【正文】 同時(shí)，感謝在我畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給予我許多支持和熱心幫助的各位同學(xué)及師兄 師姐 。老師 們 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富的工程經(jīng)驗(yàn)、淵博的學(xué)識(shí)、 和 敏銳的思維，使我在學(xué)習(xí)和工作中獲益非淺； xx 老師和 xxx 老師 在理論分析 、方案設(shè)計(jì)、工程圖繪制 及說(shuō)明書(shū)組織等等許多方面所給予我的指導(dǎo)和幫助，令我終生難忘。 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 29 參 考 文 獻(xiàn) [1]李一平 . 水下機(jī)器人 —— 過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái) .自動(dòng)化博覽 . 2021,3： 153155. [2]童大煥 . 日本核泄漏如何影響世界 . 中國(guó)遠(yuǎn)洋航務(wù) . 2021,04. [3]徐玉如，龐永杰，甘永，孫玉山 . 智能水下機(jī)器人技術(shù)展望 . 智能系統(tǒng)學(xué)報(bào) . 2021,01. [4]徐玉如，馬鵬超 . 水下機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) . 自然雜志 . 2021,03: 125130. [5]森恩方，龐永杰，卞紅雨 . 水下機(jī)器人技術(shù) . 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 . 2021,03. [6] 徐文強(qiáng) . 機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) [J]. 2021. [7] 姒柏昌 ,魯月琴 . 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程和趨勢(shì) [J]中小企業(yè)管理與科技 (下旬刊 ),2021: 8586. [8] 李文鵬 . 機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)研究 [J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)， 2021,(4): 286287. [9]蔣新松，豐錫盛，王棣棠 . 水下機(jī)器人 . 沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 . 2021: 125131. [10]譚定忠，張立勛等 . 一種用于深海作業(yè)的智能機(jī)械手 . 傳感器技術(shù) . 1999， 18(1): 3435. [11]馬廈飛 . 主從式多功能水下機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析 . 海洋技術(shù) . 1991. 10（ 4） : 6065. [12]沈陽(yáng)市機(jī)床工業(yè)公司七本論文的主要成果如下： 在分析研究國(guó)內(nèi)外水下機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)水下機(jī)器人的工作環(huán)境，作業(yè)內(nèi)容等要求，提出了水下六自由機(jī)器人車(chē)載機(jī)械手的總體方案，部件結(jié)構(gòu)，密封方案等，完成了水下六自由度機(jī)械手的三維虛 擬裝配過(guò)程，以及二維圖紙的繪制。由于本設(shè)計(jì)中各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)速都不高，且工作壓力都比較低，因此本設(shè)計(jì)選用 O型圈作為主要密封元件，其密封結(jié)構(gòu)示意圖如下： 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 27 單關(guān)節(jié)的傳動(dòng)軸處通過(guò) O 型密封圈密封；兩平面、法蘭面之間的密封可在裝配時(shí)涂抹 SL5051 液態(tài)密封膠；安裝螺釘時(shí)要先在螺紋孔上點(diǎn)螺紋膠來(lái)起到防松、防水的作用。 O 型圈是一種截面為圓形的膠圈，在安裝時(shí)有 20%~30%的變形量，當(dāng)收到外界壓力時(shí)， O 型圈會(huì)偏向壓力低的一側(cè)，由于壓差的作用，零部件的接縫被完全密封。 水下機(jī)械手密封方式的選擇，一般需要綜合考慮密封件的工作狀態(tài)、壓力、溫度和介質(zhì)等因素。水下機(jī)械手各關(guān)節(jié)內(nèi)都裝有齒輪、傳感器、電機(jī)等部件，一旦密封處理不好，將會(huì)導(dǎo)致齒輪生銹，電源線短路，燒毀電機(jī)，甚至損壞系統(tǒng)等，造成無(wú)法估量的損失。 mm) 2 2 2 4 14 堵轉(zhuǎn)力矩(kg 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 360176。 肘關(guān)節(jié) 290176。 腕部俯仰關(guān)節(jié) 195176。 11 8 1 2 5 0 . 0 5 2 /6 0 1 0 0 0 c o s 6 0 1 0 0 0 c o s 3 . 5 8s dnv m s? ?? ??? ? ?? ? ? ? ? 查表得： vf ? ； 5 09v? ? ? ? 將以上數(shù)據(jù)代入公式 33 ta n 3 . 5 8( 0 . 9 5 ~ 0 . 9 6 ) = 0 . 8 4 5 5 ~ 0 . 8 5 4 4ta n ( 3 . 5 8 5 0 9 )? ?? ? ? ? ′ 取 ?? 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩： 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 20 電機(jī)的輸出功率： 633 4 .6 1 2 5 0 .4 59 .5 5 1 0 9 .5 5 1 0TnPW?? ? ??? 根據(jù)使用要求，選取 12V 120r/min 的直流減速電機(jī)，如圖 4： 產(chǎn)品型號(hào) :JA12N20 減速馬達(dá) 電壓范圍： 電機(jī)尺寸如圖 5： 詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)下圖： 圖 16. 手爪電機(jī)圖片 圖 17. 電機(jī)尺寸圖 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 21 表 1. 