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10上的链轮4、5。带传动6将运动经带轮4、轴10和圆锥齿轮9、11带动轴14(其上装有机械接口法兰盘15)作回转运动，带传动7将运动经带轮5直接带动手腕壳体8实现上下俯仰摆动。当带传动6和带轮4不动，使带传动7和带轮5单独转动时，由于轴10不动，转动的壳体8将迫使圆锥齿轮11作行星运动，即齿轮11随壳体8作公转(上下俯仰夕)，同时还绕轴14作附加的自转运动。

手腕的驱动电机放置于小臂的末端，靠梯形齿同步带将动力源传送到手腕的驱动轴上，实现手腕关节的运动。同步带传动效率高，可达98%～99.5%,节能效果大.与V带和平带传动相比,传动比准确,无弹性滑动,传动比可大到10,速度大到40m/s,负载能力强、结构紧凑，带的伸缩率小。此外，带传动传动平稳、噪声小，不需要润滑。因此同步带传动在机器人中也得到了广泛的应用。

本次设计参考了这方面的优势，通过查阅书籍确定采用此种结构。

5.3 手腕电动机的选择

手腕电动机设计为两个，第一个主要作用是使手腕实现转动，第二个主要作用是使手腕实现上下摆动作用。两个电机都选用75BYG4503型号，如下表：

转动 驱动相型号 步距角 数 /V /A 电压 （流） /N·M /P·P·S /K·P·P·S ·cm2 相电静转距 空载启 动频率 空载运 惯量 行频率 /kg相电重量 感 /kg /mH 23

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75BYG 0.9/1.8 4501 4 50 3 1.5 1200 ≥15 0.9 2.5 1.5 5.4 手腕轴承的选择

（1）．对于与电机轴相联的轴为主动轴，轴所受的载荷较小，且为高速轴，根据已知条件?20，转速较低，主要受径向力的影响，故选用深沟球轴承，主要承受一定的双向轴向载荷，极限转速较高，这类轴承结构紧凑，重量轻，价格便宜，供货方便，应用较广。

查手册 高速轴选用深沟球轴承62007

（2）轴承的校核计算

两个6012型轴承转速1460r/min,径向载荷Fr1=672N Fr2=356N轴向载荷Fa=0,工作时无冲击，温度低于100℃,预寿命10000h.

解：轴承1承受的负载较重，经验算轴承1的当量载荷为P=xFr+yFa 查机械设计手册6012形轴承Cr=31500N C0r=24200N

深沟球轴承 X0=0.6 Y0=0.5 P1= xFr1+yFa1=376N 轴承的寿命由公式计算得

16667/n(ftC/fpP)3=16667/1460(1x31500/1.2x376)3 寿命足够。

（3）按弯扭合成强度校核轴的强度 1绘制轴受力简图(图a) 2绘制垂直面弯矩图(图b) 轴承支承反力

FRAV=

FadⅡL0.30.147?Fr653??982?22=22=160.3N L0.147FRBV=Fr+FRAV=982+160.3=1142.3N

计算弯矩

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截面c右侧弯矩 Mcv=FRBV'截面c左侧弯矩 Mcv=FRAV0.147L=1142.3?=80.06N.m

220.147L=160.3?=11.88N.m

223绘制水平弯矩图(图c) 轴支承反力FRAH=FRBH=

Ft2618==1309N 22截面c处弯矩MCH=FRAH0.147L=1309?=96.2N.m

224绘制合成弯矩图(图d)

MC=MCV?MCH''222=80.062?96.22=125.4N.m

2MC=(MCV)?MCH5绘制转矩图(图e) T=9.55?103=11.882?96.22=95.06N.m

p11=9.55?103?=260N.m n4006绘制当量弯矩图(图f)

转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化，取?=0.6,截面c处的当量弯矩为Mec=Mc?(?T)2=125.42?(0.6?260)2=202N.m 7校核危险截面的强度

2?e=

Mec0.1d3

3

202?103==2.77Mpa<55Mpa 30.1?90a)FaFtAFaFrBTb)FrFRAVFRBVc)FRAHFtMCHFRBHMcMcd)e)MecTf)

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第6章 焊接机器人末端执行器的设计

6.1 机器人末端执行器的设计要求

机器人是一种通用性较强的自动化作业设备，末端执行器则是直接执行作业任务的装置，大多数末端执行器的结构和尺寸都是根据其不同的任务要求来设计的，从而形成了多数多样的结构型式，根据其用途的不同可以分为机械式夹持器、吸附式末端执行器和专用工具，它按装在操作机手腕或手臂的机械接口上，多数情况下末端执行器是为特定的用途而专门设计的，但也可以设计成一种适用性较大的多用途末端执行器，为了方便的更换末端执行器，可设计一种末端执行器的接换器来形成操作机上的机械接口。较简单的可用法兰盘作为接口出的接换器，本次设计就是采用的法兰盘式接口。焊枪直接把在末端执行器法兰盘上。 设计时的要求：

1） 不论是夹持和吸附，末端执行器需具有满足作业需求的足够的夹持力和所需的夹持位置精度。

2）

应尽可能使末端执行器结构简单，质量请轻，以减轻手臂的负荷。专用的

末端执行器结构简单，工作效率高，而能完成多种作业的末端执行器可能带离来结构复杂，费用高的缺点，因此提倡设计可快速更换的系列化、通用化专用末端执行器。

此次设计的产品是五自由度的焊接机器人，因此它的未端执行元件是焊枪，随着气保焊的广泛运用，气体保护焊更容量实现自动化，因此我选用的是co2气体保护焊，用末端法兰盘将其固定于手腕末端。具体的选用原则

如下所述：

1、送丝机的选择

弧焊机器人配备的送丝机可按安装方式分为两种。

一种是将送丝机安装在机器人的上臂的后部上面与机器人组成一体的方式；另一种是将送丝机与机器人分开安装的方式。由于一体式的送丝机到焊枪的距离比分离式的短，连接送丝机和焊枪的软管也短，所以一体式的送丝阻力比分离式的小。从提高送丝稳定性的角度看，一体式比分离式要好一些。目前，弧焊机器人的送丝机采用一体式的安装方式已越来越多了，但对要在焊接过程中进行自动更换焊枪(变换焊丝直

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