【正文】 這里，對所有曾經(jīng)傳授我知識的老師，給過我?guī)椭耐瑢W(xué)們說一聲謝謝。同時(shí)，這也是一次完全不同于以往的設(shè)計(jì)，它需要我們在獨(dú)立完成的同時(shí)，對過去所學(xué)的知識進(jìn)行完善和總結(jié)。致 謝本文是在王燕老師直接關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，在撰寫論文期間李克旺老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，嚴(yán)以巨細(xì)的精神使我受益匪淺，在這里謹(jǐn)向王老師致以崇高的敬意和最衷心的感謝。在二維設(shè)計(jì)中，本課題采用了常用的設(shè)計(jì)軟件—AutoCAD，對主要零部件進(jìn)行了二維建模，最后繪制了機(jī)器人的裝配圖，使得本機(jī)器人的尺寸直觀。第一部分確定機(jī)器人的主要參數(shù)及外形；第二部分通過計(jì)算機(jī)繪圖使讀者對本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)出的機(jī)器人有一個(gè)非常直觀的認(rèn)識，這部分主要是二維設(shè)計(jì)。，應(yīng)選帶寬代號150的H型帶，其。 (6－4)選定帶型和節(jié)距 ，節(jié)距小齒輪齒數(shù)根據(jù)帶型H和小帶輪轉(zhuǎn)速，此處取小帶輪節(jié)圓直徑大帶輪齒數(shù)大帶輪節(jié)圓直徑帶速初定軸間距，取帶長及其齒數(shù) (6－5) ，其節(jié)線長，節(jié)線長上的齒數(shù)60。鑒于同步帶的優(yōu)點(diǎn)，此傳動(dòng)選擇梯形同步帶。允許線速度可達(dá)50，傳遞功率從幾瓦到幾百千瓦。傳動(dòng)時(shí)，通過帶輪與帶齒的齒槽相嚙合來傳遞動(dòng)力。同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)形帶及具有相應(yīng)吻合的帶輪所組成。螺母選用，滲碳淬火；硬度62HRC。絲杠需提供的功率，則帶輪需提供的功率。手臂伸縮機(jī)構(gòu)由直流電機(jī)通過齒形帶傳到滾珠絲杠副的絲杠上。故綜合考慮，選擇滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)(絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)；2級精度)。滾動(dòng)螺旋與靜壓螺旋在傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)上，都是可行的。滾動(dòng)螺旋結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造較難，但摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高(一般在90%以上)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)無顫動(dòng)，低速時(shí)不爬行，具有傳動(dòng)可逆性；螺母和螺桿經(jīng)調(diào)整預(yù)緊，可得到很高的定位精度和重復(fù)定位精度，并可以提高軸向剛度。根據(jù)螺紋副的摩擦情況，可分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋。滑桿行程長度依手臂伸縮機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)形式而定。緩沖器用于減小手臂滑桿行程終點(diǎn)的沖擊。支架的下端帶有滾柱沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，它可防止滑桿轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)通過齒形帶傳到滾珠絲杠副的絲杠上，滾珠絲杠副的螺母與支架相連。最后根據(jù)六自由度弧焊機(jī)器人的定位精度，合理選擇了各個(gè)關(guān)節(jié)的傳感元件。然后計(jì)算各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量得出計(jì)算力矩和功率，從而選擇合理的驅(qū)動(dòng)元件。腰部轉(zhuǎn)速=/2 rad/s，,傳感器線數(shù)為：ns=2/(i)=2/()=9425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，ns=10800[15]。小臂轉(zhuǎn)速=/2 rad/s，, 傳感器線數(shù)為：ns=2/(i)=2/()=418小臂選用南京中科天文儀器有限公司的增量編碼器YGM610，ns=480。增量型編碼器能夠物體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生信號。 傳感器的選擇為保證六自由度弧焊機(jī)器人位置精度需要為各關(guān)節(jié)選擇傳感器。基本外型尺寸為16085330。因此腰部回轉(zhuǎn)部分的驅(qū)動(dòng)元件選用永磁式力矩電機(jī)，這樣做既可以省去用于減速的齒輪組，降低整個(gè)六自由度弧焊機(jī)器人的質(zhì)量，節(jié)省空間，而且可以提高腰部的響應(yīng)速度?？梢圆唤?jīng)過齒輪等減速機(jī)構(gòu)而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并由輸入的控制電壓信號直接調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速。所以=== kgm2故=+=取大臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度=/2 rad/s，轉(zhuǎn)速為n=15r/min由此轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度為=rad/s2慣性力矩T=　　　　　 = =摩擦力矩T：綜上所述總力矩T=T= Nm取電機(jī)的轉(zhuǎn)速為=150r/min，即角速度為=5rad/s則總的傳動(dòng)比為:=/n=157/=10故電機(jī)輸出端的負(fù)載力矩為T= T/ = =電機(jī)輸出端的功率為P= T =5 =電機(jī)型號的選擇力矩電機(jī)是一種具有軟機(jī)械特性和寬調(diào)速范圍的特種電機(jī)。