机器人手臂关节结构设计说明书

I摘要机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。是一门涉及计算机科学、机械学、电子学、自动控制、人工智能等多个方面的学科，它代表了机电一体化的最高成就。现今，机械手已经运用到各个领域，特别是在装配作业方面。在装配机械手中，平面关节型装配机械手（即SCARA型）是应用最广泛的一种装配机械手。本课题提出设计一种服务机械手，用于电子元器件等的装配，在分析国内外SCARA产品基础上，经过不同方案的比较，在确定了最优方案后通过认真的计算，仔细的校核，使设计结构简单、运行可靠、经济合理，能满足教学实验等需要，对于更好地熟悉和掌握相关课程具有重要的意义。本文设计的是一种小型服务装配机械手，主要对这种机械手进行结构方面的设计。本文设计的SCARA机器人具有以下特点：通用性好、体积小、重量轻、外形美观、成本低，对其本体的可行方案进行了充分的研究后，设计成具有多个自由度的结构，由机身、大臂、小臂及手腕组成，谐波减速器、齿轮、丝杠螺母等组成了机械手简单可靠的传动方案。该电机的多个关节均采用步进电机驱动，具有控制简单、成本低的特点。关键词：工业机械手自由度机器人IIAbstractRobotisakindofsciencerelatedtomanyotheronessuchascomputerscience,mechanism,electronics,automationcontrolandartificialintelligence.Now,robotsareusedinmanyfields,especiallyintheaspectofassemblytask.Itrepresentstheup-mostlevelofmechatronics.Amongassembly,planearticulatedassemblyrobot(SCARAmanipulator)isusedmostwidely.Thistopicputsforwarddesigningakindofassemblerobot,usedforanassembleelectronicscomponent,afteranalydomesticandinternationalSCARA,thesurfaceofsphereSCARAetc.Throughcomparewithdifferentproject.Aftermakingsuresuperiorproject,thoughthecarefulcalculationandcheck.Makedesignwithsimplestructure,credibilitycirculate,reasonablecost,cansatisfytheteachingexperimentetc..ThepresentedSCARAmanipulatorinthispaperisapint-sizedassemblyrobot,wherethestructureofSCARAmanipulatorisdesigned.ThepresentedSCARAmanipulatorinthispaperhasfollowingcharacters:gooduniversality,smallvolume,lightweight,beautifulappearanceandlowcost,sothestructureofrobotisfullyconsideredwhichhasfourfreedomsandisconsistedofcomprisesbase,bigarm,smallarmandwrist.ThesimplereliabletransmissionschemeofSCARAmanipulatoriscomposedofharmonicdecelerationandgearwheelandfeedscrew.Thefourjointsarealldrivenbysteppingmotors,whichhasthecharactersofsimplecontrolandlowcost.Keyword:IndustrialrobotsFreedomRobotIIII目录摘要..............................................................IAbstract...........................................................II第1章绪论........................................................1第2章总体方案设计.................................................32.1工业服务机器手的传动系统设计................................32.1.1机械手驱动系统的比较与选择..............................................................32.1.2传动机构的对比与分析.........................................................................52.2机械手总体设计方案的比较确定................................6第3章步进电机的选择及其校核计算..................................113.1主要技术参数确定...........................................113.2各自由度步进电机的选择.....................................113.2.1第一自由度步进电机的选择...............................................................123.2.2第二自由度步进电机的选择...............................................................133.2.3第三自由度步进电机的选择...............................................................133.2.4第四自由度步进电机的选择...............................................................143.2.5第五自由度步进电机的选择...............................................................143.3第一自由度轴传动系统的计算与校核...........................143.3.1第一自由度轴的等效转动惯量的计算...............................................143.3.2步进电机1的校核...............................................................................153.4第二自由度轴传动系统计算与校核.............................153.4.1第二自由度等效转动惯量的计算.......................................................153.4.2步进电机2的校核...............................................................................163.5第三自由度轴传动系统的计算与校核...........................163.5.1第三自由度等效转动惯量的计算.......................................................163.5.2步进电机3的校核...............................................................................17第4章系统整体的设计与校核........................................184.1同步齿形带传动设计.........................................184.1.1求出设计功率dP...................................................................................184.1.2选择带的节距........................................................................................184.1.3确定带轮直径和带节线长....................................................................184.1.4选择带长Lp...........................................................................................194.1.5近似计算中心距....................................................................................194.1.6进行标准带宽的选择............................................................................204.2各输出轴的设计.............................................214.2.1机身输出轴设计...................................................................................21II4.2.2大臂输出轴设计...................................................................................214.2.3大臂与小臂连接轴设计.......................................................................214.2.4带轮轴设计...........................................................................................214.2.5升降轴设计...........................................................................................224.3滚珠丝杠副校核.............................................234.3.1最大工作载荷计算.....................................................................