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机械电子工程课程设计 六自由度串联教学机器人 机械部分 设计说明书 PAGE PAGE 2 目录 前言………………………………………………………………2 机器人简介………………………………………………………2 机器人机械系统原理……………………………………………3 机器人参数………………………………………………………4 机器人电机的选择………………………………………………4 机器人减速器……………………………………………………5 机器人机械系统的带传动………………………………………7 机器人的各个关节的机械结构…………………………………7 机器人的运动学分析……………………………………………14 机器人运动学求解………………………………………………17 步进电机的特点…………………………………………………17 伺服电机的特点…………………………………………………18 机械手应用的传感器……………………………………………18 总结………………………………………………………………19 参考文献…………………………………………………………19 前言：近年来机器人的发展十分迅速。机器人在汽车工业、航空制造、机械加工、电子装配、和现代物流等规模化生产中发挥着越来越重要的作用，是实现工业自动化的核心。但我国的机器人研究与应用领域相对于发达国家还有一定的差距。所以对机器人的学习和研究又十分重要的意义。 机器人简介：机器人是一种具有高度灵活性的自动化机器，是一种复杂的机电设备。机器人按技术层次分为：固定程序控制机器人、示教再现机器人和智能机器人等。学校的6自由度串联机器人，其轴线相互平行或垂直，能够在空间内进行定位，采用伺服电机和步进电机混合驱动，主要传动部件采用可视化设计，控制简单，编程方便。机器人采用串联式开链结构，即机器人各连杆由旋转关节或移动关节串联连接如下图所示。 各关节轴线都是相互垂直或平行。连杆的一端装在固定的支座上，另一端处于自由状态，可安装各种工具实现机器人作业。关节的作用是使相互连接的两个连杆产生相互运动。关节的传动采用模块化结构，由锥齿轮、同步齿型带和谐波减速器等多种传动结构配合实现。机器人各个关节采用伺服电机和步进电机混合驱动，并通过电脑软件环境下的软件编程和运动控制实现对机器人的控制，使机器人能够在工作空间内任意位精确定位。 机器人机械系统原理：机器人机械系统由原动部件、传动部件、执行部件。 关节1传动链由步进电机、减速器构成； 关节2传动链由伺服电机、减速器构成： 关节3传动链由步进电机、同步带、减速器构成； 关节4传动链由步进电机、减速器构成； 关节5传动链由步进电机、同步带、减速器构成； 关节6传动链由步进电机。减速器构成。 机器人末端有一个气动夹持装置。 机器人参数 机器人电机的选择：步进电机的选取：步进电机是一种能将数字输入 脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。 选择步进电机时首先保证电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。 步进电机选取的计算过程： 对零部件进行受力分析计算出角加速度，角速度，静态力矩，转动惯量，动态加速转矩； 计算出总转矩； 根据步进电机选样手册选取步进电机的型号 根据步进电机的型号选取谐波减速器 校核；根据选取的零部件计算安全系数。 机器人的关节2选用的伺服电机，因为伺服电机的可控性所以选取伺服电机，当有信号输入时伺服电机开始转动，当没有信号输入时伺服电机停止转动，能实现迅速启动、停转。伺服电动机输出的力矩较大，较平稳，关节2所受的力矩较大故选取伺服电机。 伺服电机选取的计算过程 对零部件进行受力分析计算出角加速度，角速度，静态力矩，动态加速转矩； 计算总力矩； 根据伺服电机选型手册选取伺服电机； 根据伺服电机型号选取减速器型号； 校核。 机器人减速器：机器人有6套谐波减速器。每套根据选取电机的型号选取谐波减速器的型号。 谐波减速器的的构成： 谐波发生器——是由凸轮（通常为椭圆形）及薄壁轴承组成，随着凸轮转动，薄壁轴承的外环作椭圆变形运动（弹性范围内）； 刚轮——是刚性的内齿轮； 柔轮——是薄壳形元件，具有弹性的外齿轮。 谐波减速器的工作过程如下图所示 谐波齿轮传动的特点： 传动比大、单级传动比为70~320； 侧隙小。由于其啮合原理不同于一般齿轮传动，侧隙很小，甚至可以实现无侧隙传动； 精度高。同时啮合齿数达到总齿数的20%左右，相180度的两个对称方向上同时啮合，因此误差被平均化，从而达到高运动精度； 零件数小、安装方便。仅有三个基本部件，且输