【正文】 ， 7— 柔輪， 8— 波發(fā)生器， 9— 剛輪 圖 311 環(huán)形軸承的機(jī)器人機(jī)座 步進(jìn)電機(jī)的選取 工業(yè)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)和上下移動(dòng)采用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，下面就給出各種驅(qū)動(dòng)方式的比較，以作為選取步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式的依據(jù)。 對(duì)于鋼材，材料密度為 ) 33 cmKg ?? ? ,把 數(shù)據(jù)代入上式得： )( 22 cmKgDMJ cL ??? 3） 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 SJ 的折算 表 [14]42 P119，得出 1m 長的滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ㎏? cm2，絲杠長度 L＝ 600mm，所以滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： SJ = = ㎏? cm2； 4） 手臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 GJ 的折算 工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 GJ 可按下式進(jìn) 行計(jì)算： MLJ G 20 )2( ?? 公式[14]（ 26） 式中， 0L 為絲杠導(dǎo)程（ cm）； M 為工作臺(tái)質(zhì)量（ kg）。 （ 3） 啟動(dòng)矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。算得 ZKZ Hf ? 。 計(jì)算載荷 Fc = FK aK RK tK mF 表 [15]1521 得 FK = ， aK = ， RK =， tK = 1 Fc = FK aK RK tK mF = ? ? ? 1? 1000 = 1771 N a39。2d0 408 ，剪切彈性模量 G=? 410 N/mm2所以： S? = 442 2 8132116 ??? ??? + 25 810004 ??? ??? = μm 其中，危險(xiǎn)截面 1d = ， E = ， 每米螺桿長度上的螺矩的彈性變形 ss? = ?? = m? /m ( ss? )p = 15 m? /m 因?yàn)闈L球絲桿精度要求為 3 級(jí)精度，由 表 [9]158 查得 ( ss? )p = 15 m? /m 所以其剛度滿足要求。采用多級(jí)或復(fù)波式傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比可以更大。 本設(shè)計(jì)中的諧波齒輪采用帶杯形柔輪的諧波傳動(dòng)組合件。控制系統(tǒng)的功能是控制機(jī)器人操作機(jī)的運(yùn)動(dòng)和操作以滿足作業(yè)的要求。這種連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)，可看成是若干密集軌跡曲線。第二級(jí)機(jī)負(fù)責(zé)位置伺服控制軟件的計(jì)算，位置檢測(cè)等工作，根據(jù)插補(bǔ)算出的各關(guān)節(jié)位置增量做位置給定。 安全要求 工業(yè)機(jī)器人能代替人在危險(xiǎn)有害的環(huán)境中工作。為此生產(chǎn)廠家在工業(yè)機(jī)器人及控制系統(tǒng)的軟硬件方面應(yīng)盡量增加有關(guān)功能，以確保安全。 本次設(shè)計(jì)詳細(xì)的對(duì)機(jī)器人的末端執(zhí)行器、手臂、腰部及機(jī)座進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在未來的日子里，我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)和工作 ，不辜負(fù)父母對(duì)我的殷殷期望！我一定會(huì)好好孝敬和報(bào)答他們！ 大學(xué)四 年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開始。 感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫 助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。值得一提的是， 李世國 老師宅心仁厚，閑靜少言，不慕榮利， 有學(xué)者風(fēng)范！ 對(duì)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他的身上，我們可以感受到一個(gè)學(xué)者的嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)，這些都讓我們獲益 菲淺，并且將終生受用無窮。圓柱坐標(biāo)機(jī)器人也會(huì)憑 借著結(jié)構(gòu)簡單、完成任務(wù)多樣、操作方便、運(yùn)動(dòng)靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)從其他類型的機(jī)器人當(dāng)中脫穎而出的 。這是工業(yè)機(jī)器人及周邊設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并且將工業(yè)機(jī)器人鎖定示教模式 3. 在距操作者的地方設(shè)置緊急停止開關(guān)，按下此開關(guān)，工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)設(shè)備立即停止運(yùn)轉(zhuǎn) 4. 在人機(jī)結(jié)合部設(shè)置傳感器。在工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)廠家，有嚴(yán)格的管理規(guī)定和技術(shù)保障體系。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 控制系統(tǒng)采用二級(jí)計(jì)算機(jī)控制方式，選用 IBMPC， 80C51 系列 CPU。而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡（包括移動(dòng)的路徑和運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)）則不作任何規(guī)定，這種控制方式易于實(shí)現(xiàn)，但不易達(dá)到較高的定位精度，適用于 上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊和在電路板上安插元件等只要求在目標(biāo)點(diǎn)保持末端執(zhí)行器準(zhǔn)確的位姿的作業(yè)中。