新型多功能6轴小型机器人
目 录
一、前言 1
（一）课题研究背景及其意义 1
（二）发展现状 1
（三）本文主要内容 2
二、总体方案与传动机构设计 3
（一）总体方案设计与分析 3
1.方案要求 3
2. 机构选型 4
3.驱动方式选择 5
（二） 传动方案的初步设计 6
1.腕关节的传动结构设计 6
2. 小臂传动机构 7
3.大臂传动机构 8
4. 腰身传动机构 8
（三）机器人部分技术参数 8
三、工作空间分析及计算 10
（一）工作空间 10
（二）工作空间与机器人结构尺寸的相关性 10
（三）分析 13
四、结构设计 15
（一）传动方案的确定 15
1.腕部的设计要求 15
2. 腕部电机的选择 15
（三） 腰部 16
1.底座及腰部设计要求 16
2.电机选择 16
（四）手臂 17
1.手臂作用概述 17
2. 电机选择 18
（五）传动结构设计计算 19
1.大臂设计 19
2.小臂设计 21
总 结 26
参考文献 27
致 谢 29
二、总体方案与传动机构设计
（一）总体方案设计与分析
1.方案要求
机器人用于生产车间两条自动装配线中，将产品新型多功能至输送车上。要求其新型多功能动作灵活，手臂工作空间大，被夹持的工件可能具有多种形状，结构紧凑，重量轻便。动力源采用电动机驱动，假设工件负重为5公斤，形状为边长30X30X30cm的立方体盒状，因此手爪开合范围定为5mm～100mm。两条装配线距离1000mm，手臂最大伸长量约为1300mm；能360度转动；底座固定在地面上。
设想的工作方式如图2.1：
图 2.1 设想的工作方式
2. 机构选型
由第一章可知，6轴小型机器人按坐标系统可分为直角坐标机器人，圆柱坐标机器人，球面坐标机器人，关节型机器人和SCARA机器人，其中关节型机器人使用范围广，用途多样，其优点如下：
（1）工作空间范围大，占地面积小。
（2）灵活性高，能够做到其他种类机器人所无法做到的动作，用途广泛。
（3）没有移动关节，所以不需要设计导轨。转动关节容易密封，由于轴承件是大量生产的标准件，则摩擦小，惯量小，可靠性好。
（4）驱动各轴运动时转矩较小，耗能少
综上所述，我们决定采用关节型机器人。
手臂由动力关节和连接杆件构成，用以调整手腕和末端执行器的位置。由于本设计要求能达到工作空间的任意位置，因此采用三自由度手臂。机座则采用回转机座。
手腕是连接手臂和末端执行器的部件，起支承手部和改变手部姿态的作用。手腕按自由度数目可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。由于本机器人对要求的动作多样，灵活性高，故选用三自由度手腕。
三自由度手腕由B关节和R关节组成，可实现翻转、俯仰和旋转功能。B关节和R关节排列的次序不同，也会产生不同的效果，因此其结构形式也多种多样，如图2.2所示[15]：
图 2.2 三自由度手腕的几种形式
B关节是一种俯仰、摆动关节，关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直，旋转角度小；R关节是一种回转关节，它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴形式，这种关节旋转角度大，可达到360°以上。BBR结构由于采用了两个弯曲结构使结构尺寸增加了，BRR、RBR与前者相比结构紧凑。6轴小型机器人的自由度越多，灵活性越好，但过多的自由度也会使得设计与结构复杂化。考虑到本机器人的实际用途，故采用六自由度，依次为腰部回转，大臂俯仰，小臂俯仰，手腕回转，手腕俯仰，手腕侧摆。
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