【正文】 和大臂的負(fù)載，小臂采用空心管結(jié)構(gòu)，材料是鋁合金。對(duì)于噴漆機(jī)器人的設(shè)計(jì)，由于末端執(zhí)行器的重量約為3kg，大臂和小臂的總重量約為60kg至70kg，因此在這里采取一定的平衡措施。因?yàn)槭袌?chǎng)上的減速電機(jī)的輸出端的軸的軸徑都比較小而且十分短，故這三個(gè)減速電機(jī)需要訂做，對(duì)輸出端的軸進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L(zhǎng)。帶動(dòng)回轉(zhuǎn)套旋轉(zhuǎn)的減速電機(jī)1和安裝在回轉(zhuǎn)套內(nèi)部的減速電機(jī)2可以使噴槍分別繞x軸旋轉(zhuǎn)和繞y旋轉(zhuǎn)，這樣的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)可以使噴槍每一時(shí)刻都正對(duì)噴涂表面，提高噴涂質(zhì)量，9第2章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使噴漆均勻。至90186。小齒輪所在的軸通過(guò)聯(lián)軸器與減速電機(jī)連接。這個(gè)四桿機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能的減少底桿和后10哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文桿的重量，使之與腕部的質(zhì)量接近，而且其所占空間也應(yīng)該盡可能的小，綜合考慮選擇曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，具體尺寸會(huì)在下一章根據(jù)工作空間所設(shè)計(jì)的手臂的長(zhǎng)度給出。大齒輪所在軸與大臂底部的通孔連接，具體形式和底桿的連接形式相同，采用脹緊套連接。12第2章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這種傳動(dòng)方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔有效、傳動(dòng)精度較高、通過(guò)電機(jī)自身的調(diào)速省去了一對(duì)齒輪組從而減輕了整個(gè)腰部的負(fù)載。腰部旋轉(zhuǎn)和大臂的俯仰以及小臂的俯仰共同配合將實(shí)現(xiàn)腕部在空間任意位置定位。精度控制方面，會(huì)在電機(jī)后部安裝光柵編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)回轉(zhuǎn)角度的控制[15]。并給出了各關(guān)節(jié)的傳動(dòng)方案，同時(shí)進(jìn)行了必要的分析論證，在這之后設(shè)計(jì)了各個(gè)關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和大體上的連接方案。至90186。170176。170176。至80186?！」ぷ鞯目臻g模型。綜上所述，我們現(xiàn)在的論證空間是abcdefgh，在論證時(shí)只需要驗(yàn)證細(xì)桿2的末端能否達(dá)到空間abcdefgh的八個(gè)頂點(diǎn)即可。讀圖可知達(dá)到d點(diǎn)時(shí)，細(xì)桿1的俯仰角度最大為51 186。讀圖可知當(dāng)達(dá)到其他位置時(shí)，細(xì)桿1與細(xì)桿2相對(duì)于細(xì)桿1的俯仰角度均小于設(shè)計(jì)方案中規(guī)定的極限值。根據(jù)設(shè)計(jì)方案知細(xì)桿2相對(duì)于細(xì)桿1的最小俯仰角度80 186。讀圖可知達(dá)到h點(diǎn)時(shí)，細(xì)桿1的俯仰角度最大為45 186。經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算和分析可證明小臂的末端可達(dá)的覆蓋范圍大于空間abcdefgh。 腕部設(shè)計(jì) 電機(jī)的選擇手腕部分的電機(jī)的安裝：帶動(dòng)噴槍旋轉(zhuǎn)的減速電機(jī)1安裝在回轉(zhuǎn)套內(nèi)帶動(dòng)噴槍夾做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使噴槍時(shí)刻正對(duì)被加工。同時(shí)電機(jī)軸要與噴槍夾末端的空心軸通過(guò)脹緊套連接在一起，因此電機(jī)輸出端的軸要進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L(zhǎng)。電機(jī)輸出軸端進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L(zhǎng)。長(zhǎng)方體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為：J=m()由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故b=h= 所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J=5()= 取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω=2rad/s, n=60 r/min由此轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度=20rad /s2計(jì)算力矩T為：T=J=P=Tω=2= w故訂做的減速電機(jī)2的額定電壓為220V，輸出功率至少為12w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為23。設(shè)回轉(zhuǎn)套為232100350的立方體。 小臂的設(shè)計(jì) 小臂設(shè)計(jì)的總體要求手臂桿的質(zhì)量應(yīng)該盡可能的小，從而減輕支撐它的大臂桿及它的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)擔(dān)。根據(jù)盡量減小手臂質(zhì)量同時(shí)保持一定強(qiáng)度的原則，從而合理的選擇手臂的截面形狀和所用的材料，既滿(mǎn)足強(qiáng)度要求又最大限度的降低自身重量。采用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的目的是把直流伺服電機(jī)放到腰部回轉(zhuǎn)盤(pán)上面，避免直接放到小臂與大臂的連接處，減輕小臂的重量，降低大臂驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載，減少運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)載荷與沖擊，提高整個(gè)噴漆機(jī)器人的響應(yīng)速度。