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學 號 xxxxxxxxxx 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 GRADUATE DESIGN 設計題目 機器人機械本體設計 學生姓名 專業(yè)班級 X 機械 X 班 學 院 機械工程學院 指導教師 XX 講 師 2016 年 06 月 11 日 摘 要 摘 要 機器人技術是機電一體化產(chǎn)品 工業(yè)機械人現(xiàn)已成為一個領先的研究課題 運用在不同領域 如機械 電子 信息理論 人工智能 生物學和計算機 知 識等諸多領域的發(fā)展機械接頭端的設計 機器人也導致了這些學科的發(fā)展 工 藝往一個熱點手臂運動更多的領域進行合作研究 機械 電子 信息理論 人 工智能 知識和生物和計算機許多學科 但其發(fā)展的多機構銜接所需組合也促 成了這些學科的發(fā)展 本文的主要內(nèi)容是降低了勞動強度 以提高生產(chǎn)效率 機器人可以代替許多重復的手工操作 本文采用在結構設計上的 460KG 機器人機械本體設計 并完成圖紙和零件 圖總裝配圖 為機器人模型的要求被分析以估計電機的每個 充分的設得所需 要的轉(zhuǎn)矩和功率 完成機器人的程序設計 總體設計 結構設計 運動學模型 運動分析 檢查 分析機器人模型 設計和生產(chǎn)機器人模型做的過程中強度的 關鍵部件 繪制 3D 圖 關鍵詞 機械臂 結構設計 460KG 包裝袋機器人 機械臂 電機 摘 要 III Abstract Robotics is mechatronics robotics become a leading research Used in different fields such as machinery electronics information theory artificial intelligence biology and computer knowledge and many other developments in the field of mechanical coupling end design the robot also led to the development of these disciplines Robot is a typical mechatronic products processes more than a movement of arm movement more cooperation in the field of research Many disciplines mechanics electronics information theory artificial intelligence knowledge and biological and computer but the development of its multi agency convergence desired combination also led to the development of these disciplines In this paper the structural design of 460KG robot body design and complete drawings and part drawings assembly drawing The robots are for the analysis of each model is set to be sufficiently torque and power required to estimate the motor Complete robot program design general design structural design kinematics model motion analysis inspection analysis robot models key components design and production process of doing robot model intensity plotted in Fig 3D Keywords arm structural design 460KG bags robot arm the motor 目 錄 0 目 錄 摘 要 II Abstract III 1 緒論 1 1 1 引言 1 1 2 工業(yè)機器人研究概況 2 1 2 1 國外研究現(xiàn)狀 2 1 2 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3 1 3 工業(yè)機器人的總體結構 4 1 4 主要內(nèi)容 5 2 總體方案設計 6 2 1 機器人工程概述 6 2 2 工業(yè)機器人總體設計方案論述 7 2 3 機器人機械傳動原理 8 2 4 機器人總體方案設計 9 2 5 本章小結 10 3 機器人大臂部結構 11 3 1 大臂部結構設計的基本要求 11 3 2 大臂部結構設計 12 3 3 大臂電機及減速器選型 12 3 4 減速器參數(shù)的計算 13 3 5 承載能力的計算 17 3 5 1 柔輪齒面的接觸強度的計算 17 3 5 2 柔輪疲勞強度的計算 17 4 小臂結構設計 22 4 1 小臂腕部設計 22 4 1 1 手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動計算 22 4 1 2 手腕俯仰驅(qū)動計算 25 4 1 3 電動機的設得 26 4 2 小臂部結構設計 27 4 3 小臂電機及減速器選型 27 4 3 1 傳動結構形式的設得 28 4 3 2 幾何參數(shù)的計算 29 4 4 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計算 29 4 4 1 柔輪齒面的接觸強度的計算 30 4 4 2 柔輪疲勞強度的計算 31 4 5 軸結構尺寸設計 32 4 6 軸的受力分析及計算 33 4 7 軸承的壽命校核 33 5 機身設計 36 5 1 步進電機選擇 36 5 1 1 計算輸出軸的轉(zhuǎn)矩 36 5 1 2 確定各軸傳動比 38 5 1 3 傳動裝置的運動和動力參數(shù) 39 1 5 2 齒輪設計與計算 41 5 2 1 高速級齒輪設計與計算 41 5 2 2 低速級齒輪設計與計算 46 5 3 軸的設計與計算 49 5 3 1 輸入軸的設計與計算 49 5 3 2 中間軸的設計與計算 52 5 3 3 輸出軸的設計與計算 55 5 4 軸承的校核 57 5 4 1 輸入軸上軸承壽命計算 57 5 4 2 中間軸上軸承壽命計算 59 5 5 鍵的選擇和校核 62 5 5 1 鍵的選擇 62 5 5 2 鍵的校核 