【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有效長(zhǎng)度為 2m，內(nèi)部直徑為 350mm，開(kāi)口直徑為 300m。膠片在粘貼到殼體前被剪裁成 300mm300mm，然后由工作人員放到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膠片架上。大臂水平方向的有效行程為 。5 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大臂選用 10mm 厚的方鋼，材質(zhì)：Q235A。中臂，小臂，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用 45鋼。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 機(jī)械手大臂圖 機(jī)械手中臂6圖 小臂—執(zhí)行機(jī)構(gòu)3 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析機(jī)器人操作手通常為開(kāi)鏈空間連桿機(jī)構(gòu)，各桿件間通常用轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副相連接。開(kāi)鏈一端安裝在機(jī)座上，另一端為末端執(zhí)行器。各關(guān)節(jié)由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致連桿的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而確定了末端執(zhí)行器在空間的位置和姿態(tài)。齊次變換是解決機(jī)器人操作手運(yùn)動(dòng)學(xué)的數(shù)學(xué)工具。 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立表示機(jī)器人操作手的每個(gè)桿件在空間相對(duì)于基礎(chǔ)坐標(biāo)系位置和姿態(tài)的方程，稱(chēng)為機(jī)器人操作手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。要描述機(jī)器人操作手每個(gè)桿件的空間位姿，需要使用以下直角系。⑴ 絕對(duì)坐標(biāo)系，即建立在工作現(xiàn)場(chǎng)地面的坐標(biāo)系。⑵ 機(jī)座坐標(biāo)系，即建立在機(jī)器人上的坐標(biāo)系，它是機(jī)器人各活動(dòng)桿件的公共參考坐標(biāo)系。通常在研究問(wèn)題時(shí)，認(rèn)為機(jī)座相對(duì)于工作地面是靜止的，因此又將機(jī)座坐標(biāo)系稱(chēng)為固定坐標(biāo)系或基礎(chǔ)參考系。⑶ 桿件坐標(biāo)系即建立在機(jī)器人指定的活動(dòng)桿件上的坐標(biāo)系。它與活動(dòng)桿件相固連，隨桿件一起運(yùn)動(dòng)，因此又稱(chēng)其為活動(dòng)坐標(biāo)系或當(dāng)前坐標(biāo)系。7⑷ 末端執(zhí)行器坐標(biāo)，即末端桿，因此相應(yīng)坐標(biāo)系均轉(zhuǎn)為桿件坐標(biāo)系。在研究具體問(wèn)題時(shí)，常將機(jī)座看為操作機(jī)的第 0 號(hào)桿件，即首端桿，而將末端執(zhí)行器視為最后一個(gè)桿，即末端桿，因此相應(yīng)坐標(biāo)系均轉(zhuǎn)為桿件坐標(biāo)系。若一個(gè)機(jī)器人操作手有 n 個(gè)桿組成，各桿件編號(hào)從機(jī)座到末端執(zhí)行器依次為 0，1，2，3，，n，則可以寫(xiě)出變換方程 [3]： ()TTn5643210?式中： ，n)——兩桿件的相對(duì)變換矩陣。,(1??iTi依據(jù)上述變換方程，即可求出任一桿件相對(duì)機(jī)座坐標(biāo)系的位姿，得到相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。確定相臨兩桿間的變換矩陣是建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的基礎(chǔ)。變換矩陣 ，n) 順序相乘就可得到 。因 中含有一個(gè)關(guān)節(jié),321(?ii Tn0i1?變量 若用廣義坐標(biāo) [3] 則可寫(xiě)成 形式，有),(iid或?iq,表 示 1i?)iq（ ()().()(3210 nnT?通常將 稱(chēng)為操作手的變換矩陣。顯然它是 n 個(gè)關(guān)節(jié)變Tn0量 ，n)的函數(shù)。將 ()稱(chēng)為操作手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，它表示末端連桿,321(?iq的位姿與關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系。 