【導(dǎo)讀】人類(lèi)社會(huì)的生產(chǎn)產(chǎn)生了重大的影響。機(jī)器人作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的一種工具，不僅大大的。提高了生產(chǎn)力，而且把人從各種生產(chǎn)環(huán)境中解放出來(lái)。目前，許多國(guó)家的工業(yè)機(jī)器人技。術(shù)得到很好的發(fā)展，我國(guó)也在進(jìn)行深入的研究和開(kāi)發(fā)。本文主要是設(shè)計(jì)一個(gè)搬運(yùn)工件的。的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性能。作為直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文用了第二、三、四。果分析，并總結(jié)了直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)不拘泥于常規(guī)，使產(chǎn)品具有更廣闊的發(fā)。展空間，必將成為機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)。

　　

【正文】 定子上有多相繞組，由專(zhuān)門(mén)電源供給電脈沖。角位移與接受的電脈沖數(shù)楊正比，轉(zhuǎn)速與每秒電脈沖數(shù)成正比。一般須開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件 力矩電動(dòng)機(jī) 能長(zhǎng)期在堵轉(zhuǎn)矩狀態(tài)下工作，低速運(yùn)行時(shí)，能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩。在系統(tǒng)中作用直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的 執(zhí)行元件 電機(jī)擴(kuò)大機(jī) 用輸入端較小的功率變化來(lái)控制輸出端較大的功率變化。在系統(tǒng)中作用功率放大元件 低速電動(dòng)機(jī) 不需齒輪減速，每分鐘公僅可轉(zhuǎn)數(shù)十轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，起動(dòng)、停止快。通入交流電可低速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)脈沖可步進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)中可作為直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的執(zhí)行元件 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) （ 3）慣性力矩 GT aMmG tJnT 30π? 其中： MJ — 折合到電動(dòng)機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； mn — 電動(dòng)機(jī)當(dāng)量轉(zhuǎn)速； at — 加速時(shí)間； 折合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式計(jì)算： 22 ）ω（）ωω（ mjimiimM VmJJJ ????? 其中： mJ — 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； iJ — 各轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； iω— 各轉(zhuǎn)動(dòng)件角速度； im — 各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量； jV — 各直線運(yùn)動(dòng)件的速度； 由上式可得到，外載荷產(chǎn)生的摩擦力矩 FT =；絲杠副預(yù)緊力摩擦力摩擦力矩0T =；其中 68310 ?? aa FF ；第三自由度總負(fù)載估算 20kg； at 的確定需要作軌跡規(guī)劃。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃： 由于直線導(dǎo)軌的運(yùn)行距離較長(zhǎng)，做拋物線 — 直線 — 拋物線形式的軌跡規(guī)劃。 [6] 圖 32 軌跡規(guī)劃圖 如上圖可知加速度是不變的，則加加速時(shí)間為最快速度與加速度之比。取加速度為 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) ，則上長(zhǎng)時(shí)間為 . 