【正文】 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 28 頁 表 41 部件 估算 質(zhì)量表 表 42 部件實際質(zhì)量表 各自由度間連接件的可靠性分析 由于各個自由度之間都使用螺栓連接，現(xiàn)就連接螺栓進行強度校核。其型號為7202AC。 （ 2）由耐磨性計算 2d 取 ψ =2，對于梯形螺紋 [10] ][2 PFd ψξ? 其中： F— 驅(qū)動力（ N） [P ]— 許用壓強（ MPa）由表 [10， ]得 [P]=8MPa 2d — 絲 桿 中徑（ mm） ζ梯形螺紋時ζ = 經(jīng)過計算得 ?2d 根據(jù)標準的梯形螺紋，查書 [10， ]選擇螺紋的公稱直徑 d=20mm,螺距 P=2mm，小徑 1d =，中徑 2d =19mm （ 3）自鎖性驗算 由公式可知當量摩擦角2cosarctan αρ｀ f? 其中： `ρ — 當量摩擦角 f— 摩擦系數(shù)，查表 [10， ]，得 f= 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁 α — 牙形角，這里α =30176。 （ 3）結(jié)構(gòu)簡單，抓取方形物體。 [8] 根據(jù)以上的要求可知， 由于在本傳動中，第一、二自由度分別用帶傳動，其承受的軸向力較小，主要承受徑向力為主，因此，對于第一、二自由度選用深溝球軸承，為了 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 設(shè)計簡化采用相同的型號；而第三自由度主要心承受軸向載荷為主，所以采用現(xiàn)個角接觸球軸承對背安裝。而球軸承 中則主要為點接觸，宜用于承受較輕的或中等的載荷，在載荷較小時，可優(yōu)先選用球軸承。 ⑤對水平安置的導軌，以下導軌為基準，上導軌為彈性體的原則：以長的固定不動的下導軌為剛性較強的剛體為基準，移動部件的上導軌為能具有一定變形的彈性體。取加速度為 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 ，則上長時間為 . 于是得慣性轉(zhuǎn)矩 NmTG ? 于是驅(qū)動力矩 NmTTTT FGM ??????? 在綜合考慮其它因素的影響，取電機的驅(qū)動力矩 MT 選交流伺電機 60CB 系列，其型號為： 60CB020C 功率 200W 轉(zhuǎn)矩 。一般須開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件 力矩電動機 能長期在堵轉(zhuǎn)矩狀態(tài)下工作，低速運行時，能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩。由第一自由度的受力及帶輪的尺寸可知，所需轉(zhuǎn)矩為 T=,在考慮振動、波動、過載等因素等，取電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 ，選擇永磁感應(yīng)式步進電動機其型號為110BYG450A,[5， ]步進角 度，最大轉(zhuǎn)矩 。 2） 不發(fā)生共振臨界轉(zhuǎn)速校核： ）（ρπ min/L30 22 22 rKAEJfncc? 式中 E— 材料的拉、壓彈性模量，鋼的 ；211 / mNE ?? J— 絲杠軸最小截面慣性矩（ 4m ）； 4264dJ π? A— 絲杠軸最小截面面積； ）（π 2224 mdA? cL — 臨界轉(zhuǎn)速計算長度（ m）； ρ — 材料密度鋼的 ）（ρ 33 /107 .8 mkg?? ； 2K — 安全 系數(shù)，取 2K =； 將 E、 J、 A、ρ、 2K 的值代入 ）（ρπ min/L30 2222 rKAEJfn cc ?得 ）（ m in/L9 91 0 2 222 rdfncc? 其中：查表 38 得： 2f =， 由滾珠絲杠副參數(shù)知：絲杠螺紋底徑 ?d mm 臨界轉(zhuǎn)速長度： 600?cL mm 經(jīng)計算得 5107? ， maxnnc ? 符合要求 表 38 支撐方式系數(shù) 3） 臨界壓縮載荷校核： 不發(fā)生失穩(wěn)的最 大壓縮載荷，以 cF 表示，按歐拉公式計算 ）（π NKLEJfFc 12021? 