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般要用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。傳動(dòng)比小于 35 時(shí)不能采用諧波傳動(dòng)。383tan ?? ? = = 96% 諧波齒輪的選擇 諧波齒輪的特點(diǎn)，與一 般齒輪傳動(dòng)相比，有如下特點(diǎn)： 傳動(dòng)比大。39。38′ 螺桿不長，無需驗(yàn)算穩(wěn)定性。 （ 2） 杠下部裝有 圓錐滾子 軸承，型號(hào)為 30204， 它的有關(guān)參數(shù)如下： 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22頁 表 36 圓錐滾子軸承參數(shù)表 軸承代號(hào) 基本額定 極限轉(zhuǎn)速 r/min 動(dòng)載荷 Ca/KN 靜載荷 C0a/KN 脂潤滑 油潤滑 30204 8000 10000 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械傳動(dòng)裝置的選擇 滾珠絲杠的選擇 估算：等效載荷 Fm =1000 N, 絲桿有效行程 560 mm ,等效轉(zhuǎn)速 nm =1000 r/min , 要求使用壽命 L39。 表 [14]211，步進(jìn)電機(jī) 150BF002 啟動(dòng)頻率 yqZq fHf ?? 1600 ，所以所選電機(jī)不會(huì)丟步。 cmM kf ?????? ???? 3） 附加摩擦力矩 ? ?2021 12 ??? ?? iLFM YJ 公式 [14]（ 235） 式中： YJF 為滾珠絲杠預(yù)緊力； 0? 為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，現(xiàn)取 0? ＝ 。最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由柔輪 7 輸出低速的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與之固聯(lián)的機(jī)座回轉(zhuǎn)殼體 5 實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 LAC=0 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16頁 求得支反力為 : R1= R2= 以 A 點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，得剪力圖和彎矩圖如下： 活塞桿 [τ ]=140MPa, [σ ]=240MPa. 則在 B 處橫截面上的剪應(yīng)力為： τ B= RB/A= ][)1027(423?? ????M P a 安全。 圖 38 手臂結(jié)構(gòu)圖 選用軸向腳架型液壓缸，活塞桿末端為外螺紋結(jié)構(gòu)，手臂與末端執(zhí)行器連同活塞桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 工件與彈簧片間的力：由上節(jié)可知 F=280N。所以 N≥ G/2f=（ N） 。 （ 3） 應(yīng)能保證工件在 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu) 內(nèi)準(zhǔn)確定位。它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的工作條件下，機(jī)體占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。 本 設(shè)計(jì)中的三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的有關(guān)技術(shù)參數(shù)見表 21。根據(jù)運(yùn)動(dòng)行程范圍和坐標(biāo)形式就可確定機(jī)器人的工作范圍。本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展開的。 控制系統(tǒng)：通過對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7頁 2 三自由度圓柱 坐標(biāo) 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的組成 及各部分關(guān)系概述 圖 21 工業(yè)機(jī)器人的組成圖 三自由度圓柱坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人 主要由機(jī)械系統(tǒng) (執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) )、 控制檢測(cè)系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。美國貝爾科爾公司已成功地將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)裝配在芯片上，其智能分析速度比普通計(jì)算機(jī)要快數(shù)千倍，能更好地完成識(shí)別語言和圖像處理等工作。美國在機(jī)器人技術(shù)的綜合性水平上仍處于領(lǐng)先地位，日本生產(chǎn)的機(jī)器人數(shù)量和種類則居世 界首位。相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，機(jī)器人將會(huì)越來越廣 泛的滲入到我們生活的各個(gè)方面，而作為機(jī)器人的一個(gè)重要分支 —— 工業(yè)機(jī)器人，將會(huì)更深一步的影響我們的生活 選題背景及目的 機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近幾年國內(nèi)廠家所生產(chǎn)的哦工業(yè)機(jī)器人有超過一半是提供給汽車行業(yè)。近幾年，我國工業(yè)機(jī)器人及含工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線相關(guān)的產(chǎn)品的年銷售額已突破 10 億元。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進(jìn)行反饋的能力。