機器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書-資料下載頁
2025-06-17 17:10本頁面
【正文】 求輸出軸上的功率P3，轉(zhuǎn)速n3和轉(zhuǎn)矩T3 取每級齒輪傳動的效率（包括軸承效率在內(nèi)），則KW r/min （2）初步確定軸的最小直徑 取A0=112，于是得dmin=A0=112=輸出軸的最小直徑顯然是安裝軸承的直徑d1=20mm,L1=16mm。軸段2的直徑d2根據(jù)齒輪和鍵的的尺寸選擇d2=40mm,L2=33mm。軸段3由于軸段3要固定在箱體上而且要起到連接外部，也需要連接軸承，所以考慮下來選擇d3=20mm,L3=78mm。（3）軸的校核a． 軸上的轉(zhuǎn)矩T：主軸上的傳遞的功率：KW r/min 求作用在齒輪上的力： N Nb． 畫軸的受力簡圖 見圖4－2c． 計算軸的支撐反力在水平面上FNH2在垂直面上d． 畫彎矩圖 見圖4－2在水平面上，剖面左側(cè) 剖面右側(cè)在垂直面上 合成彎矩，剖面左側(cè) 剖面右側(cè) e． 畫轉(zhuǎn)矩圖 見圖4－2 f. 判斷危險截面 截面左右的合成彎矩左側(cè)相對右側(cè)大些，扭矩為T，則判斷左側(cè)為危險截面，只要左側(cè)滿足強度校核就行了。g.．軸的彎扭合成強度校核許用彎曲應(yīng)力， 截面左側(cè) h. 軸的疲勞強度安全系數(shù)校核查得抗拉強度 ，彎曲疲勞強度，剪切疲勞極限，等效系數(shù)， 截面左側(cè)查得，；查得絕對尺寸系數(shù)，；軸經(jīng)磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)。則彎曲應(yīng)力 ，應(yīng)力幅 平均應(yīng)力 切應(yīng)力 安全系數(shù) 查許用安全系數(shù)，顯然，則剖面安全。 系統(tǒng)在本課題中，選擇PLC進行系統(tǒng)的控制，由于本課題設(shè)計的只是關(guān)節(jié)型機器人的手腕部分，并不是整個手臂的設(shè)計，所以無法通過運動仿真來建立數(shù)學(xué)模型。相對于單片機來說，PLC有編程方便，控制原理方便等優(yōu)勢，所以在本課題中采用PLC來控制。由于本課題采用的是直流電機，所以在控制方面采用的是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖71系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖從圖71中可見PLC要從外部輸入電流反饋和轉(zhuǎn)速信號，輸出觸發(fā)脈沖信號，其工作均在PLC內(nèi)部完成，數(shù)字給定也是用軟件方法在PLC內(nèi)設(shè)定。（1）轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)速度給定信號是調(diào)速系統(tǒng)的主令控制信號，模擬系統(tǒng)中常用電位器調(diào)節(jié)給出：在PLC構(gòu)成的DDC系統(tǒng)中，則可以用FX2的功能指令——傾斜指令來完成。（2）轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)本系統(tǒng)速度檢測采用主軸脈沖發(fā)生器作為速度反饋檢測元件，它可將轉(zhuǎn)速換成頻率信號，以脈沖的方式輸入PLC，通過計數(shù)器定時計數(shù)即可測出電機主軸轉(zhuǎn)速。在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，根據(jù)工程實際情況一般轉(zhuǎn)速環(huán)的采樣周期取10ms，為此使用10ms定時計數(shù)方法來測量速度。在FX2系列PLC中，設(shè)有“速度檢測”功能指令，它可測出10ms內(nèi)的脈沖數(shù)，并將其送給PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)寄存器用于速度檢測。調(diào)速系統(tǒng)中檢測碼盤裝在電機主軸上，以速度N (r／min)轉(zhuǎn)動，接近開頭將轉(zhuǎn)速換成脈沖信號送至FX2的高速計數(shù)輸入端X0號端子。（3）電流檢測環(huán)節(jié)本系統(tǒng)電流檢測采用VFC電壓頻率轉(zhuǎn)換器將電流反饋電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的脈沖信號，通過測量單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，可計算出反饋電壓Ui大小。