165kg重载六自由度机器人机械系统腰部及基座的结构设计【字数：14631】
摘 要随着科技的发展，工业机器人自动化生产线已在国外许多发达国家广泛应用，除了大大提高了生产效率，降低了人力成本，一些特殊环境的作业也可以通过机器人来实现，大大避免了工伤事故的发生。随着工业机器人技术的不断发展，搬运、码垛、喷涂等各类功能的机器人开始应用于生产线。本文设计的165kg重载六自由度机器人就是工业中常见的搬运机器人。本文先从工业重载机器人的国内外研究现状进行分析，尤其是机械臂方向的种类、工作原理；而后根据实际的生产情况，给定相应的工况参数，对本次设计的腰部及基座的机械结构进行设计分析，采用机械设计方法原理，结合对一些主要传动部件（齿轮、轴等）进行结构设计计算。然后根据计算结果对构件的尺寸参数进行校核，并对与该装置一起配合使用的其他功能组件进行说明介绍，再分别对整个腰部及基座进行结构优化；最后综合本设计的尺寸参数，对机器人的腰部及基座进行建模并绘制相关的图纸。
目 录
1. 绪论1
1.1 本课题研究的意义和目的1
1.2 165kg重载机器人的概述1
1.3 165kg重载机器人的国内外研究现状及发展趋势2
1.3.1 国内的研究现状2
1.3.2 国外的研究现状2
1.3.2 国内外发展趋势3
1.4 本课题研究的主要内容3
2. 重载机器人总体设计5
2.1重载机器人腰部及基座结构概述5
2.1.1 机器人的组成5
2.1.2 基座和腰部的概述5
2.2拟定方案5
2.2.1 确定负载5
2.2.2 驱动方式5
2.2.3 传动系统设计5
2.2.4 工作范围5
2.3最终方案的选取5
2.3.1 整体结构方案5
2.3.2 传动方案选取6
3. 机器人基座及腰部设计8
3.1 重载机器人腰部及基座结构设计要求8
3.2 驱动电机的选择8
3.3 计算传动装置运动学和动力学参数11
3.3.1 计算各轴转速、转矩和输入功率11
3.4 齿轮传动参数设计11
3.4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
1 齿轮参数计算12
3.4.2 齿轮强度校核14
3.5 轴的设计18
3.5.1 传动轴材料的确定18
3.5.2 估算轴的最小直径19
3.5.3 各轴段直径和长度的确定20
3.5.4 轴的受力分析21
3.5.5 轴的校核24
3.6 轴承的选型与校核25
3.7 基座的设计26
3.8 腰部的设计27
3.9 主要零部件的连接28
4. 建模与结构分析30
4.1 三维建模30
4.2 结构分析优化31
全文总结33
参考文献34
致 谢35
绪论
1.1 本课题研究的意义和目的
现代工业重载机器人早在20世纪中期开始发展，随着计算机、自动化技术的发展而得到快速发展。为了满足自动化生产线大规模投入使用，并且在一些恶劣环境下，例如粉尘、毒害气体等，机器可以代替人类完成大量作业，减速伤亡事故的发生。还有一些对环境要求高的场合，例如汽车车身整车喷涂等，需要车间内保持清洁，没有粉尘颗粒，机器人的发展大大提高了生产质量，解放了劳动力。
目前，在国外的工业强国中，机器人自动化生产线已被广泛使用，除了提升制造加工的速度外，还保证了产品的质量，避免了大量危险环境下可能出现的工伤事故。本课题对165kg 重载六自由度机器人机械系统进行腰部及基座的结构设计，以达到降低制造成本、保证产品质量并提高生产效率的效果。
1.2 165kg重载机器人的概述
工业机器人是工业自动化生产中进行作业的机器人的总称，主要用于代替人类进行作业生产。而不同类别的工业机器人又往往根据它们的用途或使用方式来命名。
迄今为止，使用最多的工业机器人应该是焊接机器人，其次还有许多不同功能的机器人。这些工业机器人分别能代替工人实现焊接、搬运、装配、喷涂等操作，我们从一些工厂实拍都可以看到，特别是一些汽车行业大量使用了机器人自动化生产线。
虽然以上列举的工作并非必须要机器人来完成，很多专门的机器也可以实现，但机器人的优点在于可以柔性生产，通过改写运动轨迹的程序来满足不同要求的生产方式。所以随着工业上对柔性制造的需求日益增大，工业机器人的发展也将越来越快。
1.3 165kg重载机器人的国内外研究现状及发展趋势
1.3.1 国内的研究现状
随着劳动力成本的飞涨,自动化生产线的加大投入已成为我国制造业的重中之重，工业机器人因此得到了巨大发展。2009年至今, 我国的工业机器人市场一片大好, 年均增长速率超过四成, 到目前为止, 我国已成为世界上最大的工业机器人应用市场。随着国家的重视，我国涌现了一大批科技实力雄厚的企业，现已独立研发出机器人的一些核心零部件，开发出焊接、喷涂、码垛等常用机器人，并且已大量投放市场使用。
国家将工业机器人列为国家级的研究项目，对工业机器人行业的发展给予了许多政策上的支持，这为中国的工业机器人发展提供了强大动力和支持。我国现有200多家工业机器人研究开发和应用工程单位, 共计研发生产了3000多台各类工业机器人, 其中90%以上应用于生产, 约1000多台工业机器人做应用工程使用。
目前，我国已经涌现了一大批从事研究制造工业机器人的企业，与一些相关的科研院所合作，合力开发并生产工业机器人，技术也已经得到了迅猛发展。其中代表的企业包括中科院沈阳自动化研究所的新松机器人、上海新时达机器人、安徽埃夫特智能装备、南京埃斯顿自动化、广州数控设备、武汉华中数控、固高科技、深圳汇川技术等多家专业从事工业机器人生产的企业。
各企业研究的方向各有不同,埃斯顿、华中数控、新时达整体研发实力较强, 在工业机器人本体、零件、集成电路等领域均进行了研究；新松、埃夫特则更侧重工业机器人本体、集成领域；汇川和固高则是重点研究工业机器人零部件这一方面。新松机器人公司以机器人独有技术为核心，因此,在技术层面和中国科学院有密切的合作；而埃斯顿和东南大学有专利技术方面的合作；华中数控也主要是与高校合作的,下属拥有多个控股子公司；固高和埃夫特在控制器方面有技术合作[1]。
目 录
1. 绪论1
1.1 本课题研究的意义和目的1
1.2 165kg重载机器人的概述1
1.3 165kg重载机器人的国内外研究现状及发展趋势2
1.3.1 国内的研究现状2
1.3.2 国外的研究现状2
1.3.2 国内外发展趋势3
1.4 本课题研究的主要内容3
2. 重载机器人总体设计5
2.1重载机器人腰部及基座结构概述5
2.1.1 机器人的组成5
2.1.2 基座和腰部的概述5
2.2拟定方案5
2.2.1 确定负载5
2.2.2 驱动方式5
2.2.3 传动系统设计5
2.2.4 工作范围5
2.3最终方案的选取5
2.3.1 整体结构方案5
2.3.2 传动方案选取6
3. 机器人基座及腰部设计8
3.1 重载机器人腰部及基座结构设计要求8
3.2 驱动电机的选择8
3.3 计算传动装置运动学和动力学参数11
3.3.1 计算各轴转速、转矩和输入功率11
3.4 齿轮传动参数设计11
3.4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
1 齿轮参数计算12
3.4.2 齿轮强度校核14
3.5 轴的设计18
3.5.1 传动轴材料的确定18
3.5.2 估算轴的最小直径19
3.5.3 各轴段直径和长度的确定20
3.5.4 轴的受力分析21
3.5.5 轴的校核24
3.6 轴承的选型与校核25