62 5 6 機身結構的設計 62 5 6 1 機身箱體材料的選擇 62 5 6 2 機身的結構設計及制造工藝 63 總 結 64 參考文獻 65 致 謝 66 華北理工大學機械工程學院 0 1 緒論 1 1 引言 工業(yè)機器人是研究的一個熱點領域 應用非常廣泛 機器人 在一個非常 廣泛的研究和應用 是非常全面的科學 機器人技術 以形成一個高科技系統(tǒng) 計算機技術 信息融合技術 科學 不僅是傳感器技術和人工智能仿生等領域 傳感器和實時控制的信息技術 各種基于醉 線性 非線性 到混合系統(tǒng)建模 監(jiān)測和數(shù)字模擬技術復雜機電系統(tǒng)技術的研究 機器人研究的一個重要問題是 一個前奏兩足步行機器人的研究 而走在技術動作 大多數(shù)動物都具有當前系 統(tǒng)的腿的適應性一個高度自動化的運動 非常復雜的動力學 環(huán)境相當輪 履 帶式機器人狹窄 不僅是工作表現(xiàn)的空間 你有無可比擬的優(yōu)勢 樓梯 斜坡 和不平坦的地形下工作 為了克服障礙 老年人護理康復醫(yī)學 和國內(nèi)一般看 家你可以申請 更對環(huán)境的適應性 它具有更廣泛的應用 在機器人的發(fā)展 機器人仿真機器人研究 機器人 機器人運動學 機器人零件建模 仿真三維 機器人的運動控制裝置 以達到在機器人的關鍵部分 它是全面和這是一個創(chuàng) 新性的研究和實用價值 研究人員建議大家決心建立一個有效的控制算法設計 機器人的問題 以了解機器人 機器人的動態(tài)特性的工作空間的形狀和邊界的 合理的鍛煉計劃模擬為了賭注 以實現(xiàn)預防或使用可視化和面向?qū)ο蟮挠嬎銠C 生產(chǎn)經(jīng)營方式的方法模擬事故的直接經(jīng)營實體的不必要的損失 提供一個參考 設計模擬 機器人本體結構的仿真程序可以在該計算機上運行 功能 以確認 該設計的缺點和缺陷的直接效果 用戶及時資源識別它可以改進 以避免大量 的人力資源的浪費 該 機器人 一詞來自捷克 Robota 意思是 強迫勞動 1920 年捷 克斯洛伐克作家薩佩克寫了一個劇本叫 洛桑萬能機器人 他稱之為 機器人 機器人萬能那些家伙洛桑生產(chǎn)勞動的 羅伯特 中國翻譯 捷克意思是 奴隸 薩佩克機器人的位置決定要努力讓人類奴隸的壓力 他們是人類值得的只有 服務 他們沒有想到 沒有想到 但類似人類的機器 很方便 所以人們擺脫 勞動 他告訴他們 他們可以 20 年生存的知識 那么只生產(chǎn)了 他們想不到的 華北理工大學機械工程學院 1 沒有感情 有能力的三個人一個人 生意興隆的公司 后來 一個很偶然的原 因 機器人開始有意識的 他們是難以承受的人統(tǒng)治 人類的奴隸 讓機器人 給人類 攻擊人類的最后徹底毀滅 機器人 也為我們的正式名稱 機器人技術是最近幾十年開發(fā)了一個新的學科 它設計了技術和知識和機 器人應用 機器人配備了非常廣泛的內(nèi)容 如力學 機械 電子 知識 計算 機 人工智能 生物學 系統(tǒng)工程等方面的控制理論的結合 由于機器人五十 年代誕生以來 在短短五十年來一直快速的發(fā)展 它是通過在第一代處理機器 人的研究 實際使用中 和使用了第二代的認識機器人研究和實踐的各階段的 以及研究和其他第三代智能機器人的通過 處理制造了非常重要的一步 它可以有效地防止工件的侵蝕受外界環(huán)境 更好的工作生活 同時也提升了工件的外觀 目前 在中國 主要是基于手工 處理已經(jīng)完成 對質(zhì)量水平的處理的影響熟練的技術工人 情緒等因素的影響 很大 同時 易揮發(fā)的有毒氣體對工人的健康有很大的影響的運輸過程中 處 理過程自動化的實現(xiàn) 具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益 搬運機器人是一個典 型的自動化處理設備 使用機器人處理操作 工件涂層均勻 可重復性 高效 率 讓工人從繁重的工作中解脫出來的環(huán)境 在超過 20 年歷史的搬運機器人領域的國際申請 此前使用這種技術的是美 國 minhit 公司 軟糖 德國海特爾公司 有時候 流量控制系統(tǒng)自 1980 年代以 來 德國公司在配備有一個集成的吸氣閥裝置 以防止初次感染 H16 海特爾第 一時間控制的機器人 McAuto 美國公司成功四套開發(fā)的軟件模塊 用于機器 人的 布局 uild COMMAND ADAPT 尤其 PLACE 模塊 用戶可以設置交 互式圖形界面上的機器人的移動路徑提供與圖形終端運動仿真機器人 其先前 已經(jīng)記錄為機器人的離線編程 在 1998 年 法國學者 MontilletD 在自動操縱的 應用做了一些工作 他使用離線編程 路徑槍規(guī)劃 而槍的態(tài)度 槍和基板 和其他參數(shù)之間的距離從周圍的槍支管制的角落 滿足連續(xù)治療運動槍的要求 創(chuàng)新的搬運機器人技術 處理精度比以往 世界熊機器人被廣泛使用在發(fā)達國 家 90 年代以來 在我國的應用和發(fā)展機器人技術 的空間 703 部 625 是實 驗室傳熱機器人主要用來攜帶號碼的部件的重要和特殊的要求 如低真空下處 理的決策 早期的機器人任務程序主要是網(wǎng)絡教學的準備 他有很多缺點 因 此人們開發(fā)了離線編程方法 離線編程的優(yōu)勢在于它的靈活性 安全性好 降 華北理工大學機械工程學院 2 低成本 社會的發(fā)展是必要的 機器人已經(jīng)滲透我們的生活 工作和經(jīng)濟 并發(fā)揮 了重要作用 研究機器人的發(fā)展對我國經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生太大影響 近年來 研究 和更快的機器人技術的發(fā)展已經(jīng)開發(fā)了多種類型的搬運機器人 從我們的角度 機器人產(chǎn)品 主要是國外同類產(chǎn)品的模仿的發(fā)展來看 還沒有形成一個機械臂 一個完整的設計方法 工業(yè)機器人 搬運為主料 轉(zhuǎn)移的目的 各種工作為 了完成 通過改變動作程序 也有一個再編程的多功能操作裝置的工作 外國 定義與我們的工業(yè)機器人如下的成語相結合的參考定義 工業(yè)機器人 獨立的主體可以放在任何地方 動作的自由度 程序可以靈 活地改變 高度的自動機器的自動化 它可用于汽車漆等涂料關節(jié)工業(yè)機器人 工業(yè)機器人臂與主體的剛性高 相對于人 可以攜帶重物 可以有一個較 快的移動速度 非常高的定位精度 它是自動的各種要執(zhí)行的操作不 它可以 是一個外部信號 它能夠代替的人及膨脹和外地人類活動的膨脹的工作 它們是開發(fā)一種系 統(tǒng) 以便它可以在許多結構性和非結構性環(huán)境希望 更多的是很多要明白 你 要明白 因此 使用這些功能 人性化的服務 需要內(nèi)在的人性 假體 系統(tǒng) 這方面的研究 有可能擴大的方向和研究機器人的機械 