摘 要

关节型机器人以工作范围大、动作灵活、结构紧凑、能抓取靠近机座的物体等特点备受设计者和使用者的青睐。本文针对六自由度关节型实验机器人手臂部分进行研究分析，主要研究了机器人总体方案设计。本课题设计的三自由度机器人手臂为后续课题作了铺垫，待设计完整后的六自由度机器人既可以用于教学和科研，还可以做进一步的研发，所以本课题的研究具有广泛的实际意义和应用前景。为了满足机器人操作内容的要求，本文进行了相关关键技术的研究。

作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较后，选择其中最优的方案后用 Pro/Engineer 和 AutoCAD 软件进行了机器人模型结构设计；通过详细了解机器人在工业上的应用现状，提出了具体的机器人设计要求，并根据机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在内的机械结构设计。

关键词：机器人；运动学；结构设计

Abstract

Articulated robot attracts user’s interest for its large working space, flexible operating, and compacted structure. In this paper, the joint experimental robot with six degrees of freedom is researched and analyzed and the main structure schedule is designed. Three degrees of freedom robot arm designed in this project can highlighted the follow-up issues to be designed after the complete six-degree-of-freedom robot can be used for both teaching and researching area. Then with the articulated joint robot, we can also do further research and development, so the study of the subject with a wide range has excellent practical significance and application prospects. In order to meet the requirements of the robot operation, research of key technology are done in this paper.

The author proposed several schedules of robot to meet design requirements, and Pro / Engineer and AutoCAD software are used to design the robot model structure after the optimal solution is determined. In accordance with the design principles for the various parts of the robot, the robot of the overall system design including: the hand, wrist, arm, waist, including mechanical structure design.

Keywords: Robot; kinematics; structural design

摘 要 I

Keywords: II

第1章 绪 论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外机器人技术的发展现状 1

1.2.1 国外机器人研究现状 1

1.2.2 国内机器人研究现状 2

1.3我国焊接机器人的现状及应用 3

1.3.1 焊接机器人的现状 3

1.3.2 焊接机器人的应用 3

1.3.3 焊接机器人的意义 5

1.3.4 我国焊接机器人存在的问题 6

第2章 机器人本体结构设计 7

2.1 机器人的工作要求 7

2.2 机器人各部分功能 8

2.3 机器人结构方案的对比分析及选择 9

2.4 机器人驱动方案的对比分析及选择 11

2.5 机器人结构设计 12

2.5.1 小臂回转关节交流伺服电机和谐波减速器的选择 12

2.5.2 大臂回转关节交流伺服电机和谐波减速器的选择 13

2.5.3 腰部回转关节交流伺服电机和谐波减速器的选择 14

2.6 谐波减速器介绍 16

2.6.1 谐波减速器的选择 16

2.6.2谐波减速器与电动机的安装 16

第3章 零件设计及装配 19

3.1 PROE简介及发展综述 19

3.2 腰部设计 20

3.3 大臂回转处设计 21

3.4 小臂回转设计 22

3.5 总体示意图 23

第4章 零件强度校核 24

4.1大臂处轴强度的校核 24

4.2 小臂处轴强度的校核 25

第5章 展望 27

致谢 28

参考文献 29

第1章 绪 论

1.1 引言

我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”机器人技术是建立在机械、微电子、控制、人工智能技术等基础上的一门机电一体化的高新技术。机器人诞生于二十世纪 50 年代，目前已经发展到第三代智能机器人。纵观机器人发展的历史和高新技术的发展趋势，机器人已经成为现代化工业发展中不可缺少的必备工具。因此各工业发达国家非常重视机器人技术，一个世界范围的机器人研制热潮正方兴未艾。

1.2 国内外机器人技术的发展现状

1.2.1 国外机器人研究现状

国外目前机器人研究的重点主要有以下几个方面

(1) 机器人操作机，通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机己实现了优化设计。以德国 KUKA 公司为代表的机器人公司，将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。

(2) 并联机器人：采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这 是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。意大利 COMAU 公司，日本FANUC 等公司已开发出了此类产品。

(3) 控制系统：控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴机器人，并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面更加友好，基于图形操作的界面也已问世。编程方式仍以示教编程为主，但在某些领域的离线编程已实现实用化。