幸福从此刻开始
范文一：机器人传动
第2课 机器人传动
一、教学目标
1．了解学生机器人工作的基本原理。
2．了解学生机器人的构造特点。
3．掌握学生机器人的主要部件。
4．初步理解学生机器人编程软件的功能和作用。
5．培养学生的探索意识。
6．鼓励学生从新事务中体验乐趣，为今后的学习激发兴趣。
7．尝试接触实物，并能够感受其中的原理。
二、教学重点、难点
1．重点：学生机器人的基本工作原理。
2．难点：学生机器人的主要部件的学习。
三、课前准备
网络教室、课件、教学素材
四、教学过程
一、展示与引入
师：上节课我们认识了机器人的组件和主要器官，同学们来回顾一下吧。
(简单复习上一课的内容)
师：这些是机器人身上非常重要的部分，它们共同配合，组成了机器人，我们的机器人才能动起来。除了以上的部件器官以外，机器人到底是怎样运动起来的呢？大家来猜一猜。
(学生讨论：机器人运动的原理)
师：今天，我们就来走进机器人的内部世界，看看它们是怎样运动的。
(板书课题)
二、新授一：机器人工作的基本原理
师：在刚才的讨论中，同学们关于机器人的工作原理有以下意见：
(板书意见)
方向一：电池提供动力。
方向二：计算机程序控制。
方向三：芯片控制。
(讨论：这三个主要方向里面，谁更加贴近机器人工作的原理呢？)
途径一：到教材中找寻答案。
途径二：到课件中找寻答案。
(老师自由选择合适的方式)
师：我们来总结一下，到底机器人工作的原理是什么呢？
(展示一次机器人的工作状态，结合课本知识，讲解工作原理)
三、新授二：机器人的构造特点
师：刚刚我们看见了机器人的工作原理，这些原理是需要一定的特殊构造来配合的，下面就让我们再次来“解剖”机器人，看看它是怎么样来完成这些工作的。
（教师打开实物机器人，讲解内部的结构）
（学生尝试观察，并可根据实际情况安排部分学生进行实践、触摸等体验）
注意：本内容教学时，要进行分组，保证每位学生都有平等的接触机会。
四、总结与回顾
师：今天我们一起了解了机器人的工作原理和主要构造，这些就是机器人的一部分秘密，在后面的学习中，我们将让我们的机器人按照我们的意愿运动起来，让我们一起来期待吧！
范文二：工业机器人驱动方式、传动系统、传感器及控制系统
题目:1、工业串联机器人常用的驱动方式、传动系统、传感器类型，比较
2、智能移动机器人的驱动方式、传动系统、传感器类型，比较
3、现在机器人的控制系统、控制结构
概述:
机器人问世已有几十年，但没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。
美国机器人协会(RIA):一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机。
美国家标准局:一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。
1987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义:“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。
日本工业标准局:一种机械装置，在自动控制下，能够完成某些操作或者动作功能。
英国:貌似人的自动机，具有智力的和顺从于人的但不具有人格的机器。
中国:我国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器，这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。
尽管各国定义不同，但基本上指明了作为“机器人”所具有的二个共同点:
(1) 是一种自动机械装置，可以在无人参与下，自动完成多种操作或动作功能，即具有通用性。
(2)可以再编程，程序流程可变，即具有柔性(适应性)。
机器人是20世纪人类伟大的发明，比尔?盖茨预言:机器人即将重复PC机崛起的道路，彻底改变这个时代的生活方式。
机器人学集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。
驱动方式
现代工业机器人的驱动方式主要有三种:气动驱动、液压驱动和电动驱动。
气动驱动
机器人气动驱动系统以压缩空气为动力源。气动驱动机器人具有气源方便，系统结构简单，动作快速灵活，不污染环境以及维护方便、价格便宜、适合在恶劣工况(高温、有毒、多粉尘)条件下工作等特点。常用于冲床上下料，小零件装配、食品包装及电子元件输送等作业中。由于气体可压缩，遇阻时具有容让性，因此也常用作机器人手爪的驱动源。
气动驱动系统的组成:
(1)气源:气动机器人可直接使用工厂压缩空气站的气源，或自行设置气源;一般气体压力约0.5~0.7MPa，流量200~500L/h。
(2)控制调节元件:包括气动阀、快速排气阀、调压器、制动器、限位器等
(3)辅助元件与装置:包括分水过滤器以及油雾器和调压器做成组装式结构称为气动三联件。
(4)气动动力机构:机器人中用的是直线气缸和摆动气缸。
(5)制动器:由于气缸活塞的速度较高因此要求机器人准确定位时，需采用制动器。制动方式有反压制动。制动装置制动。
6)限位器:包括限位开关(接触式和非接触式)及限位挡块式锁紧结构。 (
液压驱动
在机器人的发展过程中，液压驱动是较早被采用的驱动方式。世界上首先问世的商品化机器人尤尼美特就是液压机器人。液压驱动主要用于中大型机器人和有防爆要求的机器人。
液压驱动的组成:
1.油源:通常把油箱、滤油器、压力表等构成单元称为油源。通过电机带动油泵，把油箱中的低压油变成高压油，供给液压执行机构。机器人液压系统的油液工作压力一般是7~14MPa。
2.执行机构:液压系统的执行机构分为直线油箱和回转油箱。机器人运动部件的直线运动和回转运动绝大多数都是直接用直线缸和回转缸驱动产生，叫做直接驱动方式;有时由于结构安排的需要也可以用转换产生回转或直线运动 3.控制调节原件:有溢流阀，电磁阀，单向阀，节流阀等。
4.辅助元件:蓄能器等。
电动驱动系统
1.电动驱动系统的组成
电动驱动系统的主要组成部分有位置比较控制器，速度比较控制器,信号和功率放大器,驱动电机,减速器,以及构成闭环伺服驱动系统不可缺少的位置和速度检测(反馈)部分,对于采用步进电机的驱动系统, 则没有反馈环节,构成的是开环系统。
2. 机器人常用驱动电抓的特点和应用范围
工业机器人常用驱动电机分为三大类:直流伺服电机, 交流伺服电机, 步进电机。直流伺服电机的控制电路较简单, 系统价格较低廉, 但电机电刷有磨损, 需定时调整及更换, 既麻烦又影响性能, 电刷还能产生火花, 易引爆可燃物质(如漆雾、粉尘等) ,有时不够安全。交流伺服电机结构较简单, 无电刷,运行安全可靠, 但控制电路较复杂, 系统价格较高,步进电机是以电脉冲便其转子产生转角, 控制电路较简单, 也不需要检测反馈环节, 因此价格较低廉, 但步进电机的功率不大、不适用于大负荷的机器人。
工业机器人驱动电机功率的远择要考虑两方面的因素: 一是在最高速度、最大负荷条件下所需的动力, 二是在规定时间内能使负荷加、减速至规定值所需的动力, 通常更多的是根据后者来选定。
传动机构
机器人传动机构的基本要求
(1) 结构紧凑，即同比体积最小、重量最轻;
(2) 传动刚度大，即承受扭矩时角度变形要小，以提高整机的
固有领率，降低整机的低频振动;
(3) 回差小，即由正转到反转时空行程要小，以得到较高的位
置控制精度;
