【正文】 , an important production and service equipment， Advanced manufacturing technology is indispensable automation equipment。 各類(lèi)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)課程定做 Q 號(hào)是 1716003572/2419131780 有大量現(xiàn)成及配套的圖紙 (需購(gòu)買(mǎi) ) 分 類(lèi) 號(hào) 密 級(jí) 寧學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)生產(chǎn)工序工業(yè)機(jī)器人 腰部機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì) 所在學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 2 指導(dǎo)老師 年 月 日 誠(chéng) 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫(xiě)的畢業(yè)論文《 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)生產(chǎn)工序工業(yè)機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì) 》均系本人獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋?zhuān)粲胁粚?shí)，后果由本人承擔(dān)。 Today, the robot industry has bee the industry closely watched around the world. Key Words: Robot。它既可以接受人類(lèi)指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以 人工智能 技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。 本田公司 ASIMO 機(jī)器人 現(xiàn)在， 國(guó) 際 上對(duì) 機(jī)器 人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。 機(jī)器人是近 30 年發(fā)展起來(lái)的一種典型的、機(jī)電一體化的、獨(dú)立的自動(dòng)化生產(chǎn)工具。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類(lèi)生活領(lǐng)域，研制具有人類(lèi)外觀特征、可模擬人類(lèi)行走和其他動(dòng)作的機(jī)器人一直是人類(lèi)的夢(mèng)想之一。步行技術(shù)是人與大多數(shù)動(dòng)物所具有的移動(dòng)方式，是一種高度自動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)，雙足步行系統(tǒng)具有非常復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)于環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，它相對(duì)輪式、履帶式機(jī)器人具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，它可以進(jìn)入狹窄的作業(yè)空間，也可跨越障礙、上下臺(tái)階、斜坡及在不平整地面上工作，可以護(hù)理老人、康復(fù)醫(yī)學(xué)以及在一 般家庭的家政服務(wù)都可以應(yīng)用。仿真也為機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，并在這臺(tái)機(jī)器上模擬能都實(shí)現(xiàn)的功能，使用戶(hù)直接看到設(shè)計(jì)效果，及時(shí)找出缺點(diǎn)和不足進(jìn)行改進(jìn)，避免了大量的物力、人力的浪費(fèi) [1， 2]。我國(guó)自行生產(chǎn)的機(jī)器人噴漆流水線在長(zhǎng)春第一汽車(chē)廠及東風(fēng)汽車(chē)廠投入運(yùn)行。 本課題研究?jī)?nèi)容 本課題的主要任務(wù)是對(duì)機(jī)器人的腰 部及傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并完成總裝配圖和零件圖的繪制。以機(jī)機(jī)器人為中心，半徑為 875mm 的圓周上，布置三臺(tái)電鐓機(jī)和一臺(tái)摩擦壓力機(jī)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 相關(guān)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)布置示意圖及機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 根據(jù)以上工作要求，綜合考慮機(jī)器人的功能實(shí)現(xiàn)和通用性，確定采用六自由度結(jié)構(gòu)。 第 2章 機(jī)器人總體設(shè)計(jì) 確定基本技術(shù)參數(shù) 機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇 為實(shí)現(xiàn)總體機(jī)構(gòu)在空間的位置提供的 6 個(gè)自由度，可以有不同的運(yùn)動(dòng)組合，根據(jù)本課題可以 將其設(shè)計(jì)成以下五種方案： 這種運(yùn)動(dòng)形式是通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，工作空間圖形為圓柱型。 又稱(chēng)極坐標(biāo)型，它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線移動(dòng)所 組成，即一個(gè)回轉(zhuǎn)，一個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮運(yùn)動(dòng)組成，其工作空間圖形為一個(gè)球形，它可以作上下俯仰運(yùn)動(dòng)并能夠抓取地面上或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間范圍大的特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在水平方向有柔順性，在垂直方向有較大的剛性。此方案所占空間少，工作空間范圍大，動(dòng)作靈 活，工藝操作精度高。本課題的任務(wù)要求是保證手腕部能承受的最大載荷是 5kg。通常的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式有以下四種 : ：可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能好，而且成本低廉；通 常不需要反饋就能對(duì)位置和速度進(jìn)行控制。 ：交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，使用維修方便，與步進(jìn)電機(jī)相比價(jià)格要貴一些。 ： 液壓伺服馬達(dá)具有較大的功率 /體積比，運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，定位精度較高，負(fù)載能力也比較大，能夠抓住重負(fù)載而不產(chǎn)生滑動(dòng)，從體積、重量及要求的驅(qū)動(dòng)功率這幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)考慮，不失為一個(gè)合適的選擇方案。其中采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)是最常用的驅(qū)動(dòng)方式。 本課題的機(jī)器人將采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。無(wú)論是手把手示教或示教盒示教，都是以在線編程，由示教操作人員操作移動(dòng)末端執(zhí)行器和手 臂到所需的位置。 利用示教手柄由人工引導(dǎo)末端執(zhí)行器經(jīng)過(guò)所要求的軌跡，此時(shí)位置傳感器就檢測(cè)出機(jī)器人操作機(jī)上各關(guān)節(jié)處的坐標(biāo)（或轉(zhuǎn)角）值，控制系統(tǒng)的裝置記錄（儲(chǔ)存）下這些數(shù)字化的數(shù)據(jù)信息。 確定機(jī)器人手臂的配置形式 手臂的配置形式反映了機(jī)器人操作機(jī)的總體布局。 314186。 534186。如果采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu) ,則必然以空間交叉方式變向 ,就不利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式的結(jié)構(gòu)形式。內(nèi)部鑄件既作臂的承力骨架，又作內(nèi)部齒輪組的輪殼與軸的支承座。關(guān)節(jié) 2 傳動(dòng)的最末一個(gè)大齒輪固定在立柱上；關(guān)節(jié) 3 傳動(dòng)的最末一個(gè)大齒輪固定在小臂上。 所設(shè)計(jì)的機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下： ，既用作內(nèi)部齒輪安裝殼體與軸的支承座，又兼作承力骨架，傳遞集中載荷。一般在無(wú)軸向載荷處，載荷外環(huán)采用端面打沖定位的方法。如電機(jī)與臂的外壁僅有 間隙，手腕內(nèi)部齒輪傳動(dòng)安排亦是緊密無(wú)間。再加之其手腕軸的活動(dòng)角度大，因此使它工作時(shí)位姿的適應(yīng)性強(qiáng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)器人手臂要完成各種運(yùn)動(dòng)。 機(jī)器人手臂材料首先應(yīng)是結(jié)構(gòu)材料。機(jī)器人手臂是運(yùn)動(dòng)的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比較輕。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 第 3章 機(jī)器人腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 通過(guò)總體分析后 ,確定了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。所以繞第一關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2332222111 lmlmlmJ ??? （ 32） = 222 ????? = mkg? 同理可得小臂及腕部繞第二關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 : 2532422 lmlmJ ?? = 22 ??? 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 = mkg? 式中： 4l —— 小臂重心距第二關(guān)節(jié)軸的水平距離 mm 。傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 總i 取 48，分二級(jí)傳動(dòng)，第一級(jí)是加工在軸上的齒輪與小齒輪嚙合，傳動(dòng)比 1i =4；第二級(jí)傳動(dòng)比為 2i = 4481 ?ii總 =12 (36) 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和輸入功率 Ⅰ軸 min/1750 rn ?? (37) Ⅱ軸 m in/ rn ??? (38) Ⅲ軸 nⅢ = m in/ r? (39) Ⅰ軸 WPP z ?????? ? (310) z? — 制動(dòng)器效率 Ⅱ軸 WPP ba ?????? ?? ?? (311) a? — 齒輪嚙合的效率 b? — 角接觸球軸承 的效率 Ⅲ軸 PⅢ = aP ??? = = W (312) Ⅰ軸 mNnpT ???? ?? 5095 501 (313) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 Ⅱ軸 mNnPT ???? ?? (314) Ⅲ軸 T3=9550 mNnPⅢⅢ ??? (315) 確定三根軸的具體尺寸 兩實(shí)心軸的材料均選用 45號(hào)鋼，查表知軸的許用扭剪應(yīng)力 ??? = 30MPa，由許用應(yīng)力確定的系數(shù)為 C=120. A. 第一根軸設(shè)計(jì)及校核 mNT ?? min/1750 rn ?? WP 768?? mmnPCd 33 ??? （ 316） 因?yàn)檩S是齒輪軸 ,所以可以將軸的軸徑加工的大一點(diǎn) ,以滿(mǎn)足齒輪嚙合時(shí)強(qiáng)度的要求。計(jì)算準(zhǔn)則是滿(mǎn)足軸的強(qiáng)度或剛度要求。39。39。則 彎曲應(yīng)力 MP aWM Tb 000 04 ????， (329) 應(yīng)力幅 Mpaba ?? ?? 平均應(yīng)力 0=mσ 切應(yīng)力 MpaWT TT 00550 0 ???? (330) MpaTma ??? ??? 安全系數(shù) 13001 ????????maKS ?????????? (331) 100 1551 ????????maKS ?????????? (332) 10 010 02222 ?????? ?? ?? SSSSS (333) 查許用安全系數(shù) [ ] ～=S ，顯然 []SS ，則 aa— 剖面安全。 圖 34中間軸結(jié)構(gòu)圖 C. 主軸的設(shè)計(jì) 主軸是連接腰關(guān)節(jié)與大臂的結(jié)構(gòu)，因結(jié)構(gòu)體積比較大 ,為節(jié)省材料減輕重量 ,故需設(shè)計(jì)成空心軸 ,主要承受軸向拉力 ,取內(nèi)徑 mm81?? ,外徑 mmd 114?? ,用圓錐滾子軸承支承 ,軸承型號(hào)為 滾動(dòng)軸承 30205。此處，壓力角 ? 可取 20176。這樣除能增大重合度 ,改善傳動(dòng)的平穩(wěn)性外 ,還因模數(shù)的減小而降低齒高 ,從而減小金屬的切削量 ,減少滑動(dòng)速度 ,減少磨損 ,提高抗膠合能力。查表 77,中間軸上的齒輪與大齒