【正文】 ） ； G — 梁的剪切彈性模量（ N/㎝178。因此，齒根彎曲強度也應(yīng)按載荷作用于單對齒嚙合區(qū)最高點來計算。根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌： （ 1）選 BR直線滾動導(dǎo)軌 導(dǎo)軌 ,E 級精度 .查得 ,fh=1,ft=1,fc=,fα =1,fw=1. （ 2） 工作壽命每天 8 小時，連續(xù)工作 5年， 250/年 ,額定壽命為 : Lh=5 250 8=10000 h,每分鐘往復(fù)次數(shù) nz=8 L=(2lsnz60Lh)/(103)=(286038400)/ (10 3)=11428Km 計算四滑塊的載荷 ,工作臺及其物重約為 4000N 29 計算需要的動載荷 Cα P=110/4= Cα =( fwP)247。 m 1 8 ??? lMF N 圖 是北京和利時電機技術(shù)有限公司部分 110BYG 系列混合式步進電機的技術(shù)數(shù)據(jù)。選擇齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，齒條材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS； d. 初選齒輪齒數(shù)為 Z=20。 m）； 慣M — 啟動時慣性阻力矩（ N手部傳動機構(gòu)可分回轉(zhuǎn)型、平動型和平移型。手 指的最小開度由加工 工件的直徑來調(diào)定。這種結(jié)構(gòu)動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，工作空間大，占地面積 小，在作業(yè)空間內(nèi)手臂的干涉最小，關(guān)節(jié)需要的驅(qū)動力矩小，能量消耗較少，關(guān)節(jié)相對運動部位容易密封防塵。主要有永磁式、反應(yīng)式、永磁感應(yīng)子式三種。 8 機械臂的運動方式 根據(jù)主要的運動參數(shù)選擇運動形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。工作空間的形狀和尺寸則影響機器人的機械結(jié)構(gòu)坐標型式、自由度數(shù)和操作機各手臂關(guān)節(jié)軸線間的長度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動范圍的選擇。這類桁架機器人具有占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕、位置精度尚可等特點，能與其他機器人協(xié)調(diào)工作，但避障性差，存在著平衡問題，位置誤差與臂長有關(guān)。 4 2 機器人機構(gòu)總體方案設(shè)計 本文的重要任務(wù)是完成桁架機器人的設(shè)計，本章內(nèi)容是圍繞桁架機器人機構(gòu)設(shè)計任務(wù)來展開，介紹桁架機器人執(zhí)行機 構(gòu)設(shè)計思路。 控制機構(gòu) 機器人的控制方式有點動和連續(xù)控制兩種方式。并通過改變程序和自由度來達到迅速改變作業(yè)的可能性。所以說機器人的發(fā)展是社會發(fā)展的結(jié)果，也是社會發(fā)展的必然趨勢。采用機器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，改善勞動條件，減輕勞動強度的一種有效手段。機器人產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)由核工業(yè)和軍事科技等高端科學領(lǐng)域向醫(yī)療、農(nóng)業(yè)甚至是服務(wù)娛樂等民用領(lǐng)域發(fā)展了，并且各式各樣的機器人正在涌現(xiàn)出來，以驚人的速度延伸到人類活動的各個領(lǐng)域。 4機器人能持久、耐勞，可以把人從繁重的勞動中解放出來，人在連續(xù)工作幾個小時后，總會感到疲勞或厭倦，以機器人代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽 2 而造成的人身事故。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 本文研究主要內(nèi)容 通過利用網(wǎng)絡(luò)工具、圖書館的書籍和各類期刊、雜志查閱了解桁架機器人的相關(guān)知識，確定本設(shè)計符合要求，滿足需要。 機身采用立柱式，桁架機器人側(cè)面行走，順利完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。而在其有負載時，末端執(zhí)行器 (手爪 )通常要和物體直接接觸，為了安全起見，務(wù)必要盡量減少手臂的運 動速度。然而，國外已經(jīng)設(shè)計出純陶瓷的桁架機器人臂了。 步進電機是一種用電脈沖信號進行控制，每輸入一個脈沖，步進電機就進行回轉(zhuǎn)一定的角度，脈沖數(shù)與角度數(shù)成正比，旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入脈沖的順序。 機構(gòu)整體設(shè)計 綜合考慮桁架機器人的作業(yè)任務(wù)和作業(yè)環(huán)境，采用了 5 個自由度的關(guān)節(jié)型機器人。這種手爪開合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。常用的手部 按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類，本課題采用夾持類手部。 根據(jù)轉(zhuǎn)矩的計算公式 [15]： 慣負摩總 MMMM ??? （ ） 總摩 MM ? （ ） 啟慣 tJm glM /??? （ ） 啟負負負 tJglmM /??? （ ） ? ?lRRvm .π 2221 ??? ?? （ ） 2lmJ 負負 ? （ ） 15 ? ?22212 23 RRmmlJ ??? （ ） lv/?? （ ） 式中： 總M — 偏轉(zhuǎn)所需力矩（ N 圖 90BYG 步進電機技術(shù)數(shù)據(jù) 17 圖 90BYG5200BSAKRML0301 型 步進電機矩頻特性曲線 齒輪齒條的設(shè)計計算 1. 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) a. 選直齒圓柱齒輪 。 代 入數(shù)據(jù)得： 3 ??????? B H lm ?外 kg 3 ??????? bhlm ?內(nèi) kg ???? 內(nèi)外 mm kg 同理有： ?臂 kgm2 ?手腕J kgm2 ?負載J kgm2 ??? ?lv? rad/s ???? tJM ?總慣 N 齒部彎曲安全系數(shù) S = b? / 01F? = 因此，齒條設(shè)計滿足彎曲疲勞強度設(shè)計要求。 