(4) 寿命长、价格低。
类型
齿轮传动、谐波传动、行星传动(RV)、涡轮传动、链传动、齿形带传动、钢带传动、钢绳传动、连杆及摇块传动、滚动螺旋传动、齿轮齿条传动等 其中腰关节最常用谐波传动、齿轮/蜗轮传动;臂关节最常用谐波传动、RV摆线针轮行星传动和滚动螺旋传动。腕关节最常用齿轮传动、谐波传动、同步带传动和纲绳传动。
1.齿轮传动:齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。
2.谐波传动:谐波传动是利用一个构建的可控制的弹性变形来实现机械运动的传递。谐波传动通常由三个基本构件组成，包括一个有内齿的刚轮，一个工作时可产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮和一个装在柔轮内部、呈椭圆形、外圈带有柔性滚动轴承的波发生器。柔轮的外齿数扫与刚轮的内齿数。在波发生器转动时，相应与长轴方向的柔轮外齿正好完全啮入刚轮的内齿;在短轴方向，则外齿全脱开内齿。当刚轮固定，波发生器发生转动时，柔轮的外齿将依次啮入和啮出刚轮的内齿，柔轮齿圈上的任意一点的径向位移将呈近似于余弦波形的变化，所以这种传动称为谐波传动。
3.行星传动:行星齿轮传动的主要特点是体积小，承载能力大，工作平稳;但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂，要求制造精度高。行星齿轮传动中有些类型
效率高，但传动比不大。另一些类型则传动比可以很大，但效率较低，用它们作减速器时，其效率随传动比的增大而减小;作增速器时则有可能产生自锁。常见行星齿轮传动的类型和性能见附表[常见行星齿轮传动的类型和性能]。差动轮系可以把两个给定运动合成起来，也可把一个给定运动按照要求分解成两个基本件的运动。汽车差速器就是分解运动的例子。行星齿轮传动应用广泛，并可与无级变速器、液力耦合器和液力变矩器等联合使用，进一步扩大使用范围。
4.涡轮传动:蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。
5.链传动:链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。
6.齿形带传动:带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动。根据传动原理的不同，有靠带与带轮间的摩擦力传动的摩擦型带传动，也有靠带与带轮上的齿相互啮合传动的同步带传动。
6.钢带传动:刚带传动具有运动准确、耐高温、耐冲击、无噪音寿命持久结构简单，使用方便价格便宜等一系列优点
7.钢绳传动:钢丝绳传动是简单有效的传动方式。其典型的应用是采用多股钢丝绳缠绕在两个传动轮上，钢丝绳端部固定在大轮上，应用多股钢丝绳传递转矩。
8.螺旋传动:利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。
传感器
目前机器人只具有视觉、听觉、和触觉，这些感觉是通过相应的传感器得到的。传感器按一定的规律实现信号检测并将被测量通过变送器变成另外一种物理量。 传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路组成。如图:
被测量 电信号
敏感元件 转换元件 基本转换电路
机器人用的传感器可分为检测内部状态信息传感器和检测外部对象和外部环境状态的外部信息传感器。内部信息传感器包括检测位置、速度、力、力矩、温度以及异常变化的传感器。外部信息传感器包括视觉传感器、触觉传感器、力觉传感器接近觉传感器家、角度传感器等。
1.电位器
电位器是一种典型的位置传感器，可分直线型(测量位移)和旋转性(测量角度)。电位器由环状或棒状电阻丝和滑动片组成。分为导电塑料、线绕式，混合式等滑片型和磁阻式、光标式等非接触式。
2.测速发电机
测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置。他利用发电机原理，把机械转速变换成电压信号，其输出电压与输入的转速成正比关系。
3.光学编码器
光学编码器是一种通过广电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或者数字量的传感器。光电编码器是一种在伺服控制系统中应用非常广泛的高精度的位移传感器。通常分为增量式和绝对式。
4.触觉传感器
用于机器人中模仿触觉功能的传感器。按照所采用的敏感元件的不同可分为压阻、电容、按照功能大致可分为触觉传感器、力-力矩传感器、压觉传感器和滑觉传感器
5.力-力矩传感器
力和力矩传感器是用来检测设备内部力或与外部环境相互作用力为目的的。力不是直接可测量的物理量，而是通过其他物理量间接测量出来的。其测试方法包括: a通过检测物体弹性变形测量力。
b通过检测物体压电效应测量力。
c通过检测物体压磁效应测量力。
d采用电动机、液压马达驱动的设备可以通过检测电动机电流及液压马达油压等方法测量力或转矩。
e装有速度加速度传感器装置的设备，可以通过速度与加速度的测量推出测量力。
6.滑觉传感器
滑觉传感器是检测垂直加压方向力和位移的传感器如图1
用用手爪抓取处于水平位置的物体时，手爪对物体施加水平压力，如果压力较小，垂直方向作用的重力会克服这个压力使物体下滑。
7.接近传感器
机器人应用的接近传感器主要有:磁力式、红外线式、超声波式等类型的测距传感器。
8.视觉传感器
机器人视觉系统的重要特点是数据量大且要求处理速度快。实用的机器人视觉系统由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括:景物和距离传感器、照明和光学系统、视频信号数字化设备、视频信号快速处理器、计算机及其外设、机器人或机械手及其控制器。 软件部分包括:计算机系统软件、机器人视觉处理算法、机器人控制软件。
控制系统和控制结构
1.基本功能
机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下:
(1)记忆功能:存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。
(2)示教功能:离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。
(3)与外围设备联系功能:输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。 (4)坐标设置功能:有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 (5)人机接口:示教盒、操作面板、显示屏。
(6)传感器接口:位置检测、视觉、触觉、力觉等。
(7)位置伺服功能:机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。
(8)故障诊断安全保护功能:运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故
障自诊断。
2. 机器人控制系统的组成
(1)控制计算机 控制系统的调度指挥机构。一般为微型机、微处理器有32位、64位等，如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。
