【文章內(nèi)容簡介】 一般電機都不能直接驅(qū)動，考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，采用大傳動比的齒輪傳動系統(tǒng)進行減速和扭矩的放大。腰座具體結(jié)構(gòu)如圖 22所示： 其原理如下：電機轉(zhuǎn)動帶動腰部小齒輪轉(zhuǎn)動， 腰部 小齒輪再帶動腰部大齒輪轉(zhuǎn)動， 腰部大齒輪通過鍵帶動腰回輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，其次工作臺轉(zhuǎn)動，電機停止，工作臺就停止。 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 22 腰座結(jié)構(gòu)圖 機械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機器人夾持器的運動和驅(qū)動方式 機器人夾持 器及機器人手爪。一般工業(yè)機器人手爪，多為雙指手爪。按手指的運動方式，可分為回轉(zhuǎn)型和移動型，按夾持方式來分，有外夾式和內(nèi)撐式兩種。 機器人夾持器（手爪）的驅(qū)動方式主要有三種 ： ： 這種驅(qū)動系統(tǒng)是用電磁閥來控制手爪的運動方向，用氣流調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)其運動速度。由于氣動驅(qū)動系統(tǒng)價格較低，所以氣動夾持器在工業(yè)中應(yīng)用較為普遍。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動手爪的抓取運動具有一定的柔順性，這一點是抓取動作十分需要的。 ： 電動驅(qū)動手爪應(yīng)用也較為廣泛。這種手爪，一般采用直流伺服電機或步進電 機，并需要減速器以獲得足夠大的驅(qū)動力和力矩。電動驅(qū)動方式可實現(xiàn)手爪的力與位置控制。但是，這種驅(qū)動方式不能用于有防爆要求的條件下，因為電機有可能產(chǎn)生火花和發(fā)熱。 ： 液壓驅(qū)動系統(tǒng)傳動剛度大，可實現(xiàn)連續(xù)位置控制。 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 由于本次設(shè)計主要采用液壓于完成機械手的運動，且本次設(shè)計在傳動方面的剛度要求較大，所以本次設(shè)計采用液壓傳動的方式來完成機械手的運動。來實現(xiàn)抓取物體。 設(shè)計具體采用方案 結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計采用連桿杠桿式的手爪。驅(qū)動活塞往復(fù)移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手 指張開或閉合。手指的最小開度由加工工件的直徑來調(diào)定。本設(shè)計按照工件的直徑為 50mm 來設(shè)計。手爪的具體結(jié)構(gòu)形式如圖 23 所示： 其原理是： 進油口進油推動活塞向前運動，活塞帶動齒條運動，然后齒條與齒輪 1嚙合帶動齒輪 1 運動，齒輪 1 帶動扇形齒輪運動，手爪張開，然后通過保壓口回油活塞向后運動，齒條后退，帶動齒輪 1和扇形齒輪反轉(zhuǎn)，手爪閉合。通過進油出油來控制手爪的來回運動。 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 23 機械手末端執(zhí)行手爪結(jié)構(gòu)圖 機械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 24 手爪聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 設(shè)計原則： 考慮到此機械手的總體結(jié)構(gòu)是對稱的，因此手爪連接結(jié)構(gòu)會觸及到中間的螺母，因此本次設(shè)計對此連接采用了側(cè)邊加長， 此鏈接底面采用加長的圓形面，是為了跟手爪配合的時候油路能從旁邊輸入如圖 24所示 ； 液壓缸的設(shè)計 圖 25 液壓缸 結(jié)構(gòu) 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 設(shè)計原則： 為了配合導(dǎo)套所以液壓缸上面做成圓柱形狀，為了便于加工鉆孔下面做成平面，旁邊的孔螺紋是油路口，通過此孔進油驅(qū)動導(dǎo)柱的移動，從而使工作臺向上運動，如圖 25所示； 導(dǎo)向套 的設(shè)計 圖 26 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu) 設(shè)計原則 ：設(shè)計導(dǎo)向套的原則是為了提高 導(dǎo)向精度，此導(dǎo)向套設(shè)計成錐形，在錐面上挖油溝槽，是因為本次的機械手設(shè)計是采用液壓的形式，這樣可以防塵?；蛘呗┯停瑫r采用錐形面也節(jié)省了材料與摩擦。