齒輪齒跟彎曲疲勞強度計算 齒輪受載時，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強度最弱。＋ 4（ D/∏ L） 179。 二、活動橫梁的強度及剛度計算： 對桁架機器人，一般只校核活動橫梁承壓面上的擠壓應(yīng)力，對 Q235 應(yīng)力≤ 80MPa，尚需考慮活動橫梁的自重 G，其受力簡圖如下： ɑPɑPDG2DG2三缸大型液壓機活動橫梁受力圖 P 為側(cè)缸公稱力，簡化為一個集中力，重力 G/2 的作用點近似地取為半邊活動橫梁的重心處，許用應(yīng)力可取 6075MPa。 橫梁的強度與剛度的計算 由于橫梁是三個方向上尺寸相差不太多的箱體零件，用材料力學的強度分析方法不能全面地反應(yīng)它的應(yīng)力狀況。 防護裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進入導(dǎo)軌 ,以提高導(dǎo)軌壽命。 圖 110BYG 系列混合式步進電機的外形尺寸 110BYG 系列混合式步進電機的矩頻特性曲線，如圖 所示。 b. 按齒面接觸強度計算 (1) 計算齒輪的分度圓直徑 dt≧ ? ?3 22 11dkTHZE??? ?? (433) =34221*1 11 ? = （ 2） .計算圓周速度 v= 1000*60dtn? (434) = 1000*60 26**? =（ 3） .齒寬 b=d? *dt=*= (435) (4).計算齒寬與齒高之比 hb 模數(shù) mt=zdt =(436) 齒高 h==*= (437) hb =（ 5） .計算載荷系數(shù) 根據(jù) v=,7 級精度，由圖可查得動載系數(shù) Kv= 直齒輪， KH? =KF? =1 由表查得使用系數(shù) KA= 19 由表查得 7級精度，齒輪懸臂布置時， KH? = 由hb=， KH? =，查得 KF? =；故載荷系數(shù) K=KAKvKH? KH? =*1**1*= (438) （ 6） .按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由公式得： d=dt3KtK== (439) (7).計算模數(shù) m m=d/z=(4310) 彎曲強度的設(shè)計公式為 m≧ ? ?3 22 zdKTFYFaYSa ?? ???????? (4311) a. 確定公式內(nèi)各參數(shù)的值 （ 1） .查得齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE 5001?? ；齒條的彎曲疲勞強度極限MPaFE 3802 ?? （ 2） .查得齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=；齒條的彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN2=； （ 3） .計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=，由公式得： 齒輪的許用應(yīng)力 ? ?F? = S FEKFN 11? = 500* = (4312) 齒條的許用應(yīng)力 ? ?F? = S FEKFN 22? = 380* = (4313) (4).計算載荷系數(shù) K K=KAKvKF? KF? =**1*= (4314) (5).查取齒形系數(shù) 查得齒輪的齒形系數(shù) YFa= (6).查取應(yīng)力校正系數(shù) 查得 YSa= (7).計算 ? ?FYFaYSa?= * = (4315) 20 b. 設(shè)計計算 m≧ ? ?3 22 zdKTFYFaYSa ?? ???????? (4316) =3 2420 10* **4 2 *2*0 1 4 6 = 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于 由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù) 并就近圓整為標準值 m=2mm,按接觸強度算得的分度圓直徑 d=，算出齒輪齒數(shù) z=d/m=這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 m2）； ? — 偏轉(zhuǎn)角速度（ rad/s）； m — 質(zhì)量（ kg）； m負 — 負載質(zhì)量（ kg）； 啟t — 啟動時間（ s）； ? — 部分材料密度（ kg/m3）； v — 末端的線速度（ m/s）。平動型的特點是手指由平行四桿機構(gòu)傳動，當手爪夾緊和松開物體時，手指姿態(tài)不變，作平動。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。 2) 立柱是手臂的支撐部分，通過安裝在底座上的步進電機驅(qū)動，立柱可以在機座上轉(zhuǎn)動。直流伺服電機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)均與普通動力用直流電機相同。具體選用哪種形式，必須根據(jù)作業(yè)要求、工作現(xiàn)場、位置以及搬運前后工件中心線方向的變化等情況，分析比較并擇優(yōu)選取。因此，對材料的一個要求是作為運動的部件，它應(yīng)是輕型材料并要求有一定剛度。 圖 2. 1機器人的坐標形式 [22] 6 圖 桁架機器人基本形式示意圖 [9] 規(guī)格參數(shù) 用途：抓取 機器人運動自由度為 5 個。自由度表示了機器人靈活的尺度，在三維空間中描述一個物體的位置和姿態(tài)需要六個自由度。 桁架機器人 3 桁架機器人又叫噴 涂 機器人（ spray painting robot）， 是可進行自動抓取或噴涂其他涂料的 工業(yè)機器人 ， 1969 年由挪威 Trallfa 公司（后并入 ABB 集 團）發(fā)明。 執(zhí)行機構(gòu) 一般機器人的執(zhí)行機構(gòu)由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、緩沖與定位，還有行走機構(gòu)組成。 由于機器人的迅猛發(fā)展，機器人進入學校教學是必然的。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期、頻繁、單調(diào)的操作，采用機器人是有效的；此外，它能在高溫、低溫、 深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 The main content of this paper is the use of robots to paint, robots can take the place of a lot of repetitive