【正文】 為了保證機器人的定位精度，這里平臺的變形控制在 內(nèi)。從圖中可以看出框架臺所受到的彎曲應(yīng)力最大點為頂蓋橫梁的與支架頂端的結(jié)合處，為 ，遠小于材料的屈服極限 620MPa，此外在支架與蓋板的連接處也受到了較大的應(yīng)力，為 45MPa左右，這兩處為框架結(jié)構(gòu)上的危險點，在設(shè)計時應(yīng)該采取措加強措施，此外從圖中可以看出在支架與支架橫梁結(jié)合處也受到了較大的應(yīng)力。 頂蓋橫梁的設(shè)計 頂蓋上在與支架結(jié)構(gòu)的連接處因為外形尺寸的突變而會存在應(yīng)力集中，在這一部位會受到較大的彎曲應(yīng)力，因此是框架結(jié)構(gòu)中的危險點，為了提高這一位置的抗彎能力，在頂蓋的底部設(shè)計抗彎能力強的方鋼結(jié)構(gòu)橫梁，橫梁頂部與蓋板連接，一端與頂蓋的端面對齊。由于在框架頂端要固定滑輪組，并且需要承載配重和機器人以及平臺結(jié)構(gòu)的重量 ， 而這三個物體總重量 達 14噸，因此對框架結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計需要很高的要求。 查《機械設(shè)計手冊》表 ，根 據(jù)聯(lián)軸器的主要尺寸和特性參數(shù)選擇聯(lián)軸器。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。 螺桿螺紋牙強度校核 剪切強度需滿足條件為 ][??? ,其中剪切強度zbdF21?? ?，取旋合圈數(shù) Z＝ 10，螺桿選北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 為梯形螺紋（ ） ,b＝ ＝ , 則 M P 10 000 ??????， 查《機械設(shè)計手冊》表 ， M P 2 0][][ 39。 圖 4 滾珠絲桿副 滾珠螺母的設(shè)計 查《滾珠絲桿選型手冊》選擇與 滾珠絲桿 FSV 系列， 型號 7010B3 相對應(yīng)的滾柱螺母， 螺母中的螺紋外徑為 70mm。 升降平臺的提升速度為 平臺V ＝ 4m/min，滾珠絲桿的導(dǎo)程為 r/mm10m in/r4 0 0 m in/m4 ???桿平臺VVPh （ 213） 根據(jù)《滾珠絲桿選型手冊》，可得導(dǎo)程和余程的關(guān)系如 表 2 所示 ： 表 2 導(dǎo)程與余程關(guān)系 導(dǎo)程 Ph（ mm） 3 4 5 6 余程 Le（ mm） 10 12 16 20 24 導(dǎo)程 Ph（ mm） 8 10 12 16 20 余程 Le（ mm） 32 40 45 50 60 查表得滾珠絲桿余程為 ，余程 mm40?L 由升降平臺豎直方向的行程為 ，行程 mm4000?L 滾珠螺母的螺紋全長為 ，螺母 mm160?L 則滾珠絲桿的螺紋長度為 ： mm4 2 0 0160404 0 0 0 ??????? 螺母余程行程螺紋全長 LLLL （ 214） 滾珠絲桿由三節(jié)軸端組成，除了控制升降的螺紋軸段，另外包括為了滾珠絲桿的加工與裝配方便，中間設(shè)計一段過渡軸段，其直徑為 62mm，長 30mm，最后一段軸通過 平鍵連接與聯(lián)軸器相固定 長度為 65mm，直徑為 55mm，軸段設(shè)有鍵槽 。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 3． 鋼絲繩升降機構(gòu)布置靈活且具有定點定位性好、運行噪聲小、運行平穩(wěn)性好等優(yōu)點，但是對升降高度有一定限制。 升降機構(gòu)根據(jù)機構(gòu)屬性不同分為剛性、柔性、剛?cè)犭p性三類。 4 段：取 4 段之間的軸肩高度為 2mm，則 4 段軸的直徑為 d4＝ 602 2＝ 56mm，該段需要安裝一對圓錐滾子軸承，軸承代號為 30212，軸承內(nèi)徑為 d＝ 56mm，外徑 D＝ 110mm，寬度 B＝ 22mm，取軸 的長度 L4＝ 65mm。 齒輪軸 的尺寸設(shè)計 30 nPAd?估算太陽輪軸的軸徑，選軸的材料為 45 號鋼，調(diào)制處理。 結(jié)構(gòu)設(shè)計 減速器選用 2KH(NGW)型傳動。齒輪減速器 在模塊組合體系基 礎(chǔ)上設(shè)計制造，有極多的電機組合、安裝形式和結(jié)構(gòu)方案。在目前用于傳遞動力與運動的機構(gòu)中，減速器的應(yīng)用相當(dāng)廣泛?？紤]到伺服電機電機在與減速器連接時軸端為豎直方向，因此選擇立式伺服電機。 控制精度 ： 步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，選型時電機出力要有充分余量，應(yīng)處理好起、降速問題。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二 章 升降系統(tǒng)的設(shè)計與分析 電機的選型 電動機是傳動以及控制系統(tǒng)中的重要組成部分，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動機在實際應(yīng)用中的重點已經(jīng)開始從過去簡單的傳動向復(fù)雜的控制轉(zhuǎn)移；尤其是對電動機的速度、位置、轉(zhuǎn)矩的精確控制?？