7自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)（全套圖紙）

1、7 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 7自由度工業(yè)機(jī)器人以工作范圍大、動(dòng)作靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、能抓取靠近機(jī)座的物體等特點(diǎn)備受設(shè)計(jì)者和使用者的青睞。由于有一個(gè)冗余自由度，很容易在確保最佳焊接姿勢(shì)的同時(shí)，避免工件以及夾具對(duì)機(jī)器人工作臂的干擾。 本論 文首先根據(jù)機(jī)器人 持重 3kg 、工作范 圍1434mm 、本體 重量150 kg ，確立機(jī)器人為 s 腰部回轉(zhuǎn)、l 小臂擺動(dòng)、e 大臂回轉(zhuǎn)、u 臂部俯仰、r 腕部扭轉(zhuǎn)、b腕部俯仰、t 腕部回轉(zhuǎn)的 7 自由度關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)；分析機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、角速度、加速度等技術(shù)指標(biāo)下的工作狀況，確定 7 個(gè)關(guān)節(jié)都采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人手臂專(zhuān)

2、用減速器傳動(dòng)，同時(shí) b、t 腕部關(guān)節(jié)還用到同步帶傳動(dòng)。通過(guò)計(jì)算各關(guān)節(jié)所需電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩、減速器的減速比、同步帶的要求并選型；用 ug nx6.0 畫(huà)出機(jī)器人的各關(guān)節(jié)三維仿真模型，并裝配成型。 本課題研究具有廣泛的實(shí)際意義和應(yīng)用前景。設(shè)計(jì)的 7 自由度工業(yè)機(jī)器人為后續(xù)的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析和運(yùn)動(dòng)控制提供了參考依據(jù)，并可以做進(jìn)一步的研發(fā)。 關(guān)鍵詞 ：7自由度，工業(yè)機(jī)器人，機(jī)械結(jié)構(gòu) i7 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) abstract 7 dof industrial robots with large scope of work, flexible, compact structure, can g

3、rab the object near the base are famous among so much designers and users. because there is a redundant freedom, it is easy to ensure the best welding position at the same time, avoid workpiece and fixture work on the robot arm interference. in this thesis, according to the robot puts up 3kg , the s

4、cope of work is 1434mm , body weight is 150kg ,establish 7 dof joint structure of arc-welding robot including s waist, l arm swing, e arm rotation, u pitching arm, r wrist turn, b wrist pitch, t wrist rotation. analysis of the various robot joints in moment of inertia, angular velocity, acceleration

5、 and other technical indicators of the work under the conditions identified seven joints driven by ac motor, the robot arm dedicated reducer drive, while b, t wrist joint is also used in synchronous belt drive. required by calculating the joint motor power and torque, reduction ratio reducer, belt r

6、equirements and selection; robot with ug nx6.0 draw three-dimensional simulation model of each joint, and assembly molding. this research has extensive practical significance and application prospect. 7 dof industrial robots designed for the follow-up dynamics analysis and motion control and provide

7、 a reference, and can do further research and development. key words: 7 dof, industrial robot, mechanical structure ii7 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目錄 摘 要 . i abstract.ii 目錄 . iii 第一章 緒論 . 1 1.1 課題背景 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展概況 . 2 1.2.1 國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀.2 1.2.2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì).4 1.3 課題來(lái)源 . 5 1.4 主要研究?jī)?nèi)容 . 6 第二章 7 自由度工業(yè)機(jī)器人總體方案

8、設(shè)計(jì) .7 2.1 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn) . 7 2.2 與機(jī)器人有關(guān)的概念 . 7 2.3 機(jī)器人的基本技術(shù)要求 . 9 2.4 機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)型式 . 10 2.5 機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案的分析 . 12 2.5.1 7 自由度工業(yè)機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).12 2.5.2 7 自由度工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).15 2.6 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式的選擇 . 19 2.7 7 自由度機(jī)器人的控制系統(tǒng) . 20 2.7.1 7 自由度工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件部分.20 2.7.2 7 自由度工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件部分.21 2.8 本章小結(jié) . 21 第三章 7 自由度工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .22 3.1 引言 .

9、 22 3.2 減速器類(lèi)型選擇 . 23 3.3 同步帶類(lèi)型選擇 . 24 3.4 機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 25 3.4.1 t腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)和減速器、同步帶的選擇 .25 3.4.2 b腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)和減速器、同步帶的選擇 .30 3.4.3 r回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)和減速器的選擇 .36 3.4.4 u回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)和減速器的選擇 .38 3.4.5 e回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)和減速器的選擇 .40 3.4.6 l擺動(dòng)關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)和減速器的選擇 .42 3.4.7 s腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)和減速器的選擇.44 3.4.8 電機(jī)、減速器、同步帶選型總表.47 3.5 電

10、機(jī)型號(hào) . 48 3.5.1 sgmgh系列 1500 轉(zhuǎn)電機(jī) .48 iii7 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.5.2 sgmph系列 3000 轉(zhuǎn)電機(jī).49 3.6 本章小結(jié) . 51 第四章 7 自由度工業(yè)機(jī)器人三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .52 4.1 機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)三維圖 . 52 4.1.1 底座造型圖 .52 4.1.2 s腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)造型圖 .53 4.1.3 l小臂擺動(dòng)關(guān)節(jié)造型圖 .56 4.1.4 e大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)造型圖 .60 4.1.5 u臂部俯仰關(guān)節(jié)造型圖.60 4.1.6 r腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)造型圖.61 4.1.7 b腕部俯仰關(guān)節(jié)造型圖.62 4.2 機(jī)器人裝配圖 . 65 4.3

11、本章小結(jié) . 66 第五章 結(jié)論和展望 .67 5.1 結(jié)論 . 67 5.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告 . 68 5.2.1 技術(shù)可行性分析 .69 5.2.2 技術(shù)優(yōu)越性分析 .69 5.3 展望 . 69 參考文獻(xiàn) . 71 致 謝 . 73 聲 明 . 74 iv7 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 1.1 課題背景 123機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝備，除了在制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、海洋開(kāi)發(fā)、航天工程等方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用之外，也滲透到人們生活的各個(gè)方面，隨著工業(yè)機(jī)器人向更深、更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范圍還在不斷地?cái)U(kuò)大。機(jī)器人產(chǎn)品技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范

