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扭腰機(jī)器人的設(shè)計(jì)

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扭腰機(jī)器人的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)任務(wù)

題目：扭腰機(jī)器人的設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)內(nèi)容
題目來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際。設(shè)計(jì)一個(gè)用于焊接的關(guān)節(jié)型機(jī)器人，進(jìn)行機(jī)器人的總體
方案設(shè)計(jì)、腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其零件設(shè)計(jì)。
二、設(shè)計(jì)依據(jù)
焊接機(jī)器人具有六個(gè)自由度，腰關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)，臂關(guān)節(jié)俯仰，肘關(guān)節(jié)俯仰
腕關(guān)節(jié)仰腕、擺腕和旋腕，腕部最大負(fù)荷6kg，最大速度2m/s，最大工作空間半徑
1500mm。
三、技術(shù)要求
1、機(jī)器人應(yīng)能滿足工作要求，保證焊接精度；
2、工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
3、裝卸方便，便于維修、調(diào)整；
4、盡量使用通用件，以便降低制造成本。
四.設(shè)計(jì)物化成果的具體內(nèi)容及要求
1、圖紙工作量及要求
設(shè)計(jì)圖樣全部用AutoCAD繪制，總的繪圖量達(dá)3張A0以上，具體要求：
（1）機(jī)器人外形尺寸圖一張；
（2）腰部及底座裝配圖一張；
（3）設(shè)計(jì)的所有零件的零件圖。
主要參考文獻(xiàn)：
1、殷際英.何廣平.關(guān)節(jié)型機(jī)器人：北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.
2、馬香峰.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì).北京：冶金工業(yè)出版社，1996.
3、費(fèi)仁元.張慧慧.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1998.
4、周伯英.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.
5、蔡自興.機(jī)器人學(xué).北京：清華大學(xué)出版社，2000.
6、宗光華,劉海波譯.機(jī)器人技術(shù)手冊(cè). 北京：科學(xué)出版社，1996.
7、徐衛(wèi)良，錢瑞明譯.機(jī)器人操作的數(shù)學(xué)導(dǎo)論. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.
8、孫迪生，王炎.機(jī)器人控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.
9、徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.
10、成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第4版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.
摘要

為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的焊接質(zhì)量,滿足實(shí)際工作需要,本課題設(shè)計(jì)了用于焊接的關(guān)節(jié)型機(jī)器人。根據(jù)機(jī)器人的工作要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行了機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)，確定了機(jī)器人的外形尺寸和工作空間，擬定了機(jī)器人各關(guān)節(jié)的總體傳動(dòng)方案，對(duì)機(jī)器人腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，合理布置了電機(jī)和齒輪，確定了各級(jí)傳動(dòng)參數(shù)，進(jìn)行了齒輪、軸和軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核。利用齊次變換矩陣法建立了六自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，求出機(jī)器人末端相對(duì)于各自參考坐標(biāo)系的齊次坐標(biāo)值，建立了在直角坐標(biāo)空間內(nèi)機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)與關(guān)節(jié)變量值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。基于幾何投影原理推導(dǎo)出相應(yīng)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，求出了各個(gè)關(guān)節(jié)的角度值，建立了機(jī)器人關(guān)節(jié)空間與世界空間的映射關(guān)系。該機(jī)器人具有剛性好，位置精度高、運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：關(guān)節(jié)型機(jī)器人，位姿分析，總體設(shè)計(jì)，腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
The waist structural design of articulated robot
Abstract : In order to improve the efficiency of production and welding quality of products and meet real work's needs, this subject has designed the articulated robot used for welding . According to the job requirements for the robot and structure characteristic , I have carried on the overall design of the robot, confirmed the external dimension and workspace of the robot, drafted the overall transmission scheme of every joint of the robot. I have designed the waist structure of the robot in detail, assigned the electrical machinery and gear wheel rationally, confirmed at all level transmission parameters , carried on the design and calculating of gear wheels , shafts and bearings and checking them.The kinematic model of robot system has been built up by means of the homogenous transformation of matrix in this thesis and deduces the robot's homogenous coordinate which is relative to its reference coordinate. We also make up the position relationship between the robot's end effector and the variable friable of every joint. The inverse kinematic model is deduced which based on the projection principle of geometry and the value of angle is worked out. What’s more, the relationship is built up between the joint space of robot and the world space. This robot has the characteristics of fine rigidity , position precision high , that operate steadily.
Key words: Articulated robot; Appearance analysis in the location; Design overallly; Waist articulated structural design of the robot

目　錄
1 前言………………………………………………………………………………1
1.1 題目來(lái)源及分析…………………………………………………………………1
1.2 研究目的…………………………………………………………………………2
1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀……………………………………………………………2
2 關(guān)節(jié)型機(jī)器總體設(shè)計(jì)…………………………………………………………4
2.1 確定基本技術(shù)參數(shù)………………………………………………………………4
2.1.1機(jī)械結(jié)構(gòu)類型的選擇…………………………………………………………4
2.1.2 額定負(fù)載………………………………………………………………………5
2.1.3 工作范圍………………………………………………………………………5
2.1.4 操作機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………5
2.1.5 控制系統(tǒng)的選擇………………………………………………………………6
2.1.6 確定關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂的配置形式…………………………………………6
2.2 關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………7
3 關(guān)節(jié)型機(jī)器人腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………10
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇…………………………………………………………………10
3.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及分配各級(jí)傳動(dòng)比………………………………12
3.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………………12
3.3.1 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和輸入功率……………………………………………12
3.3.2 確定三根軸的具體尺寸……………………………………………………13
3.4 確定齒輪的參數(shù)……………………………………………………………17
3.4.1 選擇材料……………………………………………………………………17
3.4.2 壓力角的選擇………………………………………………………………17
3.4.3 齒數(shù)和模數(shù)的選擇…………………………………………………………17
3.4.4 齒寬系數(shù)的確定……………………………………………………………17
3.4.5 確定齒輪傳動(dòng)的精度………………………………………………………18
3.4.6 齒輪的校核…………………………………………………………………19
3.5 殼體設(shè)計(jì)……………………………………………………………………22
4 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的位姿分析…………………………………………………23
4.1 機(jī)器人的位姿與運(yùn)動(dòng)的描述…………………………………………………23
4.2 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的廣義連桿變換矩陣…………………………………………23
4.3 關(guān)節(jié)型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程………………………………………………………26
4.3.1 關(guān)節(jié)型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析……………………………………………………26
4.3.2 關(guān)節(jié)型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)反解……………………………………………………29
5 結(jié)論………………………………………………………………………………34
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………35
附錄…………………………………………………………………………………36
...

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