摘 要

随着我国工业的不断发展，自动化和智能化的需求越来越高，本文了进行一种可以搭载在移动平台上的轻型机械臂的结构设计，和组内同学的一起配合，可实现自动识别和搬运轻型物品，具有广泛的应用前景。

本文首先从当前的轻型机械臂的发展现状入手，广泛调研了市面上现有的产品，以确定本次设计的设计指标。在确定设计指标之后，初步确定了机械臂的主要结构尺寸。根据初步确定的结构尺寸，进行了正运动学分析，确定了机械臂的工作空间。然后根据初步的结构尺寸进行了建模，计算了基本的质量参数，进行了静力学和动力学计算，从而选择驱动电机。又根据选择的电机对结构尺寸进行了调整，最终确定了结构尺寸。

在确定了主要的结构尺寸后，再次对模型进行调整。调整完之后进行了装配设计，主要的设计内容是轴承的支撑布置以及传动结构的设计。根据装配要求，设计辅助的小零件。至此，机械臂的结构设计完成。

关键词：轻型机械臂；正运动学计算；电机选择；结构设计

Abstract

With the continuous development of China's industry, the demand for automation and intelligence is getting higher and higher. This paper has carried out a structural design of a light mechanical arm that can be carried on a mobile platform, and cooperates with the students in the group to realize automatic recognition and handling light goods, has a wide range of application prospects.

This article starts with the current development status of light-weight manipulators and extensively investigates the existing products on the market to determine the design indicators for this design. After determining the design indicators, the main structural dimensions of the robotic arm were preliminarily determined. Based on the initially determined structural dimensions, a positive kinematics analysis was performed to determine the working space of the robotic arm. Then based on the preliminary structural dimensions, the model was calculated, the basic quality parameters were calculated, and the static and dynamic calculations were performed to select the drive motor. The structure size is adjusted according to the selected motor, and the structure size is finally determined.

After determining the main structural dimensions, adjust the model again. After the adjustment, the assembly design was carried out. The main design content was the support arrangement of the bearing and the design of the transmission structure. According to assembly requirements, design auxiliary small parts. At this point, the structural design of the robotic arm is complete.

Keywords: light mechanical arm; positive kinematics calculation; motor selection; structural design

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

第2章 机械臂的基本参数初步确定 4

2.1基本设计指标 4

2.2机械臂的基本构型 4

2.3机械臂尺寸参数初步确定 5

2.3.1市场调研 5

2.3.2初步确定基本尺寸参数 6

2.4本章小结 7

第3章 正运动分析 8

3.1建立运动学模型 8

3.2 D-H参数表 9

3.3运动学方程 10

3.4本章小结 11

第4章 电机选择 12

4.1静力学计算 12

4.1.1主体材料的选择 12

4.1.3大臂、小臂和臂身质量 13

4.2扭矩计算 15

4.2.1初步扭矩计算 15

4.2.2调整后扭矩计算 16

4.3电机选择 17

4.4本章小结 19

第5章 结构设计 20

5.1结构件设计 20

5.1.1小臂结构设计 20

5.1.2大臂结构设计 21

5.1.3臂身结构设计 23

5.1.4 腰关节支撑板结构设计 24

5.1.5底板结构设计 25

5.2传动设计 26

5.2.1腰关节传动设计 26

5.2.2肩关节传动设计 26

5.2.3肘关节传动设计 26

5.3关节装配设计 28

5.3.1腰关节 28

5.3.2肩关节 29

5.3.3肘关节 31

5.4整体展示 32

5.5本章小结 33

第6章 总结与展望 35

6.1总结 35

6.2展望 35

致谢 36

参考文献 37

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

我国制造业经过持续快速发展，建成了门类齐全、独立完整的产业体系，但是还存在大而不强等一系列问题，所以中国制造2025对我国制造业提出了新要求，要使我国从制造大国向制造强国迈进。在这个过程中，关于机器人的研究是重要的一环，工业机器人目前已经在工业生产中普遍应用，可以降低生产成本，提高产品质量。初了在工业上的应用，在医疗、军事、家庭服务、办公指引、航天探索、深海探索等领域的应用也越来越多，尤其是在医疗、家庭服务和办公指引方面的应用意味着机械臂的轻型化和可移动化越来越重要。

本文拟设计一种搭载在可移动平台上的轻型机械臂，用以搬运轻型货物，设计目标是应用在物流运输上。网购普及使得轻型物品的运送量大大增加，但是目前无论是在商家发货还是最后将货物送到家门口，都是由人将物品搬运到车上，再由快递员运送，需要许多的劳动力。本文设计的轻型机械臂，通过和组内其他成员的设计配合，搭载在移动平台上组成一个机器人，该机器人可以自己基于视觉搬运货物，对商家来说，有望实现将打包好的货物从仓库搬运到车上，对于末端来说，则可以将运到的货物从车上或者物流驿站运送到家门口。