装配机器人产品问市。.工业机器人控制系统向基于机的开放型控制器方向发展，便于标准化网络化器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构大大提高了系统的可靠性易操作性和可维护性。.机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置速度加速度等传感器外，装配焊接机器人还应用了视觉力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉声觉力觉触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。.虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。.机器人手臂材料的选择机器人手臂的材料应根据手臂的工作状况来选择。根据设计要求，机器人手臂要完成各种运动。因此，对材料的个要求是作为运动的部件，它应是轻型材料。而另方面，手臂在运动过程中往往会产生振动，这将大大降低它的运动精度。因此，在选择材料时，需要对质量刚度阻尼进行综合考虑，以便有效地提高手臂的动态性能。机器人手臂材料首先应是结构材料。手臂承受载荷时，不应有变形和断裂。从力学角度看，即要具有定的强度。手臂材料应选择高强度材料，如钢铸铁合金钢等。机器人手臂是运动的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比较轻。综合而言，应该优先选择强度大而密度小的材料做手臂。其中，非金属材料有尼龙聚乙烯和碳素纤维等金属材料以轻合金为主。在我们的设计中为减轻机器人本体的重量选用铸铝材料。关节型机器人总体结构如图所示。图关节型机器人的总体结构关节型机器人腰部结构设计通过总体分析后,确定了机器人的结构。所设计的腰关节部分采用二级齿轮减速传动。图关节型机器人腰关节驱动器和齿轮传动机构简图.电动机的选择设两臂及手腕绕各自重心轴的转动惯量分别为，根据平行轴定理可得绕第关节轴的转动惯量为分别为。分别为重心到第关节轴的距离，其值分别为，在式中故可忽略不计。所以绕第关节轴的转动惯量为同理可得小臂及腕部绕第二关节轴的转动惯量式中小臂重心距第二关节轴的水平距离。腕部重心距第二关节轴的水平距离。设主轴速度为，则旋转开始时的转矩可表示如下大臂上装有关节，的驱动电机，内部装有对应的传动齿轮组。关节，都采用了三级齿轮减速，其中第级采用锥齿轮，以改变传动方向。第二三级均采用圆柱直齿轮进行减速。关节传动的最末个大齿轮固定在立柱上关节传动的最末个大齿轮固定在小臂上。小臂端部连接具有手腕，在臂的根部装有关节，的驱动电机，在小臂的中部，靠近手腕处，装有关节的驱动电机。关节，均采用两级齿轮传动，不同的是关节采用两级圆柱直齿轮，而关节采用第级圆柱直齿轮，第二级锥齿轮，使传动轴线改变方向。关节采用三级齿轮传动，第级与第二级为锥齿轮，第三级为圆柱直齿轮，关节的齿轮组除关节第级齿轮装在小臂内以外，其余的均装在手腕内部。所设计的机器人本体结构特点如下.内部铝铸件形状复杂，既用作内部齿轮安装壳体与轴的支承座，又兼作承力骨架，传递集中载荷。这样不仅节省材料，减少加工量，又使整体质量减轻。手臂外壁与铸件骨架采用胶接，使连接件减少，工艺简单，减轻了质量。.轴承外形环定位简单。般在无轴向载荷处，载荷外环采用端面打冲定位的方法。.采用薄壁轴承与滑动铜衬套，以减少结构尺寸，减轻质量。.有些小尺寸齿轮与轴加工成体，减少连接件，增加了传递刚度。.大小臂，手腕部结构密度大，很少有多余空隙。如电机与臂的外壁仅有.间隙，手腕内部齿轮传动安排亦是紧密无间。这样使总的尺寸减少，质量减少。.工作范围大，适应性广。除了自身立柱所占空间以外，它的工作空间几乎是他的长臂所能达到的全球空间。再加之其手腕轴的活动角度大，因此使它工作时位姿的适应性强。譬如用手腕拧螺钉，手腕关节，配合，次就能转。.由于结构上采用了刚性齿轮传动，调整齿轮间隙机构，弹性万向联轴器，工艺上加工精密，多用整体铸件，使得重复定位精度高。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。自由度,关节,机器人,腰部,结构设计,毕业设计,全套,图纸目录前言.题目来源及分析.研究目的.国内外发展及研究现状关节型机器人总体设计.确定基本技术参数机械结构类型的选择额定负载工作范围操作机的驱动系统设计控制系统的选择确定关节型机器人手臂的配置形式.关节型机器人本体结构设计关节型机器人腰部结构设计.电动机的选择.计算传动装置的总传动比及分配各级传动比.轴的设计计算计算各轴转速转矩和输入功率确定三根轴的具体尺关节型机器人腰部结构设计摘要为了提高生产效率和产品的焊接质量,满足实际工作需要,本课题设计了用于焊接的关节型机器人。