有豐富的動態(tài) 機器人 如智能機器人 可以起到人工智能的重要作用 機器人的外觀和應用 從需要對科學和技術的工具的開發(fā)和生產(chǎn)的發(fā)展 是進步人類社會的生產(chǎn)和 機器人一詞最早出現(xiàn)在 1920 年 捷克作家卡雷爾 恰佩克在比賽中發(fā)揮的 萬能機器人 Rossum 的 這個詞指的是機器人 ROBOTA 指的是庫里 男人會由劇作家機描述看起來 特性和功能 是一種 體力勞動 在現(xiàn)代科學技術 機器人技術 廣泛應用于人類生活和人類發(fā)展的 領域 模仿人類的步態(tài) 其他運動功能的機器人發(fā)展的外觀 這是人類的夢想 你附加 1 2 工業(yè)機器人研究概況 1 2 1 國外研究現(xiàn)狀 機器人 主要是各種工業(yè)機器人 是指機器人的工業(yè)生產(chǎn)中 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流 水線上的生產(chǎn)操作過程中進行被分為兩類工業(yè)機器人 服務機器人的不同應用 因為通常 機器人服務機器人將看到的 適當?shù)尼t(yī)療 衛(wèi)生 通信 可以為人 華北理工大學機械工程學院 3 們提供與引進服務和產(chǎn)品的日常生活的其他方面 機器人現(xiàn)代面向服務的地方 為主的國外早期的工業(yè)機器人 機器人的發(fā)展 根據(jù)相關研究 從日本1994年 期間1999年 但其研發(fā)和制造工業(yè)機器人比過去的數(shù)量增加了一倍 2008年以 來 這種增長的勢頭是減少 到2012年我們已經(jīng)超過了顯示有你工業(yè)機器人是 生產(chǎn)服務機器人的數(shù)量 另外 據(jù)統(tǒng)計 日本的機器人的數(shù)量 但是機器人的 全球數(shù)的20世紀的50 以上都配備 在21世紀大減少發(fā)生 還介紹了世界不斷 提高了機器人的重要性 在2012年的時候 機器人的數(shù)量已經(jīng)大大北美 亞洲 提高到機器人日本已經(jīng)在一定的影響占了機器人的出口量超過40 的亞洲控制 權 此外 超過2013年的機器人大約45 在服務機器人的比例 在機器人和 醫(yī)療服務的近25萬臺 根據(jù)2013年有關世界出口總額的調(diào)查 這是一家現(xiàn)代化 醫(yī)療技術加快發(fā)展展示 與此同時 人們的生活與需求質(zhì)量的提高 即使是各 種家用服務機器人 機器人已經(jīng)出現(xiàn)在該真空吸塵機器人 除草機器人 視覺 的人 包括內(nèi)飾清洗機器人的相對價格 低 在未來的一個大的市場 因為近 年來有關服務機器人 外資公司的轉(zhuǎn)移 重點將是發(fā)展 目前 是部分發(fā)達國家的巨大生活和工業(yè)機器人技術發(fā)展水平的差距 國 家是更為先進的機器人技術 國際機器人市場正處于這個階段 存在10十億的 工業(yè)機器人的最大份額約為8 在2025年 當整個市場規(guī)模將達到50十億的機器 人 從原來的300多萬臺服務機器人 每年1200萬臺 以引領機器人 增加了美 國和日本 機器人的發(fā)展方向它代表技術在工程的國際領域的最高水平 9000 來自美國的全球銷售臺機器人是60 最近美國軍方 即使在各種地形的攻擊 能適應的一面 在運行速度相對應的速度5公里大狗的人可以攜帶100公里除了 開發(fā)的機器人 以維持上級系統(tǒng)的穩(wěn)定性 1 2 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)前機器人起步較晚 我國自 1980 年以來 在體育領域的多臂共同研究 和應用 中國的全國首個機器人的研究示范項目 機器人列第一大國家的研究 計劃采用該方案 規(guī)劃綱要 撥巨款在沉陽 內(nèi)容包羅萬象理論和基本組件的 機器人平臺 它被啟動 近 10 年來 工業(yè)機器人 水下工作 軍事 組裝的全 系列特種機器人 教育的產(chǎn)生 已經(jīng)開發(fā) 以一種生殖搬運 點焊 弧焊 這 時 回放型機器人教學的技術是成熟的 我們正在推廣使用的植物 長春一汽 工廠 擁有自己的生產(chǎn)線機器人東風汽車廠開始運作 國家 863 研究的高科技 發(fā)展計劃開始于 1986 年 3 月 它被列入內(nèi)容智能機器人的發(fā)展 現(xiàn)在 我們有 一個簡單的結構 以便在需要廉價的實用機器人的生產(chǎn) 某些特殊的機器人 華北理工大學機械工程學院 4 以加快中國的國情相結合 注意生產(chǎn)和應用的視圖 研究也已開始所有的發(fā)展 國內(nèi)機器人 863 如國防科技大學 哈爾濱工業(yè)大學 北京理工大學 清華大 學 上海交通大學 多年的連續(xù)視科技特定自然的中國大學科學基金會下 從 而機器人原型 本文從 首屆全國研究生機械創(chuàng)新設計大賽 多搬運手臂動作 此時 單 臂 多搬運運動通常在車輪的形式是為了實現(xiàn)功能相 事實上 模仿人類行走 手臂和腿部的多搬運的動作并不多 但也有六條腿 已經(jīng)出現(xiàn)四腿臂多搬運運 動 但多搬運手臂運動尚不多見 我們的問題 簡單地探索設計巧妙的機械設 備和簡單的控制來模擬人的手臂的多搬運的動作 子功能是 替代大步 搖搖 頭 擺動手臂 擺臂 1 3 工業(yè)機器人的總體結構 工業(yè)機器人的組成及各部分關系概述 它主要由機械系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng) 牽引系統(tǒng) 探測系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng) 1 執(zhí)行系統(tǒng) 公用部分的執(zhí)行系統(tǒng)管理部門 機械零件最全面的定義 以必 要的各種運動 包括手 手腕 來獲得機器人本體 A 末端執(zhí)行用于執(zhí)行 并且配置的工作直接涂漆 B 手腕 手和連接元件的臂 具有安排作為任務或工作的端部的方向的改變 C 臂和連接手臂 手腕支撐體時 執(zhí)行負荷管理塊 手的空間位置 臂操作 空間的變化滿足多個搬運 在基座的任何類型的動力傳輸 D 機身 多鉸接臂基部 支撐輥 由臂部件支承 并具有使所述臂的轉(zhuǎn)動 起重或傾斜運動的任務 2 驅(qū)動系統(tǒng) 提供電力的各種組件的系統(tǒng)是活動的 以及供應單元設備 通 用機械傳動 機械傳動和電氣 氣動 電動 1 操作系統(tǒng) 驅(qū)動控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)的根據(jù)工作 故障報警或錯誤的信 號的要求執(zhí)行 1 檢測系統(tǒng) 經(jīng)由各種傳感裝置 控制器官運動檢測裝置 保證作用 如果有的話反饋到控制系統(tǒng)相對于該組的運動的要求 該團隊的實踐證明 