【正文】 帶動(dòng)手部完成預(yù)定姿態(tài)，是操作機(jī)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部分。段距離的傳動(dòng)方式有齒輪嚙合傳動(dòng)、鏈輪鏈條傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)等，齒輪嚙合傳動(dòng)噪聲大，鏈輪傳動(dòng)比較適合長(zhǎng)距離的傳動(dòng)并且噪聲也大，而同步帶傳動(dòng)適合小距離并且噪聲小、傳動(dòng)穩(wěn)定。 圖 同步帶傳動(dòng) 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 圖 同步帶截面形狀 Pb—節(jié)距 ht—齒厚 hs—帶厚 隨著人們對(duì)齒形應(yīng)力分布的解析，開(kāi)發(fā)出了傳遞功率更大的圓弧齒（圖），緊接著人們根據(jù)漸開(kāi)線(xiàn)的展成運(yùn)動(dòng)，又開(kāi)發(fā)出了與漸開(kāi)線(xiàn)相近似的多圓弧齒形，使帶齒和帶輪 能更好的嚙合（圖 ），使得同步帶傳動(dòng)嚙合性能和傳動(dòng)性能得到進(jìn)一步優(yōu)化，且傳動(dòng)變得更平穩(wěn)、精確、噪音更小。 4）．維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低 由于同步帶中承載繩采用伸長(zhǎng)率很小的玻璃纖維、鋼絲等材料制成，故在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中帶伸長(zhǎng)很小，不需要像三角帶、鏈傳動(dòng)等需經(jīng)常調(diào)整張緊力。 （ 3） .確定帶輪直徑和帶節(jié)線(xiàn)長(zhǎng) Lp 由文獻(xiàn) [14]表 727 可知： XL 型帶，小帶輪轉(zhuǎn)速 1n =2220r/min 時(shí)，帶輪最小 許用齒數(shù)為 1Z =10，考慮到制造和安裝等因素，取 1Z =12。其力學(xué)性能由文獻(xiàn) [15]表 81 查得， 640b? ? MPa， 355s? ? MPa， 1 275?? ? MPa， 1 155?? ? MPa，1[ ] 60?? ? MPa。為了便于安裝并考慮與軸承的配合，取裝配軸承出的軸經(jīng)12mmCDd ? ? ，由于次軸段選用一對(duì)軸承且中間需用套筒隔開(kāi)，參照軸承的寬度東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 取 19CDl mm? ? 。 （ 2）計(jì)算軸的彎矩 由（ 1）可知此軸的彎矩亦為零。軸的材料是 45 鋼，查文獻(xiàn) [15]表 8 – 1 取彎曲等效系數(shù) ?? ? ，扭轉(zhuǎn)等效系數(shù) ??? 。初算軸徑時(shí)，若最小直徑軸段開(kāi)有鍵槽，還要考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的影響。各軸肩處的圓角半徑及軸端的倒角均為01 45? ， 軸的結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖 3 . 8 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 圖 3. 8 軸的結(jié)構(gòu)圖 軸的校核 1. 按疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)校核計(jì)算 軸 主要承受扭矩，其工作能力按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。 表面狀況系數(shù) ?? ，根據(jù) b? ，表面加工方法查得 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 34 ?????? 軸肩處的綜合影響。而軸承的右側(cè)選用軸承端蓋固定軸承，參照軸承的尺寸取 25CDl mm? ? ， 25mmCDd ? ? 。根據(jù)表 83，取 0 100A? 。 計(jì)算綜合影響系數(shù)值為： 2 .2 4 3 .1 70 .7 6 0 .9 3kK ?????? ? ?? （ ） 1 . 5 2 2 . 2 10 . 7 4 0 . 9 3kK ?? ???? ? ?? （ ） 截面右側(cè)由于鍵槽引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)是 k? 及 k? ，按文獻(xiàn) [15]附圖 附圖 4 查得： ?? ， ?? 故得綜合影響系數(shù)值為： 1 . 8 1 2 . 5 60 . 7 6 0 . 9 3kK ?? ???? ? ?? 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 1 . 6 0 2 . 3 20 . 7 4 0 . 9 3kK ?? ???? ? ?? 取上面綜合影響系數(shù) K? 。 圖 3. 5 軸的結(jié)構(gòu)圖 3. 計(jì)算軸上的作用力： 畫(huà)出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖 3. 6a）： 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 3 .6 軸的受力計(jì)算圖 為了方便計(jì)算，將軸上的作用力分解到水平面（圖 3 . 6b）和垂直面（圖 3 . 6c）內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。 ： （ 1）確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 為使半聯(lián)軸器軸向定位， AB 軸段左端需制出一軸肩，并考慮緊固螺母的尺寸，故取 BC 段的直徑為 10mmBCd ? ? ，因半聯(lián)軸器與軸配合部分的孔長(zhǎng)度為10mm，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(zhǎng)度應(yīng)略小于半聯(lián)軸器相應(yīng)的長(zhǎng)度，取 20mmABl ? ? 。同步帶、 錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率均取 η =（下同）。 同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 由 1 可 知 ，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速： 2n =740r/min，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速： 12 3 740 222 0 / m inn i n r? ? ? ? ?