【正文】 手爪回轉(zhuǎn)裝置及物體的重心到回轉(zhuǎn)中心的距離 l = 100mm ，腕部當(dāng)量回轉(zhuǎn)半徑 R = 200。 bs= (323) = 由表 查得，應(yīng)選帶寬代號(hào)為 025 的 XL 型帶，其 bs14）帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸 = 。2a( z2? z1)??= ent???122?2 122240。 ( + )2+( ?)4 100(317) 由 表= 查 得應(yīng) 選 用 帶 長(zhǎng) 代號(hào) 為130的XL型同 步 帶 ， 其 節(jié)線 長(zhǎng)LP= ，節(jié)線上的齒數(shù) z = 65 。 9）帶長(zhǎng)及其齒數(shù) (d1+ d2)≤ a0≤ 2(d + d122)且 ≤ a0≤ ，所以L0= 2 a0+240。 d n1 1601000240。(314) 由表 表查得其外徑 7）帶速 vda2= = d2 ? 2228。= ? (312) = = i ? z1= 312 (313) = 36d2==Z 2Pb240。12 240。 1根據(jù)帶型 XL 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1 ，由表 查得小帶輪的最小齒數(shù) Z min = 10 ，在此處取 Z 1 = 12 。 （3）同步齒形帶（梯型齒形帶）傳動(dòng)設(shè)計(jì)的選擇 從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速： n2 = r min ，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速： n1 = i0 .n2 = min ，同步s步帶傳遞的名義功率 p 可表示為： P = T .w= (39) = 1）求設(shè)計(jì)功率 pd由文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[13]中表 中，查得載荷修正系數(shù) KA = ， 因?yàn)槲词褂脧埦o輪，又是減速傳動(dòng)，故附加修正系數(shù)均為零。 60 3000 （38） radr3）小帶輪齒數(shù) z綜合考慮，選擇如下電機(jī)：型號(hào) SGMPH01AYR；額定輸出轉(zhuǎn)矩： ；額定功率 100w ；額定轉(zhuǎn)速： 3000rpm。 = ，交 流伺服電機(jī)應(yīng) 輸出的力矩： 30 = 26電機(jī)轉(zhuǎn)速 w =2240。 610 (35) = ≈ 30所以，減速器減速比 i 為 33= 10綜 合 考 慮， 選 擇 如 下減 速 器 ， 安川 機(jī) 械 手 專用 減 速 器 ，額 定 輸 出 轉(zhuǎn)矩 ： ；減速比： i = 10 。 s 所需時(shí)間 t = ，則其角加速度 180t180 s負(fù)載啟動(dòng)慣性矩（靜摩擦力矩忽略不計(jì)） T1 = = (33) = N ? m考慮到機(jī)器人的各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩，選擇減速器工況系數(shù) k = ，則減速器所需要的輸出額定轉(zhuǎn)矩 257 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）減速器的選擇 T = k. J1= = N ? m(34) ni = 36016n=ii =30= （36） TT == (37) 由于同步帶、減速器與交流伺服電機(jī)相連，其輸入轉(zhuǎn)速可調(diào)，工作條件為“恒扭矩”，則按最高轉(zhuǎn)速選擇機(jī)型。= (32)rad2 T 腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)和減速器、同步帶的選擇 腕部旋轉(zhuǎn)由電機(jī)通過同步帶和減速器機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。 機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1J = mR1= 3 （31） 2w240。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。故弧齒同步帶比梯形齒形同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉。 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒形同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當(dāng)，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。梯形齒形同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。 梯形齒形同步帶，又分單面有齒和雙面有齒兩種，簡(jiǎn)稱為單面帶和雙面帶。 同 步帶 的 特 點(diǎn) ： （ 1） 傳 動(dòng)準(zhǔn) 確 ， 工 作時(shí) 無 滑 動(dòng) ，具有恒定的傳動(dòng)比； （ 2） 傳 動(dòng)平 穩(wěn) ， 具 有緩 沖 、 減 振能 力 ， 噪 聲低 ； （ 3） 傳 動(dòng)效 率 高 ， 可達(dá) ， 節(jié) 能效 果 明 顯 ； （ 4） 維 護(hù)保 養(yǎng) 方 便 ，不 需 潤(rùn) 滑 ，維 護(hù) 費(fèi) 用 低； （ 5） 速 比范 圍 大 ， 一般 可 達(dá) 1 0， 線 速度 可 達(dá) 50 m s ，具有較大的功率傳 遞 范 圍， 可 達(dá) 幾 瓦到 幾 百 千 瓦； （ 6） 可 用于 長(zhǎng) 距 離 傳動(dòng) ， 中 心 距可 達(dá)10m 以上。轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) ，通 過 帶 齒與 輪 的 齒 槽相 嚙 合 來 傳遞 動(dòng) 力 。 