【正文】 功 PUMA 通用示教再現(xiàn)型機(jī)器人，那么這就標(biāo)志著機(jī)器人走向成熟，應(yīng)該說第一臺可用的機(jī)器人在 1947 年產(chǎn)生，而真正意義的機(jī)器人在 1962 年產(chǎn)生。在 20 世紀(jì) 70 年代到 20 世紀(jì) 80 年代初期，工業(yè)機(jī)器人變成產(chǎn)品以后，得到全世界的普遍應(yīng)用以后，那么很多研究機(jī)構(gòu)開始研究第二代具有感知功能的機(jī)器人，出現(xiàn)了瑞典的 ABB 公司，德國的 KUKA 機(jī)器人公司和日本的 FUNAC公司。目前主要單位像中科院沈陽自動化所，原機(jī)械部的北京自動化所，像哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，清華大學(xué)，還包括中科院北京自動化所等等的一些單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機(jī)器人研究，很多研究生和博士生都在從事機(jī)器人方面的研究，目前我們國家比較有代表性的研究，有工業(yè)機(jī)器人，水下機(jī)器人，空間機(jī)器人，核工業(yè)的機(jī)器人，都在國際上應(yīng)該處于領(lǐng)先水平，總體上我們國家與發(fā)達(dá)國家相比，還存在很大的差距，主要表現(xiàn)在，我們國家在機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化方面，目前還沒有固定的成熟的產(chǎn)品，但是在上述這些水下、空間、核工業(yè)，一些特殊機(jī)器人方面，我們?nèi)〉昧撕芏嘤刑厣难芯砍删汀Ｐ凳蛛m然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：(1)機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。(5)宇宙及海洋的開發(fā)。機(jī)械手由移動關(guān)節(jié)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 1，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 2 和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。而旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 2 則直接在伺服電機(jī)的驅(qū)動下完成平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)動作?；剞D(zhuǎn)殼體的有效長度為 2m，內(nèi)部直徑為 350mm，開口直徑為 300m。中臂，小臂，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用 45鋼。齊次變換是解決機(jī)器人操作手運(yùn)動學(xué)的數(shù)學(xué)工具。⑵ 機(jī)座坐標(biāo)系，即建立在機(jī)器人上的坐標(biāo)系，它是機(jī)器人各活動桿件的公共參考坐標(biāo)系。7⑷ 末端執(zhí)行器坐標(biāo)，即末端桿，因此相應(yīng)坐標(biāo)系均轉(zhuǎn)為桿件坐標(biāo)系。n)——兩桿件的相對變換矩陣。顯然它是 n 個關(guān)節(jié)變Tn0量 將 ()稱為操作手的運(yùn)動學(xué)方程，它表示末端連桿,321(?iq的位姿與關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系。表 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)參數(shù)表?xiàng)U件號 i 關(guān)節(jié)變量 αi ai di cos i?sin i1 0 0 lx?10 1 02 θ1 0 20 1 03 θ2 0 3l0 1 0=A1= ()T0???????01lx=A2= ()T0 ???????10sincosini21??l=A3= ()T2 ???????10sincosini2322??l則： = = A1 A2 A3= T03123 ????????1023122slcsxsll()式中 ；12c)os(21??? ；in ；1c1s 。由前面可知：= ()T03 ????????12312slcsxcll根據(jù) = ，T01?31= = ()013???????0)(1lx??????10yyxxpon????????10)(yylxxpon= A2 A3= ()T312?????????12312slcsc令()()式中兩端矩陣第一行第三列元素與第二行第三列元素分別相等，得 ()??????12123)(slslpcxyx當(dāng)工作時，機(jī)械手末端位姿如下圖：圖 機(jī)械手末端位姿圖10因?yàn)榇藭r ，?9021???