于是得慣性轉(zhuǎn)矩 NmTG ? 于是驅(qū)動(dòng)力矩 NmTTTT FGM ??????? 在綜合考慮其它因素的影響，取電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩 MT 選交流伺電機(jī) 60CB 系列，其型號(hào)為： 60CB020C 功率 200W 轉(zhuǎn)矩 。同時(shí)加 PLS80 精密行星減速器減速比3?i 。 其它輔助部件的設(shè)計(jì) 直線導(dǎo)軌的選擇 1）導(dǎo)軌類(lèi)型的選擇原則 ①精度互不干涉原則：導(dǎo)軌的 各 項(xiàng)精度制造和使用時(shí)互不影響才易得到較高的精度。如矩形導(dǎo)軌的直線性與側(cè)面導(dǎo)軌的直線性在制造進(jìn)互不影射；又如平 — V 導(dǎo)軌的組合，上導(dǎo)軌（工作臺(tái)）的橫向尺寸的變化不影射導(dǎo)軌的工作精度。 ②靜、動(dòng)摩擦系 數(shù)相接近的原則：例如選用滾動(dòng)導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌，由于摩擦系數(shù)小且靜、 動(dòng)摩擦系數(shù)相近，所以可獲得低的運(yùn)動(dòng)速度和很高的重復(fù)定位精度。 ③導(dǎo)軌能自動(dòng)貼合的原則；要使導(dǎo)軌精度高，必須使相互結(jié)合的導(dǎo) 軌有自動(dòng)貼合的性能。對(duì)水平位置工作的導(dǎo)軌，可以靠工作臺(tái)的自重來(lái)貼合；其他導(dǎo)軌靠附加的彈簧力或者滾輪的壓力使其貼合。 ④移動(dòng)導(dǎo)軌（例如工作臺(tái)）在移動(dòng)過(guò)程中，始終全部接觸的原則：也就是固定的導(dǎo)軌長(zhǎng)，移動(dòng)的導(dǎo)軌短。 ⑤對(duì)水平安置的導(dǎo)軌，以下導(dǎo)軌為基準(zhǔn)，上導(dǎo)軌為彈性體的原則：以長(zhǎng)的固定不動(dòng)的下導(dǎo)軌為剛性較強(qiáng)的剛體為基準(zhǔn)，移動(dòng)部件的上導(dǎo)軌為能具有一定變形的彈性體。 ⑥能補(bǔ)償因受力變形和受熱變形的原則：例如龍門(mén)式機(jī)床的橫梁導(dǎo)軌，將中間部位制成凸形，以補(bǔ)償主軸箱（或刀架）移動(dòng)到中間位置進(jìn)的彎曲變形。 [7] 第一、二自由度 的受力主要由徑向的壓力引起的摩擦力，因此，選擇凹形對(duì)稱(chēng) V 形導(dǎo)軌，其有導(dǎo)向精度高，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，易保存潤(rùn)滑油，高低速均可采用的特點(diǎn)。V 形導(dǎo)軌的尺寸為 B=20， b=2，α =90176。第一、二自由度分別采用四根導(dǎo)軌。第三自由 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 度采用兩根微型直線導(dǎo)軌。 滾動(dòng)軸承的選擇 在選擇軸承時(shí)，首先要選擇軸承類(lèi)型，可以根據(jù)常用標(biāo)準(zhǔn)軸承的基本特點(diǎn)進(jìn)行選擇，同時(shí)在選擇軸承時(shí)還要考慮以下主要因素。 ①軸承的載荷 根據(jù)載荷的大小選擇軸承類(lèi)型時(shí)，由于滾子軸承中主要元件間是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后變形也較小。而球軸承 中則主要為點(diǎn)接觸，宜用于承受較輕的或中等的載荷，在載荷較小時(shí)，可優(yōu)先選用球軸承。 根據(jù)載荷的方向選擇軸承類(lèi)型時(shí)，對(duì)于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的純軸向載荷時(shí)，可選用推力軸承；較大的純軸向載荷可選用推力滾子軸承，對(duì)于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。當(dāng)承受徑向載荷的同時(shí)，還有不大的軸向載荷時(shí)，可行用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較大時(shí)可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推行為軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載 荷。 ②軸承的轉(zhuǎn)速 在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對(duì)類(lèi)型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才會(huì)有比較顯著的影響。 ③軸承的調(diào)心性能 當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時(shí)，或因軸受罰而彎曲或傾斜時(shí)，會(huì)造成軸承的內(nèi)外圈軸線發(fā)生偏斜。這時(shí)采用有一定調(diào)心性能調(diào)心軸承或帶座外球面球軸承。 ④軸承的安裝和拆卸 便于裝拆，也是在選擇軸承類(lèi)型時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)因素，在軸承座沒(méi)有部分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇內(nèi)外圈可分離的軸承（如 N0000、 NA0000、30000 等）。 [8] 根據(jù)以上的要求可知， 由于在本傳動(dòng)中，第一、二自由度分別用帶傳動(dòng)，其承受的軸向力較小，主要承受徑向力為主，因此，對(duì)于第一、二自由度選用深溝球軸承，為了 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化采用相同的型號(hào)；而第三自由度主要心承受軸向載荷為主，所以采用現(xiàn)個(gè)角接觸球軸承對(duì)背安裝。由以上的分析，選用的軸承為 6205， 7202AC。 [9] 機(jī)器人拖鏈的選擇 機(jī)器人采用 PFP 系列拖鏈。其主要參數(shù)如下：內(nèi)腔尺寸： 15 30 外腔尺寸 20 30彎曲半徑 28。拖鏈的長(zhǎng)度 L=1000mm。 其它部件的設(shè)計(jì) 其它部件都已經(jīng)給出圖紙，可按照?qǐng)D紙加工，其中技術(shù)要求在 圖中已注明。 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)： （ 1）手部的工作范圍較大。 （ 2）該 機(jī)構(gòu)為省力機(jī)構(gòu)。 （ 3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抓取方形物體。 圖 33 機(jī)械手抓取范圍簡(jiǎn)圖 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 機(jī)械手的手部尺寸及抓取范圍 根據(jù)負(fù)載大小，估計(jì)工件的結(jié)構(gòu)尺寸。由于采用直指結(jié)構(gòu)，只能夾取矩形工件。設(shè)工件為鋼質(zhì)，根據(jù)密度可計(jì)算出夾取工件的體積為 m－? 。機(jī)械手手部抓取范圍如上圖所示。 機(jī)械手傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 由于機(jī)械手傳動(dòng)裝置的移動(dòng)距離比較短，所以傳動(dòng)選擇滑動(dòng)絲 桿 的傳動(dòng)裝置。這里取最大的驅(qū)動(dòng)力為 300N。 （ 1）材料的選擇 螺桿 45 號(hào)鋼， MPas 355?σ ；選擇梯形螺紋 15?β 176。 （ 2）由耐磨性計(jì)算 2d 取 ψ =2，對(duì)于梯形螺紋 [10] ][2 PFd ψξ? 其中： F— 驅(qū)動(dòng)力（ N） [P ]— 許用壓強(qiáng)（ MPa）由表 [10， ]得 [P]=8MPa 2d — 絲 桿 中徑（ mm） ζ梯形螺紋時(shí)ζ = 經(jīng)過(guò)計(jì)算得 ?2d 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的梯形螺紋，查書(shū) [10， ]選擇螺紋的公稱(chēng)直徑 d=20mm,螺距 P=2mm，小徑 1d =，中徑 2d =19mm （ 3）自鎖性驗(yàn)算 由公式可知當(dāng)量摩擦角2cosarctan αρ｀ f? 其中： `ρ — 當(dāng)量摩擦角 f— 摩擦系數(shù)，查表 [10， ]，得 f= 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) α — 牙形角，這里α =30176。 則計(jì)算得當(dāng)量摩擦角 ｀ρ =8176。24` 螺紋升角2arctan dSπλ ? 其中： S— 導(dǎo)程（ mm） ,這時(shí)取單線，則 S=P=2mm 經(jīng)計(jì)算可得螺紋升角λ =1176。55` 這里λ 8176。24`，能滿足要求。 （ 4）螺桿強(qiáng)度計(jì)算 231221 )(3)4( dTdF ?? πσ 其中： T— 傳遞轉(zhuǎn)矩（ Nm）， `)ta n (2 2 ρλ ?? FdT = ? — 當(dāng)量應(yīng)力（ MPa）， 將各參數(shù)代入上式可得? =，查表 [10， ]得 53][ ?? sσσ 計(jì)算得 [? ]=11871（ MPa） ,? [? ]滿足 要求， 經(jīng)過(guò)上述的計(jì)算可知，選用的絲 桿 可滿足要求，絲 桿 長(zhǎng)度為 40mm。 