【正文】 1?tf ，基本額定動載荷KNCr ? ，基本額定靜載荷 NCor 1050? 。 由以上計算可知： 徑向力 1 ? ， 2 ? 。 派生軸向力 11 3 19. 38 3srF e F N? ? ? ? （ 51） 22 3 7 2SrF e F N? ? ? ? 1122asF F NF F N???? ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 2 21 2 1 2 8 . 3 3 4 . 1 2 9 . 3a a a aF F F F N? ? ? ? ? ? 計算oraCF 并確定 e值 ， orFC ?? 根據(jù) ?oraCF ， 查表可得 e=。 計算當(dāng)量動負(fù)荷 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂部和手部設(shè)計 24 118 .3 3 0 .4 2 91 9 .3 8arF eF ? ? ? 224 .1 2 0 .4 3 19 .5 7arF eF ? ? ? 查表可得：徑向載荷系數(shù) X=,軸向 載荷系數(shù) Y=。 1 1 1 0 .4 4 1 9 .3 8 1 .4 3 9 .7 8 6 4 .2 2rp X F Y F N? ? ? ? ? ? ? (52) 2 2 2 0 .4 4 9 .5 7 1 .4 3 9 .7 8 5 9 .9 1rp X F Y F N? ? ? ? ? ? ? （ 53） 取 1 p N?? 計算軸承壽命 33 2500115001666716667 ?????? ????????????Pf CfnL pth （ 54） = 根據(jù)以上計算可知 ， 其余幾跟軸上的軸承也完全滿足工 作要求。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 25 6 其它零部件的選用 鍵連接的選用 鍵連接分為平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。由于平鍵的兩側(cè)面是工作面，工作時靠鍵與鍵槽側(cè)面間的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面與輪轂間留有間隙，因此，平鍵連接定心性好，結(jié)構(gòu)簡單裝拆方便，所以本次設(shè)計我選用的是平鍵連接中的圓頭平鍵。 鍵連接的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵連接的類型可根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來取定。鍵的主要尺寸為截面尺寸 b、 h和長度 L。 b、 h可根據(jù)軸徑 d由標(biāo)準(zhǔn)中查??；長度 L可參照輪轂長度Ｂ從標(biāo)準(zhǔn)中選取，一般取 L=B(510)mm， B=()d。經(jīng)以上設(shè)計可知此段軸徑 d＝ 20mm，即 B=()d =?20=36mm L=B(510)=368=28mm 經(jīng)查表可知 b=6 mm。 殼體的設(shè)計 小臂和手腕的外殼是支承整個傳動系統(tǒng)的框架，采用鑄鋁材料，質(zhì)量輕，剛度大，小臂的外框結(jié)構(gòu)的厚度為 6mm、蓋子厚度為 6 mm、電機(jī)后蓋厚度為 6mm。 手腕的外框結(jié)構(gòu)厚度為 3mm,機(jī)器人手爪為鑄造鋁合金。其他部分的具體尺寸由結(jié)構(gòu)定，詳見裝配圖。 機(jī)器人手臂材料的選擇 ??10 機(jī)器人手臂的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作狀況來選擇。根據(jù)設(shè)計要求，機(jī)器人手臂要完成各種運(yùn)動。因此對材料的一個要求是作為運(yùn)動部件，它應(yīng)是輕型材料。而另一方面，手臂在運(yùn)動過程中往往會產(chǎn)生振動，這將大大降低它的運(yùn)動精度。因此在選擇材料時，需要對質(zhì)量，剛度，阻尼進(jìn)行綜合考慮，以便有效地提高手臂的動態(tài)性能。 機(jī)器人手臂材料應(yīng)先是結(jié)構(gòu)材料。手臂承受載荷 時，不應(yīng)有變形和斷裂。從力學(xué)角度看，即要有一定的強(qiáng)度。手臂材料應(yīng)選擇高強(qiáng)度材料，如鋼，鑄鐵，合金鋼等。機(jī)器人手臂是運(yùn)動的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比較輕。綜合而言，應(yīng)該優(yōu)先選擇強(qiáng)度大而密度小的材料做手臂。其中，非金屬材料有尼龍 6，聚乙烯（ PEH）和碳素纖維等；金屬材料以輕合金（特別是鋁合金）為主。