【正文】 54P．[31] Z. Biernacki: Sensory i systemy termoanemometryczne (Sensors and thermoanemometric systems). Wyd. Komunikacji I ??czno?ci, Warszawa 1997.[32] A. Balawender: Nap?dy hydrauliczne (Hydraulic drives). wyd. PG, Gdańsk 1983.[33] W. Winiecki: Organizacja komputerowych system243。主體采用鋁合金材料大大減輕總體質(zhì)量，有利于提高其動態(tài)特性。180。Nm?選取的螺釘材料為 Q235，直徑為 12mm，固定用的螺栓數(shù)目為第 4 章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)與校核496。2VH?畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 T= T ，轉(zhuǎn)矩圖見圖 (f) 圖。固定齒輪的軸肩高度為 。這一段由于和聯(lián)軸器連接，所以開有鍵槽，具體尺寸和電機(jī)輸出端的一樣。脹緊套選用 Z2 型脹緊套。由于大齒輪的齒寬為 75mm，軸頭的長度應(yīng)該小于輪轂的長度，所燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)44以 de 段的長度為 60mm，直徑為 90mm。取 =。故在這里只計(jì)算小齒輪的受力。ef 段要安裝用于齒輪的軸向固定和軸承的軸向固定的軸套，考慮燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)40到另一半的密封箱的壁厚和孔徑以及大齒輪輪轂比軸頭多出的長度，這段軸頸的長度為 60mm，直徑為 85mm。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)38第 4 章 　 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)與校核第 4 章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)與校核39　 大軸 1 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核　大軸 1 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 　大軸 1 的傳動方案 確定大軸 1 上的零件的裝配方案大軸 1 上的零件的裝配方案如圖 所示。大臂轉(zhuǎn)速 = /2 rad/s，長為 1m, 傳感器線數(shù)為：ωns=2 /(i )=2 /(100 )=524?θ180。此外還要求腰部回轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動精度較高，要在驅(qū)動元件上安裝傳感器，檢測電機(jī)的旋轉(zhuǎn)精度。=49186。經(jīng)計(jì)算可得出 227。所以，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動。1I = m2平移到 i 軸上 = +m1I39。大臂的傳動形式與小臂相同，都是由液壓缸驅(qū)動實(shí)現(xiàn)大臂的俯仰運(yùn)動。=12186。O大臂處于垂直位置時的小臂動作范圍。后桿的尺寸為1001000，底桿的尺寸為 100400。21r第 3 章 噴漆機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)29 =+5(+＋) 2 = m2回轉(zhuǎn)套支架對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量回轉(zhuǎn)套支架繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為 = m(b2+h2)39。ab邊為機(jī)架，ad 邊為搖桿， bc 邊為曲柄。噴漆機(jī)器人的小臂俯仰機(jī)構(gòu)通過鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)來完成，安裝在腰第 3 章 噴漆機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)27部回轉(zhuǎn)盤上的直流伺服電機(jī)通過鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動小臂實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動。電機(jī)輸出軸端進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L [1620]。設(shè)回轉(zhuǎn)套、電機(jī)、減速器、短軸、鍵、噴槍及噴槍夾的質(zhì)量共5kg。電機(jī) 1 帶動噴頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，故此電機(jī)應(yīng)小巧靈便以減輕電機(jī) 2的負(fù)擔(dān)，因此電機(jī) 1 應(yīng)該質(zhì)量輕、體積小且能滿足功率滿要求。經(jīng)過上面的計(jì)算和分析可證明小臂的末端可達(dá)的覆蓋范圍大于空間 abcdefgh。