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正解正解問(wèn)題是指已知各桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)和關(guān)節(jié)變量，求末端執(zhí)行器的空間位姿，即求 。Tn0按下關(guān)節(jié)模式確定各桿的 A 矩陣。所建立的坐標(biāo)系如下圖所示：圖 平面三桿機(jī)械手8建立 A 矩陣所需要的參數(shù)值見(jiàn)下表。表 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)參數(shù)表?xiàng)U件號(hào) i 關(guān)節(jié)變量 αi ai di cos i?sin i1 0 0 lx?10 1 02 θ1 0 20 1 03 θ2 0 3l0 1 0=A1= ()T0???????01lx=A2= ()T0 ???????10sincosini21??l=A3= ()T2 ???????10sincosini2322??l則： = = A1 A2 A3= T03123 ????????1023122slcsxsll()式中 ；12c)os(21??? ；in ；1c1s 。i??9 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的逆解逆解問(wèn)題是指已知滿(mǎn)足某工作要求時(shí)末端執(zhí)行器的空間位姿，就是已知中各元素的值以及各桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)，求關(guān)節(jié)變量。Tn0由運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正解可知 中各元素的值以及各桿件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。求關(guān)節(jié)Tn0變量。由前面可知：= ()T03 ????????12312slcsxcll根據(jù) = ，T01?31= = ()013???????0)(1lx??????10yyxxpon????????10)(yylxxpon= A2 A3= ()T312?????????12312slcsc令()()式中兩端矩陣第一行第三列元素與第二行第三列元素分別相等，得 ()??????12123)(slslpcxyx當(dāng)工作時(shí)，機(jī)械手末端位姿如下圖：圖 機(jī)械手末端位姿圖10因?yàn)榇藭r(shí) ，?9021???所以()式可化簡(jiǎn)為： ()??????1231)(slpcxyx所以 ()1212321()/90cos(/)lxylplll??????114 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 伺服電機(jī)及減速器的選擇 機(jī)電領(lǐng)域中伺服電機(jī)的選擇原則現(xiàn)代機(jī)電行業(yè)中經(jīng)常會(huì)碰到一些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，這對(duì)電機(jī)的動(dòng)力荷載有很大影響。伺服驅(qū)動(dòng)裝置是許多機(jī)電系統(tǒng)的核心。因此，伺服電機(jī)的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿(mǎn)足給定負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)，然后再?gòu)闹邪磧r(jià)格、重量、體積等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇最適合的電機(jī) [2]。圖 各種電機(jī)的 T 曲線(xiàn)?一般伺服電機(jī)選擇考慮的問(wèn)題：(1) 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。(2) 電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速器的選擇大臂 60KW；中臂 30KW；小臂和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手） 30KW。 1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速器的選擇 ()1(29450).319()TFLNm?????12 ()??? () K?故驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié) 1 選用安川伺服電機(jī) ⅡSGMH13AAA41 。 ??。min/50,?額額減速器型號(hào)：PLS142HP 減速比 i=64 2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速器的選擇 ()2(50294).()TFLNm???? ()173..nPW? () K?故驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié) 2 選用安川伺服電機(jī) ⅡSGMH05AAA41 ??。min/15,??額額減速器型號(hào)：WPLE60 減速比 i=80 鏈輪的設(shè)計(jì)及鏈條的選擇 滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)鏈輪的主要尺寸摘自 GB1244—85《傳動(dòng)用短節(jié)距精密滾子鏈和套筒鏈鏈輪齒形和公差》 ，適用于與 —83《傳動(dòng)用短節(jié)距精密滾子鏈 》配用的鏈輪；等效于 ISO606—1982《傳動(dòng)用短節(jié)距精密滾子鏈和鏈輪》 。鏈輪的基本參數(shù)為：鏈輪的齒數(shù) Z,鏈條的節(jié)距 P,滾子外徑 dr,排距 Pt。滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟及計(jì)算式：已知傳動(dòng)功率 P=,主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速與從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速相同，即 n1=n2=,大鏈輪軸孔直徑與小鏈輪軸孔直徑相同，既 dK1=dK2=40mm 鏈輪齒數(shù)小鏈輪的齒數(shù) Z1=2313大鏈輪的齒數(shù) Z2=23 實(shí)際傳動(dòng)比 ii=Z2/Z1=23/23=1 () 計(jì)算功率 PCPC=KAP/KZ=1()KA——工況系數(shù)。查表 119[2]， KA=1；齒數(shù)系數(shù)：Kz=(Z1/19)=(23/19)= () 鏈條節(jié)距 P按 PC=，n 1=，查圖 115[2]，得鏈節(jié)為 16A,即 P=。 查表 1110 [2]，d Kmax=109dK=40mm,合適。 初定中心距 a按要求 a0=1300mm，a0p=a0/p=1300/= ()在 30～50 之間，所以合適。 鏈節(jié)數(shù)LP=2a0/p+(Z1+Z2)/2+P/a0(Z2－Z 1/2π)2 =21300/+(23+23/2)+(2323/2π)2=+23+0 = ()取 LP=125 節(jié)。 鏈條長(zhǎng)度L=PLP=125=3175mm () 理論中心距 a當(dāng) Z1=Z2=Z 時(shí)，a=P/2(LPZ)=(12523)=1259mm () 實(shí)際中心距 aa＇=a△a==1258 () 鏈速 VV= Z1 n1 P/601000=231000=() 有效圓周力 Ft14Ft=1000P/V=1000() 作用于軸上之力 FKFK=KAFt=1111501=128226N[2] () 潤(rùn)滑方式的選擇根據(jù) P 及 V 查圖 11—10[2]，應(yīng)采用油杯或刷子供油。 鏈條的標(biāo)記鏈 16A—1125圖 鏈條的三維視圖 鏈輪的設(shè)計(jì)鏈輪的材料應(yīng)能保證鏈輪具有足夠的耐磨性和強(qiáng)度。鏈輪的嚙合次數(shù)越多受沖擊也就越嚴(yán)重，故鏈輪采用較好的材料制造。選用鏈輪的材料為 20Cr,熱處理為滲碳，淬火，回火。熱處理后的硬度為 50—60HRC。d=P/sin180o/Z=()damax=d+=+= ()damin=d+()Pd1=+()= ()所以 da 取整為 196。bf1=== ()ba== ()15h=== ()ra≈==≈1 () df=dd1== ()dg＜Pcot180 o/==()所以 dg 取整為 159。圖 鏈輪的齒槽形狀 滾子鏈的靜強(qiáng)度計(jì)算在低速(V＜)重載鏈傳動(dòng)中，鏈條的靜強(qiáng)度占主要地位。如果仍用額定功率曲線(xiàn)選擇計(jì)算，結(jié)果常不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)轭~定功率曲線(xiàn)上各點(diǎn)相應(yīng)的條件性安全系數(shù) n 為 8～20，遠(yuǎn)比靜強(qiáng)度安全系數(shù)大。當(dāng)進(jìn)行耐疲勞和耐磨損工作能力計(jì)算時(shí)，若要求的使用壽命過(guò)短，傳動(dòng)功率過(guò)大，也需進(jìn)行鏈條的靜強(qiáng)度驗(yàn)算。鏈條靜強(qiáng)度計(jì)算公式 [2]： ()lim14~8caAFnSK??