五自由度工业机器手臂设计

1、Contents 机器人概述机器人概述 v 机器人是现代机械学、自动控制、计算机科学与机器人是现代机械学、自动控制、计算机科学与 工程、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、仿工程、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、仿 生技术、社会学等多种学科和技术发展的结晶生技术、社会学等多种学科和技术发展的结晶 机器人技术成为一项具有高度综合性的先进机器人技术成为一项具有高度综合性的先进 技术。因此，一个国家的机器人技术发展情技术。因此，一个国家的机器人技术发展情 况，可以说就是衡量一个国家科学技术发展况，可以说就是衡量一个国家科学技术发展 水平的重要标志，是一个国家综合国力的重水平的重要标志，是一个国家

2、综合国力的重 要体现。要体现。 我国机器人产业的发展背景我国机器人产业的发展背景 v在我国，机器人产业起步较晚在我国，机器人产业起步较晚 v我国的机器人大致经历了我国的机器人大致经历了3个阶段个阶段:70年代的萌芽期，年代的萌芽期， 80年代的开发期和年代的开发期和90年代的适用化时期。年代的适用化时期。 v我国的机器人发展水平与西方发达国家的先进机器人我国的机器人发展水平与西方发达国家的先进机器人 技术相比仍有很大的差距，机器人技术的应用普及程技术相比仍有很大的差距，机器人技术的应用普及程 度也不高度也不高。 前前 景景 目前，工业机器人的研究开发正处在一个目前，工业机器人的研究开发正处在一

3、个 蓬勃发展的阶段，在先进的的工业发达国蓬勃发展的阶段，在先进的的工业发达国 家里，工业机器人的开发与制造正在形成家里，工业机器人的开发与制造正在形成 一个庞大的产业，全世界每年的工业机器一个庞大的产业，全世界每年的工业机器 人销售额可达人销售额可达42亿美元。尽管如此，工业亿美元。尽管如此，工业 机器人产业产业仍在不断拓展，不断向新机器人产业产业仍在不断拓展，不断向新 的领域进军的领域进军。 工业机器人结构设计工业机器人结构设计 关节式机器人具有很好的作业适应性，是目前通关节式机器人具有很好的作业适应性，是目前通 用工业机器人的主要结构形式。机械手的驱动形用工业机器人的主要结构形式。机械手的

4、驱动形 式主要有液压驱动、电驱动、气动等。液压驱动式主要有液压驱动、电驱动、气动等。液压驱动 主要用于承载大、要求快速反应场所；气动具有主要用于承载大、要求快速反应场所；气动具有 价格低、适用负载小、结构简单等特点，但其难价格低、适用负载小、结构简单等特点，但其难 以实现伺服控制；电驱动由于拥有噪声低、控制以实现伺服控制；电驱动由于拥有噪声低、控制 方便、精度高等特点而被广泛运用。本设计中采方便、精度高等特点而被广泛运用。本设计中采 用伺服电机作为驱动源，通过齿轮、同步带（轮）用伺服电机作为驱动源，通过齿轮、同步带（轮） 等进行传动。腕关节上设计有装配手爪用法兰，等进行传动。腕关节上设计有装配

5、手爪用法兰， 可以通过更换手爪来实现不同的作业任务可以通过更换手爪来实现不同的作业任务 五自由度机械手为基本的关节式结构，五自由度机械手为基本的关节式结构， 图为其结构简图，共拥有图为其结构简图，共拥有5个旋转自由个旋转自由 度，分别为：机身旋转关节度，分别为：机身旋转关节J1（肩关（肩关 节）、大臂旋转关节节）、大臂旋转关节J2（肩关节）、（肩关节）、 小臂旋转关节小臂旋转关节J3（肘关节）和手腕仰（肘关节）和手腕仰 俯运动关节俯运动关节J4、手腕旋转运动关节、手腕旋转运动关节J5 （腕关节）（腕关节）24。其中的。其中的2个肩关节个肩关节 协同协同1个肘关节完成定位操作，个肘关节完成定位操

6、作，2个腕个腕 关节进行定向。两个肩关节分别实现关节进行定向。两个肩关节分别实现 俯仰和绕竖直线方向旋转，两个肩关俯仰和绕竖直线方向旋转，两个肩关 节的旋转轴线正交，肘关节转动轴线节的旋转轴线正交，肘关节转动轴线 平行于实现俯仰的肩关节平行于实现俯仰的肩关节J2。这种构。这种构 型拥有动作灵敏准确、占用空间小，型拥有动作灵敏准确、占用空间小， 作业过程不发生干涉等优点，是通用作业过程不发生干涉等优点，是通用 机械手的常见选型。机械手的常见选型。 使用的同步传送带由于工作过程有较大的张紧力，在使用使用的同步传送带由于工作过程有较大的张紧力，在使用 中会发生塑性伸长进而有可能会产生松弛和打滑等现象，中会发生塑性伸长进而有可能会产生松弛和打滑等现象， 因此在传送带的设计过程中添加了一个可以调整位置的张因此在传送带的设计过程中添加了一个可以调整位置的张 紧装置，用以确保带轮有固定的张紧力。如图所示，张紧紧装置，用以确保带轮有固定的张紧力。如图所示，张紧 轮通过弹簧有一个向上的固定压紧力，可以在带松弛时会轮通过弹簧有一个向上的固定压紧力，可以在带松弛时会 自动施压来保证张紧自动施压来保证张紧。 主要设计参数 项目 项目 规格 规格 自由度5 结构直立，关节式 驱动系统交流伺服系统（J1到J5） 位置检测方式独立编码器