【正文】 ）。成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 審定成績(jī)： 成都工業(yè)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文） 設(shè)計(jì)（論文）題目： 三自由度機(jī)器人設(shè)計(jì) 系 部 名 稱： 機(jī)電工程系 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為 。在控制器的作用下，它執(zhí)行將工件從一個(gè)地方搬到另一個(gè)地方這一簡(jiǎn)單的動(dòng)作 ,本文是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的介紹和總結(jié)。還有它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。計(jì)算機(jī)集成制造（ CIM）要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。解決這些問題的根本辦法是研究和使用具有開放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)根據(jù)所需的要求和實(shí)踐理論分析，設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三自由度機(jī) 器人，使 工件從一個(gè)位置運(yùn)送至指定位置，機(jī)械手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)把工件沿指定路線搬運(yùn)到另一個(gè)位置。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。 機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。 機(jī)器人一般分為三類 。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)（ Manipulator）。這種 機(jī)器人在國外通常被稱之為“ Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 機(jī)器人的歷史和現(xiàn)狀 機(jī)器人首先是從美國開始研制的。自 1969 年從美國引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后 ，大力從事機(jī)器人的研究。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息進(jìn)行反饋，使機(jī)器人具有感覺機(jī)能。國際工業(yè)機(jī)器人會(huì)議 ISIR決定每年召開一次會(huì)議，討論和研究機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用問題。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。計(jì)算機(jī)集成制造（ CIM）要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車 間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。解決這些問題的根本辦法是研究和使用具有開放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)。 （ 2） 19681970 年為實(shí)際應(yīng)用階段。 1970 年 4 月美國在伊利斯工學(xué)院研究所召開了第一屆全國工業(yè)機(jī)器人會(huì)議。 其他國家，如日本、蘇聯(lián) 、西歐，大多是從 1967， 1968 年開始以美國的“ Versatran”和“ Unimate”型機(jī)器人為藍(lán)本開始進(jìn)行研制的。經(jīng)過大約 10 年的實(shí)用化時(shí)期以后，從成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 1980 年開始進(jìn)入廣泛的普及時(shí)代。世界上機(jī)器人產(chǎn)量最大的三家公司年產(chǎn)機(jī)器人數(shù)均超千臺(tái)以上，其中 ABB 公司達(dá)到 9000 臺(tái)，安川電機(jī)公司近 2500 臺(tái)， KUKA 公司近 20xx 臺(tái)，從國內(nèi)現(xiàn)狀來看，大公司、大企業(yè)通過與外國機(jī)器人公司合資合作，引進(jìn)技術(shù)和資金，逐步規(guī)?；a(chǎn)機(jī)器人，把國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)推向一個(gè)新的階段，其中有代表性的，如首鋼集團(tuán)公司與安川電機(jī)公司合資的首鋼莫托曼公司、唐山電子設(shè)備廠與松下電器公司合資的唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司、東風(fēng)汽車公司與德國 KUKA 公司合作、濟(jì)南二機(jī)床公司與美國 ISI 機(jī)器人公司合作等等。意大利 COMAU 公司以承接壓機(jī)生產(chǎn)線見長(zhǎng)，在這里，機(jī)器人系統(tǒng)是促銷售的關(guān)鍵。 1）多方籌措開發(fā)資金，通過政府部門投資、用戶單位投資、自我積累、外商投資、銀行貸款等形式，籌措國產(chǎn)機(jī)器人的開發(fā)資金。 5）注意機(jī)器人產(chǎn)品的高可靠性，使國產(chǎn)機(jī)器人的可靠性與國外機(jī)器人具有可比性，同時(shí)要做到低成本、易操作 。 （ 2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。常用的機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)。 各部分關(guān)系圖 總體方案擬定 本設(shè)計(jì)喂三自由度機(jī)器人，其工作方向?yàn)?X,Y,Z 三個(gè)直線方向。這三種方法各有所長(zhǎng)，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見表 21 表 21 三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照 內(nèi)容 驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電 機(jī) 驅(qū)動(dòng) 輸出功率 很大，壓力范圍為50～ 140Pa 大，壓力范圍為48～ 60 較大 控制性能 利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高 速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜 響應(yīng)速度 很高 較高 很高 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。 第 3 章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 搬運(yùn)機(jī)器人能夠模仿人手部的部分動(dòng)作，按照設(shè)定的程序、軌跡和要求， 代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，實(shí)現(xiàn)一些人工不可能完成的工作， 這不僅可以使人手避免出現(xiàn)可能的危險(xiǎn)情況，保障生產(chǎn)安全，還能促進(jìn)工作線的流水化，提高了工作效率， 降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的一種自動(dòng)化裝置。 （ 1）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周，螺母移動(dòng)一個(gè)螺距（彈頭螺紋）。 （ 3）由于工作臺(tái)采用滑動(dòng)螺旋設(shè)計(jì)，存在較大的滑動(dòng)摩擦，致使其效率偏低，磨 損較快。 考慮到實(shí)際中軸向力的影響較大，選取梯形螺紋作為基本齒形。 現(xiàn)實(shí)中，滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的失效性是主要是螺紋的磨損、螺桿的變形或螺紋的成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 斷裂等。?? 。設(shè)計(jì)中留出預(yù)留量，即考慮徑向力 rFm?? ，取2?? ，則 23rF m kg??。 查表 【 1】 得 45 號(hào)鋼的許用壓強(qiáng) 2[ ] (6 ~ 8 )p N m m ???。視螺旋副克服摩擦力的力矩為其驅(qū)動(dòng)力矩，即 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 2 ta n ( ) 1 3 9 0 . 22a dT F N m m???? ? ? ? 傳動(dòng)效率 ta n 4 0 .2 9 %ta n ( )??? ????? 顯然， v??? ，故 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩去除后，螺旋將會(huì)自鎖，實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)定剎車”。其中， 支撐狀況選定為兩端固定（即軸向和徑向均存在載荷作用），取 支撐系數(shù) 424 0 1 0m N mm ?? ? ? 綜上，有 4719acFaF SF ? ??（安全系數(shù) ~ 4FS ? ），合格 （ 7）強(qiáng)度校核 按第四強(qiáng)度理論校核螺桿強(qiáng)度，即 成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 桿所受應(yīng)力 2 2 223334( ) 3 ( ) 5 . 6 7 20 . 2aF T N m mdd? ? ?? ? ? ? 查表 【 1】 得 45 號(hào)鋼得許用應(yīng)力 2360[ ] 72 ~ 12 0( 3 ~ 5 ) ( 3 ~ 5 )s N m m?? ?? ? ? ? 顯然， []???? ，合格 （ 8）重復(fù)精度校核 由 GC10160，查得在 h7 精度等級(jí)下每一螺距的螺距誤差為 6Pm?? ?? ，螺距的累積誤差 P?? 為： ， ， ；牙型半角允差為 20’ 。 ’ 內(nèi)外螺紋精度及配合： 87Hh 材料及熱處理： 45鋼表面淬火處理（ HRC=45） 誤差分析： 螺距累計(jì)誤差： ， ， ,工作距 離 7511220mm。 成都