如圖 26所示； 中間結(jié)構(gòu)的組成 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 27 中間結(jié)構(gòu) 設(shè)計原則 ： 油路從液壓缸進油口輸入，然后推動活塞向上移動，從而帶動導(dǎo)柱移動，因為本次設(shè)計主要采用液壓的形式，所以必須有密封圈，以此來防止灰塵或者塵埃的進入，結(jié)構(gòu)如圖 27 所示； 齒輪的設(shè)計與強度計算 圖 28 齒輪結(jié)構(gòu) 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 設(shè)計原則： 因為齒輪傳動存在著齒側(cè)間隙，影響傳動精度，故采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于 100），同時為了減小機械手的整體結(jié)構(gòu)，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差。 該齒輪模數(shù)取（ m=）。為了能過與轉(zhuǎn)軸配合的緊湊，本次齒輪設(shè)計在上面做一個凸臺這樣會避免齒輪的滑動、盡量避免錯位的發(fā)生、內(nèi)孔挖個鍵槽孔，能夠與鍵配合。如圖 28所示； 齒輪強度的計算 (1)選取齒輪材料 一般用 途減速器，無特殊要求，選取大、小齒輪均用 45鋼。 （ 2）選擇熱處理方法及齒輪面硬度 考慮到生產(chǎn)批量小，為便于加工，采用軟齒面。小齒輪調(diào)質(zhì)， 229～ 286HBS，大齒輪正火， 169～ 217HBS。 （ 3）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1 轉(zhuǎn)矩 T1=9550N/n=9550*17/2940N m= N m, 齒數(shù)比 u=z1/z2=n1/n2=2940/294=10。 （ 4）初取載荷系數(shù) K180。 因齒輪參數(shù)尚未確定，載荷系數(shù) K180。無法準(zhǔn)確確定，需預(yù)選。一般可在 K180。=～ 范圍內(nèi)選取。在確定齒輪參數(shù) 后，在進行校核。初取 K180。=. （ 5）選取齒寬系數(shù) a? 因為相對于軸承對稱布置，取 d? =1，得 a? =。 （ 6）初取重合度系數(shù) Z? 一般直齒輪傳動， a? 在 ～ 之間。這里初取 a? =，Z? = (10 ) / 3? =。 （ 7）確定許用接觸疲勞應(yīng)力 [ H? ] 接觸應(yīng)力變化總次數(shù)（按每年 300 個工作日計）： 1N =60n? hL =60 *2940*1*12021= 910 2N =60n? hL =60 *294*1*12021= 810 壽命系數(shù) 1NZ =， 2NZ =1 （圖 634），彈性系數(shù) EZ =（表 67），接觸疲勞極限應(yīng)力 lim1? =560Mpa(圖 632c)， lim2? =500Mpa(圖 632c)，最小安全系數(shù)，按表68，失效概率低于 1/100， minHS =1，許用接觸疲勞應(yīng)力按式（ 628）有： 【 1H? 】 =560/1 X [ 2H? ]=500/1 X 1Mpa=500Mpa 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 (8) 按齒面接觸疲勞應(yīng)力初步計算中心距 a 節(jié)點區(qū)域系數(shù) HZ =(圖 630)。 按式（ 635 ）；a=(10+1)X 32{( 5 0 0 1 .8 5 5 .2 ) [ ( 1 8 9 .8 2 .5 1 .6 ) / 5 0 0 ] } / 0 .4 1 0X X X X X Xmm=274.5mm,取 a=275mm。 （ 9）初取齒寬 b 齒寬 b= a? a==。 （ 10）取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 按表 62，取 m= （ 11）確定齒數(shù) 由 a=m/2( 12zz? ),有 12zz? =2a/m=2X275/=220,及 u= 21/zz=10,解得 1z =20， 2z =200，實際齒數(shù)比 u=，傳動比誤差（ ） /10=%（ 在 ? 5%允許范圍內(nèi)）。 （ 12）確定載荷系數(shù) K 1）使用系數(shù) AK ，按表 65， AK =1。 2）動載荷系數(shù) vK ，齒輪圓周速度 v=（∏ 1d 1n ） /6000=,齒輪精度參考表 66，取為 6 級，則由圖 620， vK =。 3）齒向載荷分布系數(shù) K? 取 . 4） 齒間載荷分布系數(shù) K? ，由式（ 613）計算重合度 a? =，按圖 624，K? =，故 K= AVK K K K??==, K 39。K ,偏于安全。 （ 13）確定重合度系數(shù) Z? ，由式（ 626）， Z? = (4 )/3a?? = (4 )/ 3? =. （ 14）確定齒寬 b 取 1b =30mm， 2b =25mm ( 2b 微小于 1b ) （ 15）驗算齒根彎曲疲勞強度 1）齒形系數(shù)，按圖 627， 1FaY =， 2FaY =。 2) 應(yīng)力修正系數(shù)，按圖 628， 1SaY =， 2SaY =。 3）重合度系數(shù)，按式 (623), Y? =+。 4）彎曲疲勞極限應(yīng)力，按圖 631c, lim1F? =240MPa,按圖 631c, lim2F? =220Mpa。 5）壽命系數(shù) 1 60 hN n L?? =60X2940X1X12021= 910 2N =60n? hL =60 *294*1*12021= 810 按圖 633， 1NY =， 2NY =。 