论文总字数：18163字

摘 要

针对目前自动化生产线对于机器人产品的需求，本文设计了一款delta型机器人，拟在一定程度上代替人工劳作，满足高速、高负载、高精度的流水线作业要求。本文的研究对象是三自由度delta型机器人，首先对delta型机器人进行运动学分析，通过对简化的delta并联机器人模型进行正、逆运动学分析，得出正、逆运动学位置、速度以及加速度求解方程。然后采用Matlab软件编程求解正、逆运动学方程，并给出delta并联机器人工作空间。接着计算选取一组合适的基本设计参数。最后基于三维建模软件，根据上述求解得来的设计参数绘制动平台部件、连杆部件、驱动杆部件、静平台部件装配图和零件图，计算并选取合适的驱动装置。

关键词：并联机械人；结构设计；运动学分析

Structure design of a delta robot

Abstract

In view of the current demand for robot products in automatic production lines, this paper designed a delta robot to replace manual work to some extent, to meet the requirements of high-speed,high-load,high-precision assembly line work. The research object of this paper is a three-degree-of-freedom delta robot. First of all, the kinematics analysis of delta robot is analyzed. Through the forward and reverse kinematics analysis of the simplified delta parallel robot model, the equations of the forward and reverse kinematics position, velocity and acceleration are obtained. Then, Matlab software is used to solve the forward and inverse kinematics equations, and the working space of the delta parallel robot is given. Then a set of suitable basic design parameters is selected. Finally, based on the three-dimensional modeling software, according to the design parameters obtained from the above solution to draw the moving platform components, connecting rod components, driving rod components, static platform components assembly drawings and parts drawings, calculate and select the appropriate driving device.

Keywords: delta robot, structure design, kinematics analysis

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 课题背景 1

1.2 课题目的及意义 1

1.3 课题研究现状 2

1.3.1机器人的特点与应用 2

1.3.2课题研究的内容 4

第二章 正逆运动学方程 5

2.1 运动学分析 5

2.2 工作空间 6

2.3 位置正逆解分析 7

2.3.1位置逆解分析 7

2.3.2位置正解分析 7

2.4 自由度分析 9

2.5 速度模型与雅克比矩阵 10

第三章 结构参数设计与优化 12

3.1 设计原理 12

3.2 动力学分析 13

3.3 Delta机器人的总体结构设计 14

3.3.1 上顶板 14

3.3.2 电机座设计 15

3.3.3 电机选取 15

3.3.4 减速器的选择与计算 17

3.3.5 轴承校核 18

3.4 约束条件 19

3.4.1尺寸约束 19

3.4.2速度约束 20

3.5 结构参数优化分析 20

第四章 并联机器人的建模与装配 21

4.1 三维建模软件UG简介 21

4.2 Delta机器人的三维建模 21

4.3 Delta机器人零件实体造型 21

4.4 并联机器人的装配 22

总 结 23

致 谢 24

参考文献 25

第一章 引 言

1.1 课题背景

翻开整个世界人类的发展历史，就一定会发现这是一部从重新认识世界、适应世界、改造世界，最后到人与自然相平衡的杰作。英国的工业革命带领人们走向了机械化发展，此时标志着人类对工具的应用已经达到了新的水平，劳动发展到手工动态生产机械制造技术变化的一次重大历史飞跃。20世纪中叶之后，高度自动化的工业机械设备逐步出现，由于激烈复杂的市场竞争，只有通过推出一种柔性高度自动化生产系统，才能满足当时工业生产环境。在这样的背景下，机器人的出现是一个历史性时刻。

机器人的发展历程非常深远，自最早的机器人研究到现在，已经有着至少七十年的历史了。从最开始的单轴科研用的机械臂，到现在的多轴多功能多元化发展的机器人市场，机器人的研究无疑已经取得了划时代的进展。现在最先进的航天机器人包含了各种学科的综合应用，机器人领域的研究依赖于各种其他的学科的进步，如通讯类学科、材料学、数学等基础学科的发展。随着时代的发展，科技的进步，机器人民用化的日子将不再久远，机器人走进家中伴你生活的梦想将不再是梦想。我认为机器人智能化、全面化将会成为它最主流的发展趋势，顺应着这个趋势，我国的机器人研究潮流必将扬帆起航。

1.2 课题目的及意义

1988年美国俄亥俄州的一位学者提出了通过改变传统的串联驱动的的工作方式实现多轴驱动的优化方案，但是由于当时的电工学的限制，没有很好的电路方案可以实现机器人在三维空间的不同方向上的自由移动。但是随着PCL机械控制基础的学科兴起，电路指令的诞生，这个被历史搁置的方案逐渐得以实现。

我个人认为机器人诞生的意义就是它能够代替人类完成人做不到的事情，而且以高质量、高精度、高准确率的严格要求来解决人类难以完成的事情。第二个意义就是给人们的生活带来便利，解放廉价的劳动力，改变社会的经济理念和思想价值观，使得体力劳动的价值逐渐的给先进的知识让步。本次的研究课题是近年来机器人研究的一个比较热门的领域，一种能实现三轴无级调节的机械臂在空间上通过三个方向上独立运转来作业，所以我找到了目前机器人领域最为权威的公司delta，基于他们的设计方法来构思我自己的设计方案。

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