六轴机械臂cad【11张】三维图＋设计说明书
目录
第一章 绪论 - 2 -
1 概述 - 2 -
1.1 六轴机械臂的简介 - 2 -
1.2 研究背景及意义 - 2 -
1.3 六轴机械臂发展现状及趋势 - 3 -
1.4 本次课程设计的主要设计内容 - 4 -
第二章 总体方案与传动机构设计 - 4 -
2.1 总体方案设计与分析 - 4 -
2.1.1 方案要求 - 4 -
2.1.2 机构选型 - 5 -
2.1.3 驱动方式选择 - 6 -
2.2 传动方案的初步设计 - 7 -
2.3 机器人部分技术参数 - 9 -
第三章 工作空间分析及计算 - 10 -
3.1 工作空间 - 10 -
3.2 工作空间与机器人结构尺寸的相关性 - 10 -
3.3 分析 - 12 -
第四章 结构设计 - 13 -
4.1 传动方案的确定 - 13 -
4.2 手腕传动 - 13 -
4.2.1 腕部的设计要求 - 13 -
4.2.2 腕部电机的选择 - 14 -
4.3 腰部 - 14 -
4.3.1 底座及腰部设计要求 - 14 -
4.3.2 电机选择 - 14 -
而转动角加速度为 - 15 -
4.4 手臂 - 15 -
4.4.1 手臂作用概述 - 15 -
4.4.2 电机选择 - 15 -
4.5 传动结构设计计算 - 16 -
4.5.1 大臂设计 - 16 -
4.5.2 小臂设计 - 18 -
第五章 关键零部件的校核 - 22 -
5.1 腕部中心轴的结构设计与校核 - 22 -
5.1.1 确定腕部中心轴的材料以及各段直径和长度 - 22 -
5.1.2 腕部中心轴的强度校核 - 23 -
5.2 腕部中心轴2的结构设计与校核 - 25 -
5.2.1 腕部中心轴2的结构设计 - 25 -
5.2.2 腕部中心轴2的强度校核 - 26 -
5.3 手腕齿轮连接轴的结构设计与校核 - 26 -
5.3.1 手腕齿轮连接轴的结构设计 - 26 -
5.3.2 手腕齿轮连接轴的强度校核 - 26 -
5.4 手腕齿轮连接轴2的结构设计与校核 - 28 -
5.5 驱动臂座与腰部主轴连接螺钉的校核 - 28 -
5.6 部分三维图 - 29 -
第六章 控制系统设计 - 30 -
第七章 总结 - 32 -
第一章绪论
1 概述
1.1六轴机械臂的简介
机械臂是一种仿人的手和手臂实现一定复杂程度的动作来完成一定的功能，根据自动程控装置吸附操作，操作对象或操作工具，控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，自动控制、可重复编程等技术整合到一起的先进生产设备。在当今各个高低端生产领域中机械臂是最重要的工业机器人之一。例如在工业制造、医疗、娱乐、军事、半导体制造、空间探索等领域都可以看到。虽然它们在形式上是不同的，但它们都有一个共同的特征，即接受指令的能力，并精确地定位在三维（或二维）空间中的点。
六轴机械臂就是在三位空间中具有六个自由度的机械臂。(围绕每个关节各个自由度的轴可实现直线(或旋转的）二个自由的动作)。通过各轴伺服电机的互相配合，使机械臂终端的工作点可以沿着XYZ轴的直线方向和旋转方向运动，精确地到达三维空间上任意一点进行工作。六轴机械臂拥有精度高,响应时间短，工作速度快，相对负载大等优点，主要应用于喷涂作业、搬运作业装配作业、涂胶作业、焊接作业、切割作业等工业自动化机器人或自动生产线。
1.2研究背景及意义
经过多年经济和科学技术的发展，中国的生产模式正从劳动密集型生产向技术密集型生产转型，为此国家提出了中国制造2025的发展规划，实现制造业的数字化、自动化、智能化。而工业机器人是实现这一规划的重要一个环节，智能化机械臂又是工业机器人的一个重要分支，具有重要的意义。
目前中国已成为世界上工业机械臂使用数量为庞大的市场,其在我国经济为社会生产力的各方面起着举足轻重的作用,在各个传统的制造行业,如汽车制造电器制造、塑料加工、机械制造、采矿、冶金、石化和科技领域的其他领域;核能源，使用航空航天、医药、生化等阶段，工业机械臂已经取代了大量的人工操作，减轻了人工的劳动强度，提高了生产效率，产品质量和生产安全性。在这其中汽车工业和零部件加工业是工业机械臂应用最为广泛的两个领域。在这两个领域中主要应用于，零部件的弧焊、点焊、研磨和抛光，汽车装配线各个装配环节的装配、零部件，半成品和成品的码垛及搬运。
目前我国的汽车生产和零部件加工行业仍处在蓬勃发展的时期,因此需要大量的生产力来支撑产业的发展，而随着我国人口红利的逐年递减，人工成本发不断增加，以及生产技术要求的不断提升，整个发展对工业机械手臂的需求不断增长。因此研究和开发机械臂具有重要的现实意义和经济意义。由于机械臂技术的不断提高和成熟完善，能够替代人工的工作越来越多，因此在人力的投入上，企业就在日常生产可以大量的可减少人力的投入，进而减少了企业相应的管理成本，同时由于应用的机械臂具有连续工作，提工作强度高工作时间长，因此缩短了生产周期，提高了生产效率，同时机械臂在生产过程中生产过程中具有废品率低，质量稳定，污染小，能够实现精确的生产控制优点。在高温、高压、易燃、易爆、强噪声、放射性或其他有毒物质污染等生产场合中，会对生产人员的身体带来很大的危害，而工业机械臂的应用很好的解决了生产化境给人身带来的危害，生产人员通过操作机械臂，远离或者避免与危险环境的直接接触，从而提高了工人工作条件。
1.3六轴机械臂发展现状及趋势
机械手臂的研究与发展首先从美国开始,美国联合控制公司与1958年研制出第一台机械手。它是一种在机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的的结构。美国联合控制公司于1962年在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年.美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十年代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。
(1）中国是现今世界上机器人使用量和持有量最大的国家研，并且也拥有众多独立的研究机构和相关单位500多家，从事工业机器人研究与产业化发展。
1.4本次课程设计的主要设计内容
(1）整体方案的设计:控制系统，驱动系统，执行机构，传感系统。
(2）执行机构的设计:根据设计要求的自由度和技术参数选择符合工作要求的手部、手腕、手臂、立柱和机座。
(3）驱动系统的设计:根据参数的要求，选择和计算伺服电机的功率，速度，扭矩，惯量。计算各自由度关节的负载匹配正确的惯量比，保证手臂运行的稳定性，匹配合适伺服放大器用于控制机械臂各轴的转动;计算和分析各个轴的运动参数选取与PLC的接线方式等。
(4）控制系统的设计:主要是PLC控制系统的软件设计，其包括PLC的选型PLC与驱动设备
