【正文】 當(dāng)在同一截面處有幾個(gè)應(yīng)力集中源時(shí)，取各源所 引起的應(yīng)力集中最大值。 ： （ 1）確定軸的各段直徑和長度 為使半聯(lián)軸器軸向定位， AB 軸段左端需制出一軸肩，故取 BC 段的直徑為 30mmBCd ? ? ，因半聯(lián)軸器與軸配合部分的孔長度為 40mm，為保證軸端檔圈之壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故 AB 軸段的長度應(yīng)略小于半聯(lián)軸器相 應(yīng)的長度，取 50mmABl ? ? 。 角接觸球軸承的校核計(jì)算 ： 基本額定動(dòng)載荷計(jì)算 h m dnTf f fCPff? ? rC （或 aC ） （ ） C ——基本額定載荷計(jì)算值， N P ——當(dāng)量動(dòng)載荷， N hf ——壽命因數(shù) nf ——速度因數(shù) mf ——力矩載荷因數(shù)，力矩較小時(shí) mf =，力矩較大時(shí) mf =2 df ——沖擊載荷因數(shù) Tf ——溫度因數(shù) rC ——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷， N aC ——軸承尺寸及性能表中所列軸向基本額定動(dòng)載荷， N 其中查表得 hf =1 mf = df = nf = Tf =1 P = h m dnTf f fCpff? =1 1???? ==? rC = 因此符合校核要求 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算 610 10 ()60 th fCL nP ?? ? （ ） P ——當(dāng)量動(dòng)載荷， N ? ——壽命指數(shù)，球軸承 ? =3，滾子軸承 ? =10/3 n ——軸承轉(zhuǎn)速， r/min C——軸承額定動(dòng)載荷， KN tf ——溫度系數(shù) 其中 P = ? =3 n =20r/min C= 軸承工作溫度 120C? 時(shí)， tf =1 610 10 ()60 th fCL nP ?? ?= 6 310 1 5200()60 20 7?? =260017h 滾 動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 按基本額定載荷靜載荷計(jì)算選擇軸承的公式為： 0 0 0C SP? 0C ——基本額定靜載荷， N 0P ——當(dāng)量靜載荷， N 0S ——靜強(qiáng)度安全系數(shù) 0P 和 0S 0P 最大值約為 1000N 0S =1 0C =? 0S 0P =1000N=1KN 因此符合強(qiáng)度要求 伺服電機(jī)的選擇 小臂旋轉(zhuǎn)由伺服電機(jī)通過減速器帶動(dòng)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，設(shè)小臂帶動(dòng) 物體的最大當(dāng)量回轉(zhuǎn)半徑 R =50mm，小臂及物體的總重量 m =8 ㎏，則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2 2 21 m / 2 8 0. 05 / 2 0. 01 g mJ R K? ? ? ? ? （ ） 設(shè)機(jī)器人臂部角速度 ω 1從 0 加速到 60/s 所需時(shí)間 t =，則其角加速度： 11a / /? ? ??? 2（ 180t ） =60 （ 1 8 0 0 . 2 ） =（ ） 負(fù)載啟動(dòng)慣性矩（靜摩擦力矩忽略不計(jì)）： 1 1 1a 0 .0 1 5 .2 4 0 .0 5 2 4T J N m? ? ? ? ? ? （ ） 取此傳動(dòng)的傳動(dòng)效率為 η =。當(dāng)在同一截面處有幾個(gè)應(yīng)力集中源時(shí)，取各源所引起的應(yīng)力集中最大值。為了方便鏈接法蘭盤軸的左端設(shè)計(jì)成一個(gè)盤狀其尺寸為 6EFl mm? ? ， 35mmEFd ? ? 。初算軸徑時(shí)，若最小直徑軸段開有 鍵槽，還要考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的影響。 經(jīng)驗(yàn)算，該同步帶的額定功率 33. 5 10P KW??額 定（過程略）大于設(shè)計(jì)功率 dP ，故帶的傳動(dòng)能力足夠。 6） .能緩和載荷沖擊；運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲；制造和安裝精度不象嚙合傳動(dòng)那樣嚴(yán) 格；過載時(shí)將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞；可增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件。 2）．傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果好 由于同步帶作無滑動(dòng)的同步傳動(dòng)，故有較高的傳動(dòng)效率，一般可達(dá) 。 汽缸夾板電磁氣動(dòng)夾持器東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 圖 傳動(dòng)方案 腕部俯仰俯仰電機(jī)腕部回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)電機(jī)諧波減速器同步帶傳動(dòng)臂部旋轉(zhuǎn)諧波減速器旋轉(zhuǎn)電機(jī)腕部及小臂結(jié)構(gòu)及回轉(zhuǎn)示意圖東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 第 三 章 機(jī)器人 前臂 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算 腕部俯仰關(guān)節(jié)帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) （ 1） .