所以我所設(shè)計的機(jī)器人手臂的材料選擇為鑄造鋁合金中的鋁銅合金。 機(jī)器人臂部連接件的選用 ??11 本設(shè)計中采用兩種不同型號的波紋管聯(lián)軸器：小臂部分采用 DIN6885型號，手腕部分選用 。柔性聯(lián)軸器的特點(diǎn)是圓周方向剛度大而軸向彎曲方向柔垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂部和手部設(shè)計 26 度較大，既能起到可靠的傳動又適合調(diào)整和補(bǔ)償軸之間的偏差。 圖 61 波紋管聯(lián)軸器 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 27 7 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的位姿分析 ??12 關(guān)節(jié)型機(jī)器人實(shí)質(zhì)上是依靠各關(guān)節(jié)坐標(biāo)值的改變來運(yùn)行的。例如以示教再現(xiàn)方式工作的機(jī)器人的關(guān)節(jié)在每個位置的轉(zhuǎn)角值是預(yù)先記錄好的。當(dāng)機(jī)器人末端手部執(zhí)行工作任務(wù)時 ,控制器依次給出記 錄好的各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù) ,使機(jī)器人末端手部按照預(yù)定的位置有序運(yùn)動 ,實(shí)現(xiàn)給定位姿來完成工作。 從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度來看 ,關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)械本體實(shí)際上是一個由轉(zhuǎn)動和移動關(guān)節(jié)連接起來的開鏈?zhǔn)竭B桿系統(tǒng) ,每個獨(dú)立驅(qū)動的關(guān)節(jié)決定著機(jī)器人的一個自由度。為了便于描述這些連桿之間的相互關(guān)系 ,在每一連桿關(guān)節(jié)上設(shè)立一個坐標(biāo)系 ,利用齊次變換就可以方便地描述這些坐標(biāo)系間的相對位置和姿態(tài)。由于我在設(shè)計中只用了轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié) ,所以只討論轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的情況。 描述一個連桿與下一個連桿間相對關(guān)系的齊次矩陣通常記為 A 。 A 矩陣描述連桿坐標(biāo)系間相對平移和旋轉(zhuǎn)的齊 次變換。如果 1A 表示第一個連桿對于基系 {0}的位置和姿態(tài)， 2A 表示第二個連桿相對于第一個連桿的位置和姿態(tài) ,那么第二個連桿在基系{0}的位置和姿態(tài)可由下列矩陣的乘積給出 2T = 21AA (71) 一般 T 加相應(yīng)前置或后置上下標(biāo)的公式來表示兩個或 兩個以上 A矩陣的乘積。 同理 ,若 3A 表示第三個連桿相對于第二個連桿的位置和姿態(tài) ,則有 3T = 321 AAA (72) 稱這些 A 矩陣的乘積為 T 矩陣 ,其前置上標(biāo)若為 0 (既以基坐標(biāo)系｛ 0｝為參照 ),則可略去不寫。于是 ,一個 6關(guān)節(jié) (6 自由度 )機(jī)器人從手部到基系｛ 0｝的總齊次變換矩陣 T 為 6T = 65321 AAAAAA 4 (73) 可以將上述 6 關(guān)節(jié)系統(tǒng)擴(kuò)展為具有 n 個關(guān)節(jié)自由度的系統(tǒng) ,其桿件0,1,… ,i,… ,n(共 n+1 個 )通過關(guān)節(jié) 1,2,… ,i,… ,n(共 n 個 )相連接。 n 個關(guān)節(jié)機(jī)器人從手部到基系的總齊次變換矩陣 T 為 1 2 3n nT A A A A? (74) 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂部和手部設(shè)計 28 圖 71 機(jī)器人的桿件坐標(biāo)系 根據(jù)機(jī)器人的各桿坐標(biāo)系確定機(jī)器人的桿件坐標(biāo)參數(shù)如表 71。 表 71 機(jī)器人的桿件坐標(biāo)參數(shù) 關(guān)節(jié) i i? i? ia id 關(guān)節(jié)變量范圍 1 90 90 0 0 180 到 180 2 0 0 2a 2d 45 到 135 3 90 90 3a 0 90 到 90 4 0 90 0 4d 90 到 90 5 0 90 0 0 90 到 270 6 0 0 0 6d 90 到 90 2 569a mm? ， 2 173d mm? ， 3 40a mm?? ， 4 430d mm? ， 6 140d mm? 