(2)示教盒 示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
)操作面板 由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作。 (3
(4)硬盘和软盘存储存 储机器人工作程序的外围存储器。
(5)数字和模拟量输入输出 各种状态和控制命令的输入或输出。 (6)打印机接口 记录需要输出的各种信息。
(7)传感器接口 用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。
(8)轴控制器 完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。 (9)辅助设备控制 用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。 (10)通信接口 实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。
)网络接口 (11
3. 机器人控制系统分类
(1)程序控制系统:给每一个自由度施加一定规律的控制作用，机器人就可实现要求的空间轨迹。
(2)自适应控制系统:当外界条件变化时，为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非线性模型的参数，一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。
(3)人工智能系统:事先无法编制运动程序，而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息，实时确定控制作用。
4. 机器人控制系统结构
机器人控制系统按其控制方式可分为三类。
(1)集中控制方式:用一台计算机实现全部控制功能，结构简单，成本低，但实时性差，难以扩展，其构成框图如图2所示。
(2)主从控制方式:采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等;从CPU实现所有关节的动作控制。其构成框图如图3所示。主从控制方式系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
(3)分散控制方式:按系统的性质和方式将系统控制分成几个模块，每一个模块各有不同的控制任务和控制策略，各模式之间可以是主从关系，也可以是平等关系。这种方式实时性好，易于实现高速、高精度控制，易于扩展，可实现智能控制，是目前流行的方式，其控制框图如图4所示。
范文三：六轴机器人 KUKA-KR200 机器人运动控制方式
KUKA-KR200 机器人运动控制方式
机器人控制系统要对单轴或是多轴进行协调控制, 虽然轴的组成形式千变万化, 不一而 足,而轴的结构形式也不尽相同。但从控制功能角度上控制系统的种类如下 :
1. 点位置控制 (Point to Point Control,即 PTP 控制 )
点位置控制方式为了满足一定的任务质量要求, 要保证末端执行器尽量接近目标点, 对 如何达到目标点则没有任何限制。 点位置控制方式容易实现, 但定位精度比较低。 这种控制 方式的特点是:仅需保证终点和若干个中间点的位姿在一定精度范围内、运动速度比较快、 控制方式相对简单。 点位置运动控制一般用于机器人运动轨迹固定, 要到达或经过特定的参 照点的场合,如在机器人点焊工艺中使用。
2. 不间断路径控制 (Continuous Path Control, CP 控制 )
不间断路径控制方式中机器人的执行机构要按照一定精度和速度要求, 沿着预定的轨运 动。 机器人的每个关节要同步、 连续地按照预定的轨迹运动才能顺利的完成任务。 连续路径 控制方式中机器人在保证运动平稳的同时还要满足所规划的路径经过点的位姿精度要求, 因 此控制方式比较复杂。主要用于喷漆、切割、弧焊作业中。
线形移动:在移动过程中, 机器人各个转轴要相互配合, 最终使得工件参考点沿着同一 条轨迹向着目标点移动。通常情况下,如果按着某种速度要求,精确沿指定轨迹到达某点, 或因为有产生对撞问题的可能, 而以不同的点到点移动抵达某些点的时候, 通常采用线性移 动的方式。包括两种移动方式,即轨迹逼近移动和精确定位移动。
如图 2-3 所示:
如果使用起始点、 终点和辅助点来进行描述。 以精确定位方式, 在上一条移动指令中到 达的位置点可以当做起始点, 它的方向将在整个路径上产生改变。 例如以给定的速度顺着一 条圆形轨迹运动时, 需要采用圆弧形移动。 圆弧移动有两种不同的移动方式, 即轨迹逼近移 动和精确定位移动。
如图 2-4 和图 2-5 所示:
3. 随行控制 (Object Follow-up Control,即 OFC 控制 )
高级机器人多使用对象随行控制方法, 采用多传感器融合技术, 根据机器人装配过程中 的视觉、 力觉和触觉等传感信号, 对末端执行器的运动进行控制。 随行控制方式进行运动控 制更多的依赖于传感器技术, 在工业机器人里使用比较少, 因为受实际工作环境的影响较大。 4. 机体移动的控制 (Body Moving Conrtol,即 MC 控制 )
如果机器人不是固定的, 那么其工作范围将大大扩展同时对轨迹的控制难度也有了很大 的提升, 若要以一定的速度实现规划的轨迹, 还要考虑机器人移动因素的影响, 将机器人的 运动与机械手的运动进行合成,反向求解。也有必要具有一定的障碍回避功能和越野功能。 点位控制以及连续轨迹控制在工业机器人中是比较常见的。 KUKA-KR200型机器人通过以上 两种功能来实现多轴协调联动,并最终实现所需运动。
范文四：齿轮传动式机器人设计
毕业设计说明书
题 目: 齿轮传动式机器人设计 学 号:
姓 名:
班 级:
专 业:机械设计制造及其自动化
指导教师:
学 院:机械工程学院 答辩日期:
毕 业 设 计 说 明 书
摘 要
随着工业自动化发展，机器人在工业中的应用越来越重要。文章主要是对机器人手抓及其主要传动部件的设计和计算。本次设计主要是机器人的手抓对直径为80—150，质量为5千克,,
的物体进行抓取。设计时主要对手抓的力学分析、夹紧等，并计算齿轮及轴的数据。采用UG软件对机器人的手抓进行三维建模和运动仿真。
关键词:齿轮;手抓;轴;电机
I
毕 业 设 计 说 明 书
Abstract
With the development of industrial automation, robot has been used in industry more and more important.This paper is mainly on the robot hand and its major components are designed and calculated. The crawl diameter 80-150mm a mass of 5 kg workpiece robot is designed. Analysis of mechanical hand, the clamping is designed. Gear and shaft data were calculated. The robots crawl workpiece is created by 3D modeling and motion simulation.
