【文章內(nèi)容簡介】 D570D570D638D638D638D790D790D695D732D256D256D785D1044D189440M9460M801412M903M7940表注: 1. 吸水率*（23℃，50%RH平衡） ，整個(gè)零件的強(qiáng)度和剛度是非常大的。從每個(gè)件的受力來看，材料聚甲醛的各個(gè)力學(xué)性能完全滿足本文的設(shè)計(jì)要求。由于聚甲醛的耐摩擦性好，而機(jī)器人移動速度慢，從摩擦的角度來說，聚甲醛也是理想的支撐件材料。聚甲醛與其他塑料相比，具有自潤滑性及低摩擦系數(shù)、低磨耗等特點(diǎn)。其動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)相近，粘接較困難。： 與硬鋁進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果動摩擦系數(shù) 1(P1：)(v1：25cm／s)比因耗／(N．m)臨界Pv值122kPa. m／s本章介紹手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及傳動方式的選擇的比較，手指的設(shè)計(jì)方案的比較，電機(jī)的計(jì)算與型號選擇。移動機(jī)器人機(jī)械臂各零部件所要求的強(qiáng)度、剛度等都不同，應(yīng)該選用不同的材料來制造加工。所以本章就依據(jù)機(jī)器人在工作過程中各零部件不同受力情況，以及機(jī)械設(shè)計(jì)的要求選用了不同的材料來制造零件，并對零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，使其達(dá)到工作要求。4 臂部結(jié)構(gòu) 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求手臂部件是機(jī)械手的主要部件。它的作用是支承手部，并帶動它們做空間運(yùn)動。臂部運(yùn)動的目的:把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)(方位)抓取物體，則移動臂部自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部設(shè)計(jì)基本要求: （1）臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕臂部通常即受彎曲(而且不僅是一個(gè)方向的彎曲)，也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選用彎和抗扭剛度較高的截面形狀。很明顯，在截面積和單位重量基本相同的情況下，鋼管、工字鋼和槽鋼的慣性矩要比圓鋼大得多。所以，機(jī)械手常采用無縫鋼管作為導(dǎo)向桿，用工字鋼（）或槽鋼作為支撐鋼，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動裝置、傳動裝置以及管道，這樣就使結(jié)構(gòu)緊湊、外形整齊。（2)臂部運(yùn)動速度要高，慣性要小在一般情況下，手臂的移動要求勻速運(yùn)動，但在手臂的啟動和終止瞬間，運(yùn)動是變化的，為了減少沖擊，要求啟動時(shí)間的加速度和終止前減速度不能太大，否則引起沖擊和振動。 為減少轉(zhuǎn)動慣量，應(yīng)采取以下措施: (a) 減少手臂運(yùn)動件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。 (b) 減少手臂運(yùn)動件的輪廓尺寸 (c) 減少回轉(zhuǎn)半徑 (d) 驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置(3)手臂動作應(yīng)靈活。為減少手臂運(yùn)動件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。(4)位置精度要高。一般來說，直角和圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手位置精度高。關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制，故精度差。在手臂上加設(shè)定位裝置和檢測機(jī)構(gòu)，能較好的控制位置精度。本文采用鋁合金材料設(shè)計(jì)成薄壁件，一方面保證機(jī)械臂的剛度，另一方面可減小機(jī)械臂的重量，減小基座關(guān)節(jié)電機(jī)的載荷，并且提高了機(jī)械臂的動態(tài)響應(yīng)。