【文章內容簡介】 平衡方法，在大臂和小臂轉軸的一側都集中安排了兩個較重的電機，這樣可以減小由于安裝電動機和減速運動裝置造成的附加力矩，從而使手臂的自重盡可能地接近平衡。（2）手臂傳動系統(tǒng)布局由于結構的特殊性，本機械手在設計時部件的重量對傳動和精度的影響較大，所以在設計時特別注意這一方面，為此，在設計手臂的傳動方案時，采用行星齒輪系傳動結構。該結構緊湊而且傳動件較少，同時可以實現較大的降速比，相對一般的減速系統(tǒng)而言，其自身重量也比較輕。5 機械手各部分設計及計算 驅動系統(tǒng)的選擇 1. 工業(yè)機械手驅動系統(tǒng)的選擇原則設計機械手時，選擇哪一類驅動系統(tǒng)，要根據機械手的用途作業(yè)要求、機械手的性能規(guī)范、控制功能、維護的復雜程度、運行的功耗、性能與價格比以及現有綜合條件等個方面加以考慮。在注意各類驅動系統(tǒng)特點的基礎上，綜合上述個因素，充分論證其合理性、可行性、經濟性及可靠性后進行最終的選擇。一般情況下，下述機械手驅動系統(tǒng)的選擇如下：（1）物料搬運（包括上、下料）用的有限點位控制的程序控制機械手，重負荷的可選用液壓驅動系統(tǒng)，中等負荷的可選電機驅動系統(tǒng)，輕負荷的可選氣動驅動系統(tǒng)。沖壓方面多用氣動系統(tǒng)。（2）用于點焊和弧焊及噴涂作業(yè)的機器人，要求有任意點位和軌跡控制功能，需采用伺服驅動系統(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動系統(tǒng)。重負荷的任意點位控制的點焊及搬運機械手可采用液壓系統(tǒng)。噴涂機械手，多采用液壓系統(tǒng)和交流電動驅動系統(tǒng)。裝配機器人一般用電動驅動系統(tǒng)。2. 工業(yè)機器人驅動系統(tǒng)特性比較表1 驅動系統(tǒng)特性驅 動 系 統(tǒng) 的 特 性驅 動類 型功率快 速響 應結 構性 能安 全效 率控制能力安 裝要 求維 護要 求液壓驅動系統(tǒng)不太受限制很 高結構適當，執(zhí)行機構可做成獨立結構，易于標準化，容易實現直接驅動。液壓密封問題顯得重要。防爆性能較好，用液壓油作為傳動介質，在一定條件下有火災危險。，容易調速為 。速度調節(jié)裝置、配流元件、制動裝置的結構簡單，能將速度位置控制到精確值。安裝要求高，特別注意液壓液泄露。因有液壓源設備，占地面積較大。要求水平較高的維護人員進行定期的維護。氣動驅動系統(tǒng)有限制較高結構適當，執(zhí)行機構可做成獨立結構易于標準化，容易實現直接驅動，密封問題不象液壓系統(tǒng)顯得突出防爆性能好，高于一個大氣壓，應注意設備有爆炸的危險~調度調節(jié)機構、配流元件結構簡單，一般要求有專門的制動裝置；速度、位置控制到精確值困難。安裝要求不太高要求中等水平的維護人員定期維護電動驅動系統(tǒng)有限制高電機易于標準化，結構性能好，但電機后面一般需配精密減速器，除特殊電機外，難于進行直接驅動。設備自身無爆炸和火災危險。直流有刷電機對環(huán)境的防爆性能差。結構簡單，控制靈活性強，速度、位置可控制到精確值。安裝要求隨傳動方式不同而異。要求水平較高的人員定期的檢查維護。鑒于上述的驅動系統(tǒng)的選擇原則以及各種系統(tǒng)的特點，同時查閱機械手方面的資料表明：近年來，在負荷為100kg以下的機械手一般用電動驅動系統(tǒng)。由于它有低慣量、高起動力矩等優(yōu)點，而且不需要能量轉換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。綜合上述的分析，本系統(tǒng)選用電動驅動系統(tǒng)，不但符合課題的技術要求，而且理論上也是合理的。 機械手基座部分設計基座是機械手的第一個回轉關節(jié)，機械手的運動部分全部安裝在基座上，它承受了機械手的全部重量，在設計機械手基座時，要注意以下設計原則：（1） 基座要有足夠大的安裝基面，以保證機械手在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。（2） 基座要承受機械手的全部重量和載荷。因此機械手的基座和腰部軸及軸承的機構要有足夠大的強度和剛度，及保證承載能力。