式中：16Sca——鏈的抗拉靜強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)；Flim——單鏈的極限拉伸載荷，單位為 KN；KA——工作情況系數(shù)；F1——鏈的緊邊工作拉力，單位為 KN；——鏈的排數(shù)。n由下面的公式 [2]得， ()???tAcaFKQS在允許范圍內(nèi)，所以靜強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 鏈傳動(dòng)的張緊鏈傳動(dòng)的張緊程度可用測(cè)量松邊垂度 f 的大小來(lái)表示，合適的松邊垂度推薦為：f =(～)a mm。對(duì)重載，經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的鏈傳動(dòng)，以及接近垂直的鏈傳動(dòng)，其松邊垂度應(yīng)適當(dāng)減小。本傳動(dòng)裝置采用調(diào)整中心距的方法來(lái)使鏈傳動(dòng)張緊。具體調(diào)整方法是通過(guò)擰緊螺栓來(lái)使鏈子蹦緊。對(duì)于滾子鏈傳動(dòng)，中心距調(diào)整量為 2P。 鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑1. 潤(rùn)滑方式的選擇根據(jù)鏈條的節(jié)距 P 和速度 V 按機(jī)械手冊(cè) [2]選擇潤(rùn)滑方式。由于鏈速V＜2m/s ，故采用人工定期潤(rùn)滑的方式。每班加油一次，保證銷(xiāo)軸處不干燥。2. 潤(rùn)滑劑的選擇一般情況采用潤(rùn)滑油，按機(jī)械手冊(cè) [2]進(jìn)行選擇，對(duì)于開(kāi)式、低速傳動(dòng)可在油中添加 MoSWS 2MoSeWS e2 等添加劑。175 軸的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算 對(duì)于傳動(dòng)軸，除重載軸外，一般無(wú)須進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，只進(jìn)行剛度計(jì)算。 軸在載荷的作用下會(huì)產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，當(dāng)這些變形超過(guò)某個(gè)允許值時(shí)，會(huì)使機(jī)器零部件工作狀況惡化，甚至使機(jī)器無(wú)法正常工作，故對(duì)精密機(jī)器的傳動(dòng)和對(duì)剛度要求高的軸，要進(jìn)行剛度校核，以保證軸的正常工作。軸的剛度分為扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度兩種，前者是用扭轉(zhuǎn)角來(lái)度量，后者是用撓度和偏角來(lái)度量。軸在受載的情況下會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，過(guò)大的彎曲變形也會(huì)影響軸上零件的正常工作，對(duì)于工作要求高的精密機(jī)械如機(jī)床，如安裝齒輪的軸，會(huì)因軸的變形影響齒輪的嚙合狀態(tài)幾工作平穩(wěn)性；軸的偏角會(huì)使?jié)L動(dòng)軸承的內(nèi)外圈互相傾斜，如偏轉(zhuǎn)角超過(guò)滾動(dòng)軸承的允許的轉(zhuǎn)角，就顯著降低滾動(dòng)軸承得壽命；會(huì)使?jié)L動(dòng)軸承所受的壓力集中在軸承的一側(cè)，使軸徑和軸承發(fā)生邊緣接觸，加劇磨損和導(dǎo)致膠合；軸的變形還會(huì)使高速軸回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，影響機(jī)器的正常工作。又如機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的軸，過(guò)大的彎曲變形將使運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生爬行，不能均勻進(jìn)給，影響加工質(zhì)量。因此，對(duì)于精密機(jī)器的軸要進(jìn)行彎曲剛度的校核，他用彎曲變形時(shí)所產(chǎn)生的撓度和偏轉(zhuǎn)角來(lái)度量，即驗(yàn)算軸的最大撓度及齒輪處的和軸承處的傾角，是否在允許的范圍之內(nèi)。軸的彎曲變形的精確計(jì)算較復(fù)雜，除受載荷的影響外，軸承以及各種軸上零件剛度，軸的局部削弱等因素對(duì)軸的變形都有影響。因此，在計(jì)算時(shí)都進(jìn)行了不同程度的簡(jiǎn)化 [1]。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 選擇軸的材料軸的主要材料是經(jīng)過(guò)軋制或鍛造的優(yōu)質(zhì)中碳鋼和合金鋼。為了提高軸的強(qiáng)度（尤其是疲勞強(qiáng)度