同步帶的組成與工作原理 帶傳動(dòng)是一種常用的、成本較低的動(dòng)力傳動(dòng)裝置。伺服電機(jī)體積小、傳動(dòng)精度高、噪音小。也可以是各種加工的刀具等，在這里選用是夾持器。 由于諧波齒輪傳動(dòng)的三個(gè)基本構(gòu)件中，可以任意兩個(gè)主動(dòng)，第三個(gè)從動(dòng)，那么如果讓波發(fā)生器、剛輪主動(dòng)，柔輪從動(dòng)，就可以構(gòu)成一個(gè)差動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而方便的實(shí)現(xiàn)快慢速工作狀況。 ，無沖擊，噪聲小 ； 齒的嚙入、嚙出是隨著柔輪的變形，逐漸進(jìn)入和逐漸退出剛輪齒間的，嚙合過程中齒面接觸，滑移速度小，且無突然變化。它與傳動(dòng)比相當(dāng)?shù)钠胀p速器比較，其零件減少 50%，體積和重量 均減少 1/3 左右或更多。這種現(xiàn)象稱之錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，正是這一錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，作為減速器就可將輸入的高速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檩敵龅牡退?轉(zhuǎn)動(dòng)。 二： 剛輪 …… 是剛性的內(nèi)齒輪。 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 總之，行星齒輪傳動(dòng)具有質(zhì)量小、體積小、傳動(dòng)比大及效率高（類型選用得當(dāng)）等優(yōu)點(diǎn)。 （ 2）傳動(dòng)效率高 由于行星齒輪結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，即它具有數(shù)個(gè)勻稱分布的行星輪，使得作用于中心 輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能互相平衡，從而有利于達(dá)到提高傳動(dòng)效率的作用。在各種需要齒輪傳動(dòng)裝置中，行星齒輪傳動(dòng)已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。采用 16 位 CPU+32 位 DSP 三環(huán)（位置、速度、電流）全數(shù)字控制，增量式碼盤的反饋可達(dá)到很高的精度。 綜上所述，本文選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)為機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式。 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按電機(jī)的功能可分為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和多態(tài)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。協(xié)作單位根據(jù)其用途和特點(diǎn)提出如下技術(shù)參數(shù)： 自由度數(shù)目： 6 個(gè) 負(fù)載能力： 高度： 1800mm 本體重量： ≤ 200kg 最大活動(dòng)半徑： 1200mm 驅(qū)動(dòng)方式：伺服 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 重復(fù)定位精度： ? mm 坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)關(guān)節(jié)型 運(yùn)動(dòng)范圍： 0 0 0 0 0 01 2 3 4 5 6/ / / / / 3 6 0 / 3 0 0 / 1 8 0 / 1 0 0 / 1 2 0 / 3 0 0? ? ? ? ? ? ? 每軸最大運(yùn)動(dòng)速度：腰轉(zhuǎn) 060/S ；大臂 060/S ；小臂 060/S ； 臂轉(zhuǎn) 060/S ；腕擺 060/S ；腕轉(zhuǎn) 0120 /S ； 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式的選 擇 目前機(jī)械手常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、 氣壓驅(qū)動(dòng)、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)等多種 驅(qū)動(dòng) 方式 [10]，各種驅(qū)動(dòng)方式有其自身的特點(diǎn)，在工業(yè)機(jī)器人中液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)應(yīng)用很廣泛，有些機(jī)器人則同時(shí)采用多種驅(qū)動(dòng)方式，這都視不同機(jī)器人的特點(diǎn)和要求所定。 