【文章內(nèi)容簡介】 設計為可以繞軸轉(zhuǎn)動的圓柱型內(nèi)空結(jié)構(gòu)，以便與殼體內(nèi)部形狀吻合并且大大減輕機構(gòu)重量。幾個關節(jié)運動的有機結(jié)合可以實現(xiàn)機械手自動粘貼膠片的任務，并通過減速器使其達到理想的旋轉(zhuǎn)速度。 機械手結(jié)構(gòu)的總體設計 主要技術指標設計此機械手針對回轉(zhuǎn)殼體，實現(xiàn)在其內(nèi)部的自動粘貼膠片工作?；剞D(zhuǎn)殼體的有效長度為 2m，內(nèi)部直徑為 350mm，開口直徑為 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)行機構(gòu)的膠片架上。大臂水平方向的有效行程為 。沈陽理工大學學士學位論文5 機械手的結(jié)構(gòu)設計大臂選用 10mm 厚的方鋼，材質(zhì)：Q235A。中臂，小臂，執(zhí)行機構(gòu)選用 45鋼。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 機械手大臂圖 機械手中臂沈陽理工大學學士學位論文6圖 小臂—執(zhí)行機構(gòu)3 機械手運動學分析機器人操作手通常為開鏈空間連桿機構(gòu)，各桿件間通常用轉(zhuǎn)動副和移動副相連接。開鏈一端安裝在機座上，另一端為末端執(zhí)行器。各關節(jié)由驅(qū)動器驅(qū)動，關節(jié)的相對運動導致連桿的運動，進而確定了末端執(zhí)行器在空間的位置和姿態(tài)。齊次變換是解決機器人操作手運動學的數(shù)學工具。 機械手運動學方程的建立表示機器人操作手的每個桿件在空間相對于基礎坐標系位置和姿態(tài)的方程，稱為機器人操作手的運動學方程。要描述機器人操作手每個桿件的空間位姿，需要使用以下直角系。⑴ 絕對坐標系，即建立在工作現(xiàn)場地面的坐標系。⑵ 機座坐標系，即建立在機器人上的坐標系，它是機器人各活動桿件的公共參考坐標系。通常在研究問題時，認為機座相對于工作地面是靜止的，因此又將機座坐標系稱為固定坐標系或基礎參考系。⑶ 桿件坐標系即建立在機器人指定的活動桿件上的坐標系。它與活動桿件相固連，隨桿件一起運動，因此又稱其為活動坐標系或當前坐標系。沈陽理工大學學士學位論文7⑷ 末端執(zhí)行器坐標，即末端桿，因此相應坐標系均轉(zhuǎn)為桿件坐標系。在研究具體問題時，常將機座看為操作機的第 0 號桿件，即首端桿，而將末端執(zhí)行器視為最后一個桿，即末端桿，因此相應坐標系均轉(zhuǎn)為桿件坐標系。若一個機器人操作手有 n 個桿組成，各桿件編號從機座到末端執(zhí)行器依次為 0，1，2，3，，n，則可以寫出變換方程 [3]： ()TTn5643210?式中： ，n)——兩桿件的相對變換矩陣。,(1??iTi依據(jù)上述變換方程，即可求出任一桿件相對機座坐標系的位姿，得到相應的運動學方程。確定相臨兩桿間的變換矩陣是建立機器人運動學方程的基礎。變換矩陣 ，n) 順序相乘就可得到 。因 中含有一個關節(jié),321(?ii Tn0i1?變量 若用廣義坐標 [3] 則可寫成 形式，有),(iid或?iq,表 示 1i?)iq（ ()().()(3210 nnT?通常將 稱為操作手的變換矩陣。顯然它是 n 個關節(jié)變Tn0量 ，n)的函數(shù)。將 ()稱為操作手的運動學方程，它表示末端連桿,321(?iq的位姿與關節(jié)變量之間的關系。 運動學方程的正解正解問題是指已知各桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)和關節(jié)變量，求末端執(zhí)行器的空間位姿，即求 。Tn0按下關節(jié)模式確定各桿的 A 矩陣。所建立的坐標系如下圖所示：圖 平面三桿機械手沈陽理工大學學士學位論文8建立 A 矩陣所需要的參數(shù)值見下表。表 機械手的結(jié)構(gòu)參數(shù)表桿件號 i 關節(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??沈陽理工大學學士學位論文9 運動學方程的逆解逆解問題是指已知滿足某工作要求時末端執(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)，求關節(jié)變量。Tn0由運動學方程的正解可知 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當工作時，機械手末端位姿如下圖：圖 機械手末端位姿圖沈陽理工大學學士學位論文10因為此時 ，?9021???所以()式可化簡為： ()??????1231)(slpcxyx所以 ()1212321()/90cos(/)lxylplll??????沈陽理工大學學士學位論文114 傳動裝置的設計 伺服電機及減速器的選擇 機電領域中伺服電機的選擇原則現(xiàn)代機電行業(yè)中經(jīng)常會碰到一些復雜的運動，這對電機的動力荷載有很大影響。伺服驅(qū)動裝置是許多機電系統(tǒng)的核心。因此，伺服電機的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負載要求的電動機，然后再從中按價格、重量、體積等技術經(jīng)濟指標選擇最適合的電機 [2]。圖 各種電機的 T 曲線?一般伺服電機選擇考慮的問題：(1) 電機的最高轉(zhuǎn)速。