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 機(jī)械手采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手需要垂直安裝，同上述計(jì)算可知，傳動(dòng)的力矩為，在綜合考慮其它因素的影響，取電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩 ，選擇交流伺服電動(dòng)機(jī)，60CB 系列，其型號(hào)為： 60CB020C,功率 200W,轉(zhuǎn)矩 機(jī)械手其它部件的選擇 機(jī)械手絲桿主要受力為軸向力。所以選擇兩個(gè)角接觸軸承背對(duì)背安裝。其型號(hào)為7202AC。至于其它的附件的設(shè)計(jì)在圖紙中已經(jīng)給出，詳 見(jiàn)圖紙。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 四 機(jī)器人的校核及結(jié)構(gòu)的可靠性分析 軸承的校核 取第一自由度進(jìn)行軸承校核，工作按每天 16 小時(shí)每年工作 300 天，工作 10 算壽命，可知預(yù)期壽命為 48000h，由設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，同步帶的預(yù)緊力為 1047N，采用深溝球軸承，由受力分析得，每個(gè)軸承所 受 力為 1077N，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè) [9]， 6205 軸承的基本額定載荷為， KNCr ? ， KNC r ? （ 1）當(dāng)量動(dòng)載 荷 P[8] rpFfP? 其中： pf — 載荷系數(shù)，這里取為 rF — 徑向力， rF =1077N 在這里只考慮徑向力的作用，忽略軸向力作用。 計(jì)算得當(dāng)量動(dòng)載荷為 P= （ 2）驗(yàn)算壽命 36 )(6010 PCnL rh ? 其中： n— 帶輪轉(zhuǎn)速，這里取最大轉(zhuǎn)速為 500r/min rC ， P— 基本額定動(dòng)載荷，當(dāng)量載荷。 計(jì)算得 ?hL 73217h48000h，計(jì)算壽命滿足預(yù)期的壽命，因此軸承可以滿足要求。 各主要功能部件的可靠性分 析 直角坐標(biāo)機(jī)器人各個(gè)主要功能部件的選擇 與計(jì)算在 上一章已經(jīng)做了詳細(xì)的介紹，其間為了確定零部件的型號(hào)曾經(jīng)做了下面的假設(shè)，匯總在表 41 中。在設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到了部件的重量匯總在表 42 中。通過(guò)對(duì)兩個(gè)表的對(duì)比可以看出，按假設(shè)選定的各個(gè)部件都可以滿足使用的要求。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 表 41 部件 估算 質(zhì)量表 表 42 部件實(shí)際質(zhì)量表 各自由度間連接件的可靠性分析 由于各個(gè)自由度之間都使用螺栓連接，現(xiàn)就連接螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。各個(gè)自由度的連接都采用受橫向載荷的螺栓組連接，可按下式進(jìn)行校核 fzmRKQ fp? 其中： f— 結(jié)合面間摩擦系數(shù)，取 f= m— 為結(jié)合面對(duì)數(shù) fK — 可靠性系數(shù)，取 fK = pQ — 每個(gè)螺栓的軸向載荷 R— 外載荷 z— 螺栓個(gè)數(shù) 所選取的螺栓的直徑為][ σπ pQd ?? 其中： Ssσσ?][ ； S 為安全系數(shù)， 經(jīng)過(guò)計(jì)算： 對(duì)于一、二自由度連接螺栓 mmd ? ，這里取 M8 可滿足要求。 對(duì)于二、三自由度連接螺栓 mmd ? ，取 M8 螺栓可滿足要求。 部件 質(zhì)量 機(jī)械手及負(fù)載 20kg 第二自由度及負(fù)載 70kg 第三自由度及負(fù)載 100kg 部件 質(zhì)量 機(jī)械手及負(fù)載 18kg 第二自由度及負(fù)載 56kg 第三自由度及負(fù)載 71kg 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 對(duì)于第三自由度和機(jī)械手連接螺栓 mmd ? ，取