六轴机器人系统设计_六轴机器人内部结构

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六轴机器人系统设计

第一章 六轴机器人总体方案的设计.................................................................................1.1 六轴机器人的设计内容及要求..............................................................................6

1.2 六轴机器人的总体设计

..........................................................................................6

1.3 机器人腰部关节的设计

..........................................................................................8

1.4 机器人肘部的设计

..................................................................................................8 1.5 机器人大小臂设计

..................................................................................................9 1.6 机器人腕部的设计

................................................................................................10 1.7 工业机器人驱动方式选择....................................................................................11 1.4谐波减速器介绍

....................................................................................................13 1.4.1 谐波齿轮减速器简介

.........................................................................................13 1.4.2 谐波减速器基本结构

.........................................................................................13 1.4.3 谐波减速器工作原理

.........................................................................................14 1.4.4谐波减速器的主要特性

......................................................................................15 1.4.5谐波减速器的减速比

..........................................................................................16 1.5 RV减速器介绍.....................................................................................................1.5.1 RV 减速器简介...................................................................................................1.4.2 RV减速器基本结构...........................................................................................1.4.3 RV 减速器传动原理..........................................................................................1.4.3 RV 减速器的主要性能特征..............................................................................1.4.4 RV 减速器的旋转方向和减速比......................................................................第二章 机器人传动系统设计

.............................................................................................22

2.1 机器人简单模型与静力学分析............................................................................22 2.2 伺服电机和减速器选型计算

................................................................................24 2.3 直齿轮的选择与校核

............................................................................................29 2.4 锥齿轮的选择与校核

............................................................................................34 2.5 传动系统中其余齿轮设计校核............................................................................38 2.5 轴六的设计

............................................................................................................39 2.6 轴承的校核

............................................................................................................43 第三章 谐波减速器的设计

.................................................................................................45

3.1谐波齿轮减速器简要介绍和设计要求.................................................................45 3.2 总体方案设计

........................................................................................................45 3.3 柔轮和刚轮材料的选择

........................................................................................46 3.3.1 柔轮材料选用

.............................................................................................46 3.3.2 刚轮材料选用

.............................................................................................46 3.3.2 凸轮材料选用

.............................................................................................46 3.4 钢轮、柔轮、波发生器的设计计算与校核

........................................................46 3.4.1 各零件的几何尺寸计算

.............................................................................46 3.4.2柔轮校核

......................................................................................................48 第四章

RV减速器的设计................................................................................................50

4.1 RV减速器的简要介绍和设计要求..............................................................................50 4.1.1 减速器概要

.................................................................................................50 4.1.2 设计要求

.....................................................................................................50 4.2行星齿轮与太阳轮的设计

.....................................................................................51 4.2.1.零件材料和热处理的选择：

......................................................................51 4.2.2.齿轮齿数的确定

..........................................................................................51 4.2.3 齿轮模数的确定

.........................................................................................51 4.2.4 校核齿轮

.....................................................................................................52 4.2.5齿轮几何尺寸的设计计算..........................................................................53 4.3减速器主体部分的设计计算.................................................................................54 4.3.1 设计要求

.....................................................................................................54 4.3.2 材料选择和热处理.....................................................................................54 4.3.3 设计计算

.....................................................................................................54 4.3.4 轴承的选择与校核.....................................................................................56 第五章 控制系统设计

.........................................................................................................57

5.1固高控制器简介

.....................................................................................................57 5.2 软件开发平台

........................................................................................................57 5.3 硬件开发平台

........................................................................................................58 5.4电机控制系统的基本组成.....................................................................................59 5.5 GUC-800 系列运动控制器模式应用

....................................................................59第二章 六轴机器人总体方案的设计

2.1 六轴机器人的设计内容及要求

六轴机器人在工业中有着广泛的应用，机器人的运动机构和运动控制系统是其核心部 分。本文也将这两者作为工作的重心。

主要设计内容：

（1）六轴机器人三维模型的建立。

（2）电机和减速器的选型计算。

（3）机械传动方案设计，设计计算并校核齿轮、轴、轴承等

（4）减速器的设计

（5）控制系统的简单设计

2.2 六轴机器人的总体设计

（1）机器人的机械部分设计主要包括传动系统设计、电机选型和减速器的选型设计。机构本体主要包括腰部、大臂、肘关节、小臂和腕部。

本文在设计过程中，参考了埃夫特公司的 ER50-C20 系列机器人。机器人机械系统图如图2.1所示

（2）机器人的工作空间如图 2.2所示

2.3 机器人腰部关节的设计

机器人腰部主要包括底座、基座两个结构件和减速部件，底座一般用地脚螺栓固定在 地面上或用螺栓固定在其他的工作平台上，底座的尺寸要尽量大一点，使其能够承受较大 的倾覆力矩，底座结构上为中空的圆台，利于各种电缆等从中经过；基座为支撑连接大臂 的结构件，也承担着上方的所有重量，故其强度要考虑进去；减速部件为电机加减速器，将电机的高速低扭转为低速高扭。本文设计的腰部如图 2.3所示

2.4 机器人肘部的设计

机器人肘部主要是电机4、5、6 的输出与轴4、5、6的第一段传动的齿轮箱和其中的 各传动部件，其设计要求与普通的减速器类似。本文设计的肘部关节如图 2.4所示。

2.5 机器人大小臂设计

机器人大臂设计应满足强度条件，原则上应对其进行静力学和动力学特性分析，本文由于时间缘故，未做有限元分析，大小臂的设计是参考市场上已有产品进行设计，大臂设计中，也应留有布线的空间；因小臂同时也是轴 4，故小臂的设计应为中空轴，轴 5 和轴六从其中穿过；大小臂上还应设计用于吊装的部分，本文设计的是打有螺纹孔的凸出块，吊装时用吊装用螺钉和吊索实现。本文设计大臂和小臂如图 2.5和2.6所示。