12、圍很廣，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是正在快速成長(zhǎng)中的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來(lái)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起越來(lái)越重要的作用。國(guó)外專(zhuān)家預(yù)測(cè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車(chē)、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。在這樣的背景下，機(jī)器人技術(shù)與相關(guān)方面人才的需求也迅速增加，各高校也相應(yīng)加大了對(duì)機(jī)器人技術(shù)人才的培養(yǎng)力度 。 研究并開(kāi)發(fā)機(jī)器人是一項(xiàng)極其具有價(jià)值的科研工作。 工業(yè)機(jī)器人 一般需要六個(gè)自由度,它是機(jī)器人在工 作空間內(nèi),達(dá)到任意位置和方向所需要的最少的數(shù)量。然而，六自由度機(jī)器人在跟蹤特定位置和方向的能力受到很大的 限制。因此,通 過(guò)增加自由度的 辦法來(lái)提高它 的靈活性，大大 地克服了六自由度機(jī)器人受到奇異構(gòu)形空間、障礙物、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)極限和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩

13、極限等一系列運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的限制。因此，七自由度冗余手臂是智能化機(jī)器人的一個(gè)重要主題，而且有資料顯示，未來(lái)的通用機(jī)器人一般應(yīng)至少具有七個(gè)自由度 。 從“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始，我國(guó)將工業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用工程作為研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)之一，經(jīng)過(guò)研制、生產(chǎn)、應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“從無(wú)到有”。“十五”期間是我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)已日趨成熟；市場(chǎng)需求在“十五”初期也有了一個(gè)“井噴式”的發(fā)展，此外我國(guó)業(yè)已形成了幾家具有一定競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)器人公司和產(chǎn)業(yè)化基地。 但是，從整體上來(lái)說(shuō)，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還很薄弱，機(jī)器人研究仍然任重而道遠(yuǎn)。我國(guó)市場(chǎng)上機(jī)器人總共擁有量近萬(wàn)臺(tái)，僅占

14、全球總量的 0.56%，其中完全國(guó)產(chǎn)機(jī)器人行業(yè)集中度僅占 30%，其余皆為從日本、美國(guó)、瑞典、德國(guó)、意大利等20 多個(gè)國(guó)家引進(jìn)。究其原因，很大程度在于自主品牌不夠，發(fā)展壯大自主品牌及其自動(dòng)化成套裝備產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)務(wù)之急 。 由于常年以來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖，尤其是對(duì)我國(guó)的工業(yè)技術(shù)部門(mén)。 因此對(duì)能應(yīng)用于各行各業(yè)的 7 自由度工業(yè)機(jī)器人，我國(guó)有必要自主研制和開(kāi)發(fā)。 17 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.2 國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展概況 1.2.1 國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè),將對(duì) 未來(lái)生產(chǎn)

15、和社會(huì) 發(fā)展起越來(lái)越重要的作用。據(jù)unece (聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì))和ifr (國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì))統(tǒng)計(jì)，從20世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長(zhǎng)的良好勢(shì)頭，進(jìn)入90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年銷(xiāo)售量增長(zhǎng)率平均在10%左右；2004年增長(zhǎng)率達(dá)到了創(chuàng)記錄的20%，其中,亞洲機(jī)器人增長(zhǎng)幅度最為突出,增長(zhǎng)43%，如圖1-1所示。 unece估計(jì),2004年全球至少安裝了10萬(wàn)臺(tái)新的工業(yè)機(jī)器人。其中： 歐盟31100臺(tái)(比2003年增加15%,但比2001年的記錄僅增加1%)； 北美16100臺(tái)(比2003年增加27%,比2000年的記錄高24%)； 亞洲51400臺(tái),主要在日本,但中

16、國(guó)市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速(比2003年增長(zhǎng)24%)。 圖1-1 2003年制造業(yè)中每1萬(wàn)名雇員擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量 在國(guó)外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。從而，相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機(jī)器人公司，它們包括：瑞典的abb robotics， 日本 的fanuc、 yaskawa，德 國(guó)的 kuka roboter， 美國(guó)的 adept technology、american robot、emerson industrial automation、s-t robotics，意大利的comau，英國(guó)的autotech robotics，加拿大的jcd intern

17、ational robotics，以色列的robogroup tek公司，這些公司已經(jīng)成為其所在地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)。 日本素有“機(jī)器人王國(guó)”之稱(chēng)，其工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展令人矚目，無(wú)論機(jī)器人的27 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 45數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一。日本安川電機(jī)(yaskawa electric co.)自1977年研 制出第一臺(tái)全電 動(dòng)工業(yè)機(jī)器人 以來(lái)，已有29年 的機(jī)器人研發(fā)生 產(chǎn)的歷史,旗下?lián)碛衜otoman美國(guó)、瑞典、德 國(guó)以及synetics solutions美國(guó)公司等子公司，至今共生產(chǎn)13000 多臺(tái)機(jī)器人產(chǎn)品，而最近2年生產(chǎn)的機(jī) 器人30000多臺(tái)，超過(guò)了其他機(jī)器人制

18、造 公司。2005年4月,該公司宣布將投資4 億日元,建造一個(gè)新的機(jī)器人制造廠，已于200 5年11月運(yùn)行 ，2006年1月達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)。目 前，該公司每月工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)能力達(dá)到2000臺(tái)。安川電機(jī)核心工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品包括：點(diǎn)焊和弧焊機(jī)器人、油漆和處理機(jī)器人、lcd玻璃板傳輸機(jī)器人和半導(dǎo)體晶片傳輸機(jī)器人等。該公司是將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域的最早廠商之一。2004年該公司機(jī)器人銷(xiāo)售收入為1051億日元，占該公司營(yíng)業(yè)總收入3096億日元的34% 。 德國(guó)kuka roboter gmbh公司位于德國(guó)奧格斯堡,是世界幾家頂級(jí)工業(yè)機(jī)器人制造商之一，1973年研制開(kāi)發(fā)了kuka的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人

19、。該公司工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量接近10000臺(tái)，至今已在全球安裝了60000臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。這些機(jī)器人廣泛應(yīng)用在儀器、汽車(chē)、航天、食品、制藥、醫(yī)學(xué)、鑄造、塑料等領(lǐng)域。 中國(guó)首鋼莫托曼機(jī)器人有限公司由中國(guó)首鋼總公司、日本株式會(huì)社安川電機(jī)和日本巖谷產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社共同投資組建,三方出資比例分別為45%、43%和12%,引進(jìn)日本株式會(huì)社安川電機(jī)最新up系列機(jī)器人生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)sgmotoman機(jī)器人，并設(shè)計(jì)制造應(yīng)用于汽車(chē)、摩托車(chē)、工程機(jī)械、化工等行業(yè)的焊接、噴漆、裝配、研磨、切割和搬運(yùn)等領(lǐng)域的機(jī)器人、機(jī)器人工作站等。該公司目前是國(guó)內(nèi)最大、最先進(jìn)的機(jī)器人生產(chǎn)基地,年生產(chǎn)能力為800臺(tái)。但是，中國(guó)的首鋼莫托曼機(jī)器人工

