六自由度经济型桌面机器人(附件)【字数：15096】
如今的制造业正在蒸蒸日上的发展，国内的众多企业为保证生产出的产品的质量，提高生产效率，越来越看重生产的自动化，这样不仅可以提高效率，又可以解放劳动力。目前，六自由度机器人在自动化生产的过程中扮演着越来越重要的角色。因此，逐渐被国内大多数的企业所赞同。并且开始大面积的采用。工业机器人的应用程度和技术水平是反映一个国家生产自动化的重要凭证。机器人是集控制论、机械电子、计算机、仿生学等的产物，它在工农业、医学、建筑甚至军事等领域中均扮演重要角色。这次是关于一个六自由度的桌面机器人设计，它是主要用于课堂教学以及展示的。本文对我国以及国外的机器人的研究情况首先作了说明，并且针对目前市场上的机器人进行了一些结构分析，然后是对本次的设计进行进一步的分析和设计，接下来主要讲的是关于本次设计中需要采用的最关键的装置U型块和T型块。对整体方案和具体的机械结构，选取合适的传动方式，并且设计了关于六自由度机器人的底座、大臂、小臂和手部的结构，还对六自由度机器人的传动结构进行了分析，本次机器人为六自由度关节型的机器人，全部采用的是转动关节， 关节处采用减速机，齿轮传动，电机，蜗轮蜗杆传动相结合来实现各个自由度，从而实现我们所需要的运动。
目 录
第一章绪论 1
1.1引言 1
1.2桌面机器人的起源和发展 1
1.3有关机器人的分类 4
1.3.1按照用途划分: 4
1.3.2按照驱动方式划分： 5
1.3.3按照控制方式划分： 6
1.4桌面机器人的特点 6
1.5国内外机器人的发展现状及发展策略 7
1.5.1国外机器人的发展历程与现状 7
1.5.2国内的研究现状以及面临的挑战 8
1.6桌面机器人的未来与挑战 8
1.7六自由度桌面关节机器人运动控制的现实意义 9
第二章整体设计方案 10
2.1机器人的基本组成和它的工作原理 10
2.1.1执行机构 10
2.1.2驱动系统 11
2.1.3控制系统 12
2.1.4检测装置 12
2.2传动机构的选择 13
第三章六自由度关节机 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
器人的机械结构设计 17
3.1电机进行选择的原则 17
3.2底座的设计与校核 17
3.2.1有关电机的选择 17
3.2.2据总体的扭转强度来计算轴颈的尺寸 18
3.2.3对底部蜗杆的结构进行预先的假设 18
3.2.4计算蜗轮轴应力的大小并绘制弯矩图与扭矩图 18
3.2.5有关蜗轮轴强度精确的校核 19
3.3大臂机构零件设计及强度校核 20
3.3.1有关大臂电机的选择 20
3.3.2U型块与T型块示意图 21
3.3.3有关U型块大齿轮轴的结构设计 22
3.3.4大齿轮轴中销有关的设计 22
3.3.5U型块的中间轴和套筒之间的键的设计 22
3.3.6小齿轮轴的设计 23
3.3.7大臂T型块中的螺钉的设计 23
3.3.8大臂端部定位联轴器的 4 个固定螺钉的设计 24
3.3.9小轴中有关销的设计 25
3.4小臂的俯仰机构零件设计及强度校核 26
3.4.1小臂电机的选择 26
3.4.2手部电机的选择 26
3.4.3小臂的U型块中螺栓组连接时所承受到的工作载荷进行计算 27
3.4.4 计算中间轴的倾覆力矩 27
3.4.5求U型块中间轴的每个螺柱所需要的预紧力 27
3.4.6计算中间轴螺栓的直径 28
3.4.7校核螺栓连接U型块和T型块时所承受的承载能力 28
第四章总结 30
致谢 31
参考文献 32
第一章绪论
1.1引言
随着现代计算机技术的化发展和机器人应用领域的不断扩展和深化，机器人已成为一种高新技术产业，在自动化中发挥着巨大的作用，这将对未来的生产和社会的发展起到越来越重要的作用。在1954年时，美国的戴沃尔是第一个提出机器人概念的学者，从此机器人就踏上了高速发展的道路。我们将机器人的发展历程分为四代：
???? ?第一代为示教再现机器人，这种机器人是可以不断地重复再现作业内容的机器人，它是通过示教编程将指令存储起来的，但不具备反馈能力。
