作品包括

Word版说明书1份，共93页，约23000字

CAD版本图纸，共5张

STP三维图一份

摘 要

在生产生活中，生产效率和自动化程度成为人们普遍重视的环节，机械臂就成为了自动化环节中重要的一环，而自由度越高，也就意味着其自动化程度越是处于领先水平。本课题设计一个迷你的桌上6轴机械臂，实现简单的物体抓取动作。

本课题设计对各种传动系统、总体结构以及控制程序进行了研究设计。为了实现较为美观的空间布局、和结构的稳定性，对比各种机械臂结构和传动系统，最后确定关节式球面坐标机器人，传动方式旋转关节采用直接连接方式，俯仰关节采用间接连接方式，驱动方式全部使用间接驱动。全机械臂一共有5个主体部分：手爪、腕部、小臂、大臂、腰部。减速系统由摆线减速机、带传动以及一个蜗轮蜗杆机构组成。6个自由度分别位于1-手爪与腕部连接处的旋转关节、2-腕部与小臂连接处的俯仰关节、3-小臂的旋转关节、4-小臂与大臂连接处的俯仰关节、5-大臂与腰部的俯仰关节、6-腰部旋转关节，以上结构均通过solidworks完成了建模和装配。控制程序由Arduino板结合拓展卡驱动控制，并设计了简单的驱动程序。

关键词：桌面6轴机械臂；结构设计；运动控制程序设计

目  录

第1章 绪论 1

1.1课题背景及研究的目的 1

1.1.1课题背景 1

1.1.2研究的目的 1

1.2机械臂发展现状 2

1.2.1国外机械臂的发展 2

1.2.2国内机械臂研究现状 3

1.3课题的设计内容 3

第2章 总体设计方案 5

2.1 机械臂设计指标 5

2.1.1设计已知条件 5

2.1.2机械臂目标动作 5

2.2 机械臂选型与结构设计 5

2.2.1机械臂的类型选择 5

2.2.2机械臂结构设计 6

2.3 传动系统的设计 7

2.3.1电机驱动方式 7

2.3.2下底座回转关节的传动 8

2.3.3 俯仰关节的传动系统设计 9

2.3.4腕部、后小臂回转关节传动设计 10

2.4 初定机械臂设计参数 10

2.5 驱动系统设计 12

2.5.1 电机的选型 12

2.5.2 减速装置的减速比设计 14

2.6 本章小结 14

第3章 下底座设计 17

3.1 蜗轮蜗杆的设计计算 17

3.1.1设计初始条件 17

3.1.2蜗轮蜗杆蜗杆类型及材料选择 17

3.1.3按齿面接触疲劳强度校核 17

3.2轴设计 25

3.2.1 蜗轮轴的设计 25

3.2.2蜗杆轴的设计 30

3.3 轴承寿命校核 33

3.3.1蜗轮轴轴承校核 33

3.3.2蜗杆轴轴承校核 35

3.4 下底座结构设计 37

3.4.1箱体设计 37

3.5本章小结 39

第4章 上底座、大臂、前小臂设计 41

4.1 同步带设计 41

4.1.1上底座 41

4.1.2大臂 43

4.1.3前小臂 45

4.2 大带轮轴的设计 46

4.3轴承寿命计算 50

4.4结构设计 51

4.4.1 上底座 51

4.4.2 大臂 53

4.4.3 前小臂 54

4.5 本章小结 55

第5章 后小臂、腕部以及 57

5.1 回转轴的设计 57

5.2 轴承寿命计算 60

5.3建模 61

5.3.1腕部 61

5.3.2后小臂 63

5.4本章小结 64

第6章 手爪的设计、整体装配及校核 65

6.1 手爪设计 65

6.1.1手爪工作原理 65

6.1.2 手爪尺寸设计与三维建模 65

6.1.3夹紧力 66

6.2整体装配 67

6.3 电机校核 68

6.3.1重新计算驱动各关节所需力矩： 68

6.3.2电机最低扭矩 70

6.4本章小结 71

第7章 运动路径规划及控制程序编写 73

7.1运动学分析 73

7.1.1确定机械臂坐标参数 73

7.1.2 机械臂运动学 74

7.2控制程序设计 77

7.2.1电机控制装置 77

7.2.2控制程序 79

7.3本章小结 81

第8章 总结与展望 82

8.1 总结 82

8.2 展望 82

参考文献 83

致谢 85

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