【正文】 n 由表 [4， ]查得小帶輪的最小齒數(shù) 14min ?z 在這里取 18min ?z 4）小帶輪節(jié)圓直徑 1d mmmmpzd b 1 ???? ππ 由表 [4， ]查得其外徑 mmmmdd a 7 ??? ）－（δ－ 5）在這里大帶輪和小帶輪相同，傳動(dòng)比 為 1 因此大帶輪的外徑與小帶輪相同所以有mmd ? mmda ? 6）帶速 v smndv / 11 ?? ???? ππ 7）初定軸間距 0a 取 mma 12021 ? 8）確定帶長(zhǎng)及齒數(shù) mmmma ddddaL )](212021[4 )(22 02212100 ???? ＋π＋－）＋＋（π＋ 由表 [4， ]查得帶長(zhǎng)代號(hào)為 1100 的 H 型同步帶，其節(jié)線長(zhǎng) mmLP 2794? ，節(jié)線長(zhǎng)上的齒數(shù) 112?z ?？刂齐姍C(jī)與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本工件原理沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，但普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)著重于對(duì)起動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)力能指標(biāo)的要求， 而控制電機(jī)則著重于特性的高精度和快速響應(yīng)。 第三自由度采用絲杠傳動(dòng)，所以軸向力即為負(fù)載的重力。在系統(tǒng)中作用功率放大元件 低速電動(dòng)機(jī) 不需齒輪減速，每分鐘公僅可轉(zhuǎn)數(shù)十轉(zhuǎn)。 其它輔助部件的設(shè)計(jì) 直線導(dǎo)軌的選擇 1）導(dǎo)軌類型的選擇原則 ①精度互不干涉原則：導(dǎo)軌的 各 項(xiàng)精度制造和使用時(shí)互不影響才易得到較高的精度。 [7] 第一、二自由度 的受力主要由徑向的壓力引起的摩擦力，因此，選擇凹形對(duì)稱 V 形導(dǎo)軌，其有導(dǎo)向精度高，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，易保存潤(rùn)滑油，高低速均可采用的特點(diǎn)。較小的純軸向載荷時(shí)，可選用推力軸承；較大的純軸向載荷可選用推力滾子軸承，對(duì)于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。 [9] 機(jī)器人拖鏈的選擇 機(jī)器人采用 PFP 系列拖鏈。由于采用直指結(jié)構(gòu)，只能夾取矩形工件。24` 螺紋升角2arctan dSπλ ? 其中： S— 導(dǎo)程（ mm） ,這時(shí)取單線，則 S=P=2mm 經(jīng)計(jì)算可得螺紋升角λ =1176。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 四 機(jī)器人的校核及結(jié)構(gòu)的可靠性分析 軸承的校核 取第一自由度進(jìn)行軸承校核，工作按每天 16 小時(shí)每年工作 300 天，工作 10 算壽命，可知預(yù)期壽命為 48000h，由設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，同步帶的預(yù)緊力為 1047N，采用深溝球軸承，由受力分析得，每個(gè)軸承所 受 力為 1077N，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè) [9]， 6205 軸承的基本額定載荷為， KNCr ? ， KNC r ? （ 1）當(dāng)量動(dòng)載 荷 P[8] rpFfP? 其中： pf — 載荷系數(shù)，這里取為 rF — 徑向力， rF =1077N 在這里只考慮徑向力的作用，忽略軸向力作用。 對(duì)于二、三自由度連接螺栓 mmd ? ，取 M8 螺栓可滿足要求。在設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到了部件的重量匯總在表 42 中。 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 機(jī)械手采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手需要垂直安裝，同上述計(jì)算可知，傳動(dòng)的力矩為，在綜合考慮其它因素的影響，取電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩 ，選擇交流伺服電動(dòng)機(jī)，60CB 系列，其型號(hào)為： 60CB020C,功率 200W,轉(zhuǎn)矩 機(jī)械手其它部件的選擇 機(jī)械手絲桿主要受力為軸向力。這里取最大的驅(qū)動(dòng)力為 300N。 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)： （ 1）手部的工作范圍較大。