20、業(yè)主要是進(jìn)口日本工業(yè)機(jī)器人，只是在國(guó)內(nèi)進(jìn)行組裝而已。沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司是由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所為主發(fā)起人投資組建的高技術(shù)公司，是機(jī)器人國(guó)家工程研究中心、國(guó)家八六三計(jì)劃智能機(jī)器人主題產(chǎn)業(yè)化基地、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃成果產(chǎn)業(yè)化基地、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃成果產(chǎn)業(yè)化基地。該公司是在國(guó)內(nèi)率先通過(guò)iso9001國(guó)際質(zhì)量保證體系認(rèn)證的機(jī)器人企業(yè),并在福布斯2005年最新發(fā) 布的“中國(guó) 潛力100榜” 上名列第48位 。其產(chǎn)品包 括：rh6弧焊 機(jī)器人、rd120點(diǎn)焊機(jī)器人及水切割、激光加工、排險(xiǎn)、澆注等特種機(jī)器人 。 我國(guó)的機(jī)器人研究始于二十世紀(jì) 70 年代。經(jīng)過(guò)近 20 年努力，特別是

21、經(jīng)過(guò)“七五”攻關(guān)、“863”計(jì)劃，取得了一批重要成果，掌握了機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、機(jī)器人語(yǔ)言等技術(shù)。 37 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6鑒于上述國(guó)內(nèi)外形勢(shì)，國(guó)家七五科技攻關(guān)計(jì)劃將工業(yè)機(jī)器人和水下機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)列入了計(jì)劃，由機(jī)械部等部門(mén)組織了點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、搬運(yùn)等型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人的攻關(guān)，使中國(guó)工業(yè)機(jī)器人一起步就瞄準(zhǔn)了實(shí)用化的方向。 1986 年，國(guó)家把智能機(jī)器人列為高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，研究目標(biāo)是跟蹤世界先進(jìn)水平，工作內(nèi)容主要是圍繞特種機(jī)器人進(jìn)行攻關(guān)。 進(jìn)入 90 年代，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下，確定了特種機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程并重、以應(yīng)用帶動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展方

22、針，實(shí)現(xiàn)了高技術(shù)發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)的密切銜接，研制出有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人系列產(chǎn)品，并小批試產(chǎn)，完成了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，建立了 9 個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地和 7 個(gè)科研基地。我國(guó)的高等院所，如長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所等在步行機(jī)器人、精密裝配機(jī)器人及 7 自由度機(jī)器人研制等前沿領(lǐng)域內(nèi)做出了可喜的成績(jī)，正在逐步縮短在機(jī)器人技術(shù)方面與世界先進(jìn)水平的差距。 綜上所述，我國(guó)機(jī)器人發(fā)展已跨過(guò)了起步階段，走上了進(jìn)步和發(fā)展的道路。今后的任務(wù)是把機(jī)器人技術(shù)推廣到更多的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域和其他更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，大力開(kāi)展跨過(guò)區(qū)域交流合作，與國(guó)際接軌，早日

23、躋身于世界先進(jìn)行列 。 1.2.2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動(dòng)化裝備的典型代表，是人造機(jī)器的“終極”形式。它涉及到機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)主要有： （1）工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降。 （2）機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；有關(guān)節(jié)模塊連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人。 （3）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 pc 機(jī)的開(kāi)放型控制器方

24、向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （4）機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺(jué)、力覺(jué)、聲覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有47 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7成熟應(yīng)用。 （5）機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從 94 年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。 總體趨勢(shì)是，從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)殪`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的

25、、具有實(shí)際動(dòng)作功能的“智能化系統(tǒng)”。機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來(lái)越靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小，其智能也越來(lái)越高，并正朝著一體化方向發(fā)展 。 1.3 課題來(lái)源 7自由度工 業(yè)機(jī)器人是一種冗余度機(jī)器人，冗余度 機(jī)器人的一個(gè)重要特性是其能夠進(jìn)行自運(yùn)動(dòng)，即在使末端操作器位姿保持不變的情況下，各個(gè)關(guān)節(jié)能夠沿冗余作業(yè)空間運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自調(diào)整。不同的自運(yùn)動(dòng)可使得機(jī)器人有不同的機(jī)構(gòu)位形和運(yùn)動(dòng)。冗余度機(jī)器人這一特征可使得其在復(fù)雜的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)避障。 由于冗余度機(jī)器人的重要研究及應(yīng)用價(jià)值( 主要面向空間站、核電站、水下等各種危險(xiǎn)復(fù)雜的場(chǎng)合)，開(kāi) 發(fā)了一種基于工業(yè) 機(jī)器人的七自由度仿 人手臂，其外形美觀、動(dòng)作靈活，是一種比較理想的結(jié)

26、構(gòu)形式。顯然,為了實(shí)現(xiàn)自運(yùn)動(dòng)的路徑規(guī)劃，首先需要解決運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題。 早在七十年代，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家就已開(kāi)始對(duì)冗余自由度機(jī)器人進(jìn)行研究。近幾年來(lái)這方面研究進(jìn)展較大，有幾個(gè)國(guó)家已研制出了幾種具有冗余自由度的機(jī)器人，有的已能應(yīng)用于實(shí)際工作。這幾年國(guó)內(nèi)有關(guān)單位也相繼開(kāi)始了對(duì)冗余自由度機(jī)器人的研究，并取得了一些可喜的成果，但水平比國(guó)外有較大差距。特別是還沒(méi)有研制出一臺(tái)具有冗余自由度的機(jī)器人樣機(jī)。這對(duì)冗余自由度機(jī)器人的深入研究有很大影響。為此，在高等學(xué)校博士生點(diǎn)基金和“863”基金的支持下，從 86 年開(kāi)始進(jìn)行冗余自由度機(jī)器人的研究，并已研制成功一臺(tái)七自由度機(jī)器人樣機(jī)。 中國(guó)工業(yè)機(jī) 器人經(jīng)過(guò)“七五”攻關(guān)計(jì)劃、

27、“九五” 攻關(guān)計(jì)劃和863計(jì)劃的支持已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)也已經(jīng)成熟，應(yīng)用上已經(jīng)遍及各行各業(yè)，但進(jìn)口機(jī)器人占了絕大多數(shù)。我國(guó)在某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，但還缺乏整體核心技術(shù)的突破，具有中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人則很少。目前我國(guó)機(jī)器人技術(shù)相當(dāng)于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)80年代初的水平，特別是在制造工藝與裝備方面，不能生產(chǎn)高精密、高速與高效的關(guān)鍵部件。我國(guó)目前取得較大進(jìn)展的機(jī)器人技術(shù)有：數(shù)控機(jī)床關(guān)57 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8鍵技術(shù)與裝備、隧道掘進(jìn)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)、工程機(jī)械智能化機(jī)器人相關(guān)技術(shù)、裝配自動(dòng)化機(jī)器人相關(guān)技術(shù)?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)出金屬焊接、噴涂、澆鑄裝配、搬運(yùn)、包裝、激光加工、檢驗(yàn)、真空

