【正文】 manual work, thereby reducing the labor intensity of workers, improve the production efficiency. Combined with the design of the various aspects of knowledge, in the design process to learn how to find problems. To solve the problem of problem. And in the design into their thoughts and ideas, enhance own innovation ability. Try to make the robot has the advantages of convenient use, simple structure. Keywords ： Robot； Structure design； Stepper motor； Rotary 1 1 緒 論 隨著人類科技的進(jìn)步，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)器人學(xué)成為近幾十年來迅速發(fā)展的一門綜合學(xué)科。對于某些高精度產(chǎn)品，人工送取會產(chǎn)生人工污染。但缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。（ 2）提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。但結(jié)構(gòu)較龐大，動作范圍小，靈活性差，且移動軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，而且需架空線路。它反映了機(jī)器人的使用效率和生產(chǎn)水平，桁架機(jī)器人的運(yùn)動速度越高，則其使用效率越高，生產(chǎn)水平越高。下面介紹幾種機(jī)器人手臂常用的材料 [7]： (l)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等高強(qiáng)度鋼：這類材料強(qiáng)度好，尤其是合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度增加了很多倍、彈性模量大、抗變形能力強(qiáng)，是應(yīng)用最廣泛的材料 。但是這類桁架機(jī)器人運(yùn)動學(xué)比較復(fù)雜，運(yùn)動學(xué)的反解比較困難；確定末端桿件的姿態(tài)不夠直觀，且在進(jìn)行控制時，計(jì)算量比較大。環(huán)形超聲波電動機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使用在機(jī)器人的關(guān)節(jié)處，不需齒輪減速，可直接驅(qū)動負(fù)載，因而可大大改善功率重量比，并可利用其中空結(jié)構(gòu)傳遞信息。 利用楔塊與杠桿來實(shí)現(xiàn)手爪的松、開，來實(shí)現(xiàn)抓取工件。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。 切線方向： 20Qt mr???? 主法線方向： 2( ) 02n mrQ F m r ???? ? ? 2( ) 02n mrQ R m r ???? ? ? 副法線方向： 2( ) 02b mgQ F m r??? ? ? 2( ) 02b mgQ R m r??? ? ? 聯(lián)立上式，求解得 2 2 2( ) 22r g rQm ?????? 13 代入數(shù)據(jù)，得 ? ? 2 220 . 5 2 . 1 9 . 8 2 0 . 5 3 . 50 . 1 7 . 3 72 0 . 1 5QN? ? ? ? ??? ? 后指： 22c o s( s i n ) ( ) ( ) 022R m a m gQ m a ???? ? ? ? 由于是機(jī)械手部機(jī)構(gòu)， QF=QR,所以結(jié)果 Q必須滿足下式 22( c o s ) 2 s i n2a g aQm ? ? ????? 代入數(shù)據(jù)，得 ? ? 2 20 . 3 9 . 8 c o s 4 5 9 . 8 2 0 . 1 5 0 . 3 9 . 8 s i n 4 50 . 1 3 . 5 52 0 . 1 5QN? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? 圖 24 工件水平直進(jìn)時受力分析圖 綜上所述，得 ?最 大 值 由于考慮到設(shè)計(jì)的機(jī)械手的安全問題， Q 應(yīng)再乘上一個安全系數(shù) S。 m 因?yàn)閭鲃邮峭ㄟ^齒輪齒條實(shí)現(xiàn)的，所以查取手冊 [15]得： 彈性聯(lián)軸器傳動效率 ?? ； 滾動軸承傳動效率 ?? （一對）； 齒輪齒條傳動效率 ?? ； 計(jì)算得傳動的裝置的總效率 ?a? 。 m)； 摩M —— 摩擦所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 (N d. 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 (1) 計(jì)算齒輪的分度圓直徑 dt≧ ? ?3 22 11dkTHZE??? ?? (433) =34221*1 11 ? = （ 2） .計(jì)算圓周速度 v= 1000*60dtn? (434) = 1000*60 26**? =（ 3） .齒寬 b=d? *dt=*= (435) (4).計(jì)算齒寬與齒高之比 hb 模數(shù) mt=zdt =(436) 齒高 h==*= (437) hb =（ 5） .計(jì)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= 由表查得 7級精度，齒輪懸臂布置時， KH? = 26 由hb=， KH? =，查得 KF? =；故載荷系數(shù) K=KAKvKH? KH? =*1**1*= (438) （ 6） .按實(shí)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(jì)算模數(shù) m m=d/z=(4310) 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)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(qiáng)度極限 MPaFE 5001?? ；齒條的彎曲疲勞強(qiáng)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(jì)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(jì)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(jì)算 ? ?FYFaYSa?