機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

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摘要
　　　本課題以研究關(guān)節(jié)型機器人機械結(jié)構(gòu)為主體目標，同時對關(guān)節(jié)型機器人的控制系統(tǒng)做硬件電路設(shè)計。
　　　具體工作如下：根據(jù)題目對所設(shè)計的機器人的要求，確定了要設(shè)計的機器人的類型；確定機器人的自由度；擬定機器人手部的負載；從總體上確定機器人機械部分的設(shè)計方案；擬定關(guān)節(jié)型機器人控制系統(tǒng)總體方案；根據(jù)機器人的工作要求和結(jié)構(gòu)特點，進行了機器人的總體設(shè)計，確定了機器人的外形尺寸和工作空間，擬定了機器人各關(guān)節(jié)的總體傳動方案，對機器人腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)進行了詳細設(shè)計，合理布置了電機和齒輪，確定了各級傳動參數(shù)，進行了齒輪、軸和軸承的設(shè)計計算和校核。利用齊次變換矩陣法建立了六自由度關(guān)節(jié)機器人的正運動學模型，求出機器人末端相對于各自參考坐標系的齊次坐標值，建立了在直角坐標空間內(nèi)機器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)與關(guān)節(jié)變量值的對應(yīng)關(guān)系。對所設(shè)計的機器人進行理論計算；對其初步進行了運動學分析和動力學分析；確定機器人的驅(qū)動方式；對機器人機械系統(tǒng)的各組成部分進行具體的設(shè)計；確定各主要零部件的尺寸；確定各個部分的具體結(jié)構(gòu)；利用Pro/E軟件建立整個機器人結(jié)構(gòu)的簡單模型。
　　　
關(guān)鍵詞：機器人；關(guān)節(jié)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；控制系統(tǒng)

Robot Mechanical Structure Design
Abstract
　　　This topic takes studying the joint type robot’s machine structure as the corpus target， in the meantime， designs the hardware electric circuit of the joint type robot’s the control system.
　　　Concrete work as follows: According to the request of the robot； made sure the type of the robot designed； made sure the freedom degree of the robot； draft the load of the robot hand； draft a total project of the joint type robot’s control system；According to the robot's work requirements and structural features, the overall design of the robot carried out to determine the size and shape of the robot work space, each joint of the robot developed overall transmission scheme, waist joint structure of the robot carried out a detailed design, reasonable layout of the motor and gear, determine levels of drive parameters, gear, shaft and bearing design calculations and checking. Using the homogeneous transformation matrix method to establish a six degree of freedom joint robot forward kinematics model, find the end of the robot reference coordinate system relative to the respective homogeneous coordinates, established in Cartesian space robot end-effector position and attitude and joint correspondence between the value of the variable.
　　　Carry on a theories calculation to the robot designed； carry on the kinetics analysis and dynamics analysis； be certain the way of robot’s driving； carry on a concrete designing to the robot’s machine system； Make sure the main size of each part； make sure the concrete structure of each part； make use of the Pro/E software to build up the simple model of the whole robot’s structure.
　　　Key words : robot；joint；he structure design；controls system

目錄
摘要 I
Abstract II

第1章 緒論 5
1.1 國內(nèi)外機器人研究狀況 5
1.2 本課題研究意義 6
1.3 本課題研究內(nèi)容 6
第2章 關(guān)節(jié)型機器人總體方案設(shè)計 7
2.1 關(guān)節(jié)型機器人機械本體結(jié)構(gòu) 7
2.1.1 關(guān)節(jié)型機器人本體結(jié)構(gòu)的特點 7
2.1.2 關(guān)節(jié)型機器人基本參數(shù) 8
2.1.3 機器人總體方案設(shè)計 8
2.2 關(guān)節(jié)型機器人控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 9
2.2.1 機器人傳感系統(tǒng)設(shè)計 9
2.2.2 機器人的驅(qū)動與運動控制系統(tǒng) 10
2.2.3 多關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 11
2.3 本章小結(jié) 11
第3章 機器人運動學分析與動力學分析 12
3.1 機器人運動學分析 12
3.1.1 機器人運動學分析的幾何基礎(chǔ) 12
3.1.2 用D-H方法建立機器人運動方程 13
3.2 機器人動力學分析 17
3.3 本章小結(jié) 18
第4章 關(guān)節(jié)型機器人機械部分的具體設(shè)計 19
4.1 機器人機座與立柱設(shè)計 19
4.1.1 機器人機座與立柱結(jié)構(gòu) 19
4.1.2 關(guān)節(jié)1零部件設(shè)計與選擇 20
4.1.3 計算各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和輸入功率 20
4.1.4 確定三根軸的具體尺寸 21
4.2 確定齒輪的參數(shù) 26
4.2.1 選擇材料 26
4.2.2 壓力角的選擇 26
4.2.3 齒數(shù)和模數(shù)的選擇 26
4.2.4 齒寬系數(shù) 26
4.2.5 確定齒輪傳動的精度 27
4.2.6 齒輪的校核 27
4.2.7 機器人機座的具體設(shè)計 31
4.3 機器人大臂結(jié)構(gòu) 31
4.3.1 機器人大臂 31
4.3.2 關(guān)節(jié)2零部件設(shè)計與選擇 32
4.3.3 關(guān)節(jié)3零部件設(shè)計與選擇 33
4.3.4 機器人大臂具體設(shè)計 34
4.4 機器人臂結(jié)構(gòu) 35
4.5 手臂的自重平衡設(shè)計 35
4.6 運用Pro/ENGINEER建立模型 35
4.7 本章小結(jié) 36
結(jié)論 37
參考文獻 38
致謝 39
附錄 40
機器人的背景和意義 49