28、、自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)等的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，主要應(yīng)用于汽車(chē)、摩托車(chē)、工程機(jī)械、家電等行業(yè) 。 1.4 主要研究?jī)?nèi)容 本文的主要研究?jī)?nèi)容： 本課題以實(shí)際工程項(xiàng)目出發(fā)，仿照日本安川 7 自由度工業(yè)弧焊機(jī)器人 va1400作為研究對(duì)象。針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，對(duì)此機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立三維裝配模型，為機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真提供虛擬樣機(jī)模型。 （ 1 ） 通 過(guò) 調(diào) 研 首 鋼 莫 托 曼 機(jī) 器 人 有 限 公 司 ， 對(duì) 7 自 由 度 工 業(yè) 機(jī) 器 人motoman-va1400 有感性認(rèn)識(shí)，并對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)了解和學(xué)習(xí)。 （2）參考 6 自由度 motoman-hp6 機(jī)器人說(shuō)明書(shū)

29、資料，了解其 6 自由度的分配和實(shí)現(xiàn)。 （3）研究 7 自由度機(jī)器人與 6 自由度機(jī)器人的相同點(diǎn)和異同點(diǎn)，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，針對(duì)電機(jī)、減速器、同步帶進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。 （4）利用 ug nx6.0 軟件建立機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的三維實(shí)體模型，為后續(xù)系統(tǒng)的仿真分析工作做好準(zhǔn)備。 67 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第二章 7 自由度工業(yè)機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 910串聯(lián)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)與一般的機(jī)械設(shè)計(jì)相比，有很多不同之處。首先，從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度來(lái)看，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是由一系列連桿通過(guò)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)( 或移動(dòng)關(guān)節(jié))連接起來(lái)的開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈。開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析和靜力分析復(fù)雜，兩相鄰桿

30、件坐標(biāo)系之間的位姿關(guān)系、末端執(zhí)行器的位姿與各關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系、末端執(zhí)行器的受力和各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩(或力)之間的 關(guān)系等，都不是一 般機(jī)構(gòu)分析方法能解決得了的，需要建立一套針對(duì)空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)方法。末端執(zhí)行器的位置、速度、加速度和各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩之間的關(guān)系是動(dòng)力學(xué)分析的主要內(nèi)容，在手臂開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)中，每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)受到其它關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的影響，作用在每個(gè)關(guān)節(jié)上的重力負(fù)載和慣性負(fù)載隨手臂位姿變化而變化，在高速情況下，還存在哥氏力和離心力的影響。因此，機(jī)器人是一個(gè)多輸入多輸出的、非線性、強(qiáng)藕合、位置時(shí)變的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，動(dòng)力學(xué)分析十分復(fù)雜，因此，即使通過(guò)一定的簡(jiǎn)化，也需要使用不同于一般機(jī)構(gòu)分析的專(zhuān)門(mén)分

31、析方法 。 一個(gè)好的機(jī)器人設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)使其機(jī)械系統(tǒng)的持重自重比盡量大，結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)剛度盡可能好，并盡量提高系統(tǒng)的固有頻率和改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。人類(lèi)的手臂是最優(yōu)秀的操作機(jī)，它的性能是機(jī)器人設(shè)計(jì)追求的目標(biāo) 。 本課題要設(shè)計(jì)一款串聯(lián) 7 自由度工業(yè)機(jī)器人，其機(jī)械結(jié)構(gòu)合理，能持重 3kg ，用于弧焊技術(shù)。 2.2 與機(jī)器人有關(guān)的概念 以下是本文中涉及到的一些與機(jī)器人技術(shù)有關(guān)的概念。 （1）自由度(degrees of freedom,dof)：工業(yè)機(jī)器人一般都為多關(guān)節(jié)的空間機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)副通常有移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副兩種。相應(yīng)地，以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的關(guān)節(jié)稱(chēng)為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。以移動(dòng)副相連的關(guān)節(jié)稱(chēng)為移動(dòng)關(guān)節(jié)。在這些關(guān)節(jié)中，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)

32、的關(guān)節(jié)稱(chēng)為主動(dòng)關(guān)節(jié)。主動(dòng)關(guān)節(jié)的數(shù)目稱(chēng)為機(jī)器人的自由度。本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人是 7-dof機(jī)器人。 （2）工作空間(work space)：工作空間是指機(jī)器人臂桿的特定部位在一定條77 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11件下所能到達(dá)空間的位置集合。由于工作空間的形狀和大小反映了機(jī)器人工作能力的大小，因而它對(duì)于機(jī)器人的應(yīng)用是十分重要的。 （3）機(jī)器人的分類(lèi)，機(jī)器人分類(lèi)方法有多種。 首先，按機(jī)器人控制方法的不同，可分為點(diǎn)位控制型(ptp)，連續(xù)軌跡控制型(cp)： (a)點(diǎn)位控制型(point to point control)：機(jī)器人受控運(yùn)動(dòng)方式為自一個(gè)點(diǎn)位目標(biāo)向另一個(gè)點(diǎn)位目標(biāo)移動(dòng)，只在目標(biāo)點(diǎn)上完成操

33、作。例如機(jī)器人在進(jìn)行點(diǎn)焊時(shí)的軌跡控制。 (b)連續(xù)軌跡控制型(continuous path control)：機(jī)器人各關(guān)節(jié)同時(shí)做受控運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人末端執(zhí)行器按預(yù)期軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，為此各關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)需要獲得驅(qū)動(dòng)機(jī)的角位移和角速度信號(hào)，如機(jī)器人進(jìn)行焊縫為曲線的弧焊作業(yè)時(shí)的軌跡控制。本課題設(shè)計(jì)的機(jī)器人屬于連續(xù)軌跡控制型。 其次，按機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可分為四類(lèi)： (a)直角坐標(biāo)型：該型機(jī)器人前三個(gè)關(guān)節(jié)為移動(dòng)關(guān)節(jié)，運(yùn)動(dòng)方向垂直，其控制方案與數(shù)控機(jī)床類(lèi)似，各關(guān)節(jié)之間沒(méi)有耦合，不會(huì)產(chǎn)生奇異狀態(tài)，剛性好、精度高。缺點(diǎn)是占地面積大、工作空間小。 (b) 圓柱坐 標(biāo)型： 該型機(jī)器 人前三 個(gè)關(guān)節(jié) 為兩個(gè) 移動(dòng)關(guān)