減輕了勞動強度 以取代處理繁重的體力勞動運動 改善工作條件的多 它已被證明 它可以提高勞動生產(chǎn)率和自動化 長期定期 華北理工大學機械工程學院 5 處理和工業(yè)生產(chǎn)中的 在許多情況下 是一個龐大的片 單調(diào)操作 單臂 多 關節(jié)的動作是有效的 另外 在發(fā)展的 高溫的廣闊的前景 不僅要操縱冷 深海 空間 環(huán)境條件 在其他毒性放射性污染 它可以發(fā)揮優(yōu)勢 1 4 主要內(nèi)容 1 查閱國內(nèi)外工業(yè)機器人有關文獻 了解工業(yè)機器人研究及應用狀況 掌 握一般工業(yè)機械人組成結構及關鍵部件知識 撰寫文獻綜述 2 對題目所述工業(yè)機器人機械本體進行方案設計 3 對伺服電機 減速機等部分進行選型計算 4 繪制出工業(yè)機器人機械本體的裝配圖及主要關鍵零件圖 5 撰寫說明書 給出機械手文獻綜述 設計方案 關鍵部件及零件的理論 分析和校核 華北理工大學機械工程學院 6 2 總體方案設計 2 1 機器人工程概述 機器人是一個技術集成的跨學科 涉及計算機技術和自動化技術的機器 機制 機械 氣動 液壓技術 檢測技術等領域 在科人找出有效解決組合問 題綜合工程被稱為 系統(tǒng)工程 手臂多運動設計 例如 系統(tǒng)工程 應作為一 個綜合的方法來系統(tǒng)設計對外關系的系統(tǒng) 并從整個有機聯(lián)系的手臂運動環(huán)境 的研究 開發(fā)和應用根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部部分多接頭 從復雜機械系統(tǒng) 包括一定的規(guī)則的功能系統(tǒng)結合多個子系統(tǒng) 它是一個不 可分割的整體 如果你失去了開放的系統(tǒng) 可根據(jù)特定的一組 因此 在一個 復雜的機械設計 概念啟動機器 系統(tǒng)必須具有以下特征 1 機械系統(tǒng)完整的完整性機械系統(tǒng)由幾個子系統(tǒng)具有不同的整體性能應具有 的特定功能 2 作用的子系統(tǒng)之間的有機聯(lián)系 包括有機 相互關聯(lián)的 3 每個目標系統(tǒng)必須具有明確的目標和系統(tǒng)的功能 結構 功能 目標和手 段 決策系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)結合起來 4 系統(tǒng)對環(huán)境的適應是適應環(huán)境在某些情況下 我們必須能夠適應變化的外 部環(huán)境中 因此 不僅機器人的設計 但要注意的電機系統(tǒng)的臂構件的整個多零件設計 應根據(jù)角度視圖的工程系統(tǒng)的角度 它是 功能性要求 子系統(tǒng)的多臂單將取 決于多臂動作在多臂機操作中 產(chǎn)品的性能合理之一中 所有的組分的必要的 工作 在一般情況下 作為最精密的武器工業(yè) 以下內(nèi)容 在機器的操作中 基 手臂 手腕 包括側機構 最大輸入一個完整的碼的任務 是一種多運動 臂 一些傳輸零點動力 控制 驅(qū)動系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng) 包括伺服驅(qū)動系統(tǒng) 房 子的風格 控制系統(tǒng)中 電子控制單元的操作中 存儲功能 版本計算機或其 他可編程設備 操作者接口裝置 鍵盤 鼠標等 數(shù)據(jù)處理裝置和各種傳感 器 脫機向前放大設置 傳感器編程接口 I O14 和內(nèi)部及外部傳感器設備 一般或特殊 其他設備通信 特征行業(yè)臂多運動是普遍的調(diào)整 靈活的臂工業(yè)多運動可有效地用于柔性生 產(chǎn)系統(tǒng)關鍵部件的發(fā)送處理單元組件或材料或其它柔性制造系統(tǒng) 輔助設備 控制系統(tǒng) 多臂運動 各種不同形式的運動系統(tǒng)的組建多聯(lián)技術工藝機械行業(yè) 華北理工大學機械工程學院 7 其他生產(chǎn)部門 生產(chǎn) 如建筑 開采 生產(chǎn)和輸送臂移動多是參考系統(tǒng) 2 2 工業(yè)機器人總體設計方案論述 1 確定負載 負載的大小主要取決于由于運動的沿的作用力和機器人的機械接口上的多 臂的運動的方向 式子里 下臂樣式 下臂是 以重量計 在工件的一預定的 速度和加速度的條件 并且處理接縫下的重量或更多的運動 必須包括結果的 慣性力的末尾 報告的結果 為項目的參考設計數(shù)據(jù)表明 可以屬于該項目是 小負荷 二 驅(qū)動系統(tǒng) 由于伺服電機具有良好的控制性能 檢查的靈活性 允許速度 位置 環(huán)境 體積小 效率高 適用于更為苛刻的運動控制沒有影響的精確控制小臂運動多 企業(yè)等特點 因此 該項目采用的是伺服電機 三 傳動系統(tǒng) 動臂多運動 結構緊湊 重量輕 可以是體積小 傳動鏈的慣性 并縮小差 距 我們應該考慮和手臂 措施 提高更多的企業(yè)家精密運動控制的位置和運 動 臂從運動傳遞機構機械齒輪是常用 蠕蟲 效率高 準確 緊湊的 可靠 的 滾珠絲杠的傳動齒輪 如長壽命 帶 鏈傳動 行星齒輪 所述傳動齒輪 和諧波鋼 學習更強大的傳輸 因為為了掌握大學的優(yōu)勢 這一套已經(jīng)設計行 程 華北理工大學機械工程學院 8 四 工作范圍 操作過程中的工業(yè)手臂動作的工作范圍是多的多臂的運動取決于所述扇區(qū)的 操作領域和確定的軌跡 用表示的工作空間 形狀和有關該結構的工作空間的 大小坐標運動的多機器人 其大小和在數(shù)量和程度每個臂的自由操縱器公共軸 線的長度的變化程度和所設得的軸的每個角的 五 運動速度 各關節(jié)臂 更健壯的最大行程審查臂 這取決于循環(huán)時間 以確定每個操作 時間的移動 則是進一步米 秒 秒 在每一個單元 每它將被分配考慮到 在同一時間 例如 以若干因素 如順序操作之間各操作順序的總時間長度 或者可以判斷移動速度 表 使它們的操作時間 比較超出操作時間分配運動 考慮到分配過程的請求時 它也是 行程的驅(qū)動控制 必須考慮到的尺寸和定 位的慣性和精度要求 2 3 機器人機械傳動原理 機器人的本體結構組成如圖 圖 2 2 機器人本體組成 本節(jié)描述的所有以下列方式的組件和功能 基本單位 基座構件包括底座 齒輪傳動件 軸承 步進馬達 基本作用是支持構件 所述支承構件旋轉(zhuǎn)臂 承受的工作負載的總重量和機器人 所述堿必須具有足 華北理工大學機械工程學院 9 夠的強度 剛度和負荷能力 此外 該堿也需要一個足夠大的安裝基礎 以確 保在工作場所機器人的穩(wěn)定運行 機器人臂 通常會導致驅(qū)動臂運動 例如 液壓 氣動或一個馬達 和一 個驅(qū)動源 例如 燃料箱 燃料箱 齒輪齒條機構 連桿機構 螺旋機構或凸 輪機構等各種運動臂組成的組件的 手臂大臂和小臂 繁榮的成員如下 動臂和齒輪件 驅(qū)動電機 在臂構件 