【正文】 軸肩 52EFd mm? ? ， 7EFL mm? ? ,為了方便鏈接法蘭盤軸的左端設(shè)計成一個盤狀其尺寸為 15FGl mm? ? ， 100mmFGd ? ? 。 K? 中的較大值，故 ? ? ， ? ? 。根據(jù)軸的受力，選用角接觸球軸承。則： 0 12. 97dP k P W? ? ? ? （ ） （ 2） .選擇帶的節(jié)距 bP 從文獻(xiàn) [14]圖 721 中查得帶的節(jié)距代號為 XL，對應(yīng)節(jié)距為 bP = ㎜。 構(gòu)成 ：帶輪 帶輪 環(huán)形帶 工作原理 : 靠帶與帶輪接觸弧間的嚙合力傳遞運(yùn)動和動力 。 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 電磁氣動夾持器 六自由度機(jī)械手前臂機(jī)構(gòu)設(shè)計 六自由度機(jī)械手前臂機(jī)構(gòu)主要包 括：腕部、小臂和大臂三部分。 ； 采用密封柔輪諧波傳動減速裝置，可以驅(qū)動工作在高真空、有腐蝕性及其它東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 有害介質(zhì)空間的機(jī)構(gòu)，諧波傳動這 一獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是其它傳動機(jī)構(gòu)難于達(dá)到的。 柔輪齒和剛輪齒在節(jié)圓處嚙合過程就如同兩個純滾動（無滑動）的圓環(huán)一樣，兩者在任何瞬間，在節(jié)圓上轉(zhuǎn)過的弧長必須相等。在汽車工業(yè)行星齒輪的作用尤其得到體現(xiàn)。 2. 行星齒輪傳動的主要特點(diǎn)如下 [17]： （ 1）體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大 由于行星齒輪具有功率分流和各 種中心輪購成共軸線式的傳動以及合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合齒輪副，因此可使其結(jié)構(gòu)非常緊湊。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，成本較高，而且需要外圍轉(zhuǎn)換電路與微機(jī)配合實現(xiàn)數(shù)字控制。 液壓驅(qū)動機(jī)械手多用于要求臂力較大而運(yùn)動速度較低的工作場合。 題研究的主要內(nèi)容、基本要求與方法 主要內(nèi)容 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件，它的作用是支撐腕部和手部（包括工件和夾具），并帶動他們做空間運(yùn)動。機(jī)器人是山臂 (連桿 )、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行裝置 (連接工具 )構(gòu)成。稍后，控制論、信息論等重大學(xué)科相繼問世，所有這些科學(xué)技術(shù)成果都為機(jī)器人技術(shù)的誕生和發(fā)展莫定了基礎(chǔ)。這種機(jī)械手可以通過讓其沿一系列點(diǎn)運(yùn)動，將運(yùn)動位置以數(shù)字形式存貯起來，動作執(zhí)行時，使伺服系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)械手各關(guān)節(jié)軸來再現(xiàn)這些位置，從而讓機(jī)械手完成一些簡單的工作。 (1)點(diǎn)位控制 (PTP)機(jī)器人 如上下料搬運(yùn)機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人等。此外，智能化機(jī)器人還有許多類似人類的 ―生物傳感器 ‖，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等 .傳感器提高了機(jī)器人對周圍環(huán)境的 自適應(yīng)能力。 機(jī)器人的特點(diǎn) 機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)有以下幾個 : ： 生產(chǎn)自動化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性自動化。圓柱坐標(biāo)型 。 自從機(jī)器人在二十世紀(jì)五十年代誕生以來，在短短的近 50 年里得到了迅速的發(fā)展，它經(jīng)歷了第一代工業(yè)機(jī)器人的研究、實用化、普及，第二代感知功能機(jī)人的研究、實用化，以及第三代智能機(jī)器人的研究等各個階段。英語中的機(jī)器人，即 :ROBOT，來源于斯拉夫語系，它是捷克作家 年在他的劇本《羅沙姆萬能機(jī)器人公司》中提出的。 隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，多種類型的機(jī)器人己相繼問世。 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 由于在軍事，航空等領(lǐng)域的一些特殊應(yīng)用，一部分學(xué)者長期以來一直在追求實現(xiàn)負(fù)載 /自重比為 1/2 的輕型機(jī)器人，而瓶頸問題始終是驅(qū)動單元問題。比較這些驅(qū)動方式的特點(diǎn)，從中選出適合關(guān)節(jié)機(jī)械手的驅(qū)動方式。 電機(jī) 驅(qū)動裝置 的對比分析及選擇 通常，機(jī)器人驅(qū)動方式有以下四種 [3]： ：可直接實現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好，而且成本低廉；通常不需要反饋就能對位置和速度進(jìn)行控制；位置誤差不會積累；步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力（變磁阻式）和保持轉(zhuǎn)矩（永磁式）的能力，有利于控制系統(tǒng)的定位。它的最顯著的特點(diǎn)是：在傳遞動力時它可以進(jìn)行功率分流；同時，輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設(shè)置在同一主軸線上。因此，行星齒輪傳動現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備。 對于雙波發(fā)生器的諧波齒輪傳動，當(dāng)波發(fā)生器順時針轉(zhuǎn)動 1/8 周時，柔輪齒與剛輪齒就由原來的嚙入狀態(tài)而成嚙合狀態(tài)，而原來脫開狀態(tài)就成為嚙入狀態(tài)。 ； 諧波齒輪傳動在嚙合中，柔輪和剛輪齒之間主要取決于波發(fā)生器外形 的最大尺寸，及兩齒輪的齒形尺寸，因此可以使傳動的回差很小，某些情況甚至可以是零側(cè)間隙。常用的夾持器有：滑槽杠桿式、齒輪齒條式、扇齒齒條式、平行連桿杠桿式、滑塊搖桿式、彈簧外卡式、鋼絲柔性式、柔性材料式、電磁氣動式等，由于此設(shè)計是柔性實驗室的教學(xué)機(jī)械手，且工件最重為 公斤，綜合考慮個夾持器的性能特點(diǎn)及設(shè)計要求，參照哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所的設(shè)計，決定采用電磁氣動式夾持器，因為工件小而且氣動夾持器體積小、反應(yīng)快、易于控制，并且能在市場上買 到。帶傳動具有運(yùn)動平穩(wěn)、清潔（無需潤滑）、噪聲低的特點(diǎn)，具有緩沖減振和過載保護(hù)作用，并且維護(hù)方便。 腕部俯仰由伺服電機(jī)通過同步帶機(jī)構(gòu)驅(qū)動。當(dāng)該軸段截面上有一個鍵槽時，d 增大 %7~%5 ，兩個鍵槽時， d 增大 %15~%10 。根據(jù)軸的的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖，截面 A – B 處屬于最危險截面，應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)計算。取 70BCl mm? ? 根據(jù)軸的受力，選用角接觸球軸承。 ??T? －軸的許用扭 轉(zhuǎn)切應(yīng)力， 2/N mm ； A －取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ??T? 的系數(shù)，其值可查表 得 . 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 6633 7 . 8 49 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 00 . 2 0 . 2 1 6 2 4 0 0TTTPW d n? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?223 8 .0 8 / 4 0 /TTN m m N m m??? ? ? 2. 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 （ 1）選擇危險截面 危險截面的位置應(yīng)是彎矩和轉(zhuǎn)矩較大及截面面積較小且應(yīng)力集中較嚴(yán)重處。 軸的工作圖 圖 3 . 7 軸的工作圖 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 關(guān)節(jié) 軸軸承 的計算 校核 由于軸徑 d=12mm，則選擇軸承型號為 7001AC 的 角接觸球軸承，其主要尺寸和參數(shù)為 d=12mm D=28mm B=8mm rC = orC =[15]。