34、 節(jié)和一 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 關(guān)節(jié)以,r,z 為坐標(biāo)，位置函數(shù)為 p=f(,r,z)，其中，r 是手臂徑向長(zhǎng)度，z 是垂直方向的位移，是手臂繞垂直軸的角位移。這種形式的機(jī)器人占用空間小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 (c)球坐標(biāo)型：具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)。以,y 為坐標(biāo)，位置函數(shù)為 p=f(,y)，該型機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是靈活性好，占地面積小，但剛度、精度較差。 (d)關(guān)節(jié)坐標(biāo)型：有垂直關(guān)節(jié)型和水平關(guān)節(jié)型(scara 型)機(jī)器人。前三個(gè)關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，特點(diǎn)是動(dòng)作靈活、工作空間大、占地面積小，缺點(diǎn)是剛度和精度較差。 第三，按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)可分為：(a)氣壓驅(qū)動(dòng)；(b)液壓驅(qū)動(dòng)；(c)電氣驅(qū)動(dòng)。 電氣驅(qū)動(dòng)是 20 世紀(jì) 90

35、 年代后機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用最易于控制、使用方便、運(yùn)動(dòng)精度高、驅(qū)動(dòng)效率高、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。 第四，按用途分類(lèi)可分為搬運(yùn)機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、焊接機(jī)器人、裝配機(jī)器人、切削加工機(jī)器人和特種用途機(jī)器人等 。 87 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本課題設(shè)計(jì)機(jī)器人為 7 款電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。由于在同樣的體積條件下，關(guān)節(jié)型機(jī)器 人比非關(guān) 節(jié)型機(jī)器 人有更大 的相對(duì)空 間(手腕可 達(dá)到的最 大空間體 積與機(jī)器人本體外殼體積之比)和絕對(duì)工作空間，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的動(dòng)作和軌跡更靈活，因此設(shè)計(jì)的機(jī)器人采用關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)為垂直關(guān)節(jié)型。 2.3 機(jī)器人的基本技術(shù)要求 該機(jī)器人的特點(diǎn)是工作范圍大，動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)

36、較緊湊，用于弧焊焊接。根據(jù) motoman-va1400 的用途和特點(diǎn)提出如下技術(shù)參數(shù)： 自由度數(shù)目：7 個(gè)，坐標(biāo)形式：垂直關(guān)節(jié)型，有效載荷： 3kg ，機(jī)器人精度：0.08 +0.08 ，工作范圍： r = 1434mm ，本體重量： 150kg機(jī)器人各參數(shù)要求見(jiàn)下表 2-1。 軸 最 大 運(yùn) 動(dòng) 范表 2-1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù) 最大角速度 轉(zhuǎn)速 各 關(guān) 節(jié) 允 許轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 圍 度 srads極限力矩 n m kg m2s 腰部回轉(zhuǎn) -170+170 2203.84 - - l 小臂擺動(dòng) -70+148 2003.49 - - u 臂部俯仰 -175+150 2203.84 - - r 腕部扭

37、轉(zhuǎn) -150+150 4107.16 8.8 0.27 b 腕部俯仰 -45+180 4107.16 8.8 0.27 t 腕部回轉(zhuǎn) -200+200 61010.65 2.9 0.03 e 大臂回轉(zhuǎn) -90+90 2203.84 - - 97 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.4 機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)型式 手臂是執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的主要運(yùn)動(dòng)部件，它用來(lái)支承腕關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器，并使它們能在空間運(yùn)動(dòng)。為了使手部能達(dá)到工作空間的任意位置，手臂一般至少有三個(gè)自由度，少數(shù)專(zhuān)用的工業(yè)機(jī)器人手臂自由度少于三個(gè)。手臂的結(jié)構(gòu)形式有多種，常用的構(gòu)形如圖 21 所示。 圖2-1 幾種自由度機(jī)器人手臂構(gòu)型 由于在同樣的體積條件下

38、，關(guān)節(jié)型機(jī)器人比非關(guān)節(jié)型機(jī)器人有大得多的相對(duì)空間(手腕可達(dá)到的最大空間體積與機(jī)器人本體外殼體積之比)和絕對(duì)工作空間，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的動(dòng)作和軌跡更靈活，因此該型機(jī)器人采用關(guān)節(jié)型107 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相對(duì)平移關(guān)節(jié)來(lái)講，操作空間大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，關(guān)節(jié)易于密封防塵。這里機(jī)器人手臂使用了三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，綜合各種手臂構(gòu)形，最后確定其結(jié)構(gòu)形式為圖 21 中的第一種形式，此手臂決定了末端執(zhí)行器在空間的位置。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，通常腰關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸是鉛垂的，手臂在水平面內(nèi)可繞腰關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸平行，且都平行于水平面，故手臂可在垂直面

39、內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)構(gòu)成的關(guān)節(jié)組聯(lián)接在小臂桿的端部，模擬人的手腕，決定末端件的姿態(tài)。在運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)上，這類(lèi)機(jī)器人最像人的手臂，因而結(jié)構(gòu)最緊湊，柔性最好，可達(dá)空間最大，它甚至可以繞過(guò)障礙物到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，因而是機(jī)器人中最有前途的一種。但由于三個(gè)關(guān)節(jié)都是轉(zhuǎn)動(dòng)的，故臂端的分辨率完全取決于它在工作空間中的位置。另外，位置精度也較差。 綜合考慮之后，設(shè)計(jì) 7 自由度工業(yè)機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)型式為圖 2-2 所示。其中，7 個(gè)自由度在圖中有說(shuō)明。 r腕部扭轉(zhuǎn)b腕部俯仰l小臂擺動(dòng)u臂部俯仰e大臂回轉(zhuǎn)t腕部回 轉(zhuǎn)s腰部回轉(zhuǎn)圖2-2 7自由度工業(yè)機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)型式 117 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.5 機(jī)器人結(jié)構(gòu)

40、方案的分析 122.5.1 7 自由度工業(yè)機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在確定了機(jī)器人的自由度數(shù)之后，必須合理的布置各關(guān)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些自由度。對(duì)于串聯(lián)的運(yùn)動(dòng)連桿，關(guān)節(jié)數(shù)目等于要求的自由度數(shù)目。同時(shí)，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解有著非常密切的關(guān)系。一般的六自由度機(jī)器人不具有封閉解。盡管運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的一個(gè)重要成果指出，所有包含轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和移動(dòng)關(guān)節(jié)的串聯(lián)6 自由度機(jī)構(gòu)均是可解的，但這種解一般是數(shù)值形式的，而存在封閉解的機(jī)器人具有以下特性:存在幾個(gè)正交關(guān)節(jié)軸或者有多個(gè)連桿轉(zhuǎn)角為0 或 90 ，對(duì)具有 6個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的機(jī)器人存在封閉解的充分條件是相鄰的三個(gè)關(guān)節(jié)軸線相交于一點(diǎn)。由于計(jì)算數(shù)值解遠(yuǎn)比封閉解費(fèi)時(shí)，數(shù)值解很