臂 驅(qū)動軸 皮帶 定時等 以手腕運動用步進固定臂的電動機驅(qū)動的一端 腕部分 包含列表殼體 傳動齒輪和軸 所述機械接口 2 4 機器人總體方案設計 機器人的結構形式的機器人形結構 并調(diào)整圓柱形結構 球面坐標的結構 該多接頭結構 4 的結構和它們的相應特征中的每一個 如下所述 3 1 直角坐標結構 運動空間直角坐標機器人 它是那么容易落實到閉環(huán)位置控制的線性運動 由于如圖 2 1 一 直角坐標機器人可以達到非常高的位置 實現(xiàn)各有三個其 他存在的由垂直的直線運動精度 中號步驟 然而 直角坐標相對于空間 機器人的運動有關的機器人的結構的尺寸 這是比較小的 因此 為了實現(xiàn)恒 定的空間運動 大于機器人比其他類型的矩形機器人結構尺寸的組織尺寸坐標 直角坐標機器人的工作區(qū)是矩形空間 直角坐標機器人主要用于組裝和 直角坐標機器人的業(yè)務 它具有懸臂門 三起重機類型的結構 2 圓柱坐標結構 如在圖 2 1 B 中 空間氣缸所示 調(diào)整直線運動的運動并實現(xiàn)兩個旋轉(zhuǎn) 運動和機器人 這種機器人的結構相對簡單 并且能夠在精度一般操作的處理 中使用 它的工作空間是圓柱形的空間 3 球坐標結構 如圖 2 1 c 中 該空間的運動是球形坐標機器人組成的直線運動實現(xiàn)兩 個旋轉(zhuǎn)運動的 這個簡單的機器人結構 成本低 精度不高 它將在主要業(yè)務 的處理中使用 他們的工作空間是球形的空間 4 結構 如在 2 1 d 所示 為了實現(xiàn)一個空間移動機器人包括三個旋轉(zhuǎn)運動 多 機器人的運動是一個靈活 結構緊湊 占地面積小 規(guī)模相對機器人本體 其 相對較大的工作空間 這種機器人是廣泛焊接 涂裝 組裝 以及使其它操作 被廣泛用于在這種類型的機器人的 它是在工業(yè)中使用 機器人結構 有水平和垂直兩種 華北理工大學機械工程學院 10 a 直角坐標型 b 圓柱坐標型 c 球坐標型 d 圖 2 1 四種機器人坐標形式 根據(jù)任務書和具體要求 我們 事實上 最終確定選擇 D 特定的形狀和特定的要求機器人數(shù)控機布局 設計要求兼顧處理工件到 460KG 質(zhì)量能夠簡化結構 降低只要 由于考慮到會議系統(tǒng)的技術要求的前提 下 以改善這種設計的可靠性和具體的成本 大機器人臂的運動范圍和更高的 定位精度 用一個腰部轉(zhuǎn)動自由度 以及自由設計的懸臂和臂腕音調(diào)的轉(zhuǎn)動節(jié) 距自由前臂 轉(zhuǎn)動自由度的機器人 在本文的臂結構的設計要求的尺寸 因此 需要實現(xiàn)一個大俯仰自由 在該臂的詳細設計的旋轉(zhuǎn)臂機構的自由 2 5 本章小結 為了確定解決方案 才能做出最終決定 通過設得多種方案 完成設計的 機器人系統(tǒng) 本章后面英寸如 以確定機器人的整體設計 機器人 手臂 手 腕 端部的腰部 中詳細做了的設計的各個部分 華北理工大學機械工程學院 11 3 機器人大臂部結構 3 1 大臂部結構設計的基本要求 臂部件的主要成分是機器人 它的作用是支持的手 帶領他們騰出運動 臂移動類型 任意點的運動的空間范圍內(nèi)的一個手柄部 如果你已經(jīng)改變了手 方位 合資的態(tài)度 以手臂來實現(xiàn)的自由 因此 我們設計成一般臂的基本 要求 1 手臂 能力 需要加載剛度好 重量輕 它通常是在臂 不僅彎曲 在一個方向上 而不是僅僅彎曲 由反向 由 需要設得的高彎曲和橫截面形狀的抗扭剛度 顯然 基本相同的按橫截面 鋼 鐵 工程單位重量的面積 槽鋼的轉(zhuǎn)動慣量 比圓形大得多 因此 在機器人的無縫鋼管 不僅提高 了在許多情況下導桿 如工字鋼 或所述臂的剛度 非常減少臂的重量 中空 只更確切地說 被用作支撐槽鋼 內(nèi)置驅(qū)動器 因此 清爽使在緊湊 以及傳 輸管道的外觀 它可以被放置 2 在臂的速度高時 也有小的慣性 在統(tǒng)一的手臂一般 運動 請求啟動和力臂端 移動的減速時間開始 否 則 沖擊和振動 加速度和終止請求之前沒有太大的影響為了減少 它已經(jīng)改 變了 為了減小轉(zhuǎn)動慣量 必須采取以下措施 A 成分 降低臂的重量以移動使用鋁等輕質(zhì)高強度材料 B 以減少手臂運動部件的總體尺寸 C 減少轉(zhuǎn)彎半徑 D 驅(qū)動系統(tǒng)中設有緩沖裝置 3 的運動的臂應該是靈活的 為了減少摩擦和滑動摩擦的運動部件之間的摩擦力盡可能臂滾動代替 4 位置精度要高 最困難的轉(zhuǎn)移機器人控制的位置 精度很差 通常是高直角坐標加上設置 裝置 用于機器人的圓筒形位精度 檢測臂上這意味著位置 可以控制一個更 好的位置精度 華北理工大學機械工程學院 12 在本文中 其它機器人臂的剛度 減少了電機負載的底部接頭 減少了臂 的重量 以確保它能夠提高機器人手臂的動態(tài)響應 一方面 薄鋁設計合金構 件 鑄造鑄型砂的設計的最小厚度 最小壁厚 具有其鑄造合金 分別不同的 鑄造合金鑄造的合適的厚度 最小厚度可以是 澆鑄 取決于類型的尺寸和合 金鑄件 相同是否 見表 4 1 所示 表 4 1 砂型鑄造鑄件最小壁厚計 mm 它簡單地砂鑄造廠的結構設計 一個特殊的鑄造工藝 鑄造結構對應于每 個不同的鑄件和特性應根據(jù)來設計 在本文中 通過使用鑄鋁外殼手臂 具體 尺寸 請參閱總裝圖 3 2 大臂部結構設計 大臂殼體采用鑄鋁 方形結構 質(zhì)量輕 強度大 3 3 大臂電機及減速器選型 假設小臂及腕部繞第二軸的重量 J2 M2L42 M3L52 460 0 0972 4 0 1942 42 5kg m2 旋轉(zhuǎn)開始時的轉(zhuǎn)矩用以下式表達 JT 式子里 T 旋轉(zhuǎn)開始時轉(zhuǎn)矩 N m J 轉(zhuǎn)動慣量 kg m2 角加速度 rad s2 使機器人大臂從 到 需要的用時 則 0 16 s st1 0 3 4 11 3 47 640 1TJ Nmt 鑄件尺寸 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鋁合金 銅合金 200 200 200 200 500 500 500 500 5 8 10 12 15 20 3 5 4 10 10 15 4 6 8 12 12 20 3 5 6 8 3 3 5 4 6 3 5 6 8 華北理工大學機械工程學院 13 鑒于關于重心的機器人手臂的轉(zhuǎn)動慣量的摩擦轉(zhuǎn)矩軸的各個部分的 開始 轉(zhuǎn)動 10N m 起動轉(zhuǎn)矩 可以假設 2 的安全指數(shù) 期望的輸出的諧波減速器最小 轉(zhuǎn)矩為 mNT 015201 3 5 設得諧波減速器 型號 XB3 50 120 XB3 型扁平式諧波減速器 額定輸出轉(zhuǎn)矩 20N m 減速比 i 1 120 設諧波減速器的的傳遞效率為 步進電機應輸出力矩為 90 3 6 mNiTout 18509 