????? 第二代为有感知的机器人：它具有内部传感器和外部传感器，能获取周围环境的信息。
???? ?第三代为智能机器人：它具有感知和理解周围环境信息并自动规划操作程序的能力，即使周围环境发生变化，也能够完成给定的任务。
第四代：具有情感的机器人：拥有和人相似的情感。
六自由度机器人是一种高精度的自动化机械，具有高度的平稳性和灵活性,它的设计涉及到了多门学科知识，包括了液压、气动、电路、PLC以及理论力学，材料力学等等。它最早出现于20世纪，人们通常广义的把机器人认定为可以模仿人类动作的机器。相较于人具有大脑，手足，和眼睛等功能器官，随着机器人技术的发展，它们也拥有了和人类似的能力，甚至在功能上远超人类。然而，我国目前有关桌面型机器人的技术，还有与之相关的应用技术水平和国外相比而言，我国有关桌面机器人应用的规模和产业化的水平与之相比较来说是非常低的。
桌面型机器人与其他工业机器人最大区别就在于体积。桌面型机器人具有小臂展、轻量化的特点。并且桌面型机器人的价格便宜，适用于大众。桌面型机器人的目的是教学、学习，所以很多教学机器人都会把工业机器人的软件做大幅度的使用简化，来确保所有的新手在接触机器人的时候不会产生巨大的困难，从而能更容易上手。因此从经济上、技术上考虑，桌面型机器人都是十分必要的。所以进行六自由度经济型桌面机器人的研究设计是非常有意义的。
1.2桌面机器人的起源和发展
桌面机器人这个概念是从最近几年才被真正的提出来的，它全是一个比较全新的领域。然而桌面机器人是从20世纪五六十年代就开始发展起来了。
世界上第一款工业机械臂是UNIMATE（见图11）。它是由George?Devol（美国科学家）研发出来的，名字叫Unimate。Unimate机械臂和我们现在常见的串联式机械臂相比较而言，它的脑袋还是有一定的差别的。这种机器人是比较庞大的，因此也可以说是比较笨重的一款机器人，但是却是机器人发展历程中不可缺少的一员。
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图11 世界上第一款工业机械臂
世界上第一款六轴工业机械臂是FAMULUS（见图12）。它是由KUKA公司研发生产出来的，名字叫FAMULUS。这款机械臂虽然看起来非常的简单，还有些简陋，但是确实当时非常打的突破了。因为它是第一次在六自由度机械臂上使用了机电设备，这也是我们如今常见的机械臂的结构之一。FAMULUS这款机械臂的出现，颠覆了在此之前的机械臂的概念，亦算是工业机械臂的雏形，在之后的很长一段时间没影响巨大。
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目 录
第一章绪论 1
1.1引言 1
1.2桌面机器人的起源和发展 1
1.3有关机器人的分类 4
1.3.1按照用途划分: 4
1.3.2按照驱动方式划分： 5
1.3.3按照控制方式划分： 6
1.4桌面机器人的特点 6
1.5国内外机器人的发展现状及发展策略 7
1.5.1国外机器人的发展历程与现状 7
1.5.2国内的研究现状以及面临的挑战 8
1.6桌面机器人的未来与挑战 8
1.7六自由度桌面关节机器人运动控制的现实意义 9
第二章整体设计方案 10
2.1机器人的基本组成和它的工作原理 10
2.1.1执行机构 10
2.1.2驱动系统 11
2.1.3控制系统 12
2.1.4检测装置 12
2.2传动机构的选择 13
第三章六自由度关节机 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
器人的机械结构设计 17
3.1电机进行选择的原则 17
3.2底座的设计与校核 17
3.2.1有关电机的选择 17
3.2.2据总体的扭转强度来计算轴颈的尺寸 18
3.2.3对底部蜗杆的结构进行预先的假设 18
3.2.4计算蜗轮轴应力的大小并绘制弯矩图与扭矩图 18
3.2.5有关蜗轮轴强度精确的校核 19
3.3大臂机构零件设计及强度校核 20
3.3.1有关大臂电机的选择 20
3.3.2U型块与T型块示意图 21