，同步帶輸入轉(zhuǎn)矩 T= Nm? ，輸入最高工作角速度（主動(dòng)輪） ? =，則同步帶傳遞的名義功 率 P 可表示為： P = T? ω = = （ ） 初設(shè)軸距： 0a =200mm （ 1．） 求設(shè)計(jì)功率 dP 由文獻(xiàn) [14]表 725 查得載荷修正系數(shù) 0k =，因?yàn)槲词褂脧埦o輪，又是減速傳動(dòng)，故表 725 的附加修正系數(shù)均為零。因?yàn)橥綆鲃?dòng)是嚙合傳動(dòng)，其帶輪直徑比依靠摩擦力來(lái)傳遞動(dòng)力的三角帶帶輪要小得多，此外由于同步帶不需要大的張緊力，使帶輪軸和軸承的尺寸都可減小。然而，對(duì)于帶強(qiáng)力層材料的改善，如果用鋼絲、尼龍、聚酯纖維峙，帶傳動(dòng)也可以用于某些只有鏈傳動(dòng)才適合的動(dòng)力傳動(dòng)。故腕部旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)方式采用：伺服電機(jī) +諧波減速器。外形見(jiàn)圖 。目前，機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)有60%70%都是用諧波齒輪，所以本次設(shè)計(jì)也采用諧波齒輪傳動(dòng)。 ； 諧波齒輪減速器的高速軸、低速軸位于同一軸線(xiàn)上。而在普通齒輪傳動(dòng)中，同時(shí)嚙合的齒數(shù)只有 2—7%，對(duì)于直齒圓柱漸開(kāi)線(xiàn)齒輪同時(shí)嚙合的齒數(shù)只有1—2 對(duì)。依此類(lèi)推，波發(fā)生器相對(duì)剛輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，柔輪相對(duì)剛輪的位移為兩個(gè)齒距。諧波傳動(dòng)工作過(guò)程如 圖 ： 圖 諧波減速器構(gòu)件 2. 諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)原理： 當(dāng)波發(fā)生器為主動(dòng)時(shí)，凸輪在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，就近使柔輪及薄壁軸承發(fā)生變形（可控的彈性變形），這時(shí)柔輪的齒就在變形的過(guò)程中進(jìn)入（嚙合）或退出（嚙離）剛輪的齒間，在波發(fā)生器的長(zhǎng)軸處處于完全嚙合，而短軸方向的齒就處在完全的脫開(kāi)。它幾乎可適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍，故目前行星傳動(dòng)技術(shù)已成為世界各國(guó)機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)之一。在僅作為傳遞運(yùn)動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)中，其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千。尤其是對(duì)于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高的變速器。但是，其費(fèi)用較高，而且其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，維護(hù)不方便。 ：直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)力矩，相對(duì)功率大及快速響應(yīng)等特點(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。只是把電機(jī)驅(qū)動(dòng)與液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)做一個(gè)比較，從中得到結(jié)論。因?yàn)楸或?qū)動(dòng)件的速度快慢取決于油液的容積變化，所以當(dāng)不考慮油液的溫度變化時(shí)，被驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的滯后也幾乎沒(méi)有，而且液壓機(jī)構(gòu)的重量輕、慣性小，因此它的速度反應(yīng)性較好 ； 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 3) 調(diào)速范圍較大，而且可以無(wú)級(jí)調(diào)速，易于適應(yīng)不同的工作要求 ； 4) 傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸收沖擊力，可以實(shí)現(xiàn)較頻繁而平穩(wěn)的換向 ； 5) 在產(chǎn)生相同驅(qū)動(dòng)力的條件下，液壓驅(qū)動(dòng)比其他驅(qū)動(dòng)方式體積小、重量輕、慣性小 ； 6) 定位精度比氣動(dòng)高，但比電機(jī)低 ； 7) 液壓系統(tǒng)的泄漏對(duì)機(jī)構(gòu)的工作穩(wěn)定性有一定的影響 ； 8) 油液中如果混入氣體，將降低傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛性 ，影響定位精度 (產(chǎn)生爬行 )； 9) 油液的溫度和粘度變化影響傳動(dòng)性能。 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 3) 臂部運(yùn)動(dòng)要靈活： 為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能 用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。如果能夠有效地減少驅(qū)動(dòng)器的個(gè)數(shù)，減輕了機(jī)械手肴的重量，并且山于炭纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的出現(xiàn)及大量關(guān)于彈性臂研究成果，因此有可能解決輕型機(jī)器人的問(wèn)題。 圖 機(jī)器人幾何模型 通常工業(yè)上使用的機(jī)器人山大臂和作為末端執(zhí)行器的簡(jiǎn)單夾持器組成。 不管怎樣分類(lèi)，機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)都是一樣的?