201 設得 BF 反應式步進電機 型號 55BF003 靜轉(zhuǎn)矩 0 686N m 步距角 1 5 3 4 減速器參數(shù)的計算 剛輪 柔輪的材料都是鍛鋼 小齒輪用 45 的材質(zhì) 硬度 250HBS 剛輪材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì) 硬度 220HBS 1 齒數(shù)的確定 柔輪齒數(shù) 201 iuZr 剛輪齒數(shù) rg 已知模數(shù) 則m5 0 柔輪分度圓直徑 mdrr 1025 鋼輪分度圓直徑 Zg 柔輪齒圈處的厚度 mdZrr 25 101 42075 10 475 441 重載時 為了增大柔輪的剛性 允許將 1 計算值增加 20 即m 2 1 柔輪筒體壁厚 m05 17 01 為了提高柔輪的剛度 取 2 輪齒寬度 dBr5 華北理工大學機械工程學院 14 輪轂凸緣長度 取mBC5 4 31 02 3 0 2 4C 柔輪筒體長度 LdLr 10 28818 取 輪齒過渡圓角半徑 mr5 為了減少應力集中 以提高柔輪抗疲勞能力 取 r 2 嚙合參數(shù)的計算 由于采用壓力角 的漸開線齒廓 傳動的嚙合參數(shù)請看以下式子 20 因輪齒扭矩的因素 使輪齒間隙減小的值為 扭轉(zhuǎn)彈性模數(shù) G 80GPa GDBMLdjCrrnm 2maxax 式子里 mN 3ax 10505nm781 082 1053 W0 m 0 89 8 10 5 Zr 2C nmax m 為了消除在 的情況下進入嚙合的齒頂干涉 則必須使最大側隙maxM 大于由于齒輪扭轉(zhuǎn)減小的側隙 后 還應保證存在有側隙值 maxnCnC0nC 式子里 in 60 140 maxnC 徑向變形系數(shù) mZnrax50 289 則 n 08 61 40 Cnm 15 71 0ax 徑向變形系數(shù) 962 0 82089 50 柔輪的變位系數(shù) 61 304 285 93104 85 3130 rrZmx 剛輪的變位系數(shù) 58 3 196 1 3 0 mxrg 驗算相對嚙入深度 華北理工大學機械工程學院 15 125 01 962 04 8 296 04 3 rn Zmmh 如果計算找出的 繼續(xù)計算 設得 2 如果出現(xiàn) 為了傳遞動力 n hn 應適當增加 值重新計算 使 nmC1 hn 柔輪齒根圓直徑 mXhaDrrf 26 10 350 20 2 式子里 齒頂高系數(shù) 徑向間隙系數(shù)1 C 柔輪齒頂圓直徑 mcpnfrar 76 1035 2 05 1 26 0 2 式子里 找到相應表格設出 相對嚙入深度和輪齒過渡曲線深度系數(shù)之和應符合兩個不等式驗算公式 1 2 mchcapnpn 即 5 12 50 2 5 3 0 剛輪齒頂圓直徑 mmhDnarg 48 1035 2 5 0962 7 3 0 剛輪齒根圓直徑 設出插齒刀齒數(shù) 插齒刀變位系數(shù) 插齒刀原始齒形102 gcZcx 壓力角 則 20 0149 2 937 2cos 364 tan inv 剛輪和插齒刀的制造嚙合角 7 ta1058 t00 iivzxinvcgc 找到漸開線函數(shù)表和三角函數(shù)的表格設出 86 052 cos 27 cg 那么剛輪和插齒刀的制造中心距 華北理工大學機械工程學院 16 mzmAcgcgcg 76 28 0932 1 5 0os2 插齒刀的齒頂圓直徑 hazDca 5 1 剛輪齒根圓直徑 DAacgf 36087622 驗算剛輪齒根圓和柔輪齒頂圓的徑向間隙 marfg 15 0 21 即 075 1 032 96 7 36 05 可見沿波發(fā)生器長軸 在剛輪齒根圓與柔輪齒頂圓之間存在徑向間隙 3 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計算 滾珠直徑 nDd 10 8 0 柔輪齒圈處的內(nèi)徑 rm 那么 nrD 軸承外環(huán)厚度 由于工藝上的要求 可將外環(huán)做成無滾道的 11011 65 80 4 52ahdm 軸承內(nèi)環(huán)厚度 21 7 內(nèi)環(huán)滾道深度 0805 41hdhm 式子里的 是考慮到外環(huán)無滾道而內(nèi)環(huán)滾道加深量 10 5 軸承內(nèi)外環(huán)寬度 所用為滾珠軸承 近似等于齒寬 B 軸承外環(huán)外徑 10nrDm 軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)徑 20 7876dahdm 為了便于制造 采用雙偏心凸輪波發(fā)生器 則凸輪圓弧半徑 42TdeR 式子里 是偏心距 3 1401 382gr dm 剛輪分度圓直徑 柔輪分度圓直徑 gdrd 華北理工大學機械工程學院 17 則凸輪圓弧半徑 3 1476 387 1232TRm 凸輪長半軸 9ae 凸輪短半軸 37Tbm 3 5 承載能力的計算 3 5 1 柔輪齒面的接觸強度的計算 按照在非?？拷彷喼本€的諧波傳動齒輪比特性和剛性輪比的齒數(shù)多的齒 因此 通過工作表面的齒側的最大接觸應力 主要的負載能力的實際諧波驅(qū)動 的限制軟 因此 諧波傳動齒輪齒的軟邊 應符合下列條件的接觸強度 接觸力計算公式 tan82jjbkrM 輸出轉(zhuǎn)矩M 柔輪節(jié)圓半徑r 柔輪輪齒寬b 剛輪壓力角 接觸系數(shù) 0 4 0 9 k 對于一般雙波傳動 輪齒寬 許用接觸應力 rb2 0 MPj49 則 36 125 0514 3 tan8tan8232 jj MPbkr 所以滿足齒面的接觸強度要求 3 5 2 柔輪疲勞強度的計算 柔輪材料采用 調(diào)制硬度 229 269 CrMoAl38 計算柔輪在反復彈性變形狀態(tài)下工作時所產(chǎn)生的交變應力幅和平均應力為 截面處正應力 2 7maDE 華北理工大學機械工程學院 18 0 m 切應力 LD E 由扭矩產(chǎn)生的剪切應力 2mM 式子里 GPaEmdrm 20 5 10 0 MPap aMa 7 12074 1205 1 01 4 325 5 5 0 87187 10 2 7 633393 623393 則 mma 5 驗算安全系數(shù) 12aknn 疲勞極限應力 MPa4501 應力安全系數(shù) k 5 314807 3 0 2 07 584121 MPaknsma 式子里 抗拉屈服極限 Pas5 剪切應力集中系數(shù) 2k2 56 273 5 2731 061 042 nn 達到疲勞強度要求 軸的計算校核 畫軸的受力分析圖 軸的受力圖請見下圖 華北理工大學機械工程學院 19 已知 作用在剛輪上的 圓周力 NdTF2 94350138 21 徑向力 r tan tan0 法相力 NFa 7 132cos 94 1 算出垂直面的支撐反力 NLdarv3 17 8251034 NFVrV 6 12 2 水平面的支撐反力 tH6 4721 3 F 在支撐點產(chǎn)生的反力 NL KFF 3 167 92 7485 0 121 外力 F 作用方向與傳動的布置有關 在具體位置尚未確定前 可按最不利的情 華北理工大學機械工程學院 20 況考慮 見 7 的計算 4 繪垂直面的彎矩圖 MNLFMVav 9435 12 1 20 641 2 5 繪水平面的彎矩圖 HA 10 61 6 F 產(chǎn)生的彎矩圖 NK 285 2 742 a a 截面 F 力產(chǎn)生的彎矩為 MLMA 143 191 7 算出合成彎矩圖 按最壞的狀態(tài) 把 AF與 直接相加2AHV MA MAF 2HV 29 01 41 1 70 1 N m M A MAF 2 AHV 2 4 41 1 62 57 N m 8 算出軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 T N mm410358 2 9 算出危險截面的當量轉(zhuǎn)矩 請見下圖 a a 截面最危險 其當量轉(zhuǎn)矩為 22TMae 如認為軸的扭切應力是脈動循環(huán)應變力 設折合系數(shù) a 0 6 帶入式子得出 mNae 51758 23601 7222 10 算出危險截面處軸的直徑 軸是 45 鋼材 調(diào)質(zhì)處理 從表格 14 1 找到并設出 B 650Mp 從表格 14 3 找到并設出 1b 60Mpa 則 mMdbe 8 2601 571 033 考慮到鍵槽對軸的消弱 將 d 值加大 5 由此得出 華北理工大學機械工程學院 21 d 22 8 1 05 24mm 32mm 滿足條件 因 a a 處剖面左側彎矩大 同時作用有轉(zhuǎn)矩 且有鍵槽 故 a a 左側為危險截面 它的彎曲截面系數(shù)是 34 2321025 506mdtbW 抗扭截面系數(shù)為 彎曲應力為 34 232105 2506166dtbT MpaWMb08 5 74 扭切應力為 Tb 9 105 23841 按彎扭合成強度進行校核計算 對于單向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處 理 故取折合系數(shù) a 0 6 則當量應力為 Mpabe721 5 94 068 4 222 從表格找到并設出 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 抗拉強度極限 b 640Mpa 則從表格找到 并設出軸的許用彎曲應力 1b 60Mpa e 1b 強度滿足要求 華北理工大學機械工程學院 22 4 小臂結構設計 4 1 小臂腕部設計 手腕和手 并支持機械臂連接 改變手的態(tài)度 手腕的設計要求如下 結構緊湊 重量輕 動作靈活 平穩(wěn) 定位精度高 材料強度 高剛度 手臂和的手結構合理 傳感器和執(zhí)行器和設備的合理布局 安裝 4 1 1 手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動計算 腕偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)偏壓的變化 通過步進電動機的驅(qū)動器 它設置在后臂的下 方 并隨后通過一個錐齒輪傳動接合兩個鏈條驅(qū)動滑輪 從步進電動機驅(qū)動的 手腕力 需要的扭矩偏轉(zhuǎn)計算的第一腕部 并計算馬達的輸出轉(zhuǎn)矩 它計算與 步進電機式的驅(qū)動器和鏈傳動傘齒輪的設計參數(shù)相關聯(lián)的尺寸然后 它被確定 1 步進電動機設置 腕偏轉(zhuǎn) 摩擦力矩 以克服的工作負載電阻扭矩和手腕的啟動的轉(zhuǎn)動慣量 根據(jù)轉(zhuǎn)矩的計算公式 15 3 1 慣負摩總 M 3 2 總摩 1 0 3 3 啟慣 tJmgl 3 4 啟負負負 3 5 lRv 21 3 6 lJ負負 3 7 2123m 3 8 lv 式子里 華北理工大學機械工程學院 23 手腕偏轉(zhuǎn)所需力矩 N m 總M 摩擦阻力矩 N m 摩 負載阻力矩 N m 負 手腕偏轉(zhuǎn)啟動時慣性阻力矩 N m 慣 工件負載對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 kg m 2 負J 手腕部分對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 kg m 2 手腕偏轉(zhuǎn)角速度 rad s 手腕質(zhì)量 kg m 負載質(zhì)量 kg 負 啟動時間 s 啟t 手腕部分材料密度 kg m 3 手腕部分外徑和內(nèi)徑 m 21 R 手腕的長度 m l 手腕偏轉(zhuǎn)末端的線速度 m s v 前面已提到 m 460kg m s m m m s 手腕8 0 035 1 R025 12 l 0 啟t 部分采用的材料假定為鑄鋼 密度 kg m3 187 把數(shù)值代到式子算出 lRv2 12 05 0 4 3 kg761 r s 2 08lv kg m2036 152 mJ負負 2 23Rl 2205 3 7 076 1 kg m23 9 啟負負負 tJglmM 2 0 67 3 01 5 2 N m4 啟慣 tJl 華北理工大學機械工程學院 24 2 0 6713 92 0176 N m42 4 5 總慣負摩總 MM N m7 總 電機在工作中實際要求轉(zhuǎn)矩 N m 3 9 53 4 aiM 總電 根據(jù)計算得出的手腕偏轉(zhuǎn)所需力矩 結合 90 系列的五相混合型步進電機的 技術數(shù)據(jù)和矩頻特性曲線 如圖 3 3 和圖 3 4 所示 設得 90BYG5200B SAKRML 0301 型號的步進電機 圖 3 3 90BYG 步進電機技術數(shù)據(jù) 圖 3 4 90BYG5200B SAKRML 0301 型步進電機矩頻特性曲線 2 設計鏈傳動 a 計算 分配傳動比 華北理工大學機械工程學院 25 對照電機的數(shù)據(jù) 所選步進電機工作轉(zhuǎn)矩 4 5 N m 對應的轉(zhuǎn)速 r min 130 n 由于腕部偏轉(zhuǎn)的角速度 r s 已經(jīng)算出 所以腕部末端67 12 08 lv 偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 r min 由此推出總的傳動比 7 630 2 0 276312 ni 手腕的偏轉(zhuǎn)是由極確定和驅(qū)動滑輪的鏈條驅(qū)動的傘齒輪必須是總比率分配 鑒于滑輪臂的內(nèi)部空間的大小和結構 設小臂鏈傳動比 大臂鏈傳動比5 1i 12 i b 算出傳動功率 kW 3 10 1 09537 01 nTP 4 1 2 手腕俯仰驅(qū)動計算 