小型五自由度多关节型机器人设计开题报告(3)
3.2课题的设计参数及要求
3.2.1设计要求
关节式机器人，五个自由度。
3.2.2设计参数
① 有效负载：1 Kg
② 构形式：关节式
③ 作业半径：400mm;
④ 驱动方式：步进电机，用PLC控制
⑤ 重小于等于20Kg
3.3课题的重点研究内容
本课题研究涉及机械原理、机械设计、机器人、齿轮传动、实体建模、有限元分析、计算机辅助设计等方面的相关内容。
主要研究内容:
机械臂的机械部分是整个机器人的执行机构，机构型式的好坏，将直接影响到整个系统。所以，机构的设计非常重要。我们主要从以下几个方面对其进行研究：
① 针对全自动机械手中“臂”机构进行调研，查阅国内外研究资料，资料收集及整理；
② 可达空间的范围。根据设计要求和满足各种工作的需要，机器人前端应能到达工作需要的范围内的各个位置，并且基本上没有死区。
③ 机构的设计。具体的包括运动副型式的合理选择和配置。传递运动的最佳路线，驱动的最佳速比等。机构设计不合理，可能会出现臂杆的相互干涉或驱动装置无法运行，机构不能运动等问题。
④ 自由度的选取。一般来讲，自由度越多，避障和奇异功能越强，可操作性越好，灵活性越好。但随着自由度的增多将出现机器人机构的复杂化，刚度的削弱、控制起来非常困难等问题。机器人按运动形式分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、关节型机器人和极坐标型机器人。
直角坐标型 210 圆柱坐标型 关节型 极坐标型
图5 机械人运动形式
因此，在能满足一定的选型原则的前提下，采用冗余自由度尽量少的、机构简单的形式。综合国内外相关的设计情况，我们考虑设计成关节型的机器人。因为，关节型机器人模拟动物和人类肢体，甚至是整体而最具有仿生性，也就具有了优于其他类型机器人的动作能力。并且，关节型机器人在相同条件下比非关节型机器人具有大得多的相对空间和绝对空间。其中，开链连杆式机器人是现在使用最多的一种，其主体结构的三个自由度腰关节、肩关节、肘关节全部采用转动关节，手腕上也采用转动关节来确定末端的姿态，具有优点如下：
1）结构紧凑，工作范围大而安装占地小；
2）具有很高的可达性。可以使其手部进入像汽车车身这样一个封闭的空间内进行作业，而直角坐标型的机器人就不行；
3）因为没有移动关节，所以不需要导轨。转动关节容易密封，由于轴承件是大量生产的标准件，则摩擦小，惯量小，可靠性好；
4）所需关节驱动力矩小，能量消耗少。
⑤ 对“臂”机构传动设计及基本设计计算。直流电机实际上是机器人平台的标准电机，有着极宽的功率调节范围、适用性好、具有很高的性价比、输出力矩较大、易于控制等等，是一种最为通用的电机。我们选择用直流电机作为驱动。设计计算数值要根据具体负载，运动路线等因素进行具体计算。
⑥ 根据机构运动要求，完成全自动机械手中“臂”机构设计，包括结构图、装配图设计；机械臂的回转运动机构：