而軸承的左側(cè)選用軸承端蓋固定軸承，參照軸承的尺寸取 10DEl mm? ? ， 15mmDEd ? ? 。 (4)．實際軸距 a 設(shè) 128b bPM Z Z Z? ? ?（ 2 ） ?= （ 2 901236）8= ，則： 22211 []8 bP Z ZMM ? ??? （ ）a= 221 5 . 0 8 3 6 2 48 3 . 8 2 8 3 . 8 2 [ ]8 ? ?? ? ? （ ） = 取整，則 a =205 ㎜ (5)．嚙合齒數(shù) mZ 11 21[]22 bm PZZZ en t Z Z?? ? ?（ ）a 21 2 5 .0 8 1 2[]22en t ??? （ 3612 ）205 （ ） 56?? 則嚙 合齒數(shù)系數(shù)： 1 ?? （ 6 ） = (6)．帶寬 sb 由文獻(xiàn) [14]表 732 可查得該 XL 型帶的基準(zhǔn)額定功率為 0P =48W，由表 729 可查該 XL 型同步帶的基準(zhǔn)寬度為 0sb = ㎜，則： 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 00 9 . 54 8 0 . 8zPK?? ?11d 1 . 1 4 1 . 1 4ssP （ ） b （ ） （ ） ? 查表 730 的帶寬的標(biāo)準(zhǔn)值，為安全可靠，取帶寬 sb = ㎜，代號為 025。 a b c 圖 同步帶齒形的變遷 a—梯形齒 b—圓弧齒 c—近似漸開線齒 圖 三種齒形比較 (2) 同步帶傳動的優(yōu)缺點(diǎn) 1）．工作時無滑動，有準(zhǔn)確的傳動比 有在拉力作用下不伸長的特性， 故能保持帶節(jié)距不變，使帶與輪齒槽能正確嚙合，實現(xiàn)無滑差的同步傳動，獲得精確的傳動比。 常用的驅(qū)動裝置有步進(jìn)電機(jī)、伺服電 機(jī)和直流 電機(jī)等，根據(jù)要求選用伺服電機(jī)為驅(qū)動裝置。 。 圖 諧波傳動的工作原理 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 3. 傳動特點(diǎn) ，體積小，重量輕 ； 諧波齒輪傳動的主要構(gòu)件只有三個：波發(fā)生器、柔輪、剛輪。 1. 諧波齒輪傳動由三個基本構(gòu)件組成： 一： 諧波發(fā)生器（簡稱波發(fā)生器） …… 是凸輪（通常為橢圓形）及薄壁軸承組成，隨著凸輪轉(zhuǎn)動，薄壁軸承的外環(huán)作橢圓形變形運(yùn)動（彈性范圍內(nèi)）。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動的 1/2～ 1/3（即在承受相同的載荷條件下）。隨著可關(guān)斷晶閘管 GTO，大功率晶閘管 GTR 和場效應(yīng)管 MOSFET 等電子器件、脈沖調(diào)寬技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流伺服電機(jī)在調(diào)速性能方面可以與直流電機(jī)媲美。 因此，氣壓驅(qū)動的機(jī)械手，常用于臂力小于 30 公斤、運(yùn)動速度較快以及高溫、低溫、高粉塵等工作條件較惡劣的場合。手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如液壓缸或汽缸）和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。用簡化畫法可以將機(jī)器人表示成圖 所示的幾何模型。大多數(shù)機(jī)器人是用于生產(chǎn)活動， 以提高工作效率或產(chǎn)品質(zhì)量的。 與第一代示教再現(xiàn)型機(jī)器人不同，第二代機(jī)器人是具有感覺功能的適應(yīng)控制東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 機(jī)器人。 國內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，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，減輕強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，都有東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 著十分重要的意義。 ： 機(jī)器人技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，但是歸納起來是機(jī)械學(xué)和微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。