Keywords: gears; clutch; shaft; motor
II
毕 业 设 计 说 明 书
目 录
摘 要 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? I
Abstract ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? II
第1章 绪论 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 第2章 工业机械手的发展趋势 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 第3章. 机器人的总体设计方案 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5
3.1 行星齿轮减速机的特点与应用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5
3.1 液压传动与气压传动的比较 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 第4章 机器人的设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 8
4.1 机器人手爪的设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 8
4.2 机器人小臂上齿轮、轴的设计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13
4.3 机器人大臂上齿轮、轴的设计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15
4.4 机器人机身上齿轮、轴的设计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 18
4.5 机器人底座上齿轮、轴的设计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 20
机器人的运动仿真 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 26 第5章
第6章 总结 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 参考文献 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 29
致 谢 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 31
III
毕 业 设 计 说 明 书
第1章 绪论
机械手是用于再现人手的功能的技术装置手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识:其一、它能够实现部分的代替人工操作;其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸;其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年机械手也有较快的发展，并且取得一定的效果，也受到机械工业的重视。
机械手是一种能自动控制并可编程的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。
机械手的结构形式刚开始是比较简单，且专用性较强。 随着工业技术的发展，制成了能够独立按程序控制完成实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能快速的改变了工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资
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毕 业 设 计 说 明 书
料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产;金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有:注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序;机械手加工行业中用于取料、送料;浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。下面具体说明机械手在工业方面的应用。
总的来说机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在结构和性能上具有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。现代生产过程中，机械手被广泛应用于自动生产线，虽然机械手在灵活性上不如人手，但是它具有不断重复工作，不知疲倦，不怕危险，抓举重物的能力强于人手。
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毕 业 设 计 说 明 书
第2章 工业机械手的发展趋势
1) 随着工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。
2) 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
3) 工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
4) 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
5) 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
6) 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
7) 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国
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外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。
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第3章 机器人的总体设计方案
机器人在抓取工件时通过气缸的运动来实现手抓的闭合。在抓取工件时手抓需要一定的夹紧力，这由工件的质量及手抓结构决定。
在整个设计过程中先确定手抓的形状及其质量以及手抓的转动速度来确定电机及手抓的动力源，从而对齿轮及轴进行计算。整个传动分为四部分:小臂与手抓的传动、大臂与小臂的传动、机身与大臂的传动、底座与机身的传动。每一部分的传动都由电机提供动力，再通过齿轮传动来完成。
3.1 行星齿轮减速机的特点与应用
减速机在我国经济中起到核心地位的作用，它使用在伺服电机、步进电机和负载之间，通过降低速度来提高扭矩、匹配惯量。
减速的机类型有许多种，在目前的市场上主要有:摆线针轮减速机、行星齿轮减速机 、涡轮蜗杆减速机、齿轮减速机等，由于行星减速机精度高，免维护等原因在市场上越来越受到广大用户的喜爱，但其价格比较贵。