；蛘邽榱藞?zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變的和可編程的動(dòng)作的專(zhuān)門(mén)系統(tǒng) ” 。當(dāng)時(shí)由于核工業(yè)的興起，為了處理放射性材料采用了機(jī)械手，同時(shí)期還出現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)。目前，這類(lèi)工業(yè)機(jī)器人占總數(shù)的 70%以上，全球正在工作的工業(yè)機(jī)器人共有 74 萬(wàn)，我國(guó)有 3000 臺(tái)左右。 1954 年，美國(guó)的 Gee Devol 首先把遠(yuǎn)程控制器的桿結(jié)構(gòu)與數(shù)控銑床的伺服軸結(jié)合起來(lái)，研制出了第一臺(tái)通用 機(jī)械手。2020 年已生產(chǎn)各種類(lèi)型工業(yè)機(jī)器人和系統(tǒng) 300 臺(tái)套，機(jī)器人銷(xiāo)售額 億元，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的年收益額為 47 億元。多關(guān)節(jié)型。這種機(jī)器人 (機(jī)械手 )多為氣動(dòng)或液動(dòng)，用行程開(kāi)關(guān)、機(jī)械擋塊來(lái)控制其工作位置。 ： 機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類(lèi)似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、 手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 目錄 第一章 緒論 .................................................................................................................. 1 引言 .................................................................................................................. 1 機(jī)器人的特點(diǎn) .................................................................................................. 1 機(jī)器人的構(gòu)成與分類(lèi) ...................................................................................... 2 國(guó)內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 ...................................................................... 2 課題研究意義 ................................................................................................... 4 本課題研究的主要內(nèi)容、基本要求與方法 ................................................... 6 第二章 機(jī)器人傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) ...................................................................................... 8 機(jī)器人的工作要求 .......................................................................................... 8 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式的選擇 .................................................................................. 8 液壓驅(qū)動(dòng) ................................................................................................ 8 氣壓驅(qū)動(dòng) ................................................................................................ 9 電機(jī)驅(qū)動(dòng) ................................................................................................ 9 機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的對(duì)比分析及選擇 ..................................................... 10 減速裝置的對(duì)比分析與選擇 ........................................................................ 11 行星齒輪傳動(dòng) ...................................................................................... 11 諧波減速器 ........................................................................................... 12 機(jī)器人傳動(dòng)方案的確定 ................................................................................ 15 六自由度機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ....................................................... 15 六自由度機(jī)械手前臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ......