【正文】 NC? 夾持力為 45N，因?yàn)?45NF,所以 .. NC? 是合格的。 。帶輪 Z1=20， Z2=30， d1=,d2= 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文） 18 帶寬 bs=,節(jié)線上齒數(shù)： Zb=90,帶長壽 a=165mm. 大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)步進(jìn)及減速器的選擇 當(dāng)大臂與小臂，末端執(zhí)行器均處于水平狀態(tài)時(shí)，各部分對回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的靜轉(zhuǎn)矩最大，其代數(shù)和mNM???????????????????????????5 9 2 2 8 7 7 0 1 7 ）（）（靜 選擇減速器如下： EPL—— 064—— 007 則步進(jìn)電機(jī)輸出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 mNiTT out ?????? ? 所以，選擇如下四相步進(jìn)電機(jī)： 型號： 86HS85；額定轉(zhuǎn)矩： mN? ；步矩角： 176。 166選取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長 PL 及其齒數(shù) Z，得帶長代號 180， 90, ?? ZLP ⑷實(shí)際軸間矩 2200????????? LLaa P 取 a=165mm 嚙合齒數(shù) 6?mz ，則嚙合系數(shù)為 1?ZK 。 /s,則 sra d / 8 02 5 03 ??? ?? m in/ 602503 ???n 則 nPT ??9550 ，所以 wkwnTP 9 5 5 0 4 7 5 5 0333 ?????? 初設(shè)軸矩為 mma 1600 ? ⑴求設(shè)計(jì)功率 dP ，由于前面已考慮到了安全系數(shù)，所以 dP =P=97。 則步進(jìn)電機(jī)輸出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 1 4 7 ????? iTTout ?。寬度型號 1sb 為 050. 帶長, ?PL 代號 285，齒數(shù)為 76。 ⑸嚙合齒數(shù) 6]2[ ?? zentZm，則嚙合齒數(shù) 1?zk 。 1— 22可知帶的第一級節(jié)矩代號為 L，對應(yīng)節(jié)矩 bP =. 第二級節(jié)矩代號為 XL，對 應(yīng)節(jié)矩 bP =. ⑶確定帶輪直徑和帶節(jié)線長 pL 由表面 36， 173知，帶輪最小許用齒數(shù) ,12?Z 考慮到制造和安裝等因素，取 Z1=12，202 ?Z ，兩級傳動(dòng)比都為 1，帶輪的直徑 ???? ? Zpd b ???? ? Zpd b 則帶長 L可表示為 202????????? daL ? 由表面化 ： 帶長, ?PL 代號 285，齒數(shù)為 76。 。 mNglmm g lM????????????331靜 由于 靜M 2T ,故慣性矩忽略不計(jì)，則腕部俯仰總轉(zhuǎn)矩 mNMT ??? 。 5kg。 由于步進(jìn)電機(jī)不具有瞬時(shí)過載能力，故取安全系數(shù)為 2（不同），則步進(jìn)電機(jī)輸出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 mNTT O U T ????? 1 1 4 5 1 。故綜合考慮，腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)選擇方案一。 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文） 11 方案二：如圖 2－ 3所示，電機(jī)安裝在底座上面，其輸出軸先經(jīng)諧波減速器減速，再經(jīng)一對齒輪減速后，由第一關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng)整個(gè)腰部在基座上回轉(zhuǎn)。但由于三個(gè)關(guān)節(jié)都是轉(zhuǎn)動(dòng)的，故臂端的分辨率完全取決于它在工作空間中的位置。這里機(jī)器人手臂使用了三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，綜合各種手臂構(gòu)形，最后確定其結(jié)構(gòu)形式 為圖 2－ 1中的第一種形式，此手臂決定了末端執(zhí)行器在空間的位置。手臂的結(jié)構(gòu)形式有多種，常用的構(gòu)形 如圖 2－ 1所示。 本文的機(jī)器人為實(shí)驗(yàn)演示用途的機(jī)器人。 電氣驅(qū)動(dòng)是 20世紀(jì) 90年代后機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式。 (d)關(guān)節(jié)坐標(biāo)型：有垂直關(guān)節(jié)型和水平關(guān)節(jié)型 (SCARA 型 )機(jī)器人。 (b) 圓柱坐標(biāo)型：該型機(jī)器人前三個(gè)關(guān)節(jié)為兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，以θ , r, z為坐標(biāo)，位置函數(shù)為 P=f (θ , r, z)，其中， r是手臂徑向長度， z是垂直方向的位移，θ是手臂繞垂直軸的角位移。本文的機(jī)器人就屬于 PTP型 。由于工作空間的形狀和大小反映了機(jī)器人工作能力的大小，因而它對于機(jī)器人的應(yīng)用是十分重要的。在這些關(guān)節(jié)中，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)稱為主動(dòng)關(guān)節(jié)。 與機(jī)器人有關(guān)的概念 以下是本文中涉及到的一些與機(jī)器人技術(shù)有關(guān)的概念。本文所用的三個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，屬于開環(huán)控制型。這和普通的連桿系不同，在普通連桿系中，所有的連桿運(yùn)動(dòng)都出自同一驅(qū)動(dòng)源，各連桿間的運(yùn)動(dòng)是互相制約的。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本人的設(shè)想，和設(shè)計(jì)工作中需要解決的任務(wù)，本文主要研究機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行以下工 作 : 本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)方案確定后要運(yùn)用 AutoCAD 和 Pro/Engineer 軟件把其平面裝配圖及其立體圖做出。 本文研究的意義及主要內(nèi)容 我們所設(shè)計(jì)的五自由度工業(yè)機(jī)器人，可以為進(jìn)一步研究工業(yè)機(jī)器人的工作原理和工作過程奠定一定的基礎(chǔ)。最后，對內(nèi)部描述的軌跡，實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加 速度，生成運(yùn)動(dòng)軌跡。所謂軌跡是指機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中的位移、速度和加速度。工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)位置正解的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解法也開始 進(jìn)行探討。目前對 具有特殊形狀的機(jī)器人機(jī)構(gòu)如球形手腕機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其逆解是封閉的，但并不唯一。 