米拉克隆公司的理查德 1959 年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人（可編程、圓坐標(biāo)）在美國誕生，并由此開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 1954 年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。 查培克在其劇本《羅薩姆的萬能機(jī)器人》中最早使用機(jī)器人一詞，劇中機(jī)器人 “Robot” 這個(gè)詞的本意是苦力，即 劇作家 筆下的一個(gè)具有人的外表，特征和功能的機(jī)器，是一種人造的勞力。在控制器的作用下，它執(zhí)行將工件從一條流水線拿到另一條流水線這一簡單的動(dòng)作 ,。 50 年代以后， 美國 橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開始研究能搬運(yùn)核原料的遙控操縱機(jī)械手，如圖 所示，這是一種主從型控制系統(tǒng)，主機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。 1967 年日本成立了人工手研究會(huì)（現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會(huì)），同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì) 。現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。 1965 年， MIT 的 Roborts 演示了第一個(gè)具有視覺傳感器的、能識(shí)別與定位簡單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。 隨后，工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大發(fā)展，日本也因此而贏得了“機(jī)器人王國的美稱”。這種機(jī)器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身和周圍的 環(huán)境，識(shí)別對(duì)象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人目前主要以國內(nèi)市場應(yīng)用為主，年出口量為 100 臺(tái)左右，年出口額為 億元以上。未來工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有：第一，危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人：主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測(cè)、油汽管道等機(jī)器人；第二，醫(yī)用機(jī)器人：主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人，遙控操作輔助正骨等；第三，仿生機(jī)器人：主要有移動(dòng)機(jī)器人，網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器人等。 目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。 自從第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世以來，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域從汽車工業(yè)逐漸向其他行業(yè)滲透，機(jī)器人的種類也從操作手逐漸衍生出各種各樣的機(jī)器人，如今機(jī)器人已經(jīng)深入到人類生活的方方面面。 本次設(shè)計(jì)主要完成的任務(wù)是把一個(gè)工件用機(jī)器人從一條生產(chǎn)線準(zhǔn)確 、迅速、平穩(wěn)、安全的搬運(yùn) 到另外一條生產(chǎn)線上去， 從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，提高效率的目的。 （ 2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。 原始數(shù)據(jù)：自動(dòng)線上有Ａ，Ｂ兩條輸送帶之間距離為 ，需設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人將一零件從 A 帶送到 B 帶。主要技術(shù)參數(shù)有如下： 抓取重量：抓取重量是用來表明機(jī)器人負(fù)荷能力的技術(shù)參數(shù)，這是一項(xiàng)主要參數(shù)。它與抓取重量、定位精度等參數(shù)密切有關(guān)，互相影響。如圖 31 所示，為工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的簡圖。 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12頁 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的 末端執(zhí) 行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 是用來抓持工件或工具的部件。 總體 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 采用內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動(dòng)夾緊，它的結(jié)構(gòu)形式如圖 34。 由 公式 [11] 415 ，mPDF ??42? ， D 為汽缸的內(nèi)徑 (m)， P 為工作壓力（ Pa） ,由表 33[11]， 表 33 負(fù)載與壓力關(guān)系表 負(fù)載 /N 5000 5000～ 10000 10000～ 20210 20210～ 30000 30000～ 50000 50000 工作壓力 /MPa ～ 1 ～ 2 ～ 3 3～ 4 4～ 5 5～ 7 取 p=。 （ 3） 盡量減小手 臂重量和相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和偏重力矩，以減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷；減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。 工件重量為： 8Kg。采用了雙導(dǎo)柱導(dǎo)向，以防止手臂在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)動(dòng)，確保