這時(shí)采用有一定調(diào)心性能調(diào)心軸承或帶座外球面球軸承。 滾動(dòng)軸承的選擇 在選擇軸承時(shí)，首先要選擇軸承類型，可以根據(jù)常用標(biāo)準(zhǔn)軸承的基本特點(diǎn)進(jìn)行選擇，同時(shí)在選擇軸承時(shí)還要考慮以下主要因素。對(duì)水平位置工作的導(dǎo)軌，可以靠工作臺(tái)的自重來(lái)貼合；其他導(dǎo)軌靠附加的彈簧力或者滾輪的壓力使其貼合。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃： 由于直線導(dǎo)軌的運(yùn)行距離較長(zhǎng)，做拋物線 — 直線 — 拋物線形式的軌跡規(guī)劃。在系統(tǒng)中，通過(guò)齒輪帶動(dòng)負(fù)載，作為執(zhí)行元件 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 定子上有多相繞組，由專門電源供給電脈沖。它與一些典型環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)組合，就可以構(gòu)成不同用途的伺服系統(tǒng)和解算元件。必要的條件為：絲杠載荷 NFa 200? ；電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 n=3000r/min；絲杠導(dǎo)程hP =10mm；當(dāng)量轉(zhuǎn)速 min/1500 rnm ? （考慮在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，軸向載荷較小，電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，這里簡(jiǎn)化取當(dāng)量轉(zhuǎn)速為 1500r/min）；當(dāng)量負(fù)載 NFF am 200?? （根據(jù)運(yùn)動(dòng)中負(fù)載不變和原則 ）。經(jīng)驗(yàn)表明，如果采用單邊驅(qū)動(dòng)方式，則相鄰自由度跨度之比小于 3∶ 1。這三種方式的比較如表 32給出 表 32 三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)比較表 項(xiàng)目 液壓 氣動(dòng) 電動(dòng) 輸出力 油液壓力大，抓取重 量可達(dá) 100～ 800kg 壓力較小，抓取重量一般小于 30kg 可得到中小程度輸出力抓取重量為 1～200kg 傳動(dòng)性能 傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊，反應(yīng)靈敏，最高速度可達(dá) 2m/s 可達(dá)較高的速度，但高速時(shí)沖擊較大 動(dòng)作速度低。哪下表所示它們各自有特點(diǎn)： 表 31 兩種機(jī)器人性能對(duì)比表 類型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 門式直角坐標(biāo)機(jī)器人 可承受較大載荷，結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定 占據(jù)空間大 懸臂式破解坐標(biāo)機(jī)器人 使用靈活方便，占據(jù)空間小 具有懸臂梁結(jié)構(gòu)除第一根軸安裝在基礎(chǔ)上外其余各軸行程不易過(guò)長(zhǎng) 鑒于此，選擇了其中一種即門式直角坐標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如耐高溫 、 耐腐蝕 、 能承受鍛捶沖擊力等。自由體關(guān)節(jié)本體分為指根和指尖兩部分比較復(fù)雜。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng)，適用于夾持平板、方料。 感覺(jué)性是指手指對(duì)工件的控制能力定位精度等。大部分是根據(jù)特定工作的要求專門設(shè)計(jì)的。待實(shí)現(xiàn)的工作空間大都為矩形空間。按照三個(gè)自由度進(jìn)行設(shè)計(jì)，如空間一個(gè)物體在直角坐標(biāo)系中運(yùn)動(dòng)，分為 x、 y、 z 三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。缺點(diǎn)是占據(jù)空間大而相應(yīng)的工作范圍較小。在人無(wú)法接近的地方或者在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)器人都不受影響。為此，必須規(guī)范性類似人類感覺(jué)傳感器（如觸覺(jué)傳感器、視覺(jué)傳感器、測(cè)距傳感器等，）、發(fā)展式 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 傳感器的信息融合技術(shù)，通過(guò)各種傳感器得到關(guān)于工作對(duì)象的外部環(huán)境的信息，以及信息為中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)、規(guī)劃的資料，以完成模式，用“專家系統(tǒng)”等智能系統(tǒng)進(jìn)行問(wèn)題求解，動(dòng)作規(guī)劃。