减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电机、内燃机或其他高速运动的动力通过减速机的输入轴上的齿数的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速目的，普通的减速机也会有几对相同原理的齿轮来完成减速效果，大小齿轮的齿数比就是传动比。减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的转换器，将马达的会转数减速到所需要的回转数，并得到加大转矩的机构。
几种型号的行星齿轮减速机如图3.1、图32所示:
图3.1 全系列行星齿轮减速机
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图3.2 pwd215带脚底行星齿轮减速机
3.1.1 行星齿轮减速机的优点
1)减速机的以及小。
2)减速机的精度高，一般间隙能到10弧分以下，一转360度，1度有60弧分。
3)减速机的传动效率高，一般在95%以上。
4)减速机的输出扭矩高。
5)减速机在运转时平顺噪音小，一般在65分贝以下;其适用于网印设备、切割焊接设备、包装机械、印刷机械、生产机械手、半导体设备、锂电设备、医疗设备、试验机以及各种非标设备。
3.1.2 行星减速机的选型
1)首先应选择与电机安装法兰相匹配的行星齿轮减速电机，其中电机都是按照安装法兰来分类的，例如:伺服电机分为40系列、60系列、80系列、110系列、130系列、150系列、180系列等;步进电机分为42系列、57系列、86系列、110系列、130系列等，行星减速机也是根据安装法兰来确定型号的，因此400W60系列的伺服电机或57的步进电机一般选60系列的行星齿轮减速机;750W80系列的伺服电机或86的步进电机选80系列的行星减速机。在选择的时候要严格按照安装法兰来选。
2)减速机的输入和输出形式:输入方面有，有孔输入和周输入;输出方面有轴输出、孔输出等。
3)减速比的确定:具体的减速比是由设备厂家根据自己的设备要求来确定的。就目前行星齿轮减速机一般可分为3级，也有厂家只有2级，1级减速一般在20以下;2级减速一般在20,100之间，3级减速在100以上，级数越高所需要的价格越高以及间隙越大。
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4)减速机外形的选择:有圆形的减速机、也有方形的减速机。由于方形额定输出扭矩比圆形大，而且在制作工艺比圆形复杂等原因，方形一般比圆形要贵在选择时一般比较倾向圆形。
3.2 液压传动与气压传动的比较
1)在传动时液压传动比气压传动压力高，动力大。由于抓取工件的质量较大所以选择液压传动较好，
2)液压的传动精度比气压的高，气缸一般传动比较简单只有伸出和收回两个动作，而液压的动作可以是多样化的加上比例阀或伺服阀后，能够实现动作的加速和减速操作起来更为方便。在油缸上加上位移传感器后还可以进行位移的反馈，实现闭环控制系统所以液压转动较为气压传动较好。
3)在传动时液压传动的停顿比气压传动停顿小(液体和气体受到压力作用体积会压缩而相同压力下液体体积变化较小)，应此选液压传动较好。
4)液压传动的平稳性要比气压传动好。
综上述液压传动比气压传动的一些优越性，在设计中应选液压传动为手抓的动力源。
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第4章 机器人的设计
4.1 机器人手爪的设计
下面对手抓的基本结构进行力学分析:滑槽杠杆图4.1(a)为常见的滑槽杠杆式手部结构。
αα
αα
α
α
(a) (b)
图4.1 滑槽杠杆式手部结构、受力分析
1—手指 2—销轴 3—杠杆
在杠杆3的作用下，销轴2向上的拉力为F，并通过销轴中心O点，两手指1
oooo12的滑槽对销轴的反作用力为F和F其力的方向垂直于滑槽的中心线和并指向，12
FFo12点，交和的延长线于A及B。
F,x由=0 得 FF,12
F,y=0 得
F F,12cos,
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' FF,,11
MF，，',01由=0 得h FF,1N
a ？h,cos,
b2F= (4.1) cos,FNa
式中 a——手指的回转支点到对称中心的距离(mm)。
, ——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角。
F,,NF由分析可知，当驱动力一定时，角增大，则握力也随之增大，但角过
003040,大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好=,。
夹紧力及驱动力的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对大小、方向和作用点进行分析计算。一般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。
手指对工件的夹紧力可按公式计算:
(4.2) FKKKG,N123
K1式中，——安全系数，通常1.2,2.0。
b ——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估其K,，1K22a中a，重力方向的最大上升加速度。
vmax a,t响
vmax式中，——运载时工件最大上升速度。
t响 ——系统达到最高速度的时间，一般选取0.03,0.5s。
K3 ——方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择。
G——被抓取工件所受重力(N)。
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表4.1 液压缸的工作压力
作用在活塞上外力液压缸工作压力作用在活塞上外力液压缸工作压力
F(N) Mpa F(N) Mpa
小于5000 0.8,1.0 20000,30000 2.0,4.0 5000,10000 1.5,2.0 30000,50000 4.0,5.0 10000,20000 2.5,3.0 5.0,8.0 50000以上
00,1040<>
FNF夹紧力和驱动力和驱动液压缸的尺寸。
设。 K,1.51
0.1b0.5 ==1.02 K,，11，2a9.8
K,0.53
根据公式;将已知条件带入:
，1.07，0.5，49,39.3N =1.5 FN
根据驱动力公式得:
22，1000 F,，，COS30，39.3,117.96N驱50
,,0.85 取。
F117.96驱？F,,,138.8N 实际,0.85
确定液压缸的直径D:
,22 (4.3) FDdp？,,，，实际4
选取活塞杆直径d=0.5D,选择液压缸压力油工作压力P=0.8,1MPa。
4F41621，实际,,0.58752,，，，0.8100.75,p10.5,，，
根据表4.2中得:
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表4.2 液压缸的参数
(JB826-66)，选取液压缸内径为:D=40mm。
则活塞杆内径为:取d=22mm。
060为了保证手抓张开角为，活塞杆运动长度为30mm。 手爪夹持范围，手指长100mm,当手抓没有张开角的时候，如图4.2(a)所示，
060,40根据机构设计，它的最小夹持半径，当张开时，如图4.2(b)所示，最大R1