機(jī)器人誕生于二十世紀(jì) 50 年代，目前已經(jīng)發(fā)展到第三 代智能機(jī)器人。 、部門和用途分類 (1)工業(yè)機(jī)器人 它們又可按作業(yè)類別分為鍛壓、焊接、表面噴涂 、裝卸、裝 配 、檢測等機(jī) (2)采掘機(jī)器人 如海洋探礦機(jī)器人等。專家預(yù)測，在工業(yè)機(jī)器人的需求上，我國也將同國際市場需求趨勢基本一致，即以機(jī)器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)取代單臺機(jī)器人，這是因為工業(yè)生產(chǎn)所用的機(jī)器人大多數(shù)是在生產(chǎn)線上使用，組成機(jī)器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)，單臺機(jī)器人很少使用。智能機(jī)器人的研究是一個艱巨而又廣泛的問題，隨著研究的不斷深入，相關(guān)科學(xué)的飛速發(fā)展（如第五代智能計算機(jī)），具有智能的機(jī)器人在不久的將來一定會出現(xiàn)。新一代機(jī)器人已經(jīng)并將在工業(yè)生產(chǎn)、資源開發(fā)、排險救災(zāi)、社會服務(wù)和軍事技術(shù)中發(fā)揮愈來愈大的作用。但由于傳統(tǒng)機(jī)器人臂部各構(gòu)件尺寸通常較大，通過整個儲部的運(yùn)動不易實現(xiàn)對物體的精確操作 .如果能夠有效地減小臂部的尺一寸和重 量 ，不難實現(xiàn)對物體的精確操作。這 個階段很重要，要時常與指導(dǎo)教師及其他老師共同探討； 4) 理論與實際相結(jié)合，力求設(shè)計滿足經(jīng)濟(jì)行和工藝性要求，使設(shè)計真正滿足教學(xué)化的要求 。另外，電動機(jī)根據(jù)運(yùn)行距離及電機(jī)的脈沖當(dāng)量算出脈沖數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，可達(dá)到非常高的位姿準(zhǔn)確度，這些都是電機(jī)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)。 東南 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 減速裝置的對比分析與選擇 減速器的類型主要有：漸開線圓柱齒輪減速器、圓錐圓柱齒輪減速器、圓弧圓柱蝸桿減速器、諧波傳動減速器、擺線針輪減速器、行星齒輪減速器。 （ 4）運(yùn)動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強(qiáng) 由于采用了數(shù)個 結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均與地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。這是嚙合區(qū)，一般有 30%左右的齒處在嚙合狀態(tài)；橢圓短軸兩端的柔輪齒與剛輪齒處于完全脫開狀態(tài)，簡稱脫開；在波發(fā)生器長軸和短軸之間的柔輪齒，沿柔輪周長的不同區(qū)段內(nèi)，有的逐漸退出剛輪齒間，處在半脫開狀態(tài)，稱之為嚙出。其傳遞的功率范圍可為幾瓦至幾十千瓦?？偟目磥砜煞謨纱蟛糠衷O(shè)計：一是六自由度機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計，二是六自由度機(jī)械手前臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計。因此腕部擺動傳 動方式采用：伺服電機(jī) +同步帶。此外，同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)中也不需要任何潤滑，所以維護(hù)保養(yǎng)很方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用比三角帶、鏈、齒輪要低得多。根據(jù)表 83，取 0 100A? 。 因此改軸只受旋轉(zhuǎn)方向上的轉(zhuǎn)矩，如圖 3. 6e。當(dāng)該軸段截面上有一個 鍵槽時，d 增大 %7~%5 ，兩個鍵槽時， d 增大 %15~%10 。 （ 2）計算危險截面上工作應(yīng)力 軸主要承受扭矩，其 扭矩 31000T N mm? 其抗彎截面系數(shù)： 33 335 = 4 2 8 73 2 3 2dW m m?? ??? （ ） 抗扭截面系數(shù)： 33 335 = 8 4 1 4 m m1 6 1 6T dW ?? ??? （ ） 截面上的扭剪應(yīng)力： / 3 1 0 0 0 / 8 4 1 4 = 3 .6 8TTW? ?? 扭切應(yīng)力： /2