基于ug四自由度機器人的結構設計(參考版)
2025-06-30 19:20本頁面
【正文】 PL=G?u??ηc kw= kw==根據參考資料[17]選擇步進電機42BYG4503，Pe=19。小臂與大臂聯接處電機選擇根據設計要求，此處所承受的最大載荷為G=mg=（1485+2）=。運動速度為450/S=4503600/160 r/min = r/min，大臂伸展半徑為303mm，所以大臂速度可變換為V =π230360 m/s=。所以，手腕處負載較小，經計算選用35BYG4501型步進電機。得 PL39。—手腕處負載功率； F—額定提升的重量 N； v —額定提升速度 m/s； η—手腕處傳動效率；F根據設計要求得 F=2 N= N；v 根據設計要求v=ω=600/s=6003600/160 rad/min=10 rad/min，或者v=ω=600/s=6003600?π?d m/s=6003600103 m/s= m/s，（其中d= 這將在后邊具體算出）；η 根據參考文獻[18]得η=；將F、v、η的值帶入公式 PL39。手腕處電機選擇手腕處負載，根據設計要求 PL39。根據參考資料[16]，步進電機的轉速 ne=60?fZR?N r/min ()式中：f—脈沖頻率，Hz或P/s，本設計電壓220V，頻率f=50Hz； N—轉子轉過一個齒距的運行拍數，本設計選用BYG型步進電機，三相三拍時，N=m（相數）；三相六拍時N=2m；ZR —轉子齒數，本設計選用BYG型步進電機，ZR=8；根據參考資料[13]步進電機的額定功率 Pe=Te?ωe1000 kw () 式中：Pe—電機額定功率；Te—電動機轉矩 N?m； ωe—電動機角速度 rad/s，ωe= ne；底座電機選擇根據參考資料[17]，初選機器人底座處的步進電機為 57BYG4501型。（1）底座處電機負載功率已知，腰轉 450/S=4503600/160 r/min = r/min負載功率 [15] PL=G?u??ηc kw ()式中：PL —腰部負載功率，kw；G—傳動件重量，N（根據任務書及電機的初選確定）；u—傳動摩擦系數；V—移動速度，m/s； ηc —傳動機構效率。因此，選用混合式步進電動機，系列代號BYG。在根據參考文獻[14]，混合式步進電機是一種兼有反應式和永磁式兩種步進電機有點的新型電動機。[13]結合本設計的性能要求及結構特點，本設計決定選用步進電機來驅動。/S腕擺60176。/S大臂45176。360176。120176。第三章 四自由度機器人整體及部件設計 四自由度機器人性能要求 四自由度機器人性能要求結構形式串聯關節(jié)式負載能力2Kg重復定位精度177。對機器人的結構組成（腰部、臂部、腕部）進行了詳細的闡述，并最終確定適合本設計的結構方案，驅動方式等。本設計要求只對結構進行設計建模，控制系統(tǒng)不做要求。綜上，本次設計的“四自由度機器人”主要使用于一般的教學、培訓或汽車中小零件的搬運等，故采用電動式，將其簡單高效的特點得以充分發(fā)揮[4]。交直流、私服電動機一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進電動機則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精確要求不高的場合。普通交、直流電動機驅動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機器人。采用點位控制或機械塊定位時，有較高的重復定位精度，但臂力一般在30公斤一下。不足處，泄露難克服，易引起燃燒爆炸等危險；液壓元件精度要求高，造價高。機器人關節(jié)的驅動方式有液壓式、氣動式、電動式和機械式四種。 手部結構手部是機器人直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進行操作的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸、重量、材質及表面狀態(tài)的不同，手部結構是多種多樣的。由于本設計機器人主要用于搬用中小零件或教學用機器人，所以承受載荷不很大，結構要求不高，所以這個結構可以使用。手腕部一般需要三個自由度；（1）臂轉，繞小臂軸線方向的旋轉；（2）手轉，使手部繞自身的軸線方向旋轉；（3）腕擺，使手部相對手臂進行擺動。 手腕結構手腕是聯接手臂和手部的結構部件，它的主要作用是確定手部的作業(yè)方向。直角坐標系占空間大，工作范圍小，所以一般不用；圓柱坐標系占空間較小，工作范圍較大，但慣性也較大，且不能抓取底面物體，不予使用；球坐標系和關節(jié)式占空間小，工作范圍大，慣性小，所需動力小，能抓取底面物件，關節(jié)式還可以繞障礙物選擇途徑，靈活性較高，廣泛使用。本設計采用屈伸縮型臂部結構[3]。機器人的臂部主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自傳等運動有關的構件，如傳動裝置、導向定位裝置、支撐聯接和位置檢測元件等，此外，還有與腕部或手臂的運動和聯接支撐等有關的構件配線等。本設計采用升降回轉型。機身是直接連接、支撐和傳動手臂及行走機構的部件，它是由臂部運動（升降、平移、回轉和俯仰）機構及有關的導向裝置、支撐件等組成。 腰部結構腰部是直接支撐和傳動手臂的部件，一般實行臂部的升降、回轉或俯仰等運動的驅動裝置或傳動件都要安裝在機身上，或者直接構成機身的軀干與底座相連。 機械手結構簡圖 機器人的執(zhí)行機構機器人是由執(zhí)行機構、驅動機構和控制部分所組成。機械手用于執(zhí)行指定的作業(yè)任務。第2章 機器人結構方案分析 機器人系統(tǒng) 機器人系統(tǒng)的基本組成一個機器人系統(tǒng)，一般由下列四個互相作用的部分組成：執(zhí)行機構、控制器、環(huán)境、任務，[1]位置、速度反饋控制算法工作任務模型控制器（計算機）執(zhí)行機構關節(jié)式機械系統(tǒng)驅動裝置驅動裝置外感應信息交互作用計算機語言任 務外傳感
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