41、難用于實(shí)時(shí)控制，因此，當(dāng)今設(shè)計(jì)的六自由度串聯(lián)機(jī)器人幾乎都有三根相交軸，且大多數(shù)是設(shè)計(jì)成后 3 個(gè)關(guān)節(jié)相交，相交點(diǎn)稱(chēng)為腕關(guān)節(jié)原點(diǎn)。這樣，后 3 個(gè)關(guān)節(jié)就確定了末端執(zhí)行器的姿態(tài)，而前 3個(gè)關(guān)節(jié)確定腕關(guān)節(jié)原點(diǎn)的位置。采用這種方法設(shè)計(jì)的機(jī)器人可以認(rèn)為是由定位結(jié)構(gòu)及其后面串聯(lián)的定向結(jié)構(gòu)或手腕組成的。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)器人都有封閉解。另外，定位結(jié)構(gòu)都采用這樣的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu):連桿轉(zhuǎn)角為 0 或 90 ，連桿長(zhǎng)度不同，但是連桿偏距都為 0，這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)使計(jì)算簡(jiǎn)單 。 所以本課題設(shè)計(jì)的機(jī)器人借鑒 6 自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，在 6r 關(guān)節(jié)機(jī)器人的二、三關(guān)節(jié)之間，也就是在 l 自由度和 u 自由度之間加一轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的冗余自

42、由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)型式。使其成為一臺(tái)肩部和腕部各有三個(gè)自由度，肘部為一個(gè)自由度 的人 臂 型七 自由 度 關(guān)節(jié) 式 機(jī)器 人。 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 可 以 日 本 安 川 模 仿motoman-va1400 這款機(jī)器人設(shè)計(jì)。 根據(jù)日本安川的 6 自由度 motoman-hp6 機(jī)器人說(shuō)明書(shū)資料，分析其 6 個(gè)軸單元的結(jié)構(gòu)，仿照其設(shè)計(jì) 7 自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。motoman-hp6 機(jī)器人外形如下圖 2-3 所示，機(jī)器人總體構(gòu)型如圖 2-4 所示。 127 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 2-3 motoman-hp6 機(jī)器人外形 圖 2-4 motoman-hp6 機(jī)器人總體構(gòu)型 本課題

43、要求機(jī)器人手臂能達(dá)到工作空間的任意位置和姿態(tài)，同時(shí)要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易控制。由于在同樣的體積條件下，關(guān)節(jié)型機(jī)器人比非關(guān)節(jié)型機(jī)器人有大得多的相對(duì)空間(手腕可達(dá)到 的最大空間體積與機(jī) 器人本體外殼體積 之比)和絕對(duì)工作137 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 空間，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的動(dòng)作和軌跡更靈活，因此該型機(jī)器人采用關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相對(duì)平移關(guān)節(jié)來(lái)講，操作空間大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，關(guān)節(jié)易于密封防塵。 綜合考慮，在 6r 關(guān)節(jié)機(jī)器人的二、三關(guān)節(jié)之間，也就是 l、u 自由度間加一轉(zhuǎn)動(dòng)自由度 e 的冗余自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)型式。使其成為一臺(tái)肩部和腕部各有三個(gè)自由度，肘部為一個(gè)自由度的人臂型七自

44、由度關(guān)節(jié)式機(jī)器人。關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，通常腰關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸是鉛垂的，手臂在水平面內(nèi)可繞腰關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸平行，且都平行于水平面，故手臂可在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)構(gòu)成的關(guān)節(jié)組聯(lián)接在小臂桿的端部，模擬人的手腕，決定末端件的姿態(tài)。在運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)上，這類(lèi)機(jī)器人最像人的手臂，因而結(jié)構(gòu)最緊湊，柔性最好，可達(dá)空間最大，它甚至可以繞過(guò)障礙物到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，因而是機(jī)器人中最有前途的一種。 因此，7 自由度機(jī)器人可以模仿 motoman-va1400 外形設(shè)計(jì)為如圖 2-5 所示。 圖 2-5 motoman-va1400 外形 147 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 以前，焊接汽車(chē)車(chē)架以及

45、車(chē)座框架之類(lèi)的長(zhǎng)型、大型、復(fù)雜形狀工件時(shí)，是在工件定位器的側(cè)面位置設(shè)置機(jī)器人，并且 1 道工序設(shè)置數(shù)臺(tái)機(jī)器人，將作業(yè)分割成多道工序來(lái)進(jìn)行的，以避免干擾以及確保正確的焊接姿勢(shì)。而 va1400 通過(guò)機(jī)器人工作臂的回轉(zhuǎn)避免干擾，即使從工件的上方進(jìn)行焊接，焊槍也能取最佳焊接姿勢(shì)，因此，可將機(jī)器人配備在架或定位器之上。與設(shè)置在側(cè)面位置相比，設(shè)備面積可減少到原來(lái)的 1/2。 由于很容易避免配置在近處的機(jī)器人之間的工作臂干擾，因此，不僅可在狹窄空間內(nèi)設(shè)置多臺(tái)機(jī)器人，而且用 1 臺(tái)機(jī)器人即可處理原來(lái)需 2 臺(tái)機(jī)器人負(fù)責(zé)的2 個(gè)工序的工作。因此，設(shè)備面積以及機(jī)器人臺(tái)數(shù)可比原來(lái)減少。 與原來(lái)機(jī)型相同，焊槍以及焊

46、槍電纜內(nèi)置在機(jī)器人工作臂中。由于動(dòng)作時(shí)不干擾鄰近的機(jī)器人、外圍設(shè)備以及電纜，因此，容易進(jìn)入狹窄場(chǎng)地。另外，va1400將焊接接地電纜、瓦斯軟管以及空氣軟管內(nèi)置在機(jī)器人的基座里，提高了易用性和易維修性。 2.5.2 7 自由度工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)日本安川的 6 自由度 motoman-hp6 機(jī)器人內(nèi)部傳動(dòng)說(shuō)明，分析其 6個(gè)軸單元的結(jié)構(gòu)，仿照其設(shè)計(jì) 7 自由度機(jī)器人的傳動(dòng)設(shè)計(jì)。 （1）s 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 電機(jī)安裝在底座上面，其輸出軸先經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后，由第一關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng)整個(gè) s 腰部在基座上回轉(zhuǎn)。如圖 2-6 所示。 底座交流伺服電機(jī)第一關(guān)節(jié)輸出軸齒輪減速器圖 2-6 s