(2) 電機的負載轉(zhuǎn)矩。 旋轉(zhuǎn)關節(jié)驅(qū)動電機及減速器的選擇大臂 60KW；中臂 30KW；小臂和執(zhí)行機構(gòu)（手） 30KW。 1 驅(qū)動電機及減速器的選擇 ()1(29450).319()TFLNm?????沈陽理工大學學士學位論文12 ()??? () K?故驅(qū)動關節(jié) 1 選用安川伺服電機 ⅡSGMH13AAA41 。 ??。min/50,?額額減速器型號：PLS142HP 減速比 i=64 2 驅(qū)動電機及減速器的選擇 ()2(50294).()TFLNm???? ()173..nPW? () K?故驅(qū)動關節(jié) 2 選用安川伺服電機 ⅡSGMH05AAA41 ??。min/15,??額額減速器型號：WPLE60 減速比 i=80 鏈輪的設計及鏈條的選擇 滾子鏈傳動的設計鏈輪的主要尺寸摘自 GB1244—85《傳動用短節(jié)距精密滾子鏈和套筒鏈鏈輪齒形和公差》 ，適用于與 —83《傳動用短節(jié)距精密滾子鏈 》配用的鏈輪；等效于 ISO606—1982《傳動用短節(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。滾子鏈傳動的設計計算步驟及計算式：已知傳動功率 P=,主動輪轉(zhuǎn)速與從動輪轉(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=23沈陽理工大學學士學位論文13大鏈輪的齒數(shù) Z2=23 實際傳動比 ii=Z2/Z1=23/23=1 () 計算功率 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)。 鏈條長度L=PLP=125=3175mm () 理論中心距 a當 Z1=Z2=Z 時，a=P/2(LPZ)=(12523)=1259mm () 實際中心距 aa＇=a△a==1258 () 鏈速 VV= Z1 n1 P/601000=231000=() 有效圓周力 Ft沈陽理工大學學士學位論文14Ft=1000P/V=1000() 作用于軸上之力 FKFK=KAFt=1111501=128226N[2] () 潤滑方式的選擇根據(jù) P 及 V 查圖 11—10[2]，應采用油杯或刷子供油。 鏈條的標記鏈 16A—1125圖 鏈條的三維視圖 鏈輪的設計鏈輪的材料應能保證鏈輪具有足夠的耐磨性和強度。鏈輪的嚙合次數(shù)越多受沖擊也就越嚴重，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== ()沈陽理工大學學士學位論文15h=== ()ra≈==≈1 () df=dd1== ()dg＜Pcot180 o/==()所以 dg 取整為 159。圖 鏈輪的齒槽形狀 滾子鏈的靜強度計算在低速(V＜)重載鏈傳動中，鏈條的靜強度占主要地位。如果仍用額定功率曲線選擇計算，結(jié)果常不經(jīng)濟，因為額定功率曲線上各點相應的條件性安全系數(shù) n 為 8～20，遠比靜強度安全系數(shù)大。當進行耐疲勞和耐磨損工作能力計算時，若要求的使用壽命過短，傳動功率過大，也需進行鏈條的靜強度驗算。鏈條靜強度計算公式 [2]： ()lim14~8caAFnSK??式中：沈陽理工大學學士學位論文16Sca——鏈的抗拉靜強度的計算安全系數(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)，所以靜強度滿足要求。 鏈傳動的張緊鏈傳動的張緊程度可用測量松邊垂度 f 的大小來表示，合適的松邊垂度推薦為：f =(～)a mm。對重載，經(jīng)常起動、制動和反轉(zhuǎn)的鏈傳動，以及接近垂直的鏈傳動，其松邊垂度應適當減小。本傳動裝置采用調(diào)整中心距的方法來使鏈傳動張緊。具體調(diào)整方法是通過擰緊螺栓來使鏈子蹦緊。對于滾子鏈傳動，中心距調(diào)整量為 2P。 鏈傳動的潤滑1. 潤滑方式的選擇根據(jù)鏈條的節(jié)距 P 和速度 V 按機械手冊 [2]選擇潤滑方式。由于鏈速V＜2m/s ，故采用人工定期潤滑的方式。每班加油一次，保證銷軸處不干燥。2. 潤滑劑的選擇一般情況采用潤滑油，按機械手冊 [2]進行選擇，對于開式、低速傳動可在油中添加 MoSWS 2MoSeWS e2 等添加劑。沈陽理工大學學士學位論文175 軸的設計與驗算 對于傳動軸，除重載軸外，一般無須進行強度計算，只進行剛度計算。 軸在載荷的作用下會產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，當這些變形超過某個允許值時，會使機器零部件工作狀況惡化，甚至使機器無法正常工作，故對精密機器的傳動和對剛度要求高的軸，要進行剛度校核，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)角來度量，后者是用撓度和偏角來度量。軸在受載的情況下會產(chǎn)生彎曲變形，過大的彎曲變形也會影響軸上零件的正常工作，對于工作要求高的精密機械如機床，如安裝齒輪的軸，會因軸的變形影響齒輪的嚙合狀態(tài)幾工作平穩(wěn)性；軸的偏角會使?jié)L動軸承的內(nèi)外圈互相傾斜，如偏轉(zhuǎn)角超過滾動軸承的允許的轉(zhuǎn)角，就顯著降低滾動軸承得壽命；會使?jié)L動軸承所受的壓力集中在軸承的一側(cè)