R2夹持半径计算如下:
00 Rtg,，，,1003040cos30902
机械手的夹持半径从40-90mm。
(a) (b)
图4.2 手抓张开示意图
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机械手的精度设计要求工件定位准确,抓取精度高,重复定位精度和运动稳定性好,并有足够的抓取能力。
机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度(由臂部和腕部等运动部件来决定)，而且也于机械手夹持误差大小有关。 特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，一定进行机械手的误差。
θ
β
图4.3 手抓夹持误差分析示意图
该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度。
机械手的夹持范围为80mm-180mm。
一般夹持误差不超过1mm,分析如下。
工件的平均半径:
，9040,65mm R,cp2
02120,,lmm,100手指长,取V型夹角。
,偏转角按最佳偏转角确定:
R60,,110CP ,,,,coscos460，lsin100sin60,
00,60.15计算 sin60cos46Rl,,，sincos100,,0
R,,RR0MAXMIN当S时带入有:
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22RRRR,,,,222maxMAXMAXmin(4.4) ,，,,,，,,llll2cos2cos0.678,,,,,,,2sinsinsinsin,,,,,,,,
夹持误差满足设计要求。
4.2 机器人小臂上齿轮、轴的设计
4.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料
1)工作机一般速度不高，故精度不高选等级为7级。
2)材料的选择。通过查书选小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料
为刚，硬度240HBS，其硬度相差40HBS。
3)选小齿轮齿数为=12大齿轮齿数为=12×1.5=18。 ZZ12
4)齿面接触强度。
4.2.2确定公式的各数值
1)选取载荷系数为=1.3。 K1
2)小齿轮的传动转矩。
手抓的质量约为9Kg;
电机可以从表4.3中选择:
表4.3 电机的型号及参数
公式:
F，VP, (4.5) 0,，1000
140，0.01，1000, 1000，0.98
13
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,1.4W
则可以得出=1.4W。 P0
电机的型号选为:362YX03-PX36;电机转矩为0.95nm。
3)选取齿宽系数为。 ,,1d
1
2Z,189.8MPa4)选取弹性影响系数为。 E
5)查疲劳强度极限小齿轮;大齿轮为。 ,,600MPa,,550MPaHLim1HLim2
6)选取接触疲劳寿命系数为;。 K,0.98K,1.05HN1HN2
7)安全系数为S=1则。 ，，,,550Hlim
4.2.3小齿轮的分度圆直径 dt1
2
,,Z1,KTuE12.32.d,,3 (4.6) ,,1t,,,ud,,,H,,
=13.64mm
取=14。 d1t
1)中心距的确定
d1t =30 (4.7) ，，a,1，i2
2acos,2)选取==1.13mm (4.8) mnz，z12
取=1.5。 mn
,/COS=15mm md,Zn11
,=/COS=27mm mdZn22
a=22.5mm
大齿轮如图4.4:
14
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图4.4 直径为27mm的齿轮
3)轴的计算
,,轴与齿轮的配合处轴的=12mm;选取两端轴成为=6mm。
=15mm;手抓与小臂间连接处宽为36mm。 B
如图4.5中?=5.3mm，?=7. 7mm，?=25mm，?= 20.3mm。
图4.5 长为63.3mm的轴
通过计算可得轴长L=63.3mm。
4.3 机器人大臂上齿轮、轴的设计
4.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料
1)工作机一般速度不高，故精度不高选等级为7级。
2)材料的选择。通过查书选小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料
为刚，硬度240HBS，其硬度相差40HBS。
3)选小齿轮齿数为=17大齿轮齿数为=17×3.2=53。 ZZ12
4)齿面接触强度。
15
毕 业 设 计 说 明 书 4.3.2 确定公式的各数值
=1.3。 1)选取载荷系数为K1
2)小齿轮的传动转矩。
由于电机带动的质量为300N则;
电机可由表4.4中选择:
表4.4 电机的型号及参数
公式:
F，VP, (4.9) 0,，1000
300，0.012 = ,
,3.6W
则可以得出=3.6W 。 P0
电机的型号为:36LYX04-PX，电机转矩为1.69nm。
3) 选取齿宽系数为。 ,,1d
1
2Z,189.8MPa 4)选取弹性影响系数为。 E
5)查疲劳强度极限小齿轮;大齿轮为。 ,,600MPa,,550MPaHLim1HLim2
6) 选取接触疲劳寿命系数为;。 K,0.98K,1.05HN1HN2
7)安全系数为S=1则。 ，，,,550Hlim
4.3.3 小齿轮的分度圆直径 dt1
16
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2
,,ZKTu,1E1 (4.10) dmm,,,2.32.173t1,,,ud,,,H,,
则，取=17。 d1t
1)中心距的确定
d1t =41mm (4.11) ，，a,1，i2
2acos,2)选取==1.45mm mnz，z12
取=1.5。 mn
,/COS=25.5mm md,Zn11
,=/COS=79.5mm mdZn22
a=52.5mm 大齿轮如图4.6:
图4.6 直径为79.5mm的齿轮 3)轴的计算
,,轴与齿轮的配合处轴的=24mm;选取两端轴成为=12mm。
B=32mm;手抓与小臂间连接处宽为68.3mm。 如图4.7中?=8mm，?=25mm，?=44.5mm，?= 34.1mm。
17
毕 业 设 计 说 明 书
图4.7 长为126.6mm的轴
通过计算可得轴长L=126.6mm。
4.4 机器人机身上齿轮、轴的设计
4.4.1 选定齿轮类型、精度等级、材料
1) 工作机一般速度不高，故精度不高选等级为7级。
2) 材料的选择。通过查书选小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料
为刚，硬度240HBS，其硬度相差40HBS。
3) 选小齿轮齿数为=17大齿轮齿数为=17×3.2=53。 ZZ12
4) 齿面接触强度。
4.4.2. 确定公式的各数值
1) 选取载荷系数为=1.3。 K1
2) 小齿轮的传动转矩。
由于电机带动的质量为450N;
电机由表4.5中选择:
表4.5 电机的型号及参数
18
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公式:
F，VP, (4.12) 0,，1000
450，0.065 = ,
