【正文】 w pomiarowych (Organization of puterbased measuring systems), wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1998.[34] S. Stryczek: Nap?d hydrostatyczny (Hydrostatic drive), WNT, Warszawa 1997.[35] Instrukcja Faster Elektronic (Faster Electronic user’s guide), Wroc?aw 1995.[36] Instrukcja moment。另外此結(jié)構(gòu)保證了小臂自平衡，從而減少小臂的靜態(tài)力矩。其中零部件設(shè)計的一大特點是小臂關(guān)節(jié)采用了典型平行四邊型結(jié)構(gòu)。 完成零部件的設(shè)計并對重要零件進行了強度校核。結(jié)果證明本文設(shè)計的噴漆機器人能夠滿足作業(yè)空間要求。用簡單的空間幾何的方法建立了噴漆機器人的運動空間的數(shù)學模型并對其進行研究。3m主要完成了以下工作：完成了對噴漆機器人的方案設(shè)計。結(jié) 論本文完成了 6 自由度關(guān)節(jié)式噴漆機器人的結(jié)構(gòu)的設(shè)計，實現(xiàn)了在 的最大覆蓋范圍內(nèi)自動噴漆的功能，達到了預期目標。同時根據(jù)腰部的運動形式對腰部回轉(zhuǎn)底盤處的連接螺釘強度校核?！?本章小結(jié)本章對噴漆機器人的重要傳動零件進行了強度校核。取可靠系數(shù) C=，結(jié)合面摩擦系數(shù) f=， =65mm?！?回轉(zhuǎn)底盤與腰部主軸連接螺釘?shù)男：搜炕剞D(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩 T= 。??1b?　 小軸 2 的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核小軸 2 的結(jié)構(gòu)與小軸 1 一樣，但驅(qū)動元件的輸出轉(zhuǎn)矩較小。?當量轉(zhuǎn)矩 =378180=226908 N mmT?=，查表知 =70MPa，所以 ??22/eMW?????1b??e? 。1 1T第 4 章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計與校核47(a)(b)(c) (d)燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計48(e)(f)圖 　小軸 1 的受力分析按彎扭合成應力進行強度校核 fg 段的中間截面為危險截面。HMVM合成彎矩圖見圖 (e)圖，合成彎矩 M= 。+ =1VF2t(67+153)= 67t故 =， = 畫軸彎矩圖水平面彎矩圖見圖 (c) 圖。燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計46 小軸 1 的強度校核計算齒輪的受力轉(zhuǎn)矩 T =10 =10 (3/75) 16??1/Pn?6=378180N mm圓周力 = =12606NtF12/d徑向力 = =??計算支撐反力水平面受力圖如圖 (a)所示。gh 段要安裝用于齒輪的軸向固定和軸承的軸向固定的軸套，考慮到另一半的密封箱的壁厚和孔徑以及大齒輪輪轂比軸頭多出的長度，這段軸頸的長度為 50mm，直徑為 30mm。根據(jù)這段軸的直徑和長度，鍵槽的寬度為 12mm，長度為 56mm，鍵槽的鍵槽深為 5mm。由于小齒輪的齒寬為 70mm，軸頭的長度應該小于輪轂的長度，所以 fg 段的長度為 67mm，直徑為 35mm。固定軸承的軸肩高度為 4mm。bc 段是過渡段，長度為 40mm，直徑為 28mm。ab 段的主要用處是通過聯(lián)軸器與電機相連，電機輸出端的軸徑是24mm，再根據(jù)凸緣軸器的寬度，ab 段的長度為 35mm，直徑為24mm。燕山大學里仁學院畢業(yè)論文45　 小軸 1 的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核 小軸 1 的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 　小軸 1 的傳動方案確定小軸 1 上的零件的裝配方案小軸 1 上的零件的裝配方案如圖 所示。大軸 2 受到的轉(zhuǎn)矩是 50400 N mm，但是只承受底桿的重量?！〈筝S 2 的強度校核大軸 1 是帶動大臂實現(xiàn)俯仰運動的軸，大軸 2 是帶動鉸鏈四桿機構(gòu)運動的軸。根據(jù)以上條件這段軸的長度為 ，直徑為60mm。bc 段為過渡段，長度為 ，直徑為 80mm。cd 段要安裝用于齒輪的軸向固定和軸承的軸向固定的軸套，考慮到另一半的密封箱的壁厚和孔徑以及大齒輪的輪轂比軸頭多出的長度，這段軸頸的長度為 45mm，直徑為 85mm。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來安裝平鍵。fg 段為過渡段，長度為 80mm，直徑 92mm，固定齒輪的軸肩高度為 。由于密封箱的壁厚為 45mm，孔徑為 150mm，因為外部還要裝端蓋，這段軸頸上還要裝配軸承，所以 gh 段的長度為 41mm，直徑為85mm,裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7217C?！?