根據(jù)設(shè)計(jì)方案知細(xì)桿 2 相對于細(xì)桿 1 的最小俯仰角度80 186。讀圖可知達(dá)到 d 點(diǎn)時，細(xì)桿 1 的俯仰角度最大為 51 186。圖 　工作的空間模型論證的細(xì)桿 2 末端所要達(dá)到的運(yùn)動范圍如圖 所示。170176。 至90186。精度控制方面，會在電機(jī)后部安裝光柵編碼器來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)回轉(zhuǎn)角度的控制 [15]。這種傳動方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡潔有效、傳動精度較高、通過自身的調(diào)速減輕了整個腰部的負(fù)載。范圍內(nèi)的俯仰運(yùn)動，從而調(diào)節(jié)整個腕部的空間位置。3它對 的力矩亦起著平衡一部分偏重力矩的作用，因而小臂的平衡力3O矩 3PSGM???式中 M 為油缸對 的靜阻力矩。該機(jī)器人的大臂小臂均采用彈簧平衡裝置，如下圖所示。目前大臂和小臂的結(jié)構(gòu)比較流行的是中間有多層圓筒形套裝梁結(jié)構(gòu)，外型像啞鈴，多為焊鑄件組合結(jié)構(gòu)?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11 噴漆機(jī)器人的運(yùn)動參數(shù) 項(xiàng)目 技術(shù)參數(shù)結(jié)構(gòu)形式 關(guān)節(jié)式自由度 6?1 ?2 ?3 ?4 ?5 ?6活動范圍100186。 確定驅(qū)動件和自由度由于工作需求的不同以及工作對象的不同，因此工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動機(jī)型有多種結(jié)構(gòu)形式，主要包括直角坐標(biāo)系機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)機(jī)器人、極坐標(biāo)機(jī)器人、多關(guān)節(jié)機(jī)器人直角坐標(biāo)系機(jī)器人只能在 x、y、z 三個方向上作直線運(yùn)動，因此控制方便，結(jié)構(gòu)十分簡單，設(shè)計(jì)比較方便。而且由于施工現(xiàn)場的空間是有限的，所以絕大多數(shù)時候要求工業(yè)機(jī)器人所占的空間要盡可能的小，以便在有限的空間盡可能的完成多個工序。根據(jù)設(shè)計(jì)要求里的工作空間的要求，通過簡單的計(jì)算方法，確定了兩個手臂的長度。涂裝質(zhì)量的高低決定了汽車表面的耐腐蝕能力的強(qiáng)弱、使用壽命的長短、汽車是否美觀，而且人們在購買汽車時，對于汽車產(chǎn)品最直接的評價就來源于汽第一章 緒論7車的外觀，因此噴涂質(zhì)量的高低直接影響了一個汽車產(chǎn)品在市場中的競爭能力和生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟(jì)效益。此外，實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場往往存在有各種不確定的干擾，也會對 PID 控制器造成影響。路徑規(guī)劃的好壞，直接關(guān)系到噴涂作業(yè)的效率以及工件表面的涂層是否均勻，對噴涂工件的質(zhì)量的影響巨大。由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組裝方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。4)傳感系統(tǒng):激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器已成功應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)中,并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等,大大改善了機(jī)器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。噴漆機(jī)器人在國外早已廣泛應(yīng)用于汽車等產(chǎn)品的涂裝生產(chǎn)線,國外機(jī)器人己取得的進(jìn)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面:燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)41)操作機(jī)器人:通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用,操作機(jī)器人己實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。噴漆機(jī)器人一般采用液壓驅(qū)動，具有動作速度快、防爆性能好等特點(diǎn)，可通過手把手示教或點(diǎn)位示數(shù)來實(shí)現(xiàn)示教。 圖 1 一 1 機(jī)器人噴涂汽車車身 噴涂機(jī)器人與其它品種的工業(yè)機(jī)器人比較其主要不同之處在于噴涂機(jī)器人用于在封閉的噴涂室內(nèi)噴涂工件內(nèi)外表面,由于噴涂室內(nèi)的漆霧是易燃易爆的,如果機(jī)器人的某個部件產(chǎn)生火花或溫度過高,就會引燃噴涂室內(nèi)的易燃物質(zhì),引起噴涂室內(nèi)的大火。