【正文】 （18） mm 齒寬 mm （19） （110）由表查得 取安全系數(shù) S= MPa MPa MPa MPa載荷系數(shù) K= （111）對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)主要取決于彎曲疲勞所決定的承載能力，而齒面接觸強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，即模數(shù)和齒數(shù)的乘積，取m=,按接觸強(qiáng)度計(jì)算的分度圓直徑算齒數(shù) 取為33 ，已知轉(zhuǎn)矩T= 材料選取45鋼mm （112）由圖211已知軸上有兩個(gè)鍵槽，軸徑增大10％15％，可得mm 選取mm圖210 軸最右端安裝鍵和圓螺母處的軸徑d=45mm，長(zhǎng)度則根據(jù)工作要求選取鍵的選擇：已知裝鍵處軸徑為45mm，查手冊(cè)按照推薦的尺寸可得鍵的寬度b=14mm，高度h=9mm 再按照平鍵連接強(qiáng)度計(jì)算 K== MPa （113）已知T=，經(jīng)過(guò)計(jì)算選取L=36mm,所以該段軸長(zhǎng)mm圓螺母處軸長(zhǎng)根據(jù)圓螺母規(guī)格選mm安裝軸承處的軸徑屬于軸肩定位，mm 長(zhǎng)度mm定位軸承處的軸肩mm 長(zhǎng)度mm定位齒輪處軸肩mm 長(zhǎng)度mm安裝齒輪處鍵的選擇及校核：根據(jù)軸徑選擇b=16mm h=10mm 經(jīng)過(guò)計(jì)選取L=45mm安裝齒輪處軸徑mm 長(zhǎng)度mm軸端處mm長(zhǎng)度mm 本文選擇的諧波減速器的額定輸入轉(zhuǎn)速是2000r/min,而電機(jī)的轉(zhuǎn)速是3000r/min。下一章將對(duì)機(jī)器人的動(dòng)力裝置和減速器進(jìn)行具體的選擇，并且確定出機(jī)器人重構(gòu)的兩種具體構(gòu)型。 其次電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的速度取決于所加脈沖的頻率，而旋轉(zhuǎn)的角度或者圈數(shù)和所加的脈沖數(shù)成正比。 開(kāi)環(huán)控制： 步進(jìn)電機(jī)最有意義的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)里可以實(shí)現(xiàn)精確的控制。如圖 1這種電機(jī)由帶齒的軟磁鐵芯轉(zhuǎn)子和帶繞組的定子組成。該電機(jī)典型的步距角是 度到 15 度（4820 步/轉(zhuǎn)）。一般下混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角是從 度到 度（100400 步/轉(zhuǎn)）。將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象 分類(lèi)：直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。 無(wú)刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。 什么是伺服電機(jī)？有幾種類(lèi)型？工作特點(diǎn)是什么？ 答：伺服電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。 永磁交流伺服電動(dòng)機(jī) 20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有： ⑴無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。 ⑸同功率下有較小的體積和重量。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求，近年來(lái)隨著微處理器、新型數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進(jìn)行，分別稱(chēng)為永磁交流伺服系統(tǒng)。之后又推出M、F、S、H、C、G 六個(gè)系列。 以生產(chǎn)機(jī)床數(shù)控裝置而著名的日本法奴克（Fanuc）公司，在20世紀(jì)80年代中 期也推出了S系列（13個(gè)規(guī)格）和L系列（5個(gè)規(guī)格）的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)。 德國(guó)西門(mén)子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)型和短型兩大類(lèi)，共8個(gè)機(jī)座號(hào)98種規(guī)格。后合并到AEG，恢復(fù)了Gettys名稱(chēng)，推出A700全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)。自1989年起推出了全新系列設(shè)計(jì)的（Goldline）永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，包括B（小慣量）、M（中慣量）和EB（防爆型）三大類(lèi)，有60、80五種機(jī)座號(hào)，每大類(lèi)有42個(gè)規(guī)格，全部采用釹鐵硼永磁材料，～，～。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機(jī)座號(hào)共17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和八種控制器。2ДBy系列采用稀土永磁，6個(gè)機(jī)座號(hào)17個(gè)規(guī)格，～，配套的是3ДБ型控制器。功率變化率表示電動(dòng)機(jī)連續(xù)（額定）力矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比。而普通的異步電機(jī)或者直流電機(jī)，他們的質(zhì)量和體積都很大，故得選擇特殊的電機(jī)。