全转动副三自由度并联机器人设计说明书

-1-河北工业大学城市学院毕业论文作者：周**学号：*****系(专业)：机械系专业：机械设计与制造及其自动化题目：全转动副三自由度并联机器人指导者：李**教授(姓名)(专业技术职务)评阅者：(姓名)(专业技术职务)2015年6月11日-1-毕业设计（论文）中文摘要题目：全转动三自由度并联机器人摘要：本设计中，对全转动副三自由度并联机器人的结构进行了全新的设计，对以前关于此方面机器人设计成果仅仅作为一个参考，通过对机器人支链的全新设计成功使机器人完成解耦，并且不会出现奇点，该全转动副三自由度并联机器人由动平台和静平台组成，静平台为机架底端，而动平台则是由完全相同的三个支链组成，即，三个支链相互垂直，支链末端位于同一水平面上，三个支链末端组成动平台，并且所有的运动副均为转动副。该机构的重复定位精度：+/-0.025mm（平动）；动平台三个方向平动范围：220mm，最打平动速度：0.4m/s；最大负载：1.5kg（包括末端机械手）。在设计中，规划设计出了一套精致的机构方案使机器人结构紧凑并具有简单实用的功效，由于此机构具有高度的对称，所以可以承受各个方向的动载荷，机器人的运动是一个重点难点，本次设计在机构运动小巧灵活方面做出了很大的改进使其性能更加优越，因此对扩大并联机器人的应用领域具有现实意义。本次毕业设计的基本顺序同本科期间进行的课程设计一样，均是先根据任务书提出方案，验证方案的可行性，方案通过则进行具体的结构设计并且对机构运动经过了正反解论证，选择了正确实用的设计路线。最后，采用绘图软件制作装配图，零件图，利用三维软件绘制三维模型并进行组装得到机器人三维模型。关键词：自由度串并联机器人三自由度河北工业大学城市学院2015届本科毕业论文-2-毕业设计（论文）外文摘要TitleAllthreerotationaldegreesoffreedomparallelrobot,Deputy.Abstract：Designedanewmobilewiththreedegreesoffreedomdecouplefromthebodyoftherobot,singularitydoesnotoccur,theparallelrobotplatformandstaticplatformsdistributedbetweenthethreebranchesoforthogonalconnected,andalltransmissionVicearetherotationpair.Repeatpositioningaccuracyoftheagency:+/-0.025mm(translation);Movingplatform,thescopeoftranslationinthreedirections:220mm,themaximumtranslationspeed:0.4m/s;maximumload:1.5Kg(includingendmanipulator).Institutionsaregivenasetofsophisticatedprogramswithsimpleandpracticaleffect.Asthehighsymmetrydirectionsonthecanwithstandtheamountofload.Compactandflexiblemovementinthebodyhasmadealotofeffort,butalsohasasmallerinstallationspace,expandingtheapplicationfieldofparallelrobotsrelevance.Keywords：Parallelrobot.Rotationpair.Translation.Mechanicalmachinedesign.河北工业大学城市学院2015届本科毕业论文-3-目录1绪论........................................................................................................................-4-1.1引言..............................................................................................................-4-1.2此次课题研究背景和意义........................................................................-4-1.3串并联机器人的国内外研究现状、使用范围及发展趋势......................-5-1.4本次毕业设计主要完成工作.....................................................................-6-1.4.1基本内容............................................................................................-6-1.4.2课题研究拟采用的手段和工作路线................................................-6-2总体方案的设计....................................................................................................-7-2．1总体布局的设计.......................................................................................-7-3由基本参数选定标准件的型号..........................................................................-10-3.1减速机的选择..........................................................................................-10-3.2选择伺服电机并对其检验......................................................................-12-3.3轴承的选择及校核....................................................................................-15-3.4联轴器的选择..........................................................................................-17-4.1支链尺寸的确定........................................................................................-19-4.2对主动轴尺寸的确定及校核....................................................................-20-4.3对支链上转动副的设计............................................................................-22-4.4支链末端设计............................................................................................-25-5机构的整体布局设计及机架设计......................................................................-26-结论......................................................................................................................-29-参考文献....................................................................................................................-31-致谢............................................................................................................................-32-河北工业大学城市学院2015届本科毕业论文-4-1绪论1.1引言自从Hunt教授提出以Stewart平台结构为基础设计机器人，机器人技术的发展也是日新月异，尤其是工业机器人能够将人从繁重的体力劳动中解放出来具有十分广阔的应用前景，尤其是在工业发展领域，因此工业机器人的发展尤为迅速。并联机器人是机器人种类中一个十分重要的发展方向，但由于受到科学技术等原因的影响，并联机器人的发展在90年代才开始兴起直到现在并联机器人的研发成为机器人发展的一个热点。机器人种类可以分为很多种，其中并联机器人和串联机器人是机器人大家族中的两类，串联机器人和并联机器人在结构方面有很大的不同，这也导致其性能功能有很大差别，致使并联机器人与串联机器人形成了功能与结构上的互补。并联机器人作为机器人中一种全新的可以和串联机器人媲美的机器人种类，由于自身结构的优势使其具有刚度大、承载能力强、高精度、自重符合比小、优秀的动力性能、易于控制等一系列优点。所以并联机器人应用于工业领域是未来发展的一个必然趋势。1.2此次课题研究背景和意义在文献[1]指出：机器人本身就是高精尖技术的聚集体，并联机器人更是一个尖端知识密集型的机构，并联机器人机构学问题十分复杂，她是属于空间多自由度多环机构学理论学科，此理论是随着对并联机器人的深入研究发展起来的，这本来就是理论对实践的指导，而实践又是完善理论的方法，所以研究并联机器人机构学理论对掌握、研制和控制并联机器人在实际应用和并联机器人的理论发展上都是有着特殊意义。在一切机器人的研究中机器人的机构是关键中的关键，并联机器人所具有的优势关键也在结构上，因此它引起了国内外机器人研究者的广泛关注，他们在此项研究中投入相当大的精力。并联机器人的结构与串联机器人相比具有结构较简、成本低等优势。因此越来越多的将并联机器人的研究与工业领域相结合也使得河北工业大学城市学院2015届本科毕业论文-5-并联机器人的研究也越来越深入。在文献[2]中：主要研究是三自由度并联机器人，这是一种有多变量和本质为非线性组成的复杂机构系统，在并联机器人及液压驱动系统的设计中以运动学分析前提。作者开始时先是采用坐标变化及求导的方法对三自由度并联机器人运动学进行了分析。利用动力学和分析动力学的原理设计出系统的动力机构。作者采用ADMS技术建立了失误的虚拟样机模型系统，并运用仿真软件对运动学、动力学和控制系统的可行性进行了联合仿真实验分析，采用上述仿真试验验证的方法可以十分真实的模拟实际中的三自由度并联机器人运动过程验证其性能。为研究提供了很好的设计依据。在文献[3]中：江苏科技大学机械工程学院的王波、李小满、朱振华学者主要针对三自由度平面P-R-R型并联机器人，三位学者的研究成果是：“成功建立了三自由度并联机器人的动力学模型系统，他们在研究中将