通過將在驅(qū)動時 步進電機的相反側懸臂的底部 手腕節(jié)距后兩個滑輪鏈 傳動來實現(xiàn) 然后將相同的驅(qū)動方法和偏轉(zhuǎn)計算手腕 以確定第一和鏈傳動傳 輸參數(shù)和步進電機選擇順序的相關尺寸 經(jīng)過設計計算 手腕俯仰驅(qū)動設得與手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動相同的步進電機型號 90BYG5200B SAKRML 0301 鏈傳動參數(shù)與相關尺寸計算結果如下 帶輪參數(shù) mm mm mm 173 Z94875 1 p16 0 d59 tP 帶輪尺寸 mm3 0sin3 d mm45 9618si7 54 mm931780cot 3 ad mm5t4 587 14 a mm6036 fd mm29 94 f mm67 031478cot513 g 華北理工大學機械工程學院 26 mm736 014 980cot75 14 gd mm220 ah 4 1 3 電動機的設得 設兩臂及手腕繞各自重心軸的轉(zhuǎn)動慣量分別為JG1 JG2 JG3 根據(jù)平行軸 定理可得繞第一軸的轉(zhuǎn)動慣量為 232211 lmJlJlmJGGG 3 1 分別為460KG 包括負載2kg 5kg 12kg 分別為重1m23 1l23l 心到第一軸的距離 數(shù)值分別是185mm 800mm 1500mm 在式 3 1 中 故 可忽略不計 所以211lJG 2lmJG 233lJG 1GJ2GJ 繞第一軸的轉(zhuǎn)動慣量為 2321lll 3 2 20 850 1 5 23mkg 同理可得小臂及腕部繞第二軸的轉(zhuǎn)動慣量 25342llJ 8 01 8kg 式子里 小臂重心距第二軸的水平距離 4l m 腕部重心距第二軸的水平距離 5 則旋轉(zhuǎn)開始時的轉(zhuǎn)矩用以下式表達 JT 3 3 式子里 旋轉(zhuǎn)開始的轉(zhuǎn)矩 TmN 角加速度 w2 srad 使機器人主軸從 到 s所需時間為 則 0w1ts 011 355 6TJ Nmt 華北理工大學機械工程學院 27 若考慮繞機器人手臂的各部分重心軸的轉(zhuǎn)動慣量及摩擦力矩 則旋轉(zhuǎn) 開始時的啟動轉(zhuǎn)矩可假定為 120Nm 電動機的功率可按下式估算 LPP M 5 3 4 式子里 電動機功率 mW 負載力矩 LPMmN 負載轉(zhuǎn)速 srad 傳動裝置的效率 初步估算取 0 9 系數(shù)1 5 2 5為經(jīng)驗數(shù)據(jù) 取1 5 1203 8 59mP 764Nm 估算 后就可設出電機 使其額定功率 滿足下式mPrP r mP 3 5 設得QZD 08串勵直流電動機 表3 1 QZD 08串勵直流電動機技術數(shù)據(jù) 功率 W 額定電壓 V 額定電流 A 額定轉(zhuǎn)速 r min 濾磁方式 絕緣等級 工作制 min 800 24 46 2 1750 串勵 B 60 4 2 小臂部結構設計 小臂殼體采用鑄鋁 方形結構 質(zhì)量輕 強度大 4 3 小臂電機及減速器選型 如果軸承是光滑的 這兩個自由度多機器人臂 靜轉(zhuǎn)矩小面旋轉(zhuǎn)需要相對 小的轉(zhuǎn)動 扭矩臂 因為直線的慣性最大力矩拉伸 這樣你就可以在旋轉(zhuǎn)的開 始產(chǎn)生步進電機的缺陷 如圖 3 1 所示提供武器和手腕各慣性中心軸的轉(zhuǎn)動 慣量分別為 JG1 J G2 J G3 根據(jù)平行軸定理可得繞第一軸的轉(zhuǎn)動慣量為 J1 JG1 M1L12 JG2 M2L22 JG3 M3L32 3 1 華北理工大學機械工程學院 28 式子里 M 1 M 2 M 3 分別為負載 2Kg 手臂 1Kg 腕部 4Kg L 1 L 2 L 3 分別其長度 J G1 M 1L12 J G2 M 2L22 J G3 M 3L32 忽略不計 以繞第一軸的轉(zhuǎn)動慣量為 J1 M1L12 M2L22 M3L32 3 2 4 0 1432 1 0 4452 4 0 5422 1 46kg m2 同理可得小臂及腕部繞第二軸的轉(zhuǎn)動慣量 M2 2Kg L 4 97mm M 3 4Kg L 5 194mm J2 M2L42 M3L52 3 3 1 0 0972 4 0 1942 0 16kg m2 設小臂轉(zhuǎn)速 角速度從 0 加到 所需加速時間 則s 1 2 st2 0 同步帶應輸出轉(zhuǎn)矩為 3 7 mNJT 21 0 6 22 鑒于圍繞旋轉(zhuǎn)慣性摩擦轉(zhuǎn)矩軸的機器人手臂的重心的各個部分的 扭矩可 以假定在起動時 開始旋轉(zhuǎn) 10N m 系數(shù)的值過于牢固地配置 2 你是 輸出所 需的諧波減速器最小扭矩 3 5 NT 2015201 設得諧波減速器 型號 XB3 50 100 額定輸出轉(zhuǎn)矩 20N m 減速比 i 1 100 設諧波減速器的的傳遞效率為 步進電機應輸出力矩為 90 3 6 0120 9outTNmi 設得 BF 反應式步進電機 型號 55BF003 靜轉(zhuǎn)矩 0 686N m 步距角 1 5 4 3 1 傳動結構形式的設得 波減速器是電氣傳動減速 需要驅(qū)動大 結構簡單 高效率 好普及高中 的支撐力 因此 設計的結構是固定的 波發(fā)生器活性 柔性車輪被選擇 以 華北理工大學機械工程學院 29 形成一個更適合的驅(qū)動剛輪 為了便于使用標準工具進行加工柔輪的剛性輪 齒廓漸開線專案壓力角 4 3 2 幾何參數(shù)的計算 齒數(shù)的確定 柔輪齒數(shù) 201 iuZr 剛輪齒數(shù) rg 已知模數(shù) 則m5 0 柔輪分度圓直徑 mdrr 1025 鋼輪分度圓直徑 Zg 柔輪齒圈處的厚度 mdZrr 25 101 42075 10 475 441 重載時 為了增大柔輪的剛性 允許將 1 計算值增加 20 即m 2 1 柔輪筒體壁厚 m05 17 01 為了提高柔輪的剛度 取 2 輪齒寬度 dBr5 輪轂凸緣長度 取BC5 4 31 0 30 4mC 柔輪筒體長度 LLr 10 28282 18 取 輪齒過渡圓角半徑 mr5 為了減少應力集中 以提高柔輪抗疲勞能力 取 r 由于采用壓力角 的漸開線齒廓 傳動的嚙合參數(shù)可按考慮到構件 0 柔度的計算公式 即按如下公式進行計算 4 4 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計算 滾珠直徑 nDd 10 8 0 柔輪齒圈處的內(nèi)徑 rm 則 nrDm 軸承外環(huán)厚度 由于工藝上的要求 可將外環(huán)做成無滾道的 華北理工大學機械工程學院 30 11011 65 80 4 52ahdm 軸承內(nèi)環(huán)厚度 21 7 內(nèi)環(huán)滾道