165kg重载六自由度机器人机械系统腕部结构设计【字数：12279】
目录
1 绪论 1
1.1课题的目的和意义 1
1.2重载工业机器人研究现状和趋势 1
1.2.1 国外研究现状和趋势 1
1.2.2 国内研究现状和趋势 3
1.3本课题主要内容 4
1.4腕部结构基本参数的确定 4
2 .165kg重载机器人腕部结构方案的比较和确定 6
2.1腕部结构概述 6
2.2腕部结构布局的比较 6
2.2.1 按自由度分类 6
2.2.2 最终结构的确定 7
2.3腕部驱动的选择 7
2.3.1 气压驱动 7
2.3.2 液压驱动 7
2.3.3 电气驱动 7
2.4腕部传动方案的对比选择 8
2.4.1 单一关节的传动设计 8
2.4.2 三自由度腕部传动结构的说明 8
3.165kg重载机器人腕部传动系统 10
3.1传动装置电机和减速器的选型 10
3.1.1 手转关节选型计算 10
3.1.2 摆动关节选型计算 11
3.1.3 腕转关节选型计算 12
3.2系统传动比和动力参数 13
3.2.1 腕转运动动力参数 13
3.2.2 腕摆运动动力参数 14
3.2.3 手转运动动力参数 15
3.3齿轮的设计 16
3.3.1 腕转运动的齿
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轮设计 16
3.3.2 腕摆运动的齿轮设计 20
3.4轴的设计和轴承的选用 25
3.4.1 腕摆中间轴的设计和轴承的选用校核 25
3.4.2 腕转外壳轴的设计和轴承的选用校核 31
4.165kg重载机器人腕部结构设计 36
4.1腕部各个关节结构 36
4.1.1 手转运动结构 36
4.1.2 腕摆运动结构 36
4.1.3 腕转运动结构 37
4.1.4 后端外壳结构 39
4.1.5腕部装配图 40
4.2齿轮的静态分析 40
结论和展望 42
参考文献 43
致谢 44
1 绪论
1.1课题的目的和意义
工业机器人是一种为了满足工业生产要求设计的装置，是当前工业自动化方面最炙热的领域。工业机器人的特点在于有着非常高的技术价值，它所适用的场所比较多样化，是先进制造业的重要组成技术，机器人技术也被认为是对未来新兴产业发展具有重要意义的技术之一[1]。
随着我国工业化不断的深入，生产工艺的要求越发的严苛、工作环境也日益复杂、人口逐渐老龄化，导致人工成本上涨，企业所面临的压力倍增。工业机器人的设计制造和代替人工将是大势所趋。目前我国正处于经济转型的关键时期，工厂开始引进机器人来进行生产，重载机器人不仅加快了生产物料的传输速度，降低运输成本，而且人力的减少，也相对降低人身安全隐患，改善了工人的生产环境。再者机器人的零件是可替换的，因此能够连续的进行生产，这也极大的增加了效率，且其本身的故障率就比较的低。就目前而言已有超过二十万台的搬运机器人被应用在了生产流水线、锻造行业、汽车喷涂等生产车间和港口码头等地[2]。
本文是对165公斤重负荷六自由度机器人腕部结构进行设计，主要是用于代替人工，对重型物料的搬运。
1.2重载工业机器人研究现状和趋势
1.2.1 国外研究现状和趋势
世界上最早的工业机器人一般被认为是Versatran和 Unimate这两者，如图1.1，它们是由Unimation公司和AMF公司在50年代末60年代初研发制造[3]。可以说这它们的出现是工业生产史的一个里程碑。而在七八十年代，日本随着工业的复兴，劳动力严重不足，机器人行业得到了政府及企业的大力支持，出现了爆发时的增长，甚至于超越的美国。
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图1.1 Unimate（左）和 Versatran（右）
自90年代开始，美、日、德等工业大国已经建立起了相对完善的产业体系。而随着经济发展所带来的劳动力短缺、劳动力成本提高等因素的日益显著，发达国家对机器人的发展更为重视。通过对重载工业机器人的了解，其主要的制造商包括瑞士ABB、德国KUKA、意大利COMAU、日本FANUC等企业。
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图1.2 ABB IRB 6700 图1.3 ABB IRB 7600
瑞士ABB公司设计的第七代大型机器人IRB 6700，如图1.2，这款型号适用于150300kg负载等级。主要优势在于运行的时候系统稳定，平均故障时间短，速度快，精确度提高，结构更加刚稳。
工业机器人IRB 7600，如图1.3，该机器人型号较多，最大负载为650kg。其主要特点：转矩大、惯性大、能够快速地提升转速，一般在有重载货料时出现，如汽车生产线，重型物料的搬运。
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图1.4 NJ1653.0 图1.5 FANUC M2000iA
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