所以()式可化簡為： ()??????1231)(slpcxyx所以 ()1212321()/90cos(/)lxylplll??????114 傳動裝置的設(shè)計(jì) 伺服電機(jī)及減速器的選擇 機(jī)電領(lǐng)域中伺服電機(jī)的選擇原則現(xiàn)代機(jī)電行業(yè)中經(jīng)常會碰到一些復(fù)雜的運(yùn)動，這對電機(jī)的動力荷載有很大影響。圖 各種電機(jī)的 T 曲線?一般伺服電機(jī)選擇考慮的問題：(1) 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。 ??。滾子鏈傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟及計(jì)算式：已知傳動功率 P=,主動輪轉(zhuǎn)速與從動輪轉(zhuǎn)速相同，即 n1=n2=,大鏈輪軸孔直徑與小鏈輪軸孔直徑相同，既 dK1=dK2=40mm 鏈輪齒數(shù)小鏈輪的齒數(shù) Z1=2313大鏈輪的齒數(shù) Z2=23 實(shí)際傳動比 ii=Z2/Z1=23/23=1 () 計(jì)算功率 PCPC=KAP/KZ=1()KA——工況系數(shù)。 鏈節(jié)數(shù)LP=2a0/p+(Z1+Z2)/2+P/a0(Z2－Z 1/2π)2 =21300/+(23+23/2)+(2323/2π)2=+23+0 = ()取 LP=125 節(jié)。選用鏈輪的材料為 20Cr,熱處理為滲碳，淬火，回火。圖 鏈輪的齒槽形狀 滾子鏈的靜強(qiáng)度計(jì)算在低速(V＜)重載鏈傳動中，鏈條的靜強(qiáng)度占主要地位。n由下面的公式 [2]得， ()???tAcaFKQS在允許范圍內(nèi)，所以靜強(qiáng)度滿足要求。具體調(diào)整方法是通過擰緊螺栓來使鏈子蹦緊。每班加油一次，保證銷軸處不干燥。軸的剛度分為扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度兩種，前者是用扭轉(zhuǎn)角來度量，后者是用撓度和偏角來度量。軸的彎曲變形的精確計(jì)算較復(fù)雜，除受載荷的影響外，軸承以及各種軸上零件剛度，軸的局部削弱等因素對軸的變形都有影響。故軸的材料選用 45，正火處理。 （因軸端受彎矩，A 取平均值）d≥A =110 = ()考慮端部有軸單鍵槽，軸徑應(yīng)增大 4—5%，取 d＝φ33mm軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 軸的結(jié)構(gòu)圖考慮裝配方便以及軸承的標(biāo)準(zhǔn)，故軸承的軸徑取 φ30，長度取 14。長度取 107。對于 6206C 的深溝球軸承，查得 a=。根據(jù)公式：載 荷 水平面 H 垂直面 V支反力 F =4505N， =4505N1NH2NF=2222N， =1066N1NVF2N彎矩 M =383805 m? =18842 =90940Mm?Vm?總彎矩221380514386???290V ?扭矩 T 1TN?22 ()????2222 14MTTcaWW??????????????????????式中， —— 軸的計(jì)算應(yīng)力，單位 Mpa；ca M—— 軸所受的彎矩，單位 ；Nm?T—— 軸所受的扭矩，單位 ；W—— 軸的抗彎截面系數(shù)，單位 ；3—— 對稱循環(huán)應(yīng)變力時軸的許用變應(yīng)力；??1??取折合系數(shù) =（扭轉(zhuǎn)的切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時）?[1] ()??21caMT????????前面已經(jīng)選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得 =60Mpa，因此 ，??1????1ca???故安全。② 截面Ⅱ左側(cè)抗彎截面系數(shù)： ()???抗扭截面系數(shù)： ()右側(cè)的彎矩 M 為： ()?????截面Ⅱ的扭矩： =923500 ()1T?截面上的彎曲應(yīng)力： ()???截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： ()?過盈配合處的 值，取 于是，k??????， ()?.???軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)： ().92????故得綜合系數(shù)： ()??????? ??????? ()25所以軸截面Ⅱ右側(cè)的安全系數(shù)為： ()..mSk??????????? ()?? ()23..????????故軸在截面Ⅱ右側(cè)的強(qiáng)度是足夠的，因此軸的強(qiáng)度滿足要求。鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的長度 L 一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度；而導(dǎo)向平鍵則按輪轂的長度及其滑動距離而定。 