對于某些機(jī)電產(chǎn)品如家電、輕工、汽車、摩托車等來講,產(chǎn)品的外觀質(zhì)量甚至影響到該產(chǎn)品在市場上的競爭力,因此對表面涂裝技術(shù)提出了更高要求。機(jī)器人的廣泛應(yīng)用,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量,而且對保障人身安全,改善勞動環(huán)境,減輕勞動強(qiáng)度,提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本,有著十分重要的意義。本文設(shè)計(jì)的噴漆機(jī)器人采用了類似于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式。驅(qū)動小臂運(yùn)動的電機(jī)安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤的上面，通過帶動鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)間接驅(qū)動小臂實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動，這樣避免了把液壓缸直接安裝在大臂和小臂的連接處，從而減小了小臂自身的重量，同時減小了驅(qū)動大臂和腰關(guān)節(jié)的液壓缸所需要的功率與力矩，這種鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)還使小臂實(shí)現(xiàn)自身的重力平衡從而減小了靜力矩。 自從 1962 年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人以來,經(jīng)過五十多年的發(fā)展,機(jī)器人己在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。傳統(tǒng)的表面噴涂(漆)技術(shù)都是以手工方式進(jìn)行產(chǎn)品表面的噴涂(漆)作業(yè),在此過程中產(chǎn)生的大量的有害物質(zhì)及氣體,如:苯、醛類、胺類等造成環(huán)境污染,影響到操作工人的身體健康及勞動情緒,因此噴涂質(zhì)量受工人的技術(shù)水平和情緒等因素影響較大,制約了生產(chǎn)能力。甚至引起爆炸,所以,防爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)電動噴涂機(jī)器人很重要的一部分。噴漆機(jī)器人廣泛用于汽車、儀表、電器等工藝生產(chǎn)部門。以德國 KUKA 公司為代表的機(jī)器人公司,己將機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu),拓展了機(jī)器人的工作范圍,加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用,大大提高了機(jī)器人的性能。日本的 KAWASAKI、丫 ASKA 場叭、FANUC 和瑞典的 ABB、德國的KUKA、REIS 等公司都有此類產(chǎn)品。3)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展,有利于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化。 噴涂機(jī)器人的位姿精度與標(biāo)定 影響噴涂機(jī)器人位姿的精度有多方面的原因，從大體上講可分為靜態(tài)與動態(tài)因素。以上兩個因素決定了 PID 控制器必須具備一定的自適應(yīng)性，其比例、積分、微分參數(shù)應(yīng)能夠隨著外界環(huán)境的改變而自動的變化。噴漆機(jī)器人具有軌跡靈活、柔性大、操作簡單、維修方便、利用率高等特點(diǎn)。，并用 CAD 繪制出了主要零部件的零件圖和一張總裝圖以及腰部回轉(zhuǎn)部分的部裝圖與腕部回轉(zhuǎn)部分的部裝圖。綜合以上特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時要求工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是必須做到外型小、重量輕、工作穩(wěn)定可靠。但是其只能作直線運(yùn)動，所以局限性比較大，只能在特定的工作場合下工作。 75186。還有就是箱形結(jié)構(gòu)，就整體來說就是比較復(fù)雜的箱體，多為鑄件。經(jīng)計(jì)算其平衡彈簧力未能做到手臂的完全平衡，但不平衡力矩量值不大。3pO燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)14 大臂大臂的平衡由對稱于大臂中心線的左右兩根彈簧承擔(dān)，同理大臂的不平衡力矩 也同時受 轉(zhuǎn)角的影響，另外，小臂沒有完全平2M?3,2?衡，在計(jì)算時還應(yīng)考慮小臂加于大臂上部的力和力矩作用。小臂軸和大臂末端連接在一起，連接形式可以是鍵連接或者是無鍵連接，由于此處的鍵連接的軸向定位比較麻煩，所以這里采用無鍵連接，具體采用在包裝機(jī)械中被廣泛運(yùn)用的脹緊套。在安裝時，驅(qū)動大臂的電機(jī)和驅(qū)動小臂的液壓缸對稱布置的方式這樣有利于腰部回轉(zhuǎn)盤的重量平衡，使整個結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止了顛覆。