如果采用雙搖桿機(jī)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致其他兩桿的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，在一定方向上占有的空間太大，而且小臂的俯仰角度不好確定，勢(shì)必會(huì)增加設(shè)計(jì)難度。這種結(jié)構(gòu)首先滿(mǎn)足了bc邊長(zhǎng)度小于小臂長(zhǎng)度這一條件，而且所占的空間小，底桿和后桿的質(zhì)量比其他兩種方案要小　實(shí)現(xiàn)小臂俯仰的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖　電機(jī)的選擇首先計(jì)算動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，計(jì)算動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩需計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。/4 = m318第3章 噴漆機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量m=V= =腕部結(jié)構(gòu)對(duì)i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量腕部繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為= m(b2+h2) = kgm2平移到i軸上=+m =+5(+＋)2 =回轉(zhuǎn)套支架對(duì)i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量回轉(zhuǎn)套支架繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為= m(b2+h2) = kgm2平移到i軸上=+m =+7(＋)2=小臂結(jié)構(gòu)對(duì)i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由于小臂是階梯狀前一段體積= m3質(zhì)量==，此外還要加上電機(jī)減速器軸聯(lián)軸器短軸的質(zhì)量共8kg。兩桿的體積之和=/414==　 = =27kg兩段同一直線(xiàn)時(shí)繞兩段質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=(3 R2+L2)=平移到i軸上=+m =+27 =對(duì)i軸總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以上計(jì)算的、均是在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大的情況下計(jì)算得到的，所以用這些轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算出的總力矩和功率，從而選擇的電機(jī)必然滿(mǎn)足噴漆機(jī)器人在其他工作狀態(tài)下的工作要求。（2）體積小，重量輕。（5）效率高，消耗的能源要盡可能的小?！↓X輪的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算電磁式直流伺服電機(jī)經(jīng)調(diào)速后要通過(guò)一個(gè)齒輪組來(lái)傳遞動(dòng)力，再通過(guò)齒輪帶動(dòng)鉸鏈21哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)小臂的俯仰運(yùn)動(dòng)。（3）取小齒輪齒數(shù)=24，則=524=120，大齒輪齒數(shù)Z2＝120。　大臂的設(shè)計(jì)　大臂設(shè)計(jì)的總體要求噴漆機(jī)器人大臂的主要作用是用來(lái)承受小臂的重量和固定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的底桿，因此噴漆機(jī)器人的大臂對(duì)整個(gè)機(jī)器人能否保持穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。因此選用鋁合金作為大臂的材料，這樣可以減輕大臂的重量，從而減小驅(qū)動(dòng)元件的負(fù)載，而且可以進(jìn)一步也減輕用于驅(qū)動(dòng)腰部回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)元件的負(fù)載。體積V=hA =1 =質(zhì)量m== =大臂對(duì)i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大臂繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為= m(b2+a2) =平移到i軸上=+m =+ =24第3章 噴漆機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)小臂對(duì)i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小臂對(duì)i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=大臂和小臂對(duì)i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的總和=+=+=總力矩的計(jì)算取大臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度=/2 rad/s，轉(zhuǎn)速為n=15r/min取啟動(dòng)時(shí)間為1 s由此轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度為=/2 rad/s2慣性力矩T=　　　　　 =/2 =靜態(tài)力矩T：當(dāng)大臂和小臂在一條直線(xiàn)時(shí)靜態(tài)力矩最大，此時(shí)T=mgr=(++) =摩擦力矩T：綜上所述總力矩T=T+ T=取電機(jī)的轉(zhuǎn)速為=1500 r/min，即角速度為=50rad/s則總的傳動(dòng)比為:=/n=157/=100故電機(jī)輸出端的負(fù)載力矩為T(mén)= T/ = =電機(jī)輸出端的功率為P= T =50 =選擇電機(jī)的型號(hào)一般對(duì)驅(qū)動(dòng)元件有以下幾方面要求：（1）慣量小，動(dòng)力大。（3）位置控制精度高，快速響應(yīng)性好，調(diào)速范圍大，低速平穩(wěn)。綜合考慮各種電機(jī)，這里選用遼寧本溪山城電機(jī)廠生產(chǎn)電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Z241，額定電壓110/220V，功率3kw，轉(zhuǎn)速1500r/min，重量88kg。大齒輪材料ZG35CrMo，調(diào)制處理，硬度190240HBS，精度8級(jí)。