3.3.3有关U型块大齿轮轴的结构设计 22
3.3.4大齿轮轴中销有关的设计 22
3.3.5U型块的中间轴和套筒之间的键的设计 22
3.3.6小齿轮轴的设计 23
3.3.7大臂T型块中的螺钉的设计 23
3.3.8大臂端部定位联轴器的 4 个固定螺钉的设计 24
3.3.9小轴中有关销的设计 25
3.4小臂的俯仰机构零件设计及强度校核 26
3.4.1小臂电机的选择 26
3.4.2手部电机的选择 26
3.4.3小臂的U型块中螺栓组连接时所承受到的工作载荷进行计算 27
3.4.4 计算中间轴的倾覆力矩 27
3.4.5求U型块中间轴的每个螺柱所需要的预紧力 27
3.4.6计算中间轴螺栓的直径 28
3.4.7校核螺栓连接U型块和T型块时所承受的承载能力 28
第四章总结 30
致谢 31
参考文献 32
第一章绪论
1.1引言
随着现代计算机技术的化发展和机器人应用领域的不断扩展和深化，机器人已成为一种高新技术产业，在自动化中发挥着巨大的作用，这将对未来的生产和社会的发展起到越来越重要的作用。在1954年时，美国的戴沃尔是第一个提出机器人概念的学者，从此机器人就踏上了高速发展的道路。我们将机器人的发展历程分为四代：
???? ?第一代为示教再现机器人，这种机器人是可以不断地重复再现作业内容的机器人，它是通过示教编程将指令存储起来的，但不具备反馈能力。
????? 第二代为有感知的机器人：它具有内部传感器和外部传感器，能获取周围环境的信息。
???? ?第三代为智能机器人：它具有感知和理解周围环境信息并自动规划操作程序的能力，即使周围环境发生变化，也能够完成给定的任务。
第四代：具有情感的机器人：拥有和人相似的情感。
六自由度机器人是一种高精度的自动化机械，具有高度的平稳性和灵活性,它的设计涉及到了多门学科知识，包括了液压、气动、电路、PLC以及理论力学，材料力学等等。它最早出现于20世纪，人们通常广义的把机器人认定为可以模仿人类动作的机器。相较于人具有大脑，手足，和眼睛等功能器官，随着机器人技术的发展，它们也拥有了和人类似的能力，甚至在功能上远超人类。然而，我国目前有关桌面型机器人的技术，还有与之相关的应用技术水平和国外相比而言，我国有关桌面机器人应用的规模和产业化的水平与之相比较来说是非常低的。
桌面型机器人与其他工业机器人最大区别就在于体积。桌面型机器人具有小臂展、轻量化的特点。并且桌面型机器人的价格便宜，适用于大众。桌面型机器人的目的是教学、学习，所以很多教学机器人都会把工业机器人的软件做大幅度的使用简化，来确保所有的新手在接触机器人的时候不会产生巨大的困难，从而能更容易上手。因此从经济上、技术上考虑，桌面型机器人都是十分必要的。所以进行六自由度经济型桌面机器人的研究设计是非常有意义的。
1.2桌面机器人的起源和发展
桌面机器人这个概念是从最近几年才被真正的提出来的，它全是一个比较全新的领域。然而桌面机器人是从20世纪五六十年代就开始发展起来了。
世界上第一款工业机械臂是UNIMATE（见图11）。它是由George?Devol（美国科学家）研发出来的，名字叫Unimate。Unimate机械臂和我们现在常见的串联式机械臂相比较而言，它的脑袋还是有一定的差别的。这种机器人是比较庞大的，因此也可以说是比较笨重的一款机器人，但是却是机器人发展历程中不可缺少的一员。
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图11 世界上第一款工业机械臂
世界上第一款六轴工业机械臂是FAMULUS（见图12）。它是由KUKA公司研发生产出来的，名字叫FAMULUS。这款机械臂虽然看起来非常的简单，还有些简陋，但是确实当时非常打的突破了。因为它是第一次在六自由度机械臂上使用了机电设备，这也是我们如今常见的机械臂的结构之一。FAMULUS这款机械臂的出现，颠覆了在此之前的机械臂的概念，亦算是工业机械臂的雏形，在之后的很长一段时间没影响巨大。
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