但是由于國內(nèi)機(jī)器人的科研與開發(fā)與國外尚有較大差距，雖然計(jì)劃開發(fā)的機(jī)器人基本上采用的是在國外基木成熟的技術(shù)，但國內(nèi)各 單位對這些技術(shù)的了解有相當(dāng)部分還停留在文獻(xiàn)上或局部技術(shù)上。而我國作為一個(gè)工業(yè)大國，不能寄希望從其他國家得到真正的高技術(shù)，必須自主的發(fā)展我國的高技術(shù)，機(jī)器人作為高技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，將成為 21 世紀(jì)各國爭奪的經(jīng)濟(jì)技術(shù)制高點(diǎn)。 我國近幾年機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來顯著效益 [9]～ [12]。從 20世紀(jì) 80年 代末到 20 世紀(jì) 90 年代，國家 863計(jì)劃把機(jī)器人列為自動(dòng)化領(lǐng)域的重要研究課題，系統(tǒng)地開展了機(jī)器人基礎(chǔ)科學(xué)、關(guān)鍵技術(shù)與機(jī)器人元部件、先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)的研究及機(jī)器人在自動(dòng)化工程上的應(yīng)用。 (5) 網(wǎng)絡(luò)通信功能：日本 YASKAWA 和德國 KUKA 公司的最新機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn)了與 Canbus、 Profibus 總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機(jī)器人由過去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò) 化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機(jī)器人由過去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備有了發(fā)展。人機(jī)界面更加友好，基于圖形操作的界面也 已問世。以德國 KUKA 公司為代表的機(jī)器人公司，將機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形 結(jié)構(gòu)改為開鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機(jī)器人的工作范圍，加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用大大提高了機(jī)器人的性能。為了培養(yǎng)機(jī)器人開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)方面的人才，我國很多高校也為本科生和研究生開設(shè)了機(jī)器人學(xué)課程。”目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC 化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。機(jī)器人在制造業(yè)的應(yīng)用范圍越來越廣闊，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強(qiáng)，并向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展。一般多自由度串聯(lián)機(jī)器人具有 4～ 6個(gè)自由度，其中 2～ 3個(gè)自由度決定了末端執(zhí)行器在空間的位置，其余 2～ 3個(gè)自由度決定了末端執(zhí)行器在空間的姿態(tài)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)器人功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，其應(yīng)用范圍已不限于制造業(yè)，還用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通運(yùn) 輸業(yè)、原子能工業(yè)、醫(yī)療、福利事業(yè)、海洋和太空的開發(fā)事業(yè)中。 20世紀(jì) 90年代初期，工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)與需求達(dá)到了一個(gè)高峰期。日本雖起步較晚，但結(jié)合國情，面向中小企業(yè)，采取了一系列鼓勵(lì)使用機(jī)器人的措施。 1959 年美國 UNIMATION 公司推出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人?？傊鞣N各樣機(jī)器人的出現(xiàn)和應(yīng)用是人類走向文明和發(fā)展的一個(gè)巨大進(jìn)步和標(biāo)志，在未來社會(huì)中，機(jī)器人的廣泛應(yīng)用和發(fā)展是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢。世界使用機(jī)器人最多的國家是日本，約38 .9 萬；其次為德國 ( 萬 )、美國 (9 萬 )、意大利 ( 萬 )、 韓國 ( 萬 )、法國 (萬 )、西班牙 ( )和英國 ( 萬 )，并且報(bào)告估計(jì) 2020年，全世界使用的機(jī)器人總數(shù)將超過 100萬。 隨著科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，在過去的幾個(gè)世紀(jì)里，人類在許多方面都取得了重大的進(jìn)展。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)在 對工業(yè)機(jī)器人所下的定義是“機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用設(shè)備，以執(zhí)行種種任務(wù)” 。據(jù)聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)委員會(huì)和國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)去年關(guān)于世界機(jī)器人的報(bào) 告，僅 2020年新投入使用的機(jī)器人接近10萬個(gè)，使世界目前使用的機(jī)器人總數(shù)超過 75萬。我國目前大約有 4000臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，其中僅有 1/5是國產(chǎn)的，其余的則是從 40 多個(gè)國外廠商進(jìn)口的機(jī)器人。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)數(shù)控工業(yè)機(jī)器人原型。 20世紀(jì) 70年代隨著計(jì)算機(jī)和人工智能的發(fā)展，機(jī)器人進(jìn)入適用化時(shí)代。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用滿足了人們特性化的要求，產(chǎn)品的批量越來越大，品種越來越多，而且產(chǎn)品的一致性也大大提高，為商家占有了更多的市場份額，獲得了更多的市場利潤。在日、美、西歐等一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，工業(yè)機(jī)器人得到越來越廣泛的應(yīng)用。一個(gè)典型的機(jī)器人系統(tǒng)由本體、關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、通訊接口等幾部分組成。因此它的發(fā)展與上述學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。機(jī)器人技術(shù)（ RT