47、 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 157 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （2）l 小臂擺動(dòng)關(guān)節(jié) 電機(jī)安裝在 s 腰部和 l 小臂連接處，其輸出軸先經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后，由第二關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) l 小臂擺動(dòng)。如圖 2-7 所示。 交流伺服電機(jī)s腰部關(guān)節(jié)齒輪減速器第二關(guān)節(jié)輸出軸l小臂關(guān)節(jié)第一關(guān)節(jié)輸出軸圖 2-7 l 小臂擺動(dòng)關(guān)節(jié) （3）e 大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 電機(jī)安裝在 e 大臂里，其輸出軸先經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后，由第三關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) e 大臂回轉(zhuǎn)。如圖 2-8 所示。 167 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) e大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)第三關(guān)節(jié)輸出軸減速器齒輪l小臂關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)圖 2-8 e 大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 軸節(jié)

48、減齒速輪（4）u 臂部俯仰關(guān)節(jié) 電機(jī)安裝在 e 大臂和 u 臂部連接處，其輸出軸先經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后，由第四關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) u 臂部俯仰。如圖 2-9 所示。 r臂部關(guān) 第四關(guān)節(jié)輸出器u臂部關(guān)節(jié)圖 2-9 u 臂部俯仰關(guān)節(jié) 177 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （5）r 腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在 u 臂部里，其輸出軸先經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后，由第五關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) r 腕部扭轉(zhuǎn)。如圖 2-10 所示。 交流伺服電機(jī)u臂部俯仰關(guān)節(jié)齒輪減速器第五關(guān)節(jié)輸出軸r腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)圖 2-10 r 腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) （6）b 腕部俯仰關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在 r 腕部里，其輸出軸連接滑輪，先經(jīng)過(guò)同步帶傳動(dòng)，

49、再經(jīng)過(guò)減速器減速后，由第六關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) b 腕部俯仰。如圖 2-11 所示。 r腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)交流伺服電機(jī)帶輪同步帶節(jié)帶輪減速器第六關(guān)節(jié)輸出軸圖 2-11 b 腕部俯仰關(guān)節(jié) （7）t 腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 電機(jī)安裝在 r 腕部里，其輸出軸連接滑輪，先經(jīng)過(guò)同步帶傳動(dòng)，再經(jīng)過(guò)減速187 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 器減速后，由第七關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) t 腕部回轉(zhuǎn)。如圖 2-12 所示。 r腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)交流伺服電機(jī)帶輪節(jié)同步帶帶輪減速器第七關(guān)節(jié)輸出軸b腕部俯仰關(guān)節(jié)圖 2-12 t 腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 2.6 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式的選擇 通常，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式有以下幾種： （一）氣壓驅(qū)動(dòng) 使用壓力通常在 0.4 0.6mpa

50、，最高可達(dá) 1mpa 。其主要優(yōu)點(diǎn)是：氣源方便(特別是在工廠有壓縮空氣站專(zhuān)門(mén)供應(yīng)壓縮空氣時(shí))，可方便的實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有緩沖作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；其主要的缺點(diǎn)是：功率密度比小，驅(qū)動(dòng)裝置體積大，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)需要中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，定位精度低，其費(fèi)用較高，而且其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，維護(hù)不方便。一般用于全氣動(dòng)的機(jī)器人。 （二）液壓驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng)的最大特點(diǎn)是功率密度大，用于水下時(shí)無(wú)需特別考慮密封問(wèn)題，液壓缸驅(qū)動(dòng)可以方便的實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，液壓馬達(dá)可以方便的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，考慮到液壓伺服技術(shù)的進(jìn)步，其動(dòng)態(tài)控制性能也可以做得很好。其缺點(diǎn)是容易漏油，污染環(huán)境，加之有噪聲，且需要專(zhuān)門(mén)的油源。一般用于需要下水工作的

51、機(jī)器人。 （三）電氣驅(qū)動(dòng) 通常電氣驅(qū)動(dòng)又分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 （1）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件，這種元件197 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 是將數(shù)字脈沖輸入轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的一種裝置，當(dāng)采用適當(dāng)?shù)目刂茣r(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出步數(shù)( 轉(zhuǎn)角位移量)總是和 輸入的電脈沖數(shù)相 等，因此它可以作為開(kāi)環(huán)位置系統(tǒng)工作。在增量運(yùn)動(dòng)方面，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以用作具有迅速加速、減速和停機(jī)能力的起停運(yùn)動(dòng)控制器。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能好，而且成本低廉；通常不需要反饋就能對(duì)位置和速度進(jìn)行控制，位置誤差不會(huì)積累具有自鎖能力(變磁阻式)和保

52、持轉(zhuǎn)矩(永磁式)的能力，有利于控制系統(tǒng)的定位。但步進(jìn)電機(jī)基本上不具有過(guò)載能力，啟動(dòng)頻率受到限制，且需要專(zhuān)門(mén)的電源。功率偏大時(shí)，體積較大，并且其空間分辨率較低，只適于傳動(dòng)功率不大的關(guān)節(jié)或小型機(jī)器人。 （2）直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要有兩種類(lèi)型，大慣量直流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)和小慣量直流伺服電機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。它們的共同特點(diǎn)是快速性好，控制精度高，對(duì)轉(zhuǎn)角無(wú)限制，驅(qū)動(dòng)功率較大，調(diào)速性能好?？煞奖愕牟捎棉D(zhuǎn)動(dòng)式傳感器實(shí)現(xiàn)速度、位置閉環(huán)控制，是最為常用的驅(qū)動(dòng)方式。直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)力矩，相對(duì)功率大及快速響應(yīng)等特點(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，成本較高，而且需要外圍

53、轉(zhuǎn)換電路與微機(jī)配合實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。若使用直流伺服電機(jī)，還要考慮電刷放電對(duì)實(shí)際工作的影響。 （3）交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，體積較小，運(yùn)行可靠，使用維修方便，價(jià)格比直流伺服電機(jī)便宜，但高于步進(jìn)電機(jī)。隨著可關(guān)斷晶閘管gto,大功率晶閘管 gtr 和場(chǎng)效應(yīng)管 mosfet 等電子器件、脈沖調(diào)寬技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流伺服電機(jī)在調(diào)速性能方面可以與直流電機(jī)媲美。采用 16位 cpu+32 位 dsp 三環(huán)(位置、速度、電流)全數(shù)字控制，增量式碼盤(pán)的反饋，可達(dá)到很高的精度。三倍過(guò)載輸出扭矩，可以實(shí)現(xiàn)很大的啟動(dòng)功率，提供很高的響應(yīng)速度。 由于本課題研究的機(jī)器人額定負(fù)載較小，同時(shí)，考慮到