6）試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) ，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， STY =2。 7）最小安全系數(shù)，按表 68，失效概率低于 1/100， minFS =。 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 8）許用彎曲應(yīng)力，按式（ 627）有 【 1F? 】 = 【 2F? 】 =9 )齒根彎曲疲勞 應(yīng)力，按式（ 632） 1F? =()/(50X30X2)MPa=【 1F? 】 2F? =()/(500X25X2)MPa= 【 2F? 】 （ 16）設(shè)計結(jié)果 中心距 a=275mm；模數(shù) m=2；齒數(shù) 1z =20； 2z =200；分度圓直徑1d =50mm, 2d =500mm；齒寬 1b =30mm， 2b =25mm。齒輪精度 6 級；齒輪材料：小齒輪 45 鋼，調(diào)質(zhì)， 229～ 286HBS,大齒輪 45 鋼，正火， 169～ 217HBS。 工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則 設(shè)計機器人時，驅(qū)動系統(tǒng)的選擇，要根據(jù)機器人的用途、作業(yè)要求、機器人的性能規(guī)范、控制功能、維護的復(fù)雜程度、運行的功耗、性價比以及現(xiàn)有的條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅(qū)動系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，綜合上述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟性及可靠性后進行最終的選擇。一般情況下： （包括上下料）使用的有限點位控制的程序控制機器人，重負(fù)荷的選擇液壓驅(qū)動系統(tǒng)，中等負(fù)荷的可選電機驅(qū)動系統(tǒng)，輕負(fù)荷的可選氣動驅(qū)動系統(tǒng) 。沖壓機器人多采用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。 ，要求具有點位和軌跡控制功能，需采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)。只有采用液壓或電動伺服系統(tǒng)才能滿足要求。點焊、弧焊機器人多采用電動驅(qū)動系統(tǒng)。重負(fù)荷的任意點位控制的點焊及搬運機器人選用液壓驅(qū)動系統(tǒng)。 機器人的驅(qū)動系統(tǒng)電機的選擇要根據(jù)機器人的用途、功能、結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合各類電機自身的特點、性能、結(jié)構(gòu)特點以及性能價格比等綜合考慮進行。根據(jù)機器人各運動軸所計算的、要求電機的轉(zhuǎn)速、負(fù)載額定力矩、加減速特性、額定功率、加速功率等參數(shù)選擇 電機型號。有關(guān)各類驅(qū)動電動機主要特點及性能、結(jié)構(gòu)特點、用途及使用范圍、適用的驅(qū)動器見表 21： 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 表 21 各類驅(qū)動電動機比較 名 稱 主要特點及性能 結(jié)構(gòu)特點 用途及使用 范圍 驅(qū)動器 小慣量直流永磁伺服電動機 電機的慣量小，理論加速度大，快速反應(yīng)性好，低速性好，調(diào)速比可達 1： 10e4 范圍，但低速輸出力矩不大， 轉(zhuǎn)子直徑小， 慣量小 適用于對快速性要求嚴(yán)格而負(fù)載力矩不大的場合 直流 PWM伺服驅(qū)動器 SCR 變壓驅(qū)動器 有刷繞組永磁直流伺服電動機 轉(zhuǎn)動慣量小，快速響應(yīng)性能好；轉(zhuǎn)子無鐵損，效率高；換向性能好， 壽命長；負(fù)載波動對轉(zhuǎn)速影響小，輸出力矩平穩(wěn)。 無鐵心， 具有軸向平面間隙 可頻繁起制動、正反轉(zhuǎn)工作，響應(yīng)迅速，適用于機器人，數(shù)控等 直流 PWM伺服驅(qū)動器， SCR 變壓驅(qū)動器 大慣量永磁直流伺服電動機 輸出力矩大，轉(zhuǎn)矩波動小，機械特性硬度大，可以長時間工作在堵轉(zhuǎn)條件下 又稱力矩電機 其轉(zhuǎn)子較粗 適用于驅(qū)動力矩較大的場合，因可不用齒輪傳動，消除了齒輪間隙 直流 PWM伺服驅(qū)動器， SCR 變壓驅(qū)動器 反應(yīng)步進電機 將電脈沖信號直接轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角與脈沖數(shù)成正比，輸出力矩也較大 電機轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)租，由永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁極 用于數(shù)字系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，如數(shù)控機床、機器人；開環(huán)控制 直流 PWM伺服驅(qū)動器 SCR 變壓驅(qū)動器 同步交流伺服電