3.7 基座的设计26
3.8 腰部的设计27
3.9 主要零部件的连接28
4. 建模与结构分析30
4.1 三维建模30
4.2 结构分析优化31
全文总结33
参考文献34
致 谢35
绪论
1.1 本课题研究的意义和目的
现代工业重载机器人早在20世纪中期开始发展，随着计算机、自动化技术的发展而得到快速发展。为了满足自动化生产线大规模投入使用，并且在一些恶劣环境下，例如粉尘、毒害气体等，机器可以代替人类完成大量作业，减速伤亡事故的发生。还有一些对环境要求高的场合，例如汽车车身整车喷涂等，需要车间内保持清洁，没有粉尘颗粒，机器人的发展大大提高了生产质量，解放了劳动力。
目前，在国外的工业强国中，机器人自动化生产线已被广泛使用，除了提升制造加工的速度外，还保证了产品的质量，避免了大量危险环境下可能出现的工伤事故。本课题对165kg 重载六自由度机器人机械系统进行腰部及基座的结构设计，以达到降低制造成本、保证产品质量并提高生产效率的效果。
1.2 165kg重载机器人的概述
工业机器人是工业自动化生产中进行作业的机器人的总称，主要用于代替人类进行作业生产。而不同类别的工业机器人又往往根据它们的用途或使用方式来命名。
迄今为止，使用最多的工业机器人应该是焊接机器人，其次还有许多不同功能的机器人。这些工业机器人分别能代替工人实现焊接、搬运、装配、喷涂等操作，我们从一些工厂实拍都可以看到，特别是一些汽车行业大量使用了机器人自动化生产线。
虽然以上列举的工作并非必须要机器人来完成，很多专门的机器也可以实现，但机器人的优点在于可以柔性生产，通过改写运动轨迹的程序来满足不同要求的生产方式。所以随着工业上对柔性制造的需求日益增大，工业机器人的发展也将越来越快。
1.3 165kg重载机器人的国内外研究现状及发展趋势
1.3.1 国内的研究现状
随着劳动力成本的飞涨,自动化生产线的加大投入已成为我国制造业的重中之重，工业机器人因此得到了巨大发展。2009年至今, 我国的工业机器人市场一片大好, 年均增长速率超过四成, 到目前为止, 我国已成为世界上最大的工业机器人应用市场。随着国家的重视，我国涌现了一大批科技实力雄厚的企业，现已独立研发出机器人的一些核心零部件，开发出焊接、喷涂、码垛等常用机器人，并且已大量投放市场使用。
国家将工业机器人列为国家级的研究项目，对工业机器人行业的发展给予了许多政策上的支持，这为中国的工业机器人发展提供了强大动力和支持。我国现有200多家工业机器人研究开发和应用工程单位, 共计研发生产了3000多台各类工业机器人, 其中90%以上应用于生产, 约1000多台工业机器人做应用工程使用。
目前，我国已经涌现了一大批从事研究制造工业机器人的企业，与一些相关的科研院所合作，合力开发并生产工业机器人，技术也已经得到了迅猛发展。其中代表的企业包括中科院沈阳自动化研究所的新松机器人、上海新时达机器人、安徽埃夫特智能装备、南京埃斯顿自动化、广州数控设备、武汉华中数控、固高科技、深圳汇川技术等多家专业从事工业机器人生产的企业。
各企业研究的方向各有不同,埃斯顿、华中数控、新时达整体研发实力较强, 在工业机器人本体、零件、集成电路等领域均进行了研究；新松、埃夫特则更侧重工业机器人本体、集成领域；汇川和固高则是重点研究工业机器人零部件这一方面。新松机器人公司以机器人独有技术为核心，因此,在技术层面和中国科学院有密切的合作；而埃斯顿和东南大学有专利技术方面的合作；华中数控也主要是与高校合作的,下属拥有多个控股子公司；固高和埃夫特在控制器方面有技术合作[1]。
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