= * = (4315) b. 設(shè)計(jì)計(jì)算 27 m≧ ? ?3 22 zdKTFYFaYSa ?? ???????? (4316) =3 2420 10* **4 2 *2*0 1 4 6 = 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)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(qiáng)度算得的模數(shù) 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=2mm,按接觸強(qiáng)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(jì)出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。即 Pca = KP =KLFn K— — 載荷系數(shù) 載荷系數(shù) K包括 ：使用系數(shù) AK ，動載系數(shù) VK ，齒間載荷分配系數(shù) ?K 及齒向載荷分布數(shù) ?K ，即 K = AK VK ?K ?K 使用系數(shù) AK 是考慮齒輪嚙合時外部領(lǐng)接裝置引起的附加動載荷影響的系數(shù)。－ 4（ L/2－ D/∏ ）178。 三、下橫梁的強(qiáng)度及剛度計(jì)算： 下橫梁的受力情況經(jīng)常隨不同的工藝而變化，一般分以下 4 種情況來核算。但無法精確計(jì)算應(yīng)力集中區(qū)的應(yīng)力，那里的最大應(yīng)力要大很多。 齒輪的計(jì)算載荷 為了便于分析計(jì)算，通常取沿齒面接觸線單位長度上所受的載荷進(jìn)行計(jì)算。 g. 材料選擇。 m） () lv?? （ rad/s） () lMM ?摩 （ N m2 ? ?22212 23 RRmmlJ ??? ? ?222 ????? ??? kg為便于夾持避免固定中心的麻煩，采用平移型，圖 21所示的是靠導(dǎo)槽保持手指作平移運(yùn)動?？捎瞄_閉角和手指夾緊端長度表示。 4) 腕關(guān)節(jié)是連接手臂與末端執(zhí)行器的部件，用于調(diào)整末端執(zhí)行器的方向和姿態(tài)。 . 交流伺服電機(jī)的使用情況與直流伺服電機(jī)相同，但交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、功率大、過載能力強(qiáng)、無電刷、維修方便，因而交流伺服 9 電機(jī)是今后機(jī)器人 用電機(jī)的主流。其中，一個肩關(guān)節(jié)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，另一個肩關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)俯仰。此外，機(jī)器人手臂選用的材料與一般的結(jié)構(gòu)材料不同。 有效負(fù)載 有效負(fù)載是指機(jī)器人操作臂在工作時臂端可能搬運(yùn)的物體重量或所能承受的力或力矩，它表示了桁架機(jī)器人的負(fù)載能力。工業(yè)機(jī)器人基于對定位精度和重復(fù)定位精度以及結(jié)構(gòu)剛性的考慮，往往體積龐大，負(fù)荷能力與其自重相比往往非常小。較先進(jìn)的桁架機(jī)器人腕部采用柔性手腕，既可向各個方向彎曲，又可轉(zhuǎn)動，其動作類似人的手腕，能方便地通過較小的孔伸入工件內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。 液壓驅(qū)動具有體積小、出力大、控制性能好、動作平穩(wěn)等特點(diǎn) ，它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動；利用擺動油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。就本次設(shè)計(jì)的桁架機(jī)器人而言，它能不間斷的搬運(yùn)零件和各種材料的輸送。解決問題 .研究問題。并且在設(shè)計(jì)中融入自己的想法和構(gòu)思，提高自己的創(chuàng)新能力。這樣既提高了生產(chǎn)率又降低了生產(chǎn)成本。液壓驅(qū)動具有潤滑性能好、壽命長的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好。桁架機(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。一般通用桁架機(jī)器人有 5～ 6 個自由度即可滿足使用要求（其中臂部有 3個自由度，腕部和行走裝置有 2～ 3 個自由度），專用桁架機(jī)器人有 5個自由度即可滿足使用要求。機(jī)器人的載荷不僅僅取決于負(fù)載的質(zhì)量， 還與機(jī)器人運(yùn)動的速度和加速度的大小及方向有關(guān)。機(jī)器人手臂是要受到控制的，必須考慮它的可控性。這兩個肩關(guān)節(jié)軸線正交。 低速電機(jī)主要用于系統(tǒng)精度要求高的機(jī)器人。手部一般是夾持裝置，主要用來夾緊作業(yè)工具。于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān) c．力求結(jié)構(gòu) 簡單，重量輕，體積小 11 作時運(yùn)動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動速度等性能。手部結(jié)構(gòu)也采用氣壓驅(qū)動。 m2 16 啟負(fù)負(fù)負(fù) tJglmM /??? ????? ? N m） () ? ?22121 hbmJ ?? (kg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； h. 初選齒輪齒數(shù)為 Z=20。沿齒面接觸線單位長度上的平均載荷 P（單位為 N/mm）為 P = LFn Fn —— 作用在齒面接觸線上的法向載荷 L —— 沿齒面的接觸線長，單位 mm 法向載荷 Fn 為公稱載荷，在實(shí)際傳動中，由于齒輪的制造誤差，特別是基節(jié)誤差和齒形誤差的影響，會使法面載荷增大。 一、 上橫梁的強(qiáng)度與剛度的計(jì)算： 由于上橫梁的剛度遠(yuǎn)大于立太平的剛度，因此可以將上橫梁簡化為簡支梁，支點(diǎn)間距離為寬邊立柱中心距。 （ 1）集中載荷 如對鍛造液壓機(jī)砧座的窄邊，可看作集中載荷，受力簡圖如下： 37 L/2 L/2P2P2Pf max下橫梁。 最大剪力為： Q =