由于測量的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的精度，故在這里采用增量編碼器。因?yàn)榱杂啥然『笝C(jī)器人的主體部分都安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤，所以要求整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及手臂運(yùn)行過程中的平衡?！⊙P(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)　腰關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)的總體要求六自由度弧焊機(jī)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(dòng)元件和傳動(dòng)系統(tǒng)的重量。（7）取工作壽命為15年，每年工作250天，2班制小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60751525016=大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2=N1/5=（8）查表取接觸疲勞壽命系數(shù)為=，=（9）取安全系數(shù)為=1==1242MPa==確定傳動(dòng)尺寸（1）初算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值=（2）按K值對進(jìn)行修正由圓周速度v= 查表取動(dòng)載荷系數(shù)為= 查表取齒間載荷分布系數(shù)為= 查表取齒向載荷分布系數(shù)為= 查表取使用系數(shù)為= 所以載荷系數(shù)K== 按K值對進(jìn)行修正 ==（4）確定模數(shù)m以及主要尺寸m== ，取整m=3mm。（3）取小齒輪齒數(shù)=20，則=520=100，大齒輪齒數(shù)Z2＝100。（2）選擇小齒輪材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241286HBS。電機(jī)需要調(diào)速，調(diào)速后轉(zhuǎn)速為75r/min，減速比為20。直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性、調(diào)速平滑、方便、調(diào)速范圍大、轉(zhuǎn)速比可以達(dá)到1:200、過載能力大、特殊要求時(shí)可以達(dá)到10。（4）振動(dòng)小，噪聲小，安全可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。主要評價(jià)的性能指標(biāo)是功率密度，由于驅(qū)動(dòng)元件是安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上的，如果驅(qū)動(dòng)元件過大，就會導(dǎo)致腰部回轉(zhuǎn)盤過大，所以這里要求驅(qū)動(dòng)元件的功率密度應(yīng)該盡可能的大些。驅(qū)動(dòng)元件在六自由度弧焊機(jī)器人中主要用于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，同時(shí)比功率要大一些。材料為鋁合金。 電機(jī)的選擇大臂總體質(zhì)量的計(jì)算大臂的大體結(jié)構(gòu)為長方體并且兩端中空，鉆有小孔。鋁合金的密度低、強(qiáng)度高、具有良好的抗腐蝕能力而且力學(xué)性能上接近或超過合金鋼。大臂的傳動(dòng)形式與小臂相同，都是由直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪組實(shí)現(xiàn)大臂的俯仰運(yùn)動(dòng)。中心距a=m()/2==216mm 分度圓直徑==72mm，==360mm齒寬b==72mm，取小齒輪齒寬=80mm，大齒輪齒寬=75mm齒頂高===3mm，齒根高===按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核確定各個(gè)參數(shù)數(shù)值（1）查表取彎曲疲勞壽命系數(shù)=，=　?。?）查表取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)=，==，=（3）查表取彎曲疲勞極限=710MPa，=710MPa（4）取彎曲疲勞系數(shù) =可得== ==（5）驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度=====彎曲疲勞強(qiáng)度足夠[2630]。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)mm確定各個(gè)參數(shù)數(shù)值（1）T=10=10() =10Nmm（2）初選載荷系數(shù)為=（3）查表取齒寬系數(shù)為=1（4）查表取彈性系數(shù)為ZE=（5）查表取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)為=（6）根據(jù)齒輪的硬度查表取小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為=1150 MPa，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為=1120MPa。大齒輪材料ZG35CrMo，調(diào)制處理，硬度190240HBS，精度8級。選定材料、熱處理方式、精度等級及齒數(shù)（1）因?yàn)殡姶攀街绷魉欧姍C(jī)是經(jīng)過調(diào)速的，所以輸出端的速度較低，因此低速級選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。電機(jī)需要調(diào)速，調(diào)速后轉(zhuǎn)速為75r/min，減速比為20。直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性、調(diào)速平滑、方便、調(diào)速范圍大、轉(zhuǎn)速比可以達(dá)到1:200、過載能力大、特殊要求時(shí)可以達(dá)到10。（4）振動(dòng)小，噪聲小，安全可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。