此次設(shè)計(jì)要完成以下內(nèi)容： 機(jī)械手前臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括大臂、小臂及連接處的設(shè)計(jì)； 1) 根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)選擇合適的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案； 2) 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇，液 壓驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)； 3) 機(jī)械機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核； 關(guān)節(jié)機(jī)器人參考圖形： 圖 關(guān)節(jié)型機(jī)器人 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 臀部設(shè)計(jì)首先要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，需滿足下列各項(xiàng)基本要求： 1) 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕。但是多手指的使用使整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，并且由于帶有多指機(jī)器人手的機(jī)器人的自由度很 多，因此使得運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析復(fù)雜化，同時(shí)山于自由度的增加將使抓取規(guī)劃工作變得困難 [6]。一些形狀和大小不同的機(jī)器人，可能有著相同的幾何模型 (僅幾何參數(shù)不同 )，并有相同的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果。由工業(yè)機(jī)器人與其他設(shè)備組成的生產(chǎn)線已經(jīng)成百倍地提高了企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，大大縮短了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期 .機(jī)器人的出現(xiàn)和發(fā)展已使傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的面貌發(fā)生了根本性的變化，使人類的生產(chǎn)方式從手工作業(yè)、機(jī)械化、自動(dòng)化跨入了智能的新時(shí)代。因此從這層意義上來講，機(jī)器人是一個(gè)通用的自動(dòng)化裝置。在不同的歷史階段，首先是在神話、小說和劇本中曾出現(xiàn)各種擬人的想象物。這種機(jī)器人帶有傳感器，能感知環(huán)境和對(duì)象的情況，以控制自身動(dòng)作的變化。今后的任務(wù)是把機(jī)器人技術(shù)推廣到更多的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域和其他更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，大力開展跨過區(qū)域交流合作，與國際接軌，早日躋身于世界先進(jìn)行列。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。 、坐標(biāo)系特點(diǎn)分類 按機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)可分為直角坐標(biāo)型 。 因此，機(jī)器人技術(shù) 的發(fā)展必將帶動(dòng)其它技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 水 平也可以從一個(gè)方面驗(yàn)證一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和水平 。因此各工業(yè)發(fā)達(dá)國家非常重視機(jī)器人技術(shù)，一個(gè)世界范圍的機(jī)器人研制熱潮正方興未艾。 ” 機(jī)器人技術(shù)是建立在機(jī)械、微電子、控制、人工智能技術(shù)等基礎(chǔ)上的一門機(jī)電一體化的高新技術(shù)。 ： 除了專門設(shè)計(jì)的專用機(jī)器人外，一般機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。 (2)可編程序的通用機(jī)器人 ： 工作程序可變，以適應(yīng)不同的工作對(duì)象，通用性強(qiáng)，適合于以多品種、中小批量生產(chǎn)為特點(diǎn)的柔性制造系統(tǒng)中。 (2)連續(xù)軌跡控制 (CP)機(jī)器人 如 弧焊、噴漆和檢測(cè)機(jī)器人。我國對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求量和品種將逐年大幅度增加。正是由于這個(gè)機(jī)械手具有了編程示教再現(xiàn)功能，因此許多人把它作為現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生的標(biāo)志 [1]。從七十年代后期開始，人們對(duì)智能機(jī)器人的規(guī)劃生成系統(tǒng)（問題 解決系統(tǒng)，路徑搜索等），環(huán)境的理解系統(tǒng)（感覺智能，包括視覺，觸覺等），知識(shí)獲得與利用系統(tǒng)（知識(shí)工程和專家系統(tǒng)等），人 — 機(jī)接口系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等問題展開了更加廣泛、深入地研究。 現(xiàn)實(shí)世界里的機(jī)器人并不像文藝作品里描述的那樣神通廣大，與真人形似到真假難分的地步。