六轴机器人系统设计.docx

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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

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

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

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

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

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

1.4.4RV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

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

4.1RV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

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

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

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

5.5GUC-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。