,所以可取大点,这里取,轴承部分,轴承选为单列角接触球轴承,轴承型号为滚动轴承,其余根据结构确定.由于载荷不大,轴承选的较大,强度足够,这里不再详算。中间轴大体结构及尺寸如图所示。图中间轴结构图.主轴的设计主轴是连接腰关节与大臂的结构，因结构体积比较大,为节省材料减轻重量,故需设计成空心轴,主要承受轴向拉力,取内径,外径,用圆锥滚子轴承支承,轴承型号为滚动轴承。主轴材料选用型号为的铸铝合金。.确定齿轮的参数选择材料根据表,选择齿轮的材料为钢,经调质硬度可达。压力角的选择由机械原理知识可知,增大压力角,能使轮齿的齿厚和节点处的齿廓曲率半径增大,可提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。此处，压力角可取。齿数和模数的选择对软齿面的闭式齿轮传动,其承载能力主要取决于齿面接触疲劳强度。而齿面接触应力的大小与小齿轮的分度圆直径有关,即与齿数和模数的积有关。因此在满足弯曲疲劳强度的前提下,宜选择较小的模数和较多的齿数。这样除能增大重合度,改善传动的平稳性外,还因模数的减小而降低齿高,从而减小金属的切削量,减少滑动速度,减少磨损,提高抗胶合能力。轴上齿轮齿数取,小齿轮齿数取,轴上轴齿轮齿数取,大齿轮齿数取,模数取。齿宽系数由强度公式可知,当载荷定时,增大齿宽可以减小齿轮直径,降低齿轮圆周速度。但增大齿宽,齿面上的载荷分布不均匀性也将增大。查表,中间轴上的齿轮与大齿轮啮合时取齿宽系数为.悬臂上的齿轮与小齿轮啮合时取为.。根据公式,计算结果圆整为的整数倍,作为大齿轮的齿宽,小齿轮齿宽取,以补偿加工装配误差。所以轴上齿轮与之啮合的小齿轮齿宽轴上的齿轮齿宽,与之啮合的大齿轮齿宽确定齿轮传动的精度根据规定,齿轮精度等级分为级,级最高,级最低,常用级。根据表选用级精度的齿轮。表第级啮合齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙表第二级啮合齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙齿轮的校核已选定齿轮采用钢，锻造毛坯，软齿面，齿轮渗碳淬火，齿轮精度用级，软齿表面粗糙度为，对于需校核的对的齿轮，齿数分别为模数为，传动比，扭矩.•。.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。.按齿面接触疲劳强度计算。式中节点区域系数，用来考虑节点齿廓形状对接触应力的影响，取.材料系数，单位为，查表，取.重合度系数，取.齿宽系数，取齿数比，其值为大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，。选择材料的接触疲劳极限应力为选择齿根弯曲疲劳极限应力为应力循环次数计算可得则查得接触疲劳寿命系数为查得弯曲疲劳寿命系数为查得接触疲劳安全系数六自由度关节型机器人腰部结构设计摘要坐标型，这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个关节都是回转关节，这种机器人般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂间形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂作回转运动和使大臂作俯仰摆动，小臂作俯仰摆动。其特点使工作空间范围大，动作灵活，通用性强能抓取靠进机座的物体。.平面关节型采用两个回转关节和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，其工作空间的轨迹图形，它的纵截面为矩形的同转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体横截面的大小形状。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配。对以上五种方案进行比较方案不能够完全实现本课题所要求的动作方案二体积大，灵活性差方案三结构复杂方案五无法实现本课题的动作。结合本课题综合考虑决定采用方案四关节型机器人。此方案所占空间少，工作空间范围大，动作灵活，工艺操作精度高。额定负载目前,国内外使用的工业机器人中,其负载能力的范围很大,最小的额定负载在以下,最大可达。负载大小的确定主要是考虑沿机器人各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中应包括机器人末端执行器的重量抓取工件或作业对象的重量和在规定速度和加速度条件下，产生的惯性力矩。本课题的任务要求是保证手腕部能承受的最大载荷是。工作范围工业机器人的工作范围是根据工业机器人作业过程中的操作范围和运动的轨迹来确定的,用工作空间来表示的。工作空间的形状和尺寸则影响机器人的机械结构坐标型式自由度数和操作机各手臂关节轴线间的长度和各关节轴转角的大小及变动范围的选择。图运动范围图操作机的驱动系统设计关节型机器人本体驱动系统包括驱动器和传动机构，它们常和执行机构联成体，驱动臂杆和载荷完成指定的运动。通常的机器人驱动方式有以下四种.步进电机可直接实现数字控制，控制结构简单，控制性能好，而且成本低廉通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制。但是由于采用开环控制，没有误差校正能力，运动精度较差，负载和冲击震动过大时会造成“失步”现象。.直流伺服电机直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动力矩，相对功率大及快速响应等特点，并且控制技术成熟。其安装维修方便，成本低。.交流伺服电机交流伺服电机结构简单，运行可靠，使用维修方便，与步进电机相比价格要贵些。随着可关断晶闸管，大功率晶闸管和场效应管等电力电子器件脉冲调宽技术和计算机控制技术的发展，使交流伺服电机在调速性能方面可以与直流电机媲美。采用位位三环位置速度电流全数字控制，增量式码盘的反馈可达到很高的精度。三倍过载输出扭矩可以实现很大的启动功率，提供很高的响应速度。.液压伺服马达液压伺服马达具有较大的功率体积比，运动比较平稳，定位精度较高，负载能力也比较大，能够抓住重负载而不产生滑动，从体积重量及要求的驱动功率这几项关键技术考虑，不失为个合适的选择方案。但是，其费用较高，其液压系统经常出现漏油现象。为避免本系统也出现同类问题，在可能的前提下，本系统将尽量避免使用该种驱动方式。常用的驱动器有电机和液压气动驱动装置等。其中采用电机驱动是最常用的驱动方式。电极驱动具有精度高，可靠性好，能以较大的变速范围满足机器人应用要求等特点。所以在这次设计中我选择了直流电机作为驱动器。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。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。控制系统选择对于焊接机器人这种精度要求不高的工业机器人，大多采用示教再现编程。示教方式作为种成熟的技术，易被熟悉工作任务的人员掌握。无论是手把手示教或示教盒示教，都是以在线编程，由示教操作人员操作移动末端执行器和手臂到所需的位置。然后记录存储下这些操作和数据。示教过程完成后，即可应用，机器人以再现方式重复进行示教时存于存储器的点位轨迹和各种操作。再现过程的速度可以与示教时速度不同。利用示教手柄由人工引导末端执行器经过所要求的轨迹，此时位置传感器就检测出机器人操作机上各关节处的坐标或转角值，控制系统的装置记录储存下这些数字化的数据信息。再现时，机器人控制系统重复再现示教者示教的轨迹和操作技能。手把手示教也能实现点位控制，所不同的是它只记录各轨迹程序段的两端位置。轨迹运动速度则按各轨迹程序段对应的功能数据输入。确定关节型机器人手臂的配置形式手臂的配置形式反映了机器人操作机的总体布局