,29.25W
则可以得出=29.25W。 P0
电机的型号为: 36LYX03-PX36，选电机转矩为3.17nm。
3) 选取齿宽系数为。 ,,1d
1
2Z,189.8MPa4) 选取弹性影响系数为。 E
5) 查疲劳强度极限小齿轮;大齿轮为。 ,,600MPa,,550MPaHLim1HLim2
6) 选取接触疲劳寿命系数为;。 K,0.98K,1.05HN1HN2
7) 安全系数为S=1则。 ，，,,550Hlim
4.4.3. 小齿轮的分度圆直径 dt1
2
,,ZKTu,1E1 (4.13) dmm,,,2.32.323t1,,,ud,,,H,,
取=32mm。 d1t
1)中心距的确定
d1t =65.6mm (4.14) ，，a,1，i2
2acos,2) 选取==1.815mm mnz，z12
取=2mm。 mn
,/COS=34mm md,Zn11
,=/COS=106mm mdZn22
a=70mm
19
毕 业 设 计 说 明 书
大齿轮如图4.8:
图4.8 直径为106mm的齿轮
3) 轴的计算
,,轴与齿轮的配合处轴的=30mm;选取两端轴成为=18mm。
B=42mm;手抓与小臂间连接处宽为136.6mm。
如图4.9中?=12mm，?=55mm，?=75.4mm，?= 33.5mm。
图4.9 长为196.9mm的轴
通过计算可得轴长L=196.9mm。
4.5 机器人底座上齿轮、轴的设计
4.5.1 两级减速
1)选定齿轮类型、精度等级、材料。
2)工作机一般速度不高，故精度不高选等级为7级。
3)材料的选择。通过查书选小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料
为刚，硬度240HBS，其硬度相差40HBS。
4)选小齿轮齿数为=21大齿轮齿数为=21×3.2=67。 ZZ12
20
毕 业 设 计 说 明 书
5) 齿面接触强度。
4.5.2 确定公式的各数值
=1.3。 1)选取载荷系数为K1
2)小齿轮的传动转矩。
由于电机带动的质量为550N;
电机由表4.6中选:
表4.6 电机的型号及参数
通过图4.10可以知道电机的基本尺寸。
图4..10 电机的基本尺寸
公式:
F，VP, (4.15) 0,，1000
650，0.06 = ,
,39W
则可以得出=39W。 P0
电机的型号:36LYX04-PX，选电机转矩为19.05nm。
3) 选取齿宽系数为。 ,,1d
21
毕 业 设 计 说 明 书
1
2Z,189.8MPa。 4)选取弹性影响系数为E
5)查疲劳强度极限小齿轮;大齿轮为。 ,,600MPa,,550MPaHLim1HLim2
6) 选取接触疲劳寿命系数为;。 K,0.98K,1.05HN1HN2
7)安全系数为S=1则。 ，，,,550Hlim
4.5.3 小齿轮的分度圆直径 dt1
2
,,ZKTu,1E1 (4.16) d,,2.32.3t1,,,ud,,,H,,
=35.85mm
取=40。 d1t
1)中心距的确定
d1t =84mm (4.17) ，，a,1，i2
2acos,2) 选取==1.99mm mnz，z12
取=2mm。 mn
,/COS=42mm md,Zn11
,=/COS=134mm mdZn22
a=88mm
大齿轮如图4.11:
图4.11 直径为134mm的齿轮
3)轴的计算
22
毕 业 设 计 说 明 书
,,=30mm;选取两端轴成为=27mm; 轴与齿轮的配合处轴的
=50mm; B
如图4.12中?=30mm，?=42mm，?=65mm，?= 81.5mm，?=35.5。
图4.12 长为229mm的轴
通过计算可得轴长L=252mm。
4.5.4. 1级减速
1)选定齿轮类型、精度等级、材料。
2)工作机一般速度不高，故精度不高选等级为7级。
3)材料的选择。通过查书选小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料
为刚，硬度240HBS，其硬度相差40HBS。
4)选小齿轮齿数为=17大齿轮齿数为=17×3.2=53。 ZZ12
5) 齿面接触强度。
4.5.5. 确定公式的各数值
1) 选取载荷系数为=1.3。 K1
2) 小齿轮的传动转矩。
由于电机带动的质量为500N;
电机由表4.7中选则:
表4.7 电机的型号及参数
公式:
23
毕 业 设 计 说 明 书
F，VP, (4.18) 0,，1000
650，0.065= ,
,42.25W
可以得出=42.25W 。 P0
电机的型号:36LYX04-PX。
电机转矩为:19.05nm。
3) 选取齿宽系数为。 ,,1d
1
2Z,189.8MPa 4)选取弹性影响系数为。 E
5)查疲劳强度极限小齿轮;大齿轮为。 ,,600MPa,,550MPaHLim1HLim2
6) 选取接触疲劳寿命系数为;。 K,0.98K,1.05HN1HN2
7)安全系数为S=1则。 ，，,,550Hlim
4.5.6 小齿轮的分度圆直径 dt1
2
,,Z1,KTuE12.32.d,,3 (4.19) ,,1t,,,ud,,,H,,
=32mm
取=32 d1t
1)中心距的确定
d1t =65.6mm (4.20) ，，a,1，i2
2acos,2) 选取==1.815mm. mnz，z12
取=2mm. mn
,/COS=34mm md,Zn11
,=/COS=106mm mdZn22
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a=70mm
大齿轮如图4.13:
图4.13 直径为106mm的齿轮
3) 轴的计算
,, 轴与齿轮的配合处轴的=30mm;选取两端轴成为=18 mm;
=42 mm; B
如图4.14中?=21mm，?=50mm，?=25mm，?= 29mm，?=37.5mm。
图4.14 齿轮轴轴
通过计算可得轴长L=156.5 mm。
25
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第5章 机器人的运动仿真
在仿真前，先对机器人的手抓进行三维建模如图5.2。在图中可以看出手抓可以看作由三部分组成手指、销、连杆(其中连杆起活塞的作用)。
打开UG，选择开始里面的运动仿真具体操作如下:
1)三次选则连杆:分别是两次手指的选则、连杆和销的选择(连杆和销看作一
个连杆)。2) 移动副的选择:连杆和销轴为可动的、两个销孔位固定的。
3) 选择连杆和销为驾驶员，并且设定时间、速度及运动方向。
)对仿真过程进行仿真演示。 4
5)对连杆的速度和手指的张合角度的增量进行图表生成。
操作步骤也可以在图5.1中看出:
图5.1 仿真的具体操作
图5.2 运动仿真三维图
26
毕 业 设 计 说 明 书
图5.3 运动仿真
通过UG软件来模拟现实中机器人对零件的抓取来达到目的。图5.2、图5.3中由具体的仿真运动(手抓的张开与闭合)观察手抓在抓取零件时各部件之间的运动从而达到预期目的。
通过对机器人手抓的运动仿真可以看出连杆的运动和手抓的张开闭合有一定关系。在图5.4中可以看出连杆运动的快慢直接影响手抓的角度增幅。当连杆速度一定时增幅角度也一定。可以简单认为二者的运动关系为正比关系。
图5.4 连杆速度与手抓角度张合增幅
通过对机器人手抓的运动仿真，从中可以较为清晰的看到手抓在抓去工件时的几个传动。以动力源(连杆)在X轴方向上的往复运动带动销轴一起运动，在运动过程中销轴通过滑槽带动手指做开合运动(手指在运动时是绕着销孔转动的)。