54、其對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)所承受的最大力矩，以及各個(gè)關(guān)節(jié)的最大角速度，工業(yè)機(jī)器人用的電機(jī)以交流伺服電機(jī)居多。綜合分析后，采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 2.7 7 自由度機(jī)器人的控制系統(tǒng) 2.7.1 7 自由度工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件部分 在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，若只采用 pc 機(jī)下 windows 平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，就存207 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)，很難保證計(jì)算周期在毫秒級(jí)的伺服控制周期之內(nèi)，為了解決這個(gè)問(wèn)題采用 pmac 可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器與 pc 工控機(jī)組成的雙微積分級(jí)控制方式，是一種開(kāi)放式控制系統(tǒng)。 2.7.2 7 自由度工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件部分 控制軟件在 visual c+軟件平

55、臺(tái)下編制，該軟件支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)是通過(guò)為數(shù)據(jù)和代碼建立分塊的內(nèi)存區(qū)域來(lái)提供對(duì)程序進(jìn)行模塊化的一種程序設(shè)計(jì)方法，這些模塊可以被用作樣板，在需要時(shí)建立其拷貝。對(duì)象是計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的一塊區(qū)域，通過(guò)將內(nèi)存分塊，每個(gè)模塊（即對(duì)象）相互之間在功能上保持相對(duì)獨(dú)立。這些內(nèi)存塊不僅存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而且也存儲(chǔ)代碼，這對(duì)保證對(duì)象是受保護(hù)的這一點(diǎn)很重要，只有局部對(duì)象中的代碼才能夠訪問(wèn)存儲(chǔ)在這個(gè)對(duì)象中的數(shù)據(jù)，這清楚地限定了對(duì)象所具有的功能，并使對(duì)象保護(hù)它自己不因未知的外部事件的影響而使它的數(shù)據(jù)和功能遭受破壞。 在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，對(duì)象之間只能通過(guò)函數(shù)調(diào)用相互通信。一個(gè)對(duì)象可以調(diào)用

56、另一個(gè)對(duì)象的函數(shù)，這樣，對(duì)象之間的相互作用方式是自己控制的，對(duì)象外部的代碼就沒(méi)有機(jī)會(huì)通過(guò)直接修改對(duì)象的內(nèi)存區(qū)域而妨礙對(duì)象發(fā)揮其功能。在軟件實(shí)際編制過(guò)程中，我們將不同的輸入輸出操作封裝在不同的類(lèi)中，控制功能是通過(guò)調(diào)用類(lèi)的一個(gè)實(shí)例即對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.8 本章小結(jié) 本章首先講述了串聯(lián)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，提出串聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求，然后介紹了與機(jī)器人技術(shù)有關(guān)的概念，如自由度、工作空間、機(jī)器人分類(lèi)，本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人是 7 自由度關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人。 其次，根據(jù)課題對(duì)機(jī)器人提出的技術(shù)要求，對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，具體包括機(jī)器人的 7 個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自由度分配、機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)型式；以及機(jī)器人的外

57、形，模仿 motoman-va1400。 最后比較分析幾種機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式，選擇采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，介紹了機(jī)器人的控制系統(tǒng)的硬件和軟件部分。 217 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第三章 7 自由度工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 引言 根據(jù) motoman-va1400 提出的設(shè)計(jì)技術(shù)要求和機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖，如下圖 3-1，對(duì)其結(jié)構(gòu)分析，進(jìn)行每一個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)、減速器理論計(jì)算和選擇，利用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì) b、t 關(guān)節(jié)同步帶進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。根據(jù)調(diào)研和計(jì)算初定 b、t、r三個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)選都選擇 3000 轉(zhuǎn)，200v 的電機(jī)，其他關(guān)節(jié)選 1500 轉(zhuǎn)，200v 的電機(jī)。 圖 3-1 機(jī)器人 motoman-v

58、a1400 機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖 227 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2 減速器類(lèi)型選擇 減速器是指原動(dòng)機(jī)與獨(dú)立封閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)的增大轉(zhuǎn)矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速機(jī)額定扭矩，減速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。減速器的種類(lèi)很多，這里僅討論由齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)以及由它們組成的減速器。若按傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)劃分，這類(lèi)減速器有以下五種： （1）齒輪減速器 主要有圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速和圓錐-圓柱減速器。 （2）蝸桿減速器 主要有圓柱蝸桿減速器、環(huán)面蝸桿減速器、蝸桿-齒輪減速器。 （3）行星齒輪減速器 （4）擺線針輪減速器 （5）諧波齒

59、輪減速器 為了匹配 motoman-va1400 外形和設(shè)計(jì)技術(shù)要求，選擇日本安川公司生產(chǎn)的機(jī)械手專(zhuān)用減速器，如下圖 3-2、3-3。 圖 3-2 機(jī)械手專(zhuān)用減速器上端面237 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 3-3機(jī)械手專(zhuān)用減速器下端面3.3 同步帶類(lèi)型選擇 同 步 帶 傳 動(dòng) 是 由 一 根 內(nèi) 周 表 面 設(shè) 有 等 間 距 齒 形 的 環(huán) 行 帶 及 具 有 相 應(yīng) 吻合 的 輪 所組 成 。 它 綜合 了 帶 傳 動(dòng)、 鏈 傳 動(dòng) 和齒 輪 傳 動(dòng) 各自 的 優(yōu) 點(diǎn) 。轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) ，通 過(guò) 帶 齒與 輪 的 齒 槽相 嚙 合 來(lái) 傳遞 動(dòng) 力 。同 步 帶 傳 動(dòng)具 有 準(zhǔn) 確 的傳 動(dòng) 比 ，無(wú)滑 差 ，可 獲 得 恒定 的 速 比 ，傳 動(dòng) 平穩(wěn) ， 能吸 振 ，噪 音 小 ，傳 動(dòng) 比 范圍 大 ，一般可達(dá) 1:10 。 同 步帶 的 特 點(diǎn) ： （ 1） 傳 動(dòng)準(zhǔn) 確 ， 工 作時(shí) 無(wú) 滑 動(dòng) ，具有恒定的傳動(dòng)比； （ 2） 傳 動(dòng)平 穩(wěn) ， 具 有緩 沖 、 減 振能 力 ， 噪 聲低 ； （ 3） 傳 動(dòng)效 率 高 ， 可達(dá) 0.98， 節(jié) 能效 果 明 顯 ； （ 4） 維 護(hù)保 養(yǎng) 方 便 ，不 需 潤(rùn) 滑 ，維 護(hù) 費(fèi) 用 低； （ 5） 速 比范 圍 大 ， 一般 可 達(dá) 1 0， 線 速度 可 達(dá) 50 m s ，具有較大的功率傳 遞