大軸 2 的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核　大軸 2 的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 　大軸 2 的傳動方案確定大軸 2 上的零件的裝配方案大軸 2 上的零件的裝配方案如圖 所示。?哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文3443當量轉(zhuǎn)矩 =378180=226908 N mmT?=，查表知 =70MPa，所以 ??22/eMW?????1b??e? 。1 1T(a)(b) (c)燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計42(d)(e)(f)圖 　大軸 1 的受力分析、按彎扭合成應力進行強度校核de 段的中間截面為危險截面。HMVM合成彎矩圖見圖 (e)圖，合成彎矩 M= 。+ +F=1V2t(+) =0t故 =， =、畫軸彎矩圖第 4 章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計與校核3141水平面彎矩圖見圖 (c) 圖。轉(zhuǎn)矩 T =10 =10 (3/75) 16??1/Pn?6=378180N mm圓周力 = =12606NtF12/d徑向力 = =?? 計算支撐反力水平面受力圖如圖 (a)所示。 大軸 1 的強度校核 計算齒輪的受力大齒輪和小齒輪的受力大小相等，方向相反。因此這段軸的長度為60mm，直徑為 60mm。gh 段與大臂相連，大臂在此處的厚度為 39mm，孔徑為 90mm。裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7217C。根據(jù)這段軸的直徑和長度，鍵槽的寬度為 25mm，長度為 50mm，鍵槽的鍵槽深為 7mm。由于大齒輪的齒寬為 65mm，軸頭的長度應該小于輪轂的長度，所以 de 段的長度為 60mm，直徑為 90mm。固定軸承的軸肩高度為 。 確定大軸 1 的材料以及各段直徑和長度大軸 1 的材料為 40Cr，調(diào)制處理。最后根據(jù)噴漆機器人的定位精度，合理選擇了各個關(guān)節(jié)的傳感元件。然后計算各個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量，根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量得出計算力矩和功率，從而選擇合理的驅(qū)動元件。腰部角位移測量選杭州霍德利電子科技有限公司的 HTL 系列空心軸編碼器，n s=10800[15]。大臂選用南京中科天文儀器有限公司的增量編碼器YGM610，n s=600。小臂選用南京中科天文儀器有限公司的增量編碼器YGM610，n s=480。增量型編碼器主要應用于數(shù)控機床及機械附件、機器人、自動裝配機、包裝機械等機器人位置精度為 , 所以大臂、小臂、腰關(guān)節(jié)的位置精度為。各個關(guān)節(jié)所作的運動都是回轉(zhuǎn)運動，綜合考慮各種傳感器，選用增量型編碼器。由于測量的是旋轉(zhuǎn)運動的精度，故在這里采用增量編碼器。因為噴漆機器人的主體部分都安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤，所以要求整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及手臂運行過程中的平衡。04902??????前 5前后　 腰關(guān)節(jié)的設(shè)計噴漆機器人的腰部關(guān)節(jié)的主要作用是承受大臂、小臂、腕部以及驅(qū)動元件和傳動系統(tǒng)的重量。186。49’47”39。Φ 227。39’52”1則大臂總轉(zhuǎn)角 ?=Φ Φ =74186?；钊畲笮谐虨?200mm 時：Φ =118186。=11186。 。2?mC6502?燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計36時 ，最小時 ，39。2O轉(zhuǎn)臺來說，大臂和油缸可視作一帶滑動副的平面連桿機構(gòu)，活塞桿的移動通過餃點 B 傳遞給大臂，使之作前后擺動。大臂擺動軸軸心 與驅(qū)動油缸的鉸接點 均固定與轉(zhuǎn)臺上。（5）效率高，消耗的能源要盡可能的小。（3）位置控制精度高，快速響應性好，調(diào)速范圍大，低速平穩(wěn)。（2）體積小，重量輕。21r =+ = m2小臂對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量小臂對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量 = m22I大臂和小臂對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量的總和= + =+= m2I總 12 總力矩的計算取大臂的轉(zhuǎn)動角速度 = /2 rad/s，轉(zhuǎn)速為 n=15r/min??取啟動時間為 1 s燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計34由此轉(zhuǎn)動角加速度為 = /2 rad/s2??慣性力矩 T =1I總　　　　　 = /2 = m靜態(tài)力矩 T ：當大臂和小臂在一條直線時靜態(tài)力矩最大，此時 T2=mgr=(++) = m2 摩擦力矩 T ：摩擦力矩近似等于 倍的靜態(tài)力矩3綜上所述總力矩 T =T + T = m總 21一般對驅(qū)動元件有以下幾方面要求：（1）慣量小，動力大。