原因是：平滑性性好，有反饋環(huán)節(jié)，可達(dá)到工作要求。好一般價(jià)格便宜較貴 具體電機(jī)的選擇我所選擇的是安川伺服電機(jī)，該電機(jī)重量小，輸出轉(zhuǎn)矩大。該電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T=，功率P=，轉(zhuǎn)速n=3000r/min 諧波減速器的選擇 諧波減速器的選擇原則與電機(jī)的選擇一樣，要求重量小，體積小，經(jīng)過(guò)查閱和選擇，決定選用日本Harmonic公司制造的SHG系列的諧波減速器。圖31 三大件型 2UH組件型2UH型諧波減速器是通過(guò)空心軸輸入，法蘭面輸出。諧波減速器為主動(dòng)，柔輪固定，剛輪輸出。定位模塊的電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為T(mén)=，選擇諧波減速器的減速比為100，減速器輸出的轉(zhuǎn)矩為T(mén)=150=,故選擇SHG321002UJSP減速器，該減速器的允許輸出轉(zhuǎn)矩為178Nm。接著有兩個(gè)定位模塊，二者的輸出方向相互垂直。 圖34 第一種構(gòu)型（正視）圖35 第一種構(gòu)型（俯視） 圖37 第二種構(gòu)型（俯視）圖36第二種構(gòu)型（正視） 如圖36和圖37所示，這個(gè)構(gòu)型是對(duì)高處的物體進(jìn)行操作的時(shí)候要用的情況，而且這個(gè)構(gòu)型也是對(duì)轉(zhuǎn)矩最大情況，電機(jī)的校核就是用這個(gè)構(gòu)型來(lái)校核的，所以這個(gè)構(gòu)型也是一個(gè)典型的構(gòu)型。最后，本章確定了機(jī)器人的兩種具體構(gòu)型。要求：1:提供三個(gè)自由度 2:要求結(jié)構(gòu)小巧，緊湊 手腕的基本設(shè)計(jì)我的思路：我首先設(shè)計(jì)了一個(gè)兩自由度的手腕，這個(gè)手腕結(jié)構(gòu)比較緊湊，比較小巧。當(dāng)手腕要實(shí)現(xiàn)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，手腕的右方的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)一個(gè)小帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)大帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大帶輪通過(guò)諧波減速器帶動(dòng)同軸的錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，最后通過(guò)軸輸出。如圖42所示。當(dāng)螺紋軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)手爪向中間合攏，這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)抓取物體的功能。本章對(duì)3自由度的手腕進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和具體參數(shù)的計(jì)算。通過(guò)對(duì)模塊進(jìn)行組合，可重構(gòu)機(jī)器人能夠簡(jiǎn)單快速的裝配成適合不同任務(wù)的幾何構(gòu)形，這種組合不僅僅是簡(jiǎn)單的機(jī)械重構(gòu)，還包括控制系統(tǒng)的重構(gòu)。此外，對(duì)該機(jī)器人內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)，包括傳動(dòng)方案的選擇和傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算，還有電機(jī)和諧波減速器的選型，最后還對(duì)機(jī)器人的手腕模塊和手抓模塊進(jìn)行了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算。用最少的模塊來(lái)最大化機(jī)器人的功能，不僅可以節(jié)約成本，更可以簡(jiǎn)化模塊自身的復(fù)雜程度，以免模塊組合時(shí)產(chǎn)生混亂。另外，在應(yīng)用方面，可重構(gòu)模塊化機(jī)器人能很好地適應(yīng)復(fù)雜和未知的地形環(huán)境的特點(diǎn)使得它具有非常廣泛的應(yīng)用前景嘲。(2) 機(jī)器人認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)能力的提升。這也成為了科研人員的一項(xiàng)難題,因?yàn)橹挥袕?qiáng)大的市場(chǎng)需求,才能進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。減少結(jié)構(gòu)部件降低機(jī)器人成本的同時(shí)，增強(qiáng)機(jī)器人系統(tǒng)性能和結(jié)構(gòu)多樣性，所以在機(jī)器人學(xué)研究領(lǐng)域出現(xiàn)了可重構(gòu)機(jī)器的研究。 靜態(tài)可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)有:Benhabib的模塊化機(jī)器人,提出了基于遙驅(qū)動(dòng)技術(shù)的模塊機(jī)器人單元, 驅(qū)動(dòng)方式類(lèi)似于傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人,認(rèn)為驅(qū)動(dòng)部分太重, 影響模塊機(jī)器人的能力,雖然采用該驅(qū)動(dòng)方使模塊化機(jī)器人柔性降低,但易實(shí)現(xiàn),是一個(gè)折衷的方案。