（3） 機械手的腰部應是它的第一個回轉關節(jié)，它對機械手末端的運動精度影響最大，因此要保證設計中腰部軸承及傳動鏈有足夠的強度和相當高的精度。（4） 為了保證機械手的外部電纜不隨機械手的運動而擺動，在設計過程中要解決好固定端與運動端的聯(lián)接問題。（5） 腰部的回轉要有相應的驅動裝置。（6） 腰部結構要便于安裝調整。腰部與機械手手臂的聯(lián)接要有可靠的定位基準面，以保證各個關節(jié)的位置精度。（7） 為了減輕機器人運動部分的慣量，提高機器人的控制精度。一般腰部回轉部分的殼體是由比重比較小的復合材料制成，而不動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。 基座部分的設計計算（1）基座電機的選擇手臂回轉的驅動力矩，應該與手臂運動時所產生的慣性力矩，以及各支撐處摩擦阻力矩相平衡。即 慣性力矩的計算其中，——手臂回轉部件對其回轉中心的轉動慣量； ——手臂回轉的角速度差； ——啟動所需的時間； ——零件對回轉中心的轉動慣量； ——零件作為其重心位置的質點對手臂回轉中心的轉動慣量； ——手臂回轉半徑（重心到回轉中心的距離）； ——手臂運動的重量；計算時，可把形狀復雜的零件近似看成圓柱體，則設置啟動角度,z則啟動角速度，設置啟動時間。取=800mm。設回轉零件為一個半徑為60mm，長900mm,重30Kg的圓柱形零件。則 各支撐處摩擦力矩粗略估算為 所以，圖51 基座部分傳動示意圖所需電機的輸出功率為： ——負載轉矩（負載軸）——負載軸回轉速度 r/min——額定功率 kw——電動機與工作機之間的傳動裝置總效率設固定轉速為=5 r/min 又 則 飛輪矩的計算 其中，——負載飛輪矩 J ——手臂回轉部件對其回轉中心的轉動慣量 則 加速功率的計算 伺服電機的預選：選定條件: 電機的額定轉矩； 倍電機的額定功率； 電機的額定轉速； 電機容許負載的由選定條件，按計算結果對照《機械設計手冊》中常用伺服電機可初選110S –CZK01直流寬調速伺服電機。名稱：直流寬調速伺服電機 型號：110S –CZK01額定功率： 額定轉矩： 額定轉速：1500r/min 生產廠家：安徽微電機研究所注：電機可帶測速機、碼盤根據電動機的各項參數選用擺線針輪減速器。型號：立式電機直聯(lián)型 降速比：=29.各軸轉速： 1 軸： r/min ——電動機滿載轉速，r/min 由 r/min , 2 軸： r/min 3 軸： r/min 各軸的輸入功率：1 軸： kw2 軸： kw3 軸： kw12軸的輸出功率分別為輸入功率乘軸承功率。各軸輸入轉矩： 1軸 2軸 3軸 （1）選擇齒輪材料和熱處理、精度等級、齒輪齒數及尺寸設計考慮到傳遞功率不大，且對結構尺寸無嚴格要求，選用45鋼，選齒輪為8級精度，選小齒輪調質，小齒輪齒面硬度217~255HBS，大齒輪正火、齒面硬度162~217HBS。選小齒輪齒數為=25，==95。按齒根彎曲疲勞強度設計閉式硬齒面齒輪傳動，承載能力一般取決于彎曲強度，故先按彎曲強度設計，驗算接觸強度。由下式：確定式中各項數值：因無較重沖擊的載荷，由機械設計書表63查得,故初選載荷系數 Nmm由式cosβ，計算端面重合度：由式。由表66，選取，由圖61圖620查得： 由（為工作壽命，每天兩班工作，每天工作8小時，使用壽命15年），由圖621查得 取,由圖622C按齒面硬度均值200HRS,在ML線上查得。 取， 。取，設計齒輪模數=修正：。 由圖67查得 ，由圖610查得 ，由表64查得 。則。由表61，選取第一系列標準模數m=4。同理計算與齒輪連接部分=，所以兩部分取m=6。齒輪主要計算尺寸：取， 取 則分度圓： 中心矩： 齒 寬： 取 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 校核齒面接觸疲勞強度由表65查得。由圖614查得，由圖。由圖615，按不允許出現點蝕，查得 。由圖616d，按齒面硬度均值200HBS，在MQ和ML線中間查出 取，則 將確定出的各項數值代入接觸強度校核公式，得接觸強度滿足。和部分校核原理同上，接觸強度滿足。（2）軸的結構設計[1] 輸出軸（即空心回轉軸的設計）空心軸示意圖如下：圖52 輸出軸結構示意圖因為采用空心軸