本科毕业设计(论文)FINAL PROJECT/THESIS OF UNDERGRADUATE(2014届)六自由度机器人机械机构设计学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名**学号指导教师***完成日期2014年5月承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业论文“六自由度机器人机械结构设计”是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。
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承诺人(签名)：______________________日期：年月日六自由度机器人机械结构设计摘要机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置，其主要由执行机构、驱动机构、控制机构以及位置检测装置等所组成。
本论文围绕机器人本体结构设计，进行机器人静力学分析及研究极限位置下关节力矩情况，并以此为依据为机器人机构改进奠定理论基础，主要设计内容如下：（1）阐述六自由度工业机器人当前发展现状，对比现有机械手传动方式及空间布局，分析其技术特点。
（2）根据预期假定机器人工作运动范围及有效负载，参考目前应用较广泛的本体结构，在solidworks环境下先设计简单机器人初期模型。
通过静力学分析得出关节所受负载，进行伺服电机、减速机选型以及确定同步齿形带相关参数，完成机械手内部空间整体布局，确定传动方式并能达到相关目标要求完成理论作业。
（3）建立考虑约束及质量等效转换的机械手模型，分析典型工况下各关节的运动情况。
对关键零件及手部轴承通过施加约束、负载完成相应应力分析，验证不同电机、减速机选型的合理性，完成机器人结构校核与优化。
关键词：六自由度传动方式静力学分析iABSTRACTRobot arm is to imitate the part of the action of a man's hand，According to the requirements of a given program, track and implement automatic grab, handling or operation of the automatic mechanical device.The main by the actuator, driving mechanism, control mechanism and the position detection device. This paper around the robot body structure design, robot statics analysis and study on joint torque under the limit position, and on this basis the theory basis for robot mechanism, main design content as follows：（1）Six degrees of freedom of industrial robot the current development status of the existing mechanical transmission way and space layout, analyzes its technical characteristics.（2）Work according to the forecast assumes that the robot movement range and payload, reference widely used ontology structure, at the beginning of the first solidworks environment design simple robot model. Joint statics analysis of load, type of servo motor, deceleration pause, and related parameters determine the synchronous toothed belt to complete the internal space of the manipulator overall layout, to determine the transmission way and can meet the requirements of relevant target to complete assignments theory.（3）Set up considering constraints and the mechanical model of equivalent conversion quality, analysis of typical working conditions of each joint movement. On key parts and hand bearing by applying constraint corresponding stress analysis, load is complete, verify the rationality of different type motor, deceleration pause, complete check and optimize the robot structure.KEY WORDS: Six Degrees 0f Freedom Mode of Drive Statics analysis六自由度机器人机械结构设计目录摘要ABSTRACT第1章绪论 ......................................................................... 错误!未定义书签。
1.1 引言............................................................................... 错误!未定义书签。
1.2 国内外工业机器人研究现状....................................... 错误!未定义书签。
1.3 工业机器人划分标准................................................... 错误!未定义书签。
1.3.1 使用范围 ................................................................ 错误!未定义书签。
1.3.2 机器人结构 (3)1.3.3 控制方式 (4)1.3.4 驱动方式 (5)1.4 技术特点 (6)1.5 课题研究主要内容 (7)1.6 本章小结 (7)第2章机器人方案设计 (8)2.1 机械手结构特点 (8)2.2 关节参数 (8)2.3 机械手自由度分配 (9)2.4 机械手构形简图 (10)2.5 传动系统布置 (10)2.6 本章小结 (11)第3章机器人静力学分析 (12)3.1 机器人参数及力矩分析计算 (12)3.2 减速机选型 (13)3.3 伺服电机选型 (16)3.4 同步齿形带选型 (17)3.5 机器人本体结构模型 (18)3.6 本章小结 (20)第4章机器人内部结构设计 (21)4.1 机械手腰部结构设计 (21)4.2 机械手腕部结构设计 (22)i4.3 手部结构设计 (23)4.4 机械手末端操作器结构设计 (24)4.5 本章小结 (24)第5章模型力分析 (25)5.1 腕部中心轴不同环境下力分析比较 (25)5.1.1 网格划分 (25)5.1.2 应力结果分析 (26)5.3 大臂结构优化 (27)5.4 手臂端部61905轴承力分析 (29)5.5 本章小结 (29)第6章总结与展望 (30)6.1 工作进度总结 (30)6.2 结构创新点介绍 (31)6.3 工作展望 (31)参考文献 (32)致谢 (34)六自由度机器人机械结构设计第1章绪论1.1标题工业机器人是机器人学的一个分支，随着工业生产飞跃发展，自动化程度迅速提高，实现工件装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具加工、装配的自动化，已愈来愈引起人们的重视。
生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣环境中，它能代替人进行正常工作，意义更为重大。
因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性比较强，通常作为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。
随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，使用范围较广的“程序控制通用机械手”。
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，它是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。
它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
1.2国内外工业机器人研究现状工业机器人是近近十年来出现的典型的机电一体化数字装备，应用范围广，附加价值很高，自20世纪下半叶起，国外机器人产业即保持着稳步增长的良好势头，而在国内，我们目前已建立起多条弧焊、装配、喷涂机器人生产线，在技术研发力量上已具备大型机器人的整体工程设计和实施能力。
而在机器人基础技术层面上，如机器人运动控制算法、运动学及动力学分析、机器人内部传感器研究测试等也已取得了巨大突破并在实际工作中得到应用。
在控制装置方面，目前已开发出具有双CPU、多CPU 等机器人控制平台，主控计算机档次也相应升级。
机械制造领域中以机器人为核心的自动化生产线适应当前多品种、少批次的柔性生产发展方向，其自动化成套装备对提高制造业生产水平、提高产品质量、加快生产效率及在恶劣环境下高强度适应能力起到了重大作用。
在结构设计方面，机械手能模仿人体上肢的某些动作，但要像人的手一样完成各种动作是比较困难的，因为手指、手掌、手腕等多关节使得人整条手臂共具27个自由度，我们在设计机械手时首先应确定的12是手部末端目标预到达位置及运动空间范围，因此在实际生产实践中机械手往往并不需要这么多个自由度。