國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的李斌發(fā)表了對(duì)可重構(gòu)機(jī)器人的發(fā)展做了綜述性的說(shuō)明。上海交通大學(xué)的徐威對(duì)自重構(gòu)機(jī)器人進(jìn)行了研究。模塊化可重構(gòu)機(jī)器人要完成某項(xiàng)任務(wù)，需要它幾乎所有模塊的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，這涉及到運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和運(yùn)動(dòng)控制方面的知識(shí)。另外，可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)大都模仿生物的運(yùn)動(dòng)，這也將推動(dòng)對(duì)仿生機(jī)器人技術(shù)的研究。第912周：完成控制部分的研究和調(diào)整，然后對(duì)工作空間進(jìn)行分析。其次我要使桿件進(jìn)行擺動(dòng)，而且是不同坐標(biāo)面的擺動(dòng)（對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言），為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)我設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)模塊。左面是一個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖12所示。但下一步這個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是讓他更合理。4 紅色的是主動(dòng)結(jié)構(gòu)。第22卷第5期，2009年9月3 明曉，談大龍，2001年5月4 趙潔，第40卷第1期，2008年1月5 ，2007年第十期6 Mechanism Synthesis and Genet ic Proc of IntConfon rbotics and Automation, 1996:3466~34717 Pamecha A. Ch irik jian sefu Metric for Modular RobotMotion Proc of IntConf, On Robotics and Autom ation,1996:442~4478 Gordon McComb, Myke ，20089 CohenLipton M G Dai，and Benhabib B. 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ADAMS 2005 ，200619 ，199820 ：運(yùn)動(dòng)學(xué)，,200721 (日)，科學(xué)出版社,2008指導(dǎo)教師審閱簽字： 年 月 日7附錄2附錄2燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 7一、課題國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的研究起步較早，研究也比較深入。在原理樣機(jī)的基礎(chǔ)上，Khosla，Parcdis等人又做了進(jìn)一步的研究工作，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)、軟件算法、通訊系統(tǒng)等方面的改進(jìn)，于1996年研制出了新型的RMMS。如圖1圖1圖13所示為RMMS圖11 RMMS關(guān)節(jié)模塊圖的兩種模塊和模塊連接面。裝配成的機(jī)器人被連接到控制單元上，機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置由操縱桿控制。模塊采用嵌入式伺服放大器和PC，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的機(jī)器人編程語(yǔ)言。由其構(gòu)成的模塊化機(jī)器人可用于工廠、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、檢測(cè)等方面。劉明堯等人根據(jù)多Agent理論中的協(xié)商、合作機(jī)制和可重構(gòu)模塊機(jī)器人結(jié)構(gòu)的分布性將集中式的機(jī)器人控制分配到一組關(guān)節(jié)Agent中，每個(gè)Agent控制器人的一個(gè)關(guān)節(jié)，得到一種新的機(jī)器人控制方法，即將關(guān)節(jié)機(jī)器人的復(fù)雜控制轉(zhuǎn)換為多個(gè)簡(jiǎn)單子系統(tǒng)的控制，該方法可用于不同結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制，特別適用于可重構(gòu)模塊機(jī)器人控制。根據(jù)自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本特征提出一種有效的描述模型，可以對(duì)自重構(gòu)機(jī)器人的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一的描述?？芍貥?gòu)模塊化機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重構(gòu)，最基本的就是要實(shí)現(xiàn)模塊運(yùn)動(dòng)控制等方面的發(fā)展。在科學(xué)探索方面，它可以被應(yīng)用于人類(lèi)無(wú)法到達(dá)的環(huán)境中或者危險(xiǎn)環(huán)境的探索，如星球探索、深海作業(yè)等；在救災(zāi)搶險(xiǎn)方面，它可以采用四足的形態(tài)在地震后的瓦礫中進(jìn)行營(yíng)救活動(dòng)，也可以重構(gòu)成蛇形鉆入瓦礫中尋找傷亡者；在日常生