六轴机器人系统设计
第一章 六轴机器人总体方案的设计 .................................................................................
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 1.5 RV减速器介绍 .....................................................................................................
16 1.5.1 RV 减速器简介 ...................................................................................................
16 1.4.2 RV减速器基本结构 ...........................................................................................
17 1.4.3 RV 减速器传动原理 ..........................................................................................
17 1.4.3 RV 减速器的主要性能特征 ..............................................................................
18 1.4.4 RV 减速器的旋转方向和减速比 ......................................................................
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
4.1 RV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 5.5 GUC-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。