支撐方式 一端固定一端自由 一端固定一端游動 兩端固定 1f 2f 適應(yīng)范圍 低速短軸垂直安裝 中速、較高精度 高速、高精度、高剛度 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 式中 E、 J、 2d — 含義同上； 0L — 最大受壓長度（ m）； 1f — 絲杠支承方式系數(shù)； 1K — 安全系數(shù)，取 1K =31 ； 將 E、 J、 1K 、π的值代入上式可簡化得 ）（ NLdfFc 20 ?? 其中：查表 38 得： 2f =， 由滾珠絲杠副參數(shù)知：絲杠螺紋底徑 ?d mm 臨界轉(zhuǎn)速長度： 8500 ?L mm 經(jīng)計算得 ?cF ， ca FF? 符合要求。在計算之前，先將各自由度的負載估算臺下：第一自由度負載 80kg；第二自由度負載 50kg；第三自由度負載 20kg。隨著步進 、伺服電機的發(fā)展，電動驅(qū)動逐漸體現(xiàn)出它的優(yōu)點：動力源簡單 、 維護 使用 方便又便于與計算機對接，能實現(xiàn)精確控制。 直角坐標機器人傳動及驅(qū)動方式的選擇 直角坐標機器人傳動方式的選擇 直角坐標機器人的母體（即三個自由度部件）的傳動方式大體有四種，分別是滾珠絲杠傳動方式、齒輪齒條傳動方式、同步帶傳動方式、以及液壓傳動方式。至于具體尺寸以及其它的設(shè)計計算問題將在下第三章中詳細說明 。 ④按指面形式可分為 ：光滑型，指面平整光滑，用來夾持已加工完成表面光整的工件，避免碰傷；齒型，指面上有齒紋，增加摩擦力，確保夾緊牢靠，多用于夾持粗坯、半成品工件；柔性型，指面使用橡膠，增大摩擦力、保護工件表面作用。但 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 這種手指的結(jié)構(gòu)比較復雜，體積大，要求加工精度高。最簡單的一各形式利用微型開關(guān)來檢測判斷是否抓住工件。而這些又決定手部的抓取機能，即約束性 、 操作性和 感覺 性。因此為了研究問題方便，可以把空間任意兩點的曲線運動簡化為分別在三個自由度方向的直線運動。 本文研究的主要內(nèi)容 本文以一種門式直角坐標機器人設(shè)計為主線，來研究直角坐標機器人的工作原理、結(jié)構(gòu)形式。 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 選題的意義和目的及設(shè)計基本步驟 作為一名機械電子專業(yè)的學生，機器人是機械和電子結(jié)合得最緊密的產(chǎn)品，能夠有機會認識和了解機器人的結(jié)構(gòu)，我 感 到很榮 幸。 ②機器人能持久，耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的環(huán)境中解脫出來，并能擴展和延伸人的功能。先進制造技術(shù)的協(xié)作機器人學的研究與發(fā)展趁著積極的促進作用。 （ 3） 工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢 ①機器人朝著標準化方向發(fā)展。在高技術(shù)發(fā)展的失去 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 下，隨著改革開放方針的實施，我國機器人技術(shù)的發(fā)展得到政府的重視的支持。 1954 年美國戴沃爾發(fā)表了 “通用重復型機器人 ”的專利論文，首次提出 “工業(yè)機器人 ”的概念； 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺數(shù)控工業(yè)機器人原型； 1959 年美國 UNIMATION 公司推出第一臺工業(yè)機器人。而直角坐標機器人在碼垛機和搬運機使用越來越多，其特點是負載范圍大，小到幾公斤，大到幾屯；運行速度快，且速度可調(diào)整；動作靈活，可完成復雜的任務(wù)；可靠性高，維護簡單。在 20 世紀 90 年代的十年間，機器人價格降低而勞動力成本增加。設(shè)計不拘泥于常規(guī)，使產(chǎn)品具有更廣闊的發(fā)展空間，必將成為機器人的發(fā)展趨勢。目前，許多國家的工業(yè)機器人技術(shù)得到很好的發(fā)展，我國也在進行深入的研究和開發(fā)。工業(yè)機器人在 20 世紀60 年代毫無疑問是一種獨特的設(shè)備，將其和計算機輔助設(shè)計（ CAD）系統(tǒng)、計算機輔助制造（ CAM）系統(tǒng)結(jié)合在一起應(yīng)用，這是現(xiàn)代制造業(yè)自動化的最新發(fā)展趨勢。其次是非經(jīng)濟因素造成的，隨著機器人作業(yè)能力的增強，它們可以完成更加危險或不可能完成的工作。 [2] 當前機器人技術(shù)的發(fā)展 機器人發(fā)展的概況 （ 1） 世界機器人的發(fā)展情況 兩院院士宋健曾 說過： “機器人學的進步和應(yīng)用是本世紀自動控制最有說服力的成就， 是當代最高意義上的自動化 ”。使機器人的運動與控制更加的準確穩(wěn)定。 90 年代中期，國家已選擇以焊接機器人的工程應(yīng)用為重點進行開發(fā)研究，從而迅速掌握焊接機器人的應(yīng)用工程成套開發(fā)技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備制造、工程配套、現(xiàn)場運行等技術(shù)。在多品種，小批量生產(chǎn)的柔 性自由行自動化生技術(shù)中，要求工業(yè)機器人對外部環(huán)境和對象物體有處適應(yīng)能力，具有一定的“智能”，機器人的智能化是批機器人具有感覺、知覺等，既有很強的檢測功能的判斷功能。 (4)發(fā)展工業(yè)機器人的意義 ①機器人對外部環(huán)境的適應(yīng)性強，能代替人從事危險有害的操 作。 直角坐標機器人的發(fā)展情況 直角坐標機器人是工業(yè)機器人的一種 ， 它已經(jīng)廣泛的 應(yīng)用 于自動化生產(chǎn)中，它具有結(jié)構(gòu)簡單，運動直觀性強，坐標方向位置精度容易控制，漂浮物精度較高；制造安裝高速方便，容易實現(xiàn)數(shù) 字 控制。 （ 3） 根據(jù)用途運用所學知識進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于在畢業(yè)實習的時候沒有看到過直角坐標機器人的具體結(jié)構(gòu)，通過對 CA6140 機床刀架的觀察和分析，根據(jù)其運動原理進行直角坐標機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 二 直角坐標機器人的工作 原理 實現(xiàn)三個自由度運動的 基本 原理 直角坐標機器人的主要功能就是能夠使得末端執(zhí)行器到達空間指定位置。按其抓取方式主要分為以下兩種： [3] 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 （ 1）吸附式 ①空氣負壓吸盤 ②磁力吸盤 （ 2） 手指式 ①平移式 ②回轉(zhuǎn)式 針對眾多的結(jié)構(gòu)形式，選擇的方法其實很簡單。 操作性是指手爪能夠抓取的物件的幾何特性，包括極限尺寸形狀以及在抓取不同形式圓棒時能否保持同一中心線的 同心特性。 （ 1） 手指式手部的分類 ①按運動形式可分為平穩(wěn)型和回轉(zhuǎn)型兩種。無關(guān)節(jié)指是一個平指構(gòu)件，固定關(guān)節(jié) 是 指本件是一個具有固定彎曲角度的構(gòu)件，一般成折線狀。 ⑤手部結(jié)構(gòu) 應(yīng) 能適應(yīng)工作環(huán)境提出的特殊要求。一種是門式直角坐標機器人，另一種是臂式直角坐標機器人。 直角坐標機器人的驅(qū)動方式有三種：液壓、電動和氣壓。所以第一自由度的跨度為 800mm,第二自由度的跨度為 300mm。 9）實際軸間距 a mmmmLaa p 63]2 3310 00[2 L 00 ??? －＋－＋ 10）小帶輪嚙合齒數(shù) mz 8]216[)](22[432 33 ?????? e ntzzazpze ntz bm π 11）基本額定功率 0P 1000 )( 20 vmvTP a ?? 由表 [4， ]查得 NTa ? ， mkgm /? 遼寧科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 KWP )( 20 ????? 12）計算帶寬 sb 00 PKPbbzdss ? 由表 [4， ]查得 H 型帶 ??? zms zb ， mmmmb s ??? 由表 [4， ]查得，應(yīng)選帶寬代號為 300 的 H 型帶，其 mmbs 2..76? 13）帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸 傳動選用的同步帶為 840H300； 1643 ??zz mmdd ?? mmdd aa ?? （ 3）第三自由度傳動部件設(shè)計 由于第三自由度為豎直方向，通過對傳動部件的分析，不適合采用帶傳動，因此，采用絲杠傳動，絲杠的軸向力為第三自由度負載的全部作用力，于是，絲杠的軸向載荷為 200N。 [5] 控制電機已成為現(xiàn)代機電一體化的工業(yè)自動化系統(tǒng)以及軍事裝備中必不可少的重要元件。對 3 級精度絲杠副，取 ； 4 級以下精度取 ； （ 2）絲