此處選用NS公司的31系列VFC典型器件。工程上電流環(huán)采樣周期為1～3 ms，此處選采樣周期為2 ms，由于電流反饋電壓已轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號，可采用類似于轉(zhuǎn)速檢測的方法實現(xiàn)電流反饋檢測，將電流脈沖送入PLC的X1高速計數(shù)端 PLC的IO圖繪制做具體的IO接線圖如下圖72，此處選擇的可編程控制器為三菱公司的FX系列，此種可編程控制器具有性價比高，應(yīng)用廣泛等特點。具體型號為FX2N64MR.圖72 PLC梯形圖設(shè)計按照設(shè)計要求，PLC梯形圖如下圖73梯形圖PLC語句表如下圖74圖74548夾持器的設(shè)計根據(jù)焊槍的軸徑和機械接口的結(jié)構(gòu)設(shè)計了夾持器。本次設(shè)計使用的焊槍直徑為50mm。用螺栓固定焊槍。通過螺栓與機械接口聯(lián)接。機座部分采用鑄鋁材料，方形結(jié)構(gòu)，臂厚8～12mm。機身部分采用鑄鋁材料，圓筒形結(jié)構(gòu)，臂厚7～8。大臂外殼和大臂箱體采用鑄鋁材料，方形結(jié)構(gòu)，厚度均為6～8。小臂箱體和小臂外殼采用鑄鋁材料，結(jié)構(gòu)為方形，側(cè)面為鑄件其它三面為鑄鋁板材。手腕外殼和手腕箱體采用鑄鋁材料，結(jié)構(gòu)為方形，兩側(cè)面、背面、底面為鑄件，端面和正面為鑄鋁板材，臂厚5～8mm。 其它部分具體尺寸由結(jié)構(gòu)決定，詳見圖紙。10結(jié)論本次設(shè)計的焊接機器人采用了直流電機驅(qū)動，通過一系列的軸和齒輪傳動順利實現(xiàn)了三個自由度：擺腕、提腕、轉(zhuǎn)腕。應(yīng)用于焊接生產(chǎn)線上將大大提高生產(chǎn)效率，和加工質(zhì)量，降低工人勞動強度，能夠帶來可觀的經(jīng)濟效益。本機器人設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，通用性強。除了應(yīng)用于焊接外，還可以應(yīng)用于噴漆等工作中。設(shè)備制造成本合理，拆裝方便，便于維護。參 考 文 獻[1] 劉辛軍,汪勁松,[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2001,41.(8):1620.[2] 徐衛(wèi)平,張玉茹,六自由度微動機構(gòu)的運動分析[J].機器人ROBOT,1995,17.(5):298302.[3] 李明利,楊利華. 磁性輪式球罐焊接機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析[J].機械,2001,28:8384.[4] 潘沛霖,楊宏,高波,[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1994,26.(4):9095.[5] 殷際英,[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2003.[6] [M] .北京：冶金工業(yè)出版社, 1996.[7] 費仁元,[M] .北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社,1998．[8] [M] .北京：機械工業(yè)出版社, 1995．[9] [M]．北京：清華大學(xué)出版社，2000．[10] 宗光華,[M]. 北京：科學(xué)出版社, 1996．[11] 徐衛(wèi)良,[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998．[12] 孫迪生,[M] .北京：機械工業(yè)出版社，1998．[13] [M] .：機械工業(yè)出版社，2001.[14] 徐灝．機械設(shè)計手冊[M] .：機械工業(yè)出版社，2000.[15] 成大先．機械設(shè)計手冊[M]．：化學(xué)工業(yè)出版社，2002．[16] 陳秀寧，[M]．：浙江大學(xué)出版社，1995 .附 錄1 手腕裝配圖 HJJQR23 A02 圓柱齒輪 HJJQR10 A33 圓柱齒輪軸 HJJQR12 A34 IO控制接線圖 A
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