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
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
1.5RV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
3.4.2柔轮校核......................................................................................................48
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
4.2.1.零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
5.5GUC-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。
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