目前已有 500 臺(tái)左右的粘接機(jī)器人分布于大陸各大中城市的汽車、摩托車、工程機(jī)械等制造業(yè)，其中 55%左右為扳焊機(jī)器人， 45%左右為點(diǎn)焊機(jī)器人，已建成的機(jī)器人焊接柔性生產(chǎn)線 5 條，機(jī)器人焊接工作站 300 個(gè)。 80 年代后期至今天機(jī)器人的技術(shù)日臻成熟，使得機(jī)器人有了更進(jìn)一步的發(fā)展，產(chǎn)生了有力覺(jué)視覺(jué)的機(jī)器人并隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了智能機(jī)器人 ，智能機(jī)器人的產(chǎn)生為機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展提出了一個(gè)更新的發(fā)展方向，為今后機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展指明了方向。科學(xué)的進(jìn)步與技術(shù)的創(chuàng)新，為機(jī)器人的研究與應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的思路與空間。 機(jī)器人的使用不僅提高生產(chǎn)了 生產(chǎn)效率而且增強(qiáng)了工作范圍。這些技術(shù)起碼在引導(dǎo)工業(yè)自動(dòng)化向一個(gè)新的領(lǐng)域過(guò)渡 [1]。本文主要是設(shè)計(jì)一個(gè)搬運(yùn)工件的直角坐標(biāo)機(jī)器人，它可以應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線上與人工相比具有速度快、定位精度準(zhǔn)確的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性能 。作為直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文 用了第二、三、 四章詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)過(guò)程，第五章簡(jiǎn)要介紹了機(jī)器人的控制部分，第六 對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了效果分析，并總結(jié)了直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn)。 機(jī)器人的使 用量增長(zhǎng)的主要原因是價(jià)格不斷降低。在許多領(lǐng)域中用到機(jī)器人搬運(yùn)，如在汽車制造、食品包裝、化學(xué)醫(yī)藥、電子器件等。 20 世紀(jì) 50 年代是機(jī)器人的萌芽期，其概念是 “一個(gè)空間機(jī)構(gòu)組成的機(jī)械臂，一個(gè)可重復(fù)編程動(dòng)作的機(jī)器 ”。 （ 2）國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展情況 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于 20 世紀(jì) 40 年代初期，經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展，大致可分為 3個(gè)階段： 70 年代的萌芽， 80 年代的開(kāi)發(fā)期， 90 年代的實(shí)用化期。 90 年代后半期是實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的商品化，為產(chǎn)業(yè)化奠定打基礎(chǔ)的時(shí)期，目前我國(guó)（指大陸地區(qū)，不包括港、澳、臺(tái)）工業(yè)機(jī)器人 數(shù)量只有約 2500 臺(tái)，還沒(méi)達(dá)到 1997 年新加坡（ 3000 多臺(tái)）的我國(guó)臺(tái)灣?。?5000 多臺(tái)）的水平產(chǎn)。 ④研究機(jī)器人協(xié)作控制。只有根據(jù)工作環(huán)境條件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選用適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，工業(yè)機(jī)器人就可以在惡劣環(huán)境中工作。適用 上下 裝卸工件和傳送物料，易于成行排列布置與傳送帶配合使用。 （ 4） 融入我的設(shè)計(jì)思想使設(shè)計(jì)更具有特色 由于直角坐標(biāo)機(jī)器人相對(duì)其它各類的機(jī)器人應(yīng)用較為廣泛，并已是成型的產(chǎn)品，為了培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力，在設(shè)計(jì)時(shí)提出了自己的設(shè)計(jì)思想使結(jié)構(gòu)更 加的合理。由笛卡爾坐標(biāo)系的知識(shí)可知空間中的任意一點(diǎn)可以分別由X、 Y、 Z 方向三個(gè)點(diǎn)的集合來(lái)表示。例如，當(dāng)確定手部大小、形狀，手指?jìng)€(gè)數(shù)以及動(dòng)作自由度時(shí)，必須考 慮被抓取物件的大小、形狀、重量、材質(zhì)、外力的物理?xiàng)l件以及旋轉(zhuǎn)環(huán)境等。例如，是否使用傳感器，有無(wú)力學(xué)反饋等。 在夾持 不同的圓棒工件時(shí)，不會(huì)引起中心位置的偏移。 ③按指端形狀可分為： V 型指，主要夾持圓柱形工件；平面指，夾持方形、板狀和細(xì)小棒類工件；其它形狀如圓形、鉤型、尖型及其它與工件相適應(yīng)特型指。 通過(guò)以上的分析，同時(shí)考慮本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇回轉(zhuǎn)式手臂和直型 指 的結(jié)構(gòu)。在這里需要指出的是，兩種結(jié)構(gòu)還存 在 一個(gè)共同的缺點(diǎn)就是一臺(tái)機(jī)器人只能對(duì)應(yīng)唯一的工作空間。最高1m/s 控制性能 可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，達(dá)到較高定位精度 低速時(shí)不易控制，定位精度 步進(jìn)、伺服電機(jī)的定位也較高 使用維護(hù)性能 溫度對(duì)介質(zhì)影響大，間接影響工 作性能，會(huì)有不同程度漏油 適合在惡劣條件下工作，排氣噪聲大 使用維護(hù)方便 體積重量 在同樣輸出力的條件下體積小 壓力小，體積大，輸出力小 電機(jī)本身體積小減速裝置體積大 壽命 潤(rùn)滑性能好，壽命長(zhǎng) 空氣無(wú)潤(rùn)滑性，壽命短 壽命較長(zhǎng) 應(yīng)用 適于抓取重量較大的機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 抓取質(zhì)量不易太大，但要求速度快 可適用于程序復(fù)雜運(yùn)動(dòng)要求嚴(yán)格的機(jī)器人 通過(guò)以上的比較可以看出，液壓驅(qū)動(dòng)方式具有輸出力大 、 速度快 、 易控制 、 定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是液壓系統(tǒng)較為復(fù)雜，同時(shí)對(duì)環(huán)境要求高。 圖 31 結(jié)構(gòu)尺寸 傳動(dòng)部件、驅(qū)動(dòng)部件類型及主要參數(shù)的選擇 傳動(dòng)部件參數(shù)的選擇 由于選擇了選擇了滾珠絲杠和同步帶傳動(dòng)方式，應(yīng)設(shè)計(jì)滾珠絲杠和同步帶的主要參數(shù)。 1） 計(jì)算動(dòng)負(fù)載 [5] 由公式mn haj FfKKC ?? 其中： hK 壽命系數(shù)， 31)500( hh LK ? nK 轉(zhuǎn)速系數(shù)， 31)( nKn ? hL 要求壽命， hL =300 16 10＝ 48000h 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) ?f 綜合系數(shù)，wkaht f fffff ?? 其中：查表 33 得 1?tf ；查表 34 得 1?hf ；查表 35 得 ?af ；查表 36 得 ?wf ；查表 37 得 1?kf 表 33 溫度系數(shù) tf 工作溫度 小于 100 125 150 175 200 225 250 1?tf 1 表 34 硬度系數(shù) hf 硬 度 》 58 55 50 45 40 hf 表 35 精度系數(shù) af 表 36 負(fù)載性質(zhì)系數(shù) wf 表 37 可靠性系數(shù) kf 經(jīng)計(jì)算，得 ??f 因此得到 NCaj 2100? 選用 RNBS 標(biāo)準(zhǔn)型螺帽精度轉(zhuǎn)造滾珠絲杠副，其型號(hào)為 RNBS2510A，其額定動(dòng)載荷為 ，符合要求 精度等級(jí) 3 5 7 10 af 負(fù)荷性質(zhì) 無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn) 一般運(yùn)動(dòng) 有沖擊和振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) wf 可靠度 90 95 96 97 98 99 kf 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 根據(jù)豎直方向的工作行程為 300mm，選用標(biāo)準(zhǔn)螺桿長(zhǎng)度 500mm 的滾珠絲杠