砂型鑄造鑄件最小壁厚的設(shè)計(jì)。最小壁厚：每種鑄造合金都有其適宜的壁厚，不同鑄造合金所能澆注出鑄件的“最小壁厚”也不相同，主要取決于合金的種類和鑄件的大小，：鑄件尺寸 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鋁合金 銅合金 ＜200200 200200~500500 ＞500500 5~8 10~12 15~20 3~5 4~10 10~15 4~6 8~12 12~20 3~5 6~8 — 3~ 4~6 — 3~5 6~8 — 砂型鑄造鑄件最小壁厚計(jì)（mm）以上介紹的只是砂型鑄造鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在特種鑄造方法中，應(yīng)根據(jù)每種不同的鑄造方法及其特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文機(jī)械臂殼體采用鑄造鋁合金。具體尺寸見總裝配圖。 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 臂部結(jié)構(gòu) 大臂部工字鋼結(jié)構(gòu)圖： 小臂部工字鋼結(jié)構(gòu)圖： 肘關(guān)節(jié)三維爆炸圖： 肘關(guān)節(jié)三維零件圖： 肘關(guān)節(jié)剖視圖1一圓錐齒輪A 2一圓錐齒輪B 3一軸套 4一滾動軸承 5一緊定螺釘6一螺釘 7一大臂 8一螺釘 9一軸承端蓋 10一軸11一小臂 12一電機(jī)圓錐齒輪的嚙合面和齒隙是相互影響的，在檢查調(diào)整時(shí)不能單一地檢查調(diào)整嚙合面或齒隙，而應(yīng)綜合檢查調(diào)整，一般是先檢查調(diào)整嚙合面，然后檢查調(diào)整齒隙。調(diào)整好圓錐齒輪的嚙合面后，要檢查圓錐齒輪的齒隙。將百分表的量頭觸在牙齒大端的節(jié)圓處進(jìn)行測量。如果齒隙不正確，要根據(jù)嚙合面的實(shí)際情況，在嚙合面允許變化的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整齒隙后，要檢查齒背不平齊差，即配對圓錐齒輪的錐頂要重合。此要求可通過檢查兩圓錐齒輪大端的背錐面是否相平齊來保證。 臂部肘關(guān)節(jié)直齒圓錐齒輪傳動的設(shè)計(jì)： 一對直齒圓錐齒輪傳動參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)注意，直齒圓錐齒輪最小齒數(shù)為，齒數(shù)比不宜過大。齒寬系數(shù)不應(yīng)過大，因?yàn)閳A錐齒輪的齒越寬，制造、安裝誤差就越大，偏載也越嚴(yán)重，故一般取，還應(yīng)使最小齒寬(1) 選定齒輪材料，熱處理方式 ，齒數(shù)及精度等級 對于一般齒輪傳動，可選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼。A齒輪：45號鋼，調(diào)質(zhì)HB240～270（T255）；B齒輪：45號鋼，正火HB180～210（Z195）；兩輪均為軟齒面（HB350）。為避免根切及具有較好性能，考慮到直齒圓錐齒輪最小齒數(shù),選定齒輪齒數(shù)。按一般的加工能力及 使用要求，初選齒輪精度等級為8級。(2) 初步確定主要參數(shù)由于兩齒輪齒面均為軟齒面（HB350），可以先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定A齒輪的分度圓直徑，即（mm） （41）式中：工作轉(zhuǎn)矩－工作情況系數(shù) ，由表4－9，電動機(jī)驅(qū)動，工作平穩(wěn)，取＝1；－載荷分布不均系數(shù)，見表5－2，一般工業(yè)，一齒輪為懸臂支承，?。?；－齒寬系數(shù)，由表5－3?。?；－齒數(shù)比，；－齒輪材料接觸疲勞的基本許用應(yīng)力，由圖4－13(a)，碳鋼，鋼質(zhì)，調(diào)質(zhì)，取；正火。 將以上系數(shù)和中的小值代入公式得 （42）大端模數(shù) （43） 按照表4－7齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，選取第一系列模數(shù)值。 然后，再根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。 （44） （45）式中： （46） （47） －動載荷系數(shù)，用平均直徑處的圓周速度按降一級精度（即9級）并由圖4－20(a)查取，其中 （48） （49） （410）由圖4－20（a）查得＝1； （411） （412） －齒形系數(shù)，查圖4－27得；－齒寬，圓整后??；－齒輪材料彎曲疲勞的基本許用應(yīng)力，可查圖4－12（c）得：，； （413）查圖4－30得 查圖4－31得 查圖4－32得 ， （414）由于，故計(jì)算小輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 表明取是合格的。(3) 計(jì)算圓錐齒輪的有關(guān)參數(shù)工作轉(zhuǎn)矩： 圓錐齒輪大端分度圓直徑：圓錐齒輪的分錐角，：（） 圓錐齒輪錐距： （415）齒寬系數(shù)： （416）(4) 計(jì)算齒輪嚙合處作用力：圓周力 （417）軸向力 （418）徑向力 （419）當(dāng)時(shí)，一齒輪的徑向力與另一齒輪的軸向力數(shù)值相等而方向相反。即 。： 圓錐齒輪作用力方向電動機(jī)置于小臂殼體內(nèi)。其中方形截面為機(jī)械手大臂與小臂的殼體，截面為小臂機(jī)構(gòu)的殼體。機(jī)械手手臂剛性好、抗扭能力強(qiáng)、重量輕，所有傳動機(jī)構(gòu)和驅(qū)動裝置都置于機(jī)械手臂內(nèi)部，外形簡潔。機(jī)械手表面還裝有緩沖墊，當(dāng)驅(qū)動裝置出現(xiàn)故障或供電電池耗盡時(shí)，可以起到緩沖作用，避免手臂沖擊造成損壞。為大臂外殼所粘貼的橡膠墊，： 大臂的緩沖墊： 機(jī)械臂三維姿態(tài)： 機(jī)械臂的三維爆炸圖 臂部電機(jī)的選擇電機(jī)選型的計(jì)算同手部的計(jì)算同，則選擇了北京和利時(shí)電機(jī)公司56BYG250CSASSBL0241型號電機(jī)。： 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)電機(jī)型號相數(shù)步距角相電阻相電感保持轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量質(zhì)量驅(qū)動電壓56BYG250CSASSBL0241226048 ： 步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線： 步進(jìn)電機(jī)的尺寸： 步進(jìn)電機(jī)的安裝5 移動機(jī)器人機(jī)械臂的肩部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 肩部的傳動方式移動機(jī)械臂肩部為繞水平軸旋轉(zhuǎn)的自由度，搭載物體本身具有繞平軸旋轉(zhuǎn)的的自由度的機(jī)器手。移動機(jī)械臂是繞水平軸做一定角度的轉(zhuǎn)動。移動機(jī)械臂的肩部?？梢赃x用螺旋機(jī)構(gòu)或者蝸桿這兩種傳動方式。螺旋機(jī)構(gòu)高低機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，本身可以自鎖是其優(yōu)點(diǎn)，但是轉(zhuǎn)速比不是常數(shù)，對于主要抓取物體的肩關(guān)節(jié)，不能滿足繞水平方向軸士180。的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械動力操作比較困難。螺旋機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)還有:制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。制造工藝比較復(fù)雜，特別是長螺桿更難保證熱處理及磨削工藝質(zhì)量，剛性和抗振性能較差。摩擦阻力大，傳動效率低(一般為30%~60%)，磨損快。對于抓取物體的肩關(guān)節(jié)來說，該機(jī)構(gòu)響應(yīng)慢，不易于控制。蝸桿傳動的特點(diǎn)：蝸桿傳動用于交錯(cuò)軸傳遞運(yùn)動及動力。通常交錯(cuò)角為90度。它的主要優(yōu)點(diǎn):傳動比大，工作較穩(wěn)定。噪聲低，結(jié)構(gòu)緊湊，可以自鎖。主要缺點(diǎn)：效率低，需要貴重的減摩性有色金屬。選擇蝸桿傳動，主要是考慮到其具有自鎖能的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)闄C(jī)械臂要抓取物體，則要求移動機(jī)械臂的肩部具有自鎖能力。由于采用具有自鎖功能的蝸輪副傳動還有下述優(yōu)點(diǎn):(1)由于突然的斷電抓取物體的重量以及本身的重量會在系