主要評價(jià)的性能指標(biāo)是功率密度，由于驅(qū)動(dòng)元件是安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上的，如果驅(qū)動(dòng)元件過大，就會導(dǎo)致腰部回轉(zhuǎn)盤過大，所以這里要求驅(qū)動(dòng)元件的功率密度應(yīng)該盡可能的大些。驅(qū)動(dòng)元件在六自由度弧焊機(jī)器人中主要用于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，同時(shí)比功率要大一些。對i軸總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=++++= kgm2總力矩和功率的計(jì)算取小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度=/2 rad/s，轉(zhuǎn)速為n=15r/min取啟動(dòng)時(shí)間為1 s由此轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度為=/2 rad/s2　慣性力矩T=　　　　　 =/2 =靜態(tài)力矩T：由于小臂的俯仰機(jī)構(gòu)采用的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，小臂自身基本可以平衡，所以靜態(tài)力矩可以忽略不計(jì)。當(dāng)兩桿共線時(shí)，兩桿對i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大。小臂前段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為=(3 R2+L2) = kgm2平移到i軸上=+m =+8(＋)2 =后一段體積=質(zhì)量==小臂后段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為=(3 R2+L2) =平移到i軸上=+m =+ = 帶動(dòng)小臂轉(zhuǎn)動(dòng)的后桿和底桿對i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量兩圓桿為鋁合金材料，圓形實(shí)心直桿。/4－178。由于電機(jī)安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上所以計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量需要折算到大臂軸i軸上，我們只需要計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大時(shí)的情況，既當(dāng)小臂與大臂共線時(shí)，小臂可視為繞i軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)整個(gè)小臂體對i軸的轉(zhuǎn)矩最大。采用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的目的是把直流伺服電機(jī)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(dòng)裝置的負(fù)載，減少運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的動(dòng)載荷與沖擊，提高整個(gè)六自由度弧焊機(jī)器人的響應(yīng)速度。設(shè)法減小機(jī)械間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差提高運(yùn)動(dòng)的精確性和運(yùn)動(dòng)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(shí)保持一定強(qiáng)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(qiáng)度要求又最大限度的降低自身重量。六自由度弧焊機(jī)器人的最大覆蓋范圍與各個(gè)手臂的長度、手臂間的關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍密切相關(guān)。 小臂的設(shè)計(jì) 小臂設(shè)計(jì)的總體要求手臂桿的質(zhì)量應(yīng)該盡可能的小，從而減輕支撐它的大臂桿及它的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)擔(dān)。長方體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為：J=m()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(dòng)慣量為：J=5()=取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω=rad/s，轉(zhuǎn)速為n=30r/min由此轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度=10rad /s2計(jì)算力矩T為：T=J=P=Tω=2=故訂做的減速電機(jī)3的額定電壓為220V，輸出功率至少為7w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為46。設(shè)回轉(zhuǎn)套為232100350的立方體。電機(jī)3帶動(dòng)整個(gè)腕部做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。長方體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為：J=m()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(dòng)慣量為：J=5()= 取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω=2rad/s, n=60 r/min由此轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度=20rad /s2計(jì)算力矩T為：T=J=P=Tω=2= w故訂做的減速電機(jī)2的額定電壓為220V，輸出功率至少為12w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為23。設(shè)回轉(zhuǎn)套為200200200的立方體。