通过这样一个简单的仿真就可以较为清楚的知道手抓简单的结构(两个手指、在手指上要有个支架、液压缸、销。)。这使得在设计机器人手抓更为容易。
27
毕 业 设 计 说 明 书
第6章 总结
通过了解机器人对人类工业发展的意义及其价值，这些对于设计机器人也具有一定的意义。例如:机械手的结构形式比较简单，专用性较强，具有不断重复工作，不知疲倦，不怕危险，抓举重物的能力强于人手。通用机械手能快速的改变了工作程序，适应性较强。由于机械手具有以上特点所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
机器人的设计主要集中在3、4、5章。
第3章主要是行星齿轮减速电机的特点及液压传动的优点。其中了解到行星齿轮减速电机它具有转速低、传动的力较大、功率小等特点。液压传动的优点，主要是液压传动平稳性高、装置的重量轻结构紧凑惯性小等优点。
第4章手抓的设计，其中主要是手抓夹紧力和基本尺寸的计算以及手抓的动力源的选择。
第5章主要是电机计算以及齿轮和轴的计算。
在第6章中主要是机器人手抓的运动仿真。
通过全文我们了在对机器人设计的过程中有必要了解的东西，如电机、齿轮、手抓、液压缸以及其他在设计过程中所涉及到的内容。特别是有关的计算更为重要。
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毕 业 设 计 说 明 书
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致 谢
这次毕业设计是我收获颇多，为我以后的学习和工作打下了结实的基础。但是在设计过程中需要查阅资料特别是有关手抓、电机方面的知识较为多，数据中有这大量计算而且较为多是重复的，特别是电机和齿轮及轴的选择及计算。在一些数据上从在的问题，都在指导老师的耐心指导下最终解决，使我顺利的完成了这次毕业设计。
在设计过程中经常会遇到不懂的地方，感谢在我遇到困难时帮我的同学以及张老师，特别是张老师每次都耐心的帮我解决一些技术上的问题，她严谨的科学态度和治学精神、以及精益求精的工作作风，深深的鼓舞和激励着我。从课题的选择到设计的完成，她都始终耐心的指道我，特别是在一些我犯错误的地方。在设计的过程中花费大量的时间对我进行指导使我在完成设计中得到许多方便同时也节约了大量时间按 ，老师就是一盏明灯指引着我，在此我再次感谢老师对我的指导。
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范文五：工业机器人机械传动部分
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1、工业机器人的历史背景及应用的多样化2、焊接机器人及系统特征3、焊接机器人结构及传动设计4、外部轴和变位机
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一、工业机器人的历史背景和应用的多样化
机器人定义
美国工业协会（RIA）：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或者专用装置，通过可编程动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能机器手。这个定义实际上针对的是工业机器人。
日本工业机器人协会（JIRA）：机器人是一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，他能通过自动化的动作代替人类劳动。
日本著名学者加藤一郎：机器人三要素1、具有脑、手、脚等要素的个体；2、具有非接触传感器和接触传感器。3、具有用于平衡和定位的传感器。
机器人三大特征：拟人功能，可编程，通用性
机器人分类
第一代机器人：能试教-再现的工业机器人
第二代机器人：可感知周围环境，进行反馈控制。
第三代机器人：智能机器人，能够逻辑推断、判断、决策等第四代机器人：情感类机器人，具有人类情感。
1973年世界上机器人和小型计算机第一次携手合作，诞生了美国
Cincinnati Milacron公司的机器人T3
。
1979年美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经成熟。PUMA至今仍然工作
在第一线
1979年日本山里大学牧野洋发明发明了平面关节（SCARA）型机器人，该机器人此后在装配作业中得到广泛应用。
并联机器人定义：运动平台和基座间至少有两根活动连杆连接，具有2个或2个以上自由度的闭环结构机器人，
1965年英国高级工程师Stewart提出了Stewart平台，推动了对并联机器人的研究
1978年澳大利亚著名机构教授Hunt提出把6自由度Stawart平台作为机器人结构。图为Adept公司的Quattro并联机器人。
二、焊接机器人及系统特征
工业机器人一般结构
1、三大部分
机械本体、传感器部分、控制部分
2、六个子系统
驱动系统、机械结构系统、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统以及控制系统。
焊接机器人的系统构成
焊接机器人单体：机器人本体外部装置控制柜工装夹具
示教器
扩展设备（外部轴）焊接电源接口电路焊枪
电力电缆
焊丝盘架变压器焊枪防碰撞装置控制电缆
送丝机构
焊接机器人应用环境
应用环境较为恶劣：
1、强弧光、高温、复杂电磁2、烟尘、飞溅3、加工或装配误差
4、焊接热变形、焊件表面状态5、其它环境因素
三、焊接机器人结构及传动设计
基本参数
自由度：最大工作半径：负载：重复定位精度：
3
、焊接机器人整体构型设计
5
、机器人运动范围
6.5、Bn轴（摆臂）驱动装置
Bn轴驱动系统的作用是调节焊接
角度。需要具备传动灵活、精确
、节约体积、小功率等特点
基于此，仍采用“电机-主动同
步带轮-同步带-从动同步带轮-减速器-腕”结构紧凑的传动方
式
6.6、Tr轴（旋转）驱动装置
Tr轴驱动系统控制着焊枪的旋转，采
用“电机-减速器-焊枪”直接驱动的
方式，且电机内置于腕腔内，体积小
，外表美观，结构紧凑。
驱动方式：电、气、液。常用交流伺服电机驱动减速机：常用RV减速机和谐波减速机
RV传动装置是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机传动比范围大
构和第二级摆线针轮行星减速机构两部分组成,为
一封闭差动轮系如图结构简图。主动的太阳轮1与扭转刚度大输入轴相连,如果渐开线中心轮1顺时针方向旋转,
它将带动三个呈120度布置的行星轮2在绕中心轮轴只要设计合理,制造装配精度保证,心公转的同时还有逆时针方向自转,三个曲柄轴3与就可获得高精度和小间隙回差行星轮2相固连而同速转动,两片相位差180度的摆
线轮4铰接在三个曲柄轴上,并与固定的针轮相哨合
,在其轴线绕针轮轴线公转的同时,还将反方向自转传动效率高
,即顺时针转动。输出机构(即行星架)6由装在其上
的三对曲柄轴支撑轴承来推动,把摆线轮上的自转传递同样转矩与功率时的体积小矢量以1:1的速比传递出来。左图即是RV减速器减
速原理RV减速机原理图
谐波减速机谐波齿轮的组成元件有以下三个部
分：柔性齿轮(下文简称柔轮)、刚性齿轮(下文简称刚轮)以及波发生器。在传递运动和动力时，只需固定其中一个构件，在剩下的两个构件中，一个构件作为主动件，则另外一个构件就作为从动件
其工作原理是：凭借柔性薄壁弹性构件的柔轮在波发生器的作用下，被迫发生连续的弹性变形，使柔轮长轴方向的轮齿与刚轮轮齿相互作用，从而实现运动和动力的传递
四、外部轴和变位机
谢谢！