機(jī)器人又是在現(xiàn)代生產(chǎn)和科東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的。機(jī)器人的關(guān)節(jié)連接了兩個(gè)相鄰的剛體 ，即連桿， 關(guān)節(jié)提供連桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)對(duì)被抓取物體的微小運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人臂部各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)就要求很精確。臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間范圍內(nèi)的任一點(diǎn)。 研究方法 1) 對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)分析，查閱現(xiàn)有國內(nèi)外有關(guān)關(guān)節(jié)型機(jī)器人和機(jī)械手的文獻(xiàn)資料，深刻理解現(xiàn)有機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)原理以及行走方式，設(shè)計(jì)過程中充分借鑒現(xiàn)有的優(yōu)良結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì) ； 2) 重視理論分析，掌握基本的機(jī)械設(shè)計(jì)理論 — 機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造 ； 3) 提出并論證新的傳動(dòng)方案，設(shè)計(jì)新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要滿 足傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲小、效率高。 氣壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)有 ： l)通過調(diào)節(jié)氣流，就可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速 ； 2)由于壓縮空氣粘性小，流速大，因此氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手動(dòng)作速度快 ； 3)壓縮空氣可從大氣中吸取，故動(dòng)力源獲得方便、價(jià)格低廉，而且廢氣處理方便 ； 4)由于壓縮空氣粘度小，因此在管路中的壓力損失也很小，一般其阻力損失不到油液在油路中損失的千分之一 。電機(jī)系統(tǒng)將電動(dòng)機(jī)、測(cè)速機(jī)、編碼器、減速器及制動(dòng)器東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 組裝在一次加工的殼體中，使得整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)體積小，可靠性和通用性也得到很大提高 。若使用直流伺服電機(jī)，還要考慮電刷放電對(duì)實(shí)際工作的影響。腰部、大臂和小臂要求動(dòng)態(tài)特性好、傳動(dòng)功率較大，采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；腕部雖然所需傳動(dòng)功率較小，為了統(tǒng)一也采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。再由于在中心輪的周圍均勻地分布星星輪來共同分擔(dān)載荷，從而使得每個(gè)齒輪所承受的負(fù)荷較小、并允許這些采用較小的模數(shù)。而且，它還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解以及實(shí)現(xiàn)各種變速的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。 諧波齒輪減速器是利用行星齒輪傳動(dòng)原理發(fā)展起來的一種新型減速器。此時(shí)柔輪由原來的圓形而變成橢圓形，橢圓長軸兩端的柔輪與之配合的剛輪齒則處于 完全嚙合狀態(tài)，即柔輪的外齒與剛輪的內(nèi)齒沿齒高嚙合。由于柔輪比剛輪在節(jié)圓周長上少 了兩個(gè)齒距，所以柔輪在嚙合過程中，就必須相對(duì)剛輪轉(zhuǎn)過兩個(gè)齒距的角位移，這個(gè)角位移正是減速器輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了減速的目的。 ； 諧波齒輪傳動(dòng)同時(shí)嚙合齒數(shù)多，即承受載荷的齒數(shù)多，在材料和速比相同的情況下，受載能力要大大超過其它傳動(dòng)。 ； 由于諧波齒輪傳動(dòng)的效率高及機(jī)構(gòu)本身的特點(diǎn)，加之體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，因此是理想的高增速裝置。 機(jī)器人傳動(dòng)方案的確定 經(jīng)過一段時(shí)間的查閱，分析了大量的工具書和網(wǎng)絡(luò)查詢后，開始了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì) —— 六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人抓取 /上臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。腕部與手部相連，通常有三個(gè)自由度 ，主要功能是