。 根據(jù)表 71 所示的參數(shù)可求得 iA 為： 11 0 1 01 0 1 00 1 0 00 0 0 1csscA????? ????? 22222 2 0 22 2 0 20 0 10 0 0 1c s a cs c a sAd?????????? 3333 0 3 33 0 3 30 1 0 00 0 0 1c s a cs c a sA?????????? 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 29 444 0 4 04 0 4 00 1 00 0 0 1csscAd?????? ????? 55 0 5 05 0 5 00 1 0 00 0 0 1csscA?????????? 666 6 0 06 6 0 00 0 10 0 0 1csscAd?????????? 式中， cosiic ?? ， siniis ?? 。 求得機(jī)器人連桿全部坐標(biāo)矩陣 iA 后，把前三個 iA 相乘求得 03 1 2 3T AAA? ，在使后三個 iA 相乘，構(gòu)成 36 4 5 6T A AA? 。然后計算表示 03T 和 36T 的各元素，得到要求的末桿矩陣。 機(jī)器人 03T 為 2 3 22 3 203 1 2 3231 23 1 1 23 1 2 1 23 11 23 1 1 23 1 2 1 23 123 0 23 2 230 0 0 1c c s c s a c c a c c d ss c c s s a s c a s c d cT A A As c a s a s? ? ????? ???? ? ? ??? 機(jī) 器人 36T 矩陣為 6636 4 5 6644 5 6 4 6 4 5 6 4 6 4 5 4 54 5 6 4 6 4 5 6 4 6 4 5 4 55 6 5 6 5 50 0 0 1c c c s s c c s s c c s d c ss c c c s s c s c c s s d s sT A A As c s s c d c d? ? ?????? ? ??? ???? 如圖 71 所示機(jī)器人末桿矩陣 06T 可寫成為 0 0 36 3 6 1 2 3 4 5 60 0 0 1x x x xy y y yz z z zn o a pn o a pT T T A A A A A An o a p????? ? ????? 式中， 1 [ 2 3 ( 4 5 6 4 6 ) 2 3 5 6 ] 1 ( 4 5 6 4 6 )xn c c c c c s s s s c s s c c c s? ? ? ? ? 1 [ 2 3 ( 4 5 6 4 6 ) 2 3 5 6 ] 1 ( 4 5 6 4 6 )yn s c c c c s s s s c c s c c c s? ? ? ? ? 23 ( 4 5 6 4 6) 23 5 6zn s c c c s s c s c? ? ? ? 1 [ 23 ( 4 5 6 4 6) 23 5 6] 1 ( 4 5 6 4 6)xo c c c c s s s s s s s s c s c c? ? ? ? ? ? ? 1 [ 23 ( 4 5 6 4 6) 23 5 6] 1 ( 4 5 6 4 6)yo s c c c s s s s s s c s c s c c? ? ? ? ? ? ? 23 ( 4 5 6 4 6) 23 5 6zo s c c s s c c s s? ? ? 1 ( 23 4 5 23 5 ) 1 4 5xa c c c s s c s s s? ? ? 1 ( 23 4 5 23 5 ) 1 4 5ya s c c s s c c s s? ? ?23 4 5 23 5za s c s c c? ? ? 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂部和手部設(shè)計 30 6 4 3 2 6 21 [ ( 23 4 5 23 5 ) 23 23 2] 1 ( 4 5 )xp c d c c s s c d s a c a c s d s s d? ? ? ? ? ? ? 6 4 3 2 6 21 [ ( 23 4 5 23 5 ) 23 23 2] 1 ( 4 5 )yp s d c c s s c d s a c a c c d s s d? ? ? ? ? ? ? 6 4 3 2( 23 5 23 4 5 ) 23 23 2zp d c c s c c d c a s a s? ? ? ? ? 作為一次校核，若令 1 90?? ， 2 0?? ， 3 90?? ， 4 0?? ， 5 0?? ， 6 0?? 并將給定的 2