大臂末端電機(jī)軸上鍵的選擇與校核電機(jī)軸上鍵的尺寸 Lbh=45108 l=Lb=4510=35根據(jù)公式() [9]進(jìn)行校核：σP=2T103/kld≤[σP] ()d——軸的直徑（m計(jì)算：σP=2T103/kld=4T103/hld=4319103/83532=＜[σ P] ()所以鍵的選擇合格。查表 [9]得[σ P]=120～200Mpa。這是滾動軸承的主要失效形式。由失效分析知，對于一般轉(zhuǎn)速( )的軸承，應(yīng)進(jìn)行防止疲勞點(diǎn)蝕min/10r?的壽命計(jì)算。軸的轉(zhuǎn)速 。圖 軸承的受力分析其中 Ft=3510N，F(xiàn)r=1280N。df由表 94[2]， 。307 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)滾珠絲杠是以傳遞運(yùn)動為主，并要求較高的運(yùn)動精度。 材料的選擇滾珠絲杠通常選用 Q27450、Y40Mn 等鋼，對于重要的傳動，要求耐磨性高，需要進(jìn)行熱處理。 耐磨性計(jì)算滾珠絲杠的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關(guān)。代入()中整理后得，??31d2≥ ()][PhF??對于梯形螺紋和矩形螺紋，h= ，則，d2≥ = = ()][?取 d2=16mm，則 H=16=40mm。 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算受力較大的螺桿需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 ()? ?uT=Ftan( )d2/2=10450tan(176。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力F(單位為 N)必須小于臨界載荷 Fcr(單位為 N)。ils/????表 不同固定方式的長度系數(shù)端部支撐情況 長度系數(shù) ?兩端固定一端固定，一端不完全固定一端鉸支，一端不完全固定兩端不完全固定兩端鉸支一端固定，一端自由根據(jù)設(shè)計(jì)可知，長度系數(shù) 為 。 。大導(dǎo)程滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≥16mm，螺旋升角 17176。重型滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≥125mm 的滾珠絲杠副。前者結(jié)構(gòu)簡單，但磨損增大時軸向間隙無法調(diào)整。一般按額定動負(fù)荷或額定靜負(fù)荷選用滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格。??caFC?34 ()cFHLK?F——軸向載荷；——載荷系數(shù)；K——硬度影響系數(shù)；H——短行程系數(shù)；L——計(jì)算載荷；cF——額定動載荷；aC——要求的使用壽命；39。?3424.?8.?根據(jù)計(jì)算求得的 選擇滾珠絲杠副的規(guī)格，該規(guī)格滾珠絲杠的 選擇39。如果將一圈螺紋每圈螺紋沿螺母的螺紋大徑 D(單位 mm)展開，則可看作寬度為 D 的懸臂梁。螺紋牙危險截面 aa 的彎曲強(qiáng)度條件 [2]為：=6Fl/ =[610450(－14)/2]/ ?uD2??=141075/3436=≤[～][ ]=785/5=157Mpa ()?所以滿足要求。(1) 凸緣與底座接觸表面的擠壓強(qiáng)度 [2]計(jì)算：=104504/(522322)=104504/(1680))](4/[23DFp????=41800/=≤(～)[ ]=60～112 ()b?所以滿足條件。?TL=Ta+Tf+To=++= ()PL=T ()? ()60/2n??n=v/P (P—絲杠螺距，v=) ()把() ()代入()，化簡得，PL=P/n=1302W= ()故選用安川伺服電機(jī) ⅡSGMH20AAA41 ??。上述 A、B 、C 三項(xiàng)精度的公差，可參考有關(guān)機(jī)床精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。影響精度保持性的主要因素是磨損，提高耐磨性以保持精度是提高機(jī)床質(zhì)量的主要內(nèi)容之一，也是科學(xué)研究的一大課題。滿足上述要求，故選擇 HIWIN 線性導(dǎo)軌系列。(3) 兩軸相對位移的大小和方向。 [1] 聯(lián)軸器的主要參數(shù)聯(lián)軸器的型號為 LK3 系列，材料為為鋁合金，額定扭矩 85 ,最大扭矩Nm?170 ，最高轉(zhuǎn)速 6000r/min，慣性力矩 ,靜態(tài)扭矩剛性 8600Nm? 6510??2kg?，徑向偏差 ,角向偏差 ，軸向偏差 mm。由公式()得，39== m ()caATK??而該聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為 85 ，許用的最大轉(zhuǎn)速為 6000 r/min，因此該聯(lián)軸Nm?