體積 V=hA =1 =質(zhì)量 m= V?= =大臂對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量大臂繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為 = m(b2+a2)39。所以實際體積要小一些，在這里計算體積時帶入一折減系數(shù)，假設(shè)折減系數(shù)為。因此選用鋁合金作為大臂的材料，這樣可以減輕大臂的重量，從而減小驅(qū)動元件的負載，而且可以進一步也減輕用于驅(qū)動腰部回轉(zhuǎn)的驅(qū)動元件的負載。大臂的整體結(jié)構(gòu)為長方體實心結(jié)構(gòu)，這樣做的目的是為了提高其力學性能包括大臂的剛度、強度以及抗彎能力。314093??????下 5923下上　 大臂的設(shè)計　大臂設(shè)計的總體要求噴漆機器人大臂的主要作用是用來承受小臂的重量和固定鉸鏈四桿機構(gòu)的底桿，因此噴漆機器人的大臂對整個機器人能否保持穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。=49186。43’57’’361??則小臂總轉(zhuǎn)角 186。45’03’’活塞行程為 220mm 時：β =107186。3經(jīng)計算可得：227。39。3?，39。由結(jié)構(gòu)尺寸知：， ， ，mO18039。計算39。對 i 軸總的轉(zhuǎn)動慣量為：= + + + + = kg m2I總 123I45總力矩和功率的計算取小臂的轉(zhuǎn)動角速度 = /2 rad/s，轉(zhuǎn)速為 n=15r/min??取啟動時間為 1 s由此轉(zhuǎn)動角加速度為 = /2 rad/s2　?慣性力矩 T =1I總　　　　　 = /2? = m靜態(tài)力矩 T ：由于小臂的俯仰機構(gòu)采用的鉸鏈四桿機構(gòu)，小臂自2燕山大學本科生畢業(yè)論文31身基本可以平衡，所以靜態(tài)力矩可以忽略不計。5I1總= m2平移到 i 軸上 = +m5I39。當兩桿共線時，兩桿對 i 軸的φ φ轉(zhuǎn)動慣量最大。24r =+ = m2 帶動小臂轉(zhuǎn)動的后桿和底桿對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計30兩圓桿為鋁合金材料，圓形實心直桿。23r =+8(＋) 2 = m2后一段體積 =質(zhì)量 = =?小臂后段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為 = (3 R2+L2)39。小臂前段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為 = (3 R2+L2)39。2I1 = kg m2平移到 i 軸上 = +m2I39。1I = kg m2平移到 i 軸上 = +m1I39。/4－ 178。我們只需要計算出轉(zhuǎn)動慣量最大時的情況，既當小臂與大臂共線時，小臂可視為繞 i 軸旋轉(zhuǎn)，此時整個小臂體對 i 軸的轉(zhuǎn)矩最大。這種結(jié)構(gòu)首先滿足了 bc 邊長度小于小臂長度這一條件，而且所占的空間小，底桿和后桿的質(zhì)量比其他兩種方案要小。ab 邊代表大臂，長度為 1000mm，ad 邊代表底桿,長度為 400mm，dc 邊代表后桿，長度為1000mm，bc 邊代表小臂長兩個連接點間的部分，長度為 200mm。如果采用雙搖桿機構(gòu)，會導致其他兩桿的長度過長，在一定方向上占有的空間太大，而且小臂的俯仰角度不好確定，勢必會增加設(shè)計難度。對于雙曲柄機構(gòu)來說機架為最短邊，又因為大臂為機架而且長度為 1000mm，如果采用雙曲柄機構(gòu)，其它桿的桿長太長，而且上一章確定小臂的長度為 800mm，因此雙曲柄機構(gòu)不符合要求。采用鉸鏈四桿機構(gòu)的目的是把直流伺服電機放到腰部回轉(zhuǎn)盤上面，避免直接放到小臂與大臂的連接處，減輕小臂的重量，降低大臂驅(qū)動裝置的負載，減少運動過程中產(chǎn)生的動載荷與沖擊，提高整個噴漆機器人的響應速度。設(shè)法減小機械間隙引起的運動誤差提高運動的精確性和運動剛度，可采用緩沖和定位裝置，從而提高定位精度。根據(jù)盡量減小手臂質(zhì)量同時保持一定強度的原則，從而合理的選擇手臂的截面形狀和所用的材料，既滿足強度要求又最大限度的降低自身重量。噴漆機器人的最大覆蓋范圍與各個手臂的長度、手臂間的關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍密切相關(guān)。 小臂的設(shè)計 小臂設(shè)計的總體要求手臂桿的質(zhì)量應該盡可能的小，從而減輕支撐它的大臂桿及它的驅(qū)動電機的負擔。長方體的轉(zhuǎn)動慣量公式為：J= m( )122bh?燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計26由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故 b=,h= 所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為：J= 5( )=.?取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動角速度為 ω = rad/s，轉(zhuǎn)速為 n=30r/min?取啟動時間為 由此轉(zhuǎn)動