蚣芙Y(jié)構(gòu)主要用來為機器人、機器人提供支撐，平臺結(jié)構(gòu)上裝載機器人。對牽引力的發(fā)展，一是要提高牽引動力，二是有效利用能源，減少污染排放，使用清潔能源及新型動力。欲在成熟的世界市場獲取市場份額并保持增長，捷徑是購買競爭對手，其長期目標是爭奪 世界市場的支配地位。 1995 年以來，其通過一 系列的兼并活動，已發(fā)展成為世界頂級公司之一。 RT(越野輪胎升降機 )和 AT(全地面升降機 )產(chǎn)品的迅速發(fā)展，打破了原有產(chǎn)品與市場格局，在 經(jīng)濟發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導(dǎo)致世界工程升降機市場進一步趨向一體化。 本 平臺固定 在移動小車上，由小車帶動平臺做水平運動 其 上安裝 KUKA 公司 KR1000 型機器人，帶動機器人做升降運動。通過運用 solidworks 軟件來對機構(gòu)的主要零件建模并且裝配來建立結(jié)構(gòu)的三維模型 。 主要內(nèi)容： 參考文獻： 1. 成大先 ，余俊。 整個裝置主要機構(gòu)為裝載機器人的框架平臺結(jié)構(gòu)與為平臺提供上升力的升降系統(tǒng)。 研究意義 升降臺是一種垂直運送人或物的起重機械 ， 具有重量輕、自行走、電啟動、自支腿、操作簡單、作業(yè)面大，能跨越障礙進行高空作業(yè)等 360 度自由旋轉(zhuǎn)優(yōu)點。 目前隨著機械行業(yè)的快速發(fā)展，升降機整個行業(yè)規(guī)范化、標準化越來越高，我國已有完善的升降機研發(fā)、生產(chǎn)體系，我們的升降機也遠銷東南亞。近幾年美國經(jīng)濟回升，市場活躍，外國廠商紛紛參與競爭。德國是最大的歐洲市場，其次為英國、法國、意大利等國。物流活動的系統(tǒng)性、一致性、機動性、快速性，要求一些設(shè)備向?qū)I(yè)化發(fā)展，一些設(shè)備向通用化、標準化發(fā)展。 此外出于安全考慮，升降系統(tǒng)應(yīng)該具有自鎖功能。 考慮到 KR 機器人本身重量較大，為了減少電機的功率消耗以及減低升降系統(tǒng)的承載力，設(shè)計用來平衡機器人與平臺重量的配重結(jié)構(gòu)。交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。 操作設(shè)置 ： 步機電機驅(qū)動設(shè)置簡單，只需將電流，細分設(shè)好就可以，伺服驅(qū)動器有上百個參數(shù)設(shè)置，設(shè)置很繁瑣 。查《西門子伺服電機手冊》， 選擇編號為 1FT60626AC7 的 1FT6 伺服電機。各種減速器 的優(yōu)缺點如下： 具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上；但是一般體積比較大，傳動效率不高，精度不高。 減速器的選型 因為當(dāng) KR1000 機器人在抓取和放置重物時，需要極高的精度，并且整個裝置對減速機有很大的壓力作用，因此減速機需要有較強的過載能力。齒輪的結(jié)構(gòu)配合如 圖 1 所示： 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 1 齒輪結(jié)構(gòu)配合 裝配條件： 703 16 842 ????? n zzq ba 為整數(shù)，滿足裝配條件； 傳動條件： 54216811/ ????? abaHb zzi，滿足傳動比條件； 同心條件：由 42＝Za ， 63＝Zg ， 168＝Zb ，得： 2 abg zzz ?? , aaHbg ziz ??? 2/)2( / 滿足同心條件； 則齒輪的選配條件滿足要求。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 2 齒輪軸 行星架 的尺寸設(shè)計 行星架軸一端與三個行星輪通過平鍵連接，另外一端通過聯(lián)軸器與滾珠絲桿相連，設(shè)計五個軸段 ,零件圖如圖 3 所示。 太陽輪軸 的 強度 校核 齒輪所受圓周力為 ： mmNdTF t ?????? 31 1 （ 29） 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 齒輪所受徑向力為 ： mmNFF tr ????? a n . （ 210） 則齒輪軸所受最大彎矩為 在第一段軸，且該段軸為空心，因此為危險軸面，所受彎矩為： mmNLLLFFLM r ????????? )( 321. （ 211） 軸 的計算應(yīng)力公式為 222224)(4 ???????????????? WTWMca ????? （ 212） 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為靜應(yīng)力，取折合系數(shù) ? 為 ， 軸的抗彎截面系數(shù)為 3233 2 2 6 532 mmdDW ????? ?? 