電機(jī)參數(shù)表 結(jié)構(gòu)方案的確定 本設(shè)計(jì)中手爪采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)的方案，在手爪電機(jī)外面加一個(gè)套筒，腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的大齒輪上花鍵槽與手爪電機(jī)套筒相連，這樣腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以將動(dòng)力傳給小齒輪，經(jīng)過(guò)大齒輪，套筒最后帶動(dòng)手爪回轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)如下圖： 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 22 除腕部回轉(zhuǎn)采用直齒圓柱齒輪的減速傳動(dòng)方案外，其他各關(guān)節(jié)均采用蝸輪蝸桿的減速傳動(dòng)方案。 5． 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核 23 []H E HKTZZ a????? 公式（ 32） 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 19 （ 1） 確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫磷青銅 蝸輪和鋼蝸桿相配，故 12EZ 160Mpa? 。 1Z1? ， 2Z 50? ， 22d m Z 5 0 25m m? ? ? ?，1 8q ? ? ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。66991 0 1 0 0 . 9 3 66 0 2 . 5 1 2 0 0 0FNK N? ? ??? ? ?F 5 6M P a 0. 93 6 52 .4 2M P a? ? ? ? (3)確定螺旋角系數(shù) Yβ 和齒形系數(shù) YFa2 初選螺旋角 4???，則 錯(cuò)誤 !未找到引用源。則： AVK K K K 1 1 1 1?? ? ? ? ? ? ? （ 2）確定蝸輪的許用彎曲應(yīng)力 ? ? ? ?F F FN 4．按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)原則，先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。因?yàn)橐笥辛己玫淖枣i性，取蝸桿頭數(shù) Z1=1，蝸輪齒數(shù) Z2=30 3．選擇材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度也是很小，故蝸桿用 45 鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45~55HRC。 設(shè)計(jì)過(guò)程：根據(jù)載荷反推電機(jī)的型號(hào)以及詳細(xì)數(shù)據(jù)。由于其工作的較低的轉(zhuǎn)速下，因此其噪聲不大。 最終選定方案 通過(guò)對(duì)以上四種方案的對(duì)比，綜合考慮傳動(dòng)所需精度、成本、裝配的工藝性等方面。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，容易實(shí)現(xiàn)多軸傳動(dòng)。 缺點(diǎn)：齒輪傳動(dòng)的成本較高，同時(shí)其還需要較高的安裝精度，并能進(jìn)行長(zhǎng)距離的動(dòng)力傳輸。同時(shí)其對(duì)工作環(huán)境還有較高的要求。 V 帶傳動(dòng)廣泛應(yīng)用在近代各種機(jī)器中。 V 帶傳動(dòng) 圖 14. 總體方案結(jié)構(gòu)原理 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 16 優(yōu)點(diǎn)： V帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)價(jià)格低廉和緩沖抗振等優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：連桿傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有較多的鉸鏈連接，這些鉸鏈連接需要較高的加工制造精度。針對(duì)此傳動(dòng)的這兩個(gè)特點(diǎn)，這選擇了如下幾種傳動(dòng)方案進(jìn)行比較。 3 總裝圖的確定 傳動(dòng)方案的確定 本設(shè)計(jì)中傳動(dòng)方案主要針對(duì)手爪電機(jī)與指面 之間的傳動(dòng)以及各單關(guān)節(jié)電機(jī)與其對(duì)應(yīng)的末端輸出之間的傳動(dòng)。 總體結(jié)構(gòu)布局圖 圖 10. 直角坐標(biāo)機(jī)器人 圖 11. 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人 圖 12. 球坐標(biāo)機(jī)器人 圖 13. 多關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 15 根據(jù)以上分析設(shè)計(jì)，最終確定手臂的三個(gè)自由度是腰部回轉(zhuǎn)、肩部俯仰、肘部俯仰，手腕的三個(gè)自由度分別是翻轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)。這種坐標(biāo)形式運(yùn)動(dòng)件的慣性較小，本體占空 間不大，而動(dòng)作范圍很大，并可以繞過(guò)障礙抓取工件。這種坐標(biāo)形式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但慣性不大，本體所占的空間較小，動(dòng)作范圍比圓柱坐標(biāo)更大，但也存在工作死區(qū) 多關(guān)節(jié)式機(jī)器人用（ C、 B B2），見(jiàn)圖四。但是，它的手臂可以達(dá)到的空間受限制，不能達(dá)到近立柱或近地面的空間；直線部分驅(qū)動(dòng)難以密封防塵；后臂工作時(shí)，手臂后端會(huì)碰到工作范圍內(nèi)的其他物體。 圓柱坐標(biāo)式用（ X、 Z、 C）表示，見(jiàn)圖 11，它有兩個(gè)移動(dòng)（伸縮和升降）和一個(gè)回轉(zhuǎn)。 常用機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)如下 [1213,15]： 直角坐標(biāo)式用（ X、 Y、 Z）表示，機(jī)械手的臂部可做前后、左右、升降三個(gè)移動(dòng)，如圖