根据机器人的工作要求和结构特点，进行了机器人的总体设计，确定了机器人的外形尺寸和工作空间，拟定了机器人各关节的总体传动方案，对机器人腰关节结构进行了详细设计，合理布置了电机和齿轮，确定了各级传动参数，进行了齿轮轴和轴承的设计计算和校核。利用齐次变换矩阵法建立了六自由度关节机器人的正运动学模型，求出机器人末端相对于各自参考坐标系的齐次坐标值，建立了在直角坐标空间内机器人末端执行器的位置和姿态与关节变量值的对应关系。基于几何投影原理推导出相应的逆运动学模型，求出了各个关节的角度值，建立了机器人关节空间与世界空间的映射关系。该机器人具有刚性好，位置精度高运行平稳的特点。关键词关节型机器人位姿分析总体设计腰部结构设计前言.题目来源与分析题目关节型机器人腰部结构设计来源于生产实践中。要求设计的机器人具有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旋腕。其中要详细地设计机器人基座和腰部的结构。整体机器人要实现腕部最大负荷，最大速度，最大工作空间半径。机器人是近年发展起来的种典型的机电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，也是新技术革命的个重要内容。自古以来,人们所设想的机器人般是种在外形和功能上均能模拟人类智能的机器。特别是在世纪年代前后,捷克和美国的些科幻作家创作了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种无所不能的“超人”。在现实生活中,些民间工匠根据这些文学描绘,也制造出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,提出机器人并不定必须像人,但是必须能做些人的工作。年,他依据这想法设计制作了世界上第台机器人实验装置,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起,预定的机械手动作经编程输入后,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。因此，这种机器人的主要技术就是“可编程”以及“示教再现”。.研究目的焊接机器人是最大的工业机器人应用领域,它占工业机器人总数的左右。由于对许多构件的焊接精度和速度等提出越来越高的要求,般工人已难以胜任这工作此外,焊接时的火花及烟雾等,对人体造成危害,因而,此课题的提出就有十分重要的意义。.国内外发展及研究现状国内外机器人领域发展近几年有如下几个趋势∶.工业机器人性能不断提高高速度高精度高可靠性便于操作和维修，而单机价格不断下降。.机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机减速机检测系统三位体化由关节模块连杆模块用重组方式构造机器人整机国外已有模块化装配机器人产品问市。.工业机器人控制系统向基于机的开放型控制器方向发展，便于标准化网络化器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构大大提高了系统的可靠性易操作性和可维护性。.机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置速度加速度等传感器外，装配焊接机器人还应用了视觉力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉声觉力觉触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。.虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。.当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是治理于操作者于机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。.机器人化机械开始兴起。从年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之，纷纷探索开拓其实际应用的领域。国际机器人研究在经过了年代的低潮之后,呈现出复苏和继续发展的形势我国的机器人研究在国家七五八五及计划的推动下也取得了很大的发展。在年代的机器人浪潮相比,现在的机器人研究有两个特点是对机器人智能的定位有了更加符合实际的标准,也就是不要求机器人具有像人类样的高智商,而只是要求机器人在种程度上具有自主处理问题的能力。我国的工业机器人从年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”“八