則計算應(yīng)力 M P aca 2 26 52 5 1 2 26 57 9 5522 ??????? ? ?????????? 已知軸的材料為經(jīng)過調(diào)制處理的 45 號鋼，查《機械設(shè)計》表 151 得軸的許用彎曲應(yīng)力為 MPa60][ 1 ??? ，則 ][ 1?? ??ca ，故安全。 2． 柱塞式升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但其同步精度較差，且存在能耗偏大的問題，因此這種升降技術(shù)在升降平臺上并不常用 。 升降機構(gòu) 類型 選擇 由于齒輪齒條升降機構(gòu)主要為海上作業(yè)設(shè)計，柱塞式升降機構(gòu)存在能耗大、同步精度差的缺點，鋼絲繩機構(gòu)存在定位不精確，平穩(wěn)性差的缺點，鏈條式升降機構(gòu)也存在穩(wěn)定性差的缺點。查《滾珠絲桿選型手冊》得精密研磨級滾珠絲桿 FSV 系列，型號 7010B3 滿足要求，其技術(shù)參數(shù) 為表 7 所示。 絲桿幅效率驗算 首先計算絲桿幅的導(dǎo)程角λ， 10t a n 11 ?????? ?? d P h，則 ??? 當(dāng)滾珠絲桿副由旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動時，機械效率 ? ?,tantan pn ?? ? ? 由《機械設(shè)計手冊》查得 , ?p ，解得 ?, ?p ， 該滾珠絲桿幅的機械效率為 ： ? ? ? ? % a n a nt a n t a n , ????? ?? ?pn ? ? （ 221） 一般要求滾珠絲桿幅的機械效率為 90%95%，則符合要求。bb ?? ? ，彎曲強度滿足要求。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工 作 零件 間構(gòu)成的動連接具有某一方向或幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯(lián)軸器（用來聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯(lián)軸器（用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯(lián)軸器（允許綜合位移）、鏈條聯(lián)軸器（允許有徑向位移）等， 彈性 可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性聯(lián)軸器）利用彈性元件的彈性變形來補償兩軸的偏斜和位移，同時彈性元件也具有緩沖和減振性能，如蛇形彈簧聯(lián)軸器、徑向多層板簧聯(lián)軸器、彈性圈栓銷聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器、橡膠套筒聯(lián)軸器等。 滾珠絲桿的導(dǎo)程為 10mm，即滾珠絲桿每轉(zhuǎn)一圈，絲桿螺母上升 10mm 的高度，因此滾珠螺母的上升速度為 4 m / m inm in/mm4 0 0 010400 ????螺母v 。 支架設(shè)計為抗彎能力強的方鋼結(jié)構(gòu)，長度為 80mm，寬度 50mm，厚度為 5mm，其截面圖 與結(jié)構(gòu)圖分別為圖 圖 9,考慮到支架臺在最頂端的彎矩較大， 在支架結(jié)構(gòu)的頂端焊接有厚度 20mm的平板為形成整個支架臺結(jié)構(gòu) 。 施加載荷 因為框架結(jié)構(gòu)所受的壓力為機器人、平臺結(jié)構(gòu)、配重的重力之和，方向豎直向下，大小為 2 倍的配重重量，為 2＝ ，因為鋼絲繩上各處受力相同，因此四個凸臺上受力大小均為 247。 在平臺的上板面 上設(shè)有連接放置機器人和連接鋼絲繩的凸臺結(jié)構(gòu) ，為了盡可能的減小 與滾珠螺母相連的光孔處應(yīng)力， 將平臺與兩根鋼絲繩連接位置的中點與凸臺中心重合。因為考慮到在平臺中央有孔，因此肋板在孔兩端均勻分布，具體位置如圖所示。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 15 框架臺位移分析 平臺結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析 平臺結(jié)構(gòu)用來安放 KR1000 型機器人，使機器人與平臺在一起做升降運動，平臺的長度與框架結(jié)構(gòu)的寬度相同，為 2500mm，左端的 豎直 板 面 與滾珠滑塊通過螺栓連接，使平臺沿著軌道運動， 在光孔周圍設(shè)計螺紋孔用來安裝螺栓。頂蓋設(shè)計如圖 11 所示。 圖 7 框 架臺 考慮到框架結(jié)構(gòu)的兩側(cè)要懸掛相同重量的重物，具有對稱性的矩形結(jié)構(gòu)比三角形有著更好的穩(wěn)定性，因此框架在設(shè)計時為四條腿矩形結(jié)構(gòu)。行星減速器的軸端與電機直接相連，因此行星減速器的高速軸轉(zhuǎn)速與電機相同，北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 既有 電機高速軸