Design of a 3 Degrees of Freedom Electric Robot Wrist

Abstract

This thesis introduces the design process of a 3 degrees of freedom electric robot wrist. Also, the mechanical design and the dimensioning of components of the wrist is demonstrated. The wrist is supposed to be installed to a commercial HIAB loading crane and this paired on top of an autonomous mobile platform. Dimensioning and selection of the components is done according to dimensioning instructions and examples provided by the component manufacturers. After component selection, the supporting structure around the components is designed. Structural design is made with 3D-software SolidWorks. Strength of the structure is studied with finite element method using Ansys-software. Cycloidal gears were selected for wrist joints, since they have low backlash, and they are compact sized. According to the structural simulations, the designed structure withstands the required payload.

Tässä opinnäytetyössä esitellään sähköisen kolmen vapausasteen robottiranteen mekaaninen suunnittelu, sekä siihen liittyvien komponenttien mitoitus. Ranne on tarkoitus integroida kaupallisen HIAB nosturin päähän ja asentaa tämä kokonaisuus autonomisesti liikkuvan alustan päälle. Komponenttien mitoitus ja valinta tehdään lähinnä komponenttien valmistajien tarjoamien mitoitusesimerkkien ja -ohjeiden mukaisesti. Komponenttien valinnan jälkeen niiden ympärille suunnitellaan ranteen tukirakenne hyödyntäen 3D-mallinnusta SolidWorks-ohjelmistolla. Tukirakenteen kolmelle osalle suoritetaan lujuustarkastelut numeerista elementtimenetelmää hyväksikäyttäen Ansys-ohjelmistolla. Lopullisen robottiranteen nivelien alennusvaihteiksi valittiin sykloidimaiset vaihteet niiden lähes välyksettömän ja kompaktin rakenteen ansiosta. Tehtyjen lujuustarkastelujen tuloksien mukaan suunnitellut rakenteet kestävät rakenteeseen kohdistuvan suunnitellun kuorman.