六轴机器人系统设计

六轴机器人系统设计

第一章 六轴机器人总体方案的设计 ................................................................................. 6

1.1 六轴机器人的设计内容及要求 .............................................................................. 6

1.2 六轴机器人的总体设计 .......................................................................................... 6

1.3 机器人腰部关节的设计 .......................................................................................... 8

1.4 机器人肘部的设计 .................................................................................................. 8

1.5 机器人大小臂设计 .................................................................................................. 9

1.6 机器人腕部的设计 ................................................................................................ 10

1.7 工业机器人驱动方式选择 .................................................................................... 11

1.4谐波减速器介绍 .................................................................................................... 13

1.4.1 谐波齿轮减速器简介 ......................................................................................... 13

1.4.2 谐波减速器基本结构 ......................................................................................... 13

1.4.3 谐波减速器工作原理 ......................................................................................... 14

1.4.4谐波减速器的主要特性 ...................................................................................... 15

1.4.5谐波减速器的减速比 .......................................................................................... 16

1.5 RV减速器介绍 ..................................................................................................... 16

1.5.1 RV 减速器简介 ................................................................................................... 16

1.4.2 RV减速器基本结构 ........................................................................................... 17

1.4.3 RV 减速器传动原理 .......................................................................................... 17

1.4.3 RV 减速器的主要性能特征 .............................................................................. 18

1.4.4 RV 减速器的旋转方向和减速比 ...................................................................... 19

第二章 机器人传动系统设计 ............................................................................................. 22

2.1 机器人简单模型与静力学分析 ............................................................................ 22

2.2 伺服电机和减速器选型计算 ................................................................................ 24

2.3 直齿轮的选择与校核 ............................................................................................ 29

2.4 锥齿轮的选择与校核 ............................................................................................ 34

2.5 传动系统中其余齿轮设计校核 ............................................................................ 38

2.5 轴六的设计 ............................................................................................................ 39

2.6 轴承的校核 ............................................................................................................ 43

第三章 谐波减速器的设计 ................................................................................................. 45

3.1谐波齿轮减速器简要介绍和设计要求 ................................................................. 45

3.2 总体方案设计 ........................................................................................................ 45

3.3 柔轮和刚轮材料的选择 ........................................................................................ 46

3.3.1 柔轮材料选用 ............................................................................................. 46

3.3.2 刚轮材料选用 ............................................................................................. 46

3.3.2 凸轮材料选用 ............................................................................................. 46

3.4 钢轮、柔轮、波发生器的设计计算与校核 ........................................................ 46

3.4.1 各零件的几何尺寸计算 ............................................................................. 46

3.4.2柔轮校核 ...................................................................................................... 48

第四章 RV 减速器的设计 ................................................................................................ 50

4.1 RV减速器的简要介绍和设计要求 .............................................................................. 50

4.1.1 减速器概要 ................................................................................................. 50

4.1.2 设计要求 ..................................................................................................... 50

4.2行星齿轮与太阳轮的设计 ..................................................................................... 51

4.2.1. 零件材料和热处理的选择： ...................................................................... 51

4.2.2. 齿轮齿数的确定 .......................................................................................... 51

4.2.3 齿轮模数的确定 ......................................................................................... 51

4.2.4 校核齿轮 ..................................................................................................... 52

4.2.5齿轮几何尺寸的设计计算 .......................................................................... 53

4.3减速器主体部分的设计计算 ................................................................................. 54

4.3.1 设计要求 ..................................................................................................... 54

4.3.2 材料选择和热处理 ..................................................................................... 54

4.3.3 设计计算 ..................................................................................................... 54

4.3.4 轴承的选择与校核 ..................................................................................... 56

第五章 控制系统设计 ......................................................................................................... 57

5.1固高控制器简介 ..................................................................................................... 57

5.2 软件开发平台 ........................................................................................................ 57

5.3 硬件开发平台 ........................................................................................................ 58

5.4电机控制系统的基本组成 ..................................................................................... 59

5.5 GUC-800 系列运动控制器模式应用 .................................................................... 59

第二章 六轴机器人总体方案的设计

2.1 六轴机器人的设计内容及要求

六轴机器人在工业中有着广泛的应用，机器人的运动机构和运动控制系统是其核心部 分。本文也将这两者作为工作的重心。

主要设计内容：

（1）六轴机器人三维模型的建立。

（2）电机和减速器的选型计算。

（3）机械传动方案设计，设计计算并校核齿轮、轴、轴承等

（4）减速器的设计

（5）控制系统的简单设计

2.2 六轴机器人的总体设计

（1） 机器人的机械部分设计主要包括传动系统设计、电机选型和减速器的选型设计。 机构本体主要包括腰部、大臂、肘关节、小臂和腕部。

本文在设计过程中，参考了埃夫特公司的 ER50-C20 系列机器人。机器人机械系统图如图2.1所示

（2）机器人的工作空间如图 2.2所示

2.3 机器人腰部关节的设计

机器人腰部主要包括底座、基座两个结构件和减速部件，底座一般用地脚螺栓固定在 地面上或用螺栓固定在其他的工作平台上，底座的尺寸要尽量大一点，使其能够承受较大 的倾覆力矩，底座结构上为中空的圆台，利于各种电缆等从中经过；基座为支撑连接大臂 的结构件，也承担着上方的所有重量，故其强度要考虑进去；减速部件为电机加减速器， 将电机的高速低扭转为低速高扭。本文设计的腰部如图 2.3所示

2.4 机器人肘部的设计

机器人肘部主要是电机 4、5、6 的输出与轴 4、5、6的第一段传动的齿轮箱和其中的 各传动部件，其设计要求与普通的减速器类似。本文设计的肘部关节如图 2.4所示。

2.5 机器人大小臂设计

机器人大臂设计应满足强度条件，原则上应对其进行静力学和动力学特性分析，本文由于时间缘故，未做有限元分析，大小臂的设计是参考市场上已有产品进行设计，大臂设计中，

也应留有布线的空间；因小臂同时也是轴 4，故小臂的设计应为中空轴，轴 5 和轴六从其中穿过；大小臂上还应设计用于吊装的部分，本文设计的是打有螺纹孔的凸出块，吊装时用吊装用螺钉和吊索实现。本文设计大臂和小臂如图 2.5和2. 6所示。