這種傳動方案是通過直流力矩電機(jī)直接帶動整個腰部回轉(zhuǎn)，免去了不必要的結(jié)構(gòu)，簡潔有效，降低了成本。小臂長 ，俯仰范圍是+168186。的圓盤上，其俯仰范圍是+135186。在論證時，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)22假設(shè)大臂與腰部回轉(zhuǎn)盤的鏈接點(diǎn) i 在線段 da 的延長線上，由于腰部回轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)范圍是177。根據(jù)設(shè)計(jì)方案知細(xì)桿 1 的最大俯仰角為+135 186。讀圖可知當(dāng)達(dá)到其他位置時，細(xì)桿 1 與細(xì)第 3 章 噴漆機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)23桿 2 相對于細(xì)桿 1 的俯仰角度均小于設(shè)計(jì)方案中規(guī)定的極限值。由于論證時的前提條件是把噴漆機(jī)器人的最大覆蓋范圍燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)24一分為二。同時電機(jī)軸要與噴槍夾末端的空心軸通過脹緊套連接在一起，因此電機(jī)輸出端的軸要進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L。長方體的轉(zhuǎn)動慣量公式為：J= m( )122bh?由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故 b=h= 所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為：J= 5( )= .?取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動角速度為 ω =2 rad/s, n=60 r/min?取啟動時間為 由此轉(zhuǎn)動角加速度 =20 rad /s2?計(jì)算力矩 T 為：T= J =P=Tω =2 = w?故訂做的減速電機(jī) 2 的額定電壓為 220V，輸出功率至少為 12w，輸出轉(zhuǎn)矩至少為 ，轉(zhuǎn)速為 1400r/min，減速箱的減速比為 23。 小臂的設(shè)計(jì) 小臂設(shè)計(jì)的總體要求手臂桿的質(zhì)量應(yīng)該盡可能的小，從而減輕支撐它的大臂桿及它的驅(qū)動電機(jī)的負(fù)擔(dān)。采用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的目的是把直流伺服電機(jī)放到腰部回轉(zhuǎn)盤上面，避免直接放到小臂與大臂的連接處，減輕小臂的重量，降低大臂驅(qū)動裝置的負(fù)載，減少運(yùn)動過程中產(chǎn)生的動載荷與沖擊，提高整個噴漆機(jī)器人的響應(yīng)速度。這種結(jié)構(gòu)首先滿足了 bc 邊長度小于小臂長度這一條件，而且所占的空間小，底桿和后桿的質(zhì)量比其他兩種方案要小。2I1 = kg m2平移到 i 軸上 = +m2I39。當(dāng)兩桿共線時，兩桿對 i 軸的φ φ轉(zhuǎn)動慣量最大。由結(jié)構(gòu)尺寸知：， ， ，mO18039。45’03’’活塞行程為 220mm 時：β =107186。大臂的整體結(jié)構(gòu)為長方體實(shí)心結(jié)構(gòu)，這樣做的目的是為了提高其力學(xué)性能包括大臂的剛度、強(qiáng)度以及抗彎能力。21r =+ = m2小臂對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量小臂對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量 = m22I大臂和小臂對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量的總和= + =+= m2I總 12 總力矩的計(jì)算取大臂的轉(zhuǎn)動角速度 = /2 rad/s，轉(zhuǎn)速為 n=15r/min??取啟動時間為 1 s燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)34由此轉(zhuǎn)動角加速度為 = /2 rad/s2??慣性力矩 T =1I總　　　　　 = /2 = m靜態(tài)力矩 T ：當(dāng)大臂和小臂在一條直線時靜態(tài)力矩最大，此時 T2=mgr=(++) = m2 摩擦力矩 T ：摩擦力矩近似等于 倍的靜態(tài)力矩3綜上所述總力矩 T =T + T = m總 21一般對驅(qū)動元件有以下幾方面要求：（1）慣量小，動力大。大臂擺動軸軸心 與驅(qū)動油缸的鉸接點(diǎn) 均固定與轉(zhuǎn)臺上。=11186。49’47”39。由于測量的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的精度，故在這里采用增量編碼器。大臂選用南京中科天文儀器有限公司的增量編碼器YGM610，n s=600。 確定大軸 1 的材料以及各段直徑和長度大軸 1 的材料為 40Cr，調(diào)制處理。裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7217C。