中心距a=m()/2==180mm 分度圓直徑==60mm，==300mm齒寬b==60mm，取小齒輪齒寬=70mm，大齒輪齒寬=65mm齒頂高===3mm，齒根高===按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核確定各個(gè)參數(shù)數(shù)值（1）查表取彎曲疲勞壽命系數(shù)=，=　?。?）查表取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)27哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文=，==，=（3）查表取彎曲疲勞極限=710MPa，=710MPa（4）取彎曲疲勞系數(shù) =可得== ==（5）驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度===432MPa==388MPa彎曲疲勞強(qiáng)度足夠[2630]。此外還要求腰部回轉(zhuǎn)盤(pán)的運(yùn)動(dòng)精度較高，要在驅(qū)動(dòng)元件上安裝傳感器，檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)精度。其中永磁式力矩電機(jī)的定子是永久磁鐵，轉(zhuǎn)子是線(xiàn)圈繞組，通過(guò)電樞為轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈供電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。綜合考慮，這里選用成都電機(jī)長(zhǎng)生產(chǎn)的永磁式直流力矩電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為J200LYX17，峰值堵轉(zhuǎn)電壓為60V，轉(zhuǎn)矩為100 Nm，連續(xù)堵轉(zhuǎn)電壓為30V ，轉(zhuǎn)矩50Nm，轉(zhuǎn)速150r/min，重量18 kg。各個(gè)關(guān)節(jié)所作的運(yùn)動(dòng)都是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，綜合考慮各種傳感器，選用增量型編碼器。大臂轉(zhuǎn)速=/2 rad/s，長(zhǎng)為1m, 傳感器線(xiàn)數(shù)為：ns=2/(i)=2/()=524大臂選用南京中科天文儀器有限公司的增量編碼器YGM610，ns=600。選擇了驅(qū)動(dòng)元件之后計(jì)算了大臂和小臂傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸，包括鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的尺寸以及兩個(gè)齒輪組的尺寸的計(jì)算和強(qiáng)調(diào)度校核。由于密封箱的壁厚為45mm，孔徑為150mm，因?yàn)橥獠窟€要裝端蓋，這段軸頸上還要裝配軸承，所以ab段的長(zhǎng)度為41mm，直徑為85mm,裝配的軸承為角接觸球軸承，型號(hào)是7217C。根據(jù)這段軸的直徑和長(zhǎng)度，鍵槽的寬度為25mm，長(zhǎng)度為50mm，鍵槽的鍵槽深為7mm。gh段與大臂相連，大臂在此處的厚度為39mm，孔徑為90mm。 大軸1的強(qiáng)度校核 計(jì)算齒輪的受力大齒輪和小齒輪的受力大小相等，方向相反。++F=(+)=0故=，=畫(huà)軸彎矩圖(c)圖。(a)31第4章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)與校核(b)33哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文(c)(d)(e)(f)　大軸1的受力分析32哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文按彎扭合成應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核de段的中間截面為危險(xiǎn)截面。　大軸2的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核　大軸2的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　大軸2的傳動(dòng)方案確定大軸2上的零件的裝配方案。由于大齒輪的齒寬為75mm，軸頭的長(zhǎng)度應(yīng)該小于輪轂的長(zhǎng)度，所以de段的長(zhǎng)度為60mm，直徑為90mm。裝配的軸承為角接觸球軸承，型號(hào)是7217C。脹緊套選用Z2型脹緊套。兩根軸的主體機(jī)構(gòu)和材料以及熱處理方式一樣，大軸2的受力比大軸1的受力小得多，當(dāng)大軸1滿(mǎn)足強(qiáng)度條件時(shí)，大軸2必然滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。這一段由于和聯(lián)軸器連接，所以開(kāi)有鍵槽，具體尺寸和電機(jī)輸出端的一樣。34哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文ef段為過(guò)渡段，長(zhǎng)度為95mm，直徑38mm。36第4章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)與校核。+=153=(67+153)故=，=(b)所示。畫(huà)軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩T= T，(f)圖。因此小軸1的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，故安全。選取的螺釘材料為Q235，直徑為12mm，固定用的螺栓數(shù)目為6。對(duì)大軸137噴漆機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié) 論本文完成了6自由度關(guān)節(jié)式噴漆機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。論證分析過(guò)程用到極限點(diǎn)法，即證明能夠滿(mǎn)足各個(gè)極限點(diǎn)，則其它各點(diǎn)必然滿(mǎn)足。驅(qū)動(dòng)大臂、小臂關(guān)節(jié)的電機(jī)選用Z2系列直流伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)腰關(guān)節(jié)的電機(jī)選用直流力矩電機(jī)，腕關(guān)節(jié)處三個(gè)自由度選用小功率直流電機(jī)。這種結(jié)構(gòu)的好處是避免把驅(qū)動(dòng)元件直接安裝到關(guān)節(jié)上，從而解決了小臂質(zhì)量大、轉(zhuǎn)矩大的缺點(diǎn)。特在此衷心地向xxxxxx致以最誠(chéng)摯的敬意和最衷心的感謝。4