圖 32 機(jī)械手專用減速器上端面237 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 33機(jī)械手專用減速器下端面 同步帶類型選擇 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) 行 帶 及 具 有 相 應(yīng) 吻合 的 輪 所組 成 。 （2）蝸桿減速器 主要有圓柱蝸桿減速器、環(huán)面蝸桿減速器、蝸桿齒輪減速器。減速器的種類很多，這里僅討論由齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)以及由它們組成的減速器。根據(jù)調(diào)研和計(jì)算初定 B、T、R三個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)選都選擇 3000 轉(zhuǎn)，200V 的電機(jī)，其他關(guān)節(jié)選 1500 轉(zhuǎn)，200V 的電機(jī)。 最后比較分析幾種機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式，選擇采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，介紹了機(jī)器人的控制系統(tǒng)的硬件和軟件部分。 本章小結(jié) 本章首先講述了串聯(lián)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，提出串聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求，然后介紹了與機(jī)器人技術(shù)有關(guān)的概念，如自由度、工作空間、機(jī)器人分類，本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人是 7 自由度關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人。一個(gè)對(duì)象可以調(diào)用另一個(gè)對(duì)象的函數(shù)，這樣，對(duì)象之間的相互作用方式是自己控制的，對(duì)象外部的代碼就沒有機(jī)會(huì)通過直接修改對(duì)象的內(nèi)存區(qū)域而妨礙對(duì)象發(fā)揮其功能。這些內(nèi)存塊不僅存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而且也存儲(chǔ)代碼，這對(duì)保證對(duì)象是受保護(hù)的這一點(diǎn)很重要，只有局部對(duì)象中的代碼才能夠訪問存儲(chǔ)在這個(gè)對(duì)象中的數(shù)據(jù)，這清楚地限定了對(duì)象所具有的功能，并使對(duì)象保護(hù)它自己不因未知的外部事件的影響而使它的數(shù)據(jù)和功能遭受破壞。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)是通過為數(shù)據(jù)和代碼建立分塊的內(nèi)存區(qū)域來提供對(duì)程序進(jìn)行模塊化的一種程序設(shè)計(jì)方法，這些模塊可以被用作樣板，在需要時(shí)建立其拷貝。 7 自由度機(jī)器人的控制系統(tǒng) 7 自由度工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件部分 在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，若只采用 PC 機(jī)下 Windows 平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，就存207 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)，很難保證計(jì)算周期在毫秒級(jí)的伺服控制周期之內(nèi)，為了解決這個(gè)問題采用 PMAC 可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器與 PC 工控機(jī)組成的雙微積分級(jí)控制方式，是一種開放式控制系統(tǒng)。 由于本課題研究的機(jī)器人額定負(fù)載較小，同時(shí)，考慮到其對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)所承受的最大力矩，以及各個(gè)關(guān)節(jié)的最大角速度，工業(yè)機(jī)器人用的電機(jī)以交流伺服電機(jī)居多。采用 16位 CPU+32 位 DSP 三環(huán)(位置、速度、電流)全數(shù)字控制，增量式碼盤的反饋，可達(dá)到很高的精度。 （3）交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，體積較小，運(yùn)行可靠，使用維修方便，價(jià)格比直流伺服電機(jī)便宜，但高于步進(jìn)電機(jī)。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，成本較高，而且需要外圍轉(zhuǎn)換電路與微機(jī)配合實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制?？煞奖愕牟捎棉D(zhuǎn)動(dòng)式傳感器實(shí)現(xiàn)速度、位置閉環(huán)控制，是最為常用的驅(qū)動(dòng)方式。 （2）直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要有兩種類型，大慣量直流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)和小慣量直流伺服電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。但步進(jìn)電機(jī)基本上不具有過載能力，啟動(dòng)頻率受到限制，且需要專門的電源。在增量運(yùn)動(dòng)方面，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以用作具有迅速加速、減速和停機(jī)能力的起停運(yùn)動(dòng)控制器。 （三）電氣驅(qū)動(dòng) 通常電氣驅(qū)動(dòng)又分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其缺點(diǎn)是容易漏油，污染環(huán)境，加之有噪聲，且需要專門的油源。一般用于全氣動(dòng)的機(jī)器人。 R腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)交流伺服電機(jī)帶輪節(jié)同步帶帶輪減速器第七關(guān)節(jié)輸出軸B腕部俯仰關(guān)節(jié)圖 212 T 腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式的選擇 通常，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式有以下幾種： （一）氣壓驅(qū)動(dòng) 使用壓力通常在 ，最高可達(dá) 1Mpa 。 R腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)交流伺服電機(jī)帶輪同步帶節(jié)帶輪減速器第六關(guān)節(jié)輸出軸圖 211 B 腕部俯仰關(guān)節(jié) （7）T 腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 電機(jī)安裝在 R 腕部里，其輸出軸連接滑輪，先經(jīng)過同步帶傳動(dòng)，再經(jīng)過減速187 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 器減速后，由第七關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) T 腕部回轉(zhuǎn)。 交流伺服電機(jī)U臂部俯仰關(guān)節(jié)齒輪減速器第五關(guān)節(jié)輸出軸R腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)圖 210 R 腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) （6）B 腕部俯仰關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在 R 腕部里，其輸出軸連接滑輪，先經(jīng)過同步帶傳動(dòng)，再經(jīng)過減速器減速后，由第六關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) B 腕部俯仰。 R臂部關(guān) 第四關(guān)節(jié)輸出器U臂部關(guān)節(jié)圖 29 U 臂部俯仰關(guān)節(jié) 177 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （5）R 腕部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在 U 臂部里，其輸出軸先經(jīng)過齒輪傳動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后，由第五關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) R 腕部扭轉(zhuǎn)。 167 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) E大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)第三關(guān)節(jié)輸出軸減速器齒輪L小臂關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)圖 28 E 大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 軸節(jié) 減齒速輪（4）U 臂部俯仰關(guān)節(jié) 電機(jī)安裝在 E 大臂和 U 臂部連接處，其輸出軸先經(jīng)過齒輪傳動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后，由第四關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) U 臂部俯仰。 交流伺服電機(jī)S腰部關(guān)節(jié)齒輪減速器第二關(guān)節(jié)輸出軸L小臂關(guān)節(jié)第一關(guān)節(jié)輸出軸圖 27 L 小臂擺動(dòng)關(guān)節(jié) （3）E 大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 電機(jī)安裝在 E 大臂里，其輸出軸先經(jīng)過齒輪傳動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后，由第三關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) E 大臂回轉(zhuǎn)。 底座交流伺服電機(jī)第一關(guān)節(jié)輸出軸齒輪減速器圖 26 S 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 157 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （2）L 小臂擺動(dòng)關(guān)節(jié) 電機(jī)安裝在 S 腰部和 L 小臂連接處，其輸出軸先經(jīng)過齒輪傳動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后，由第二關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng) L 小臂擺動(dòng)。 （1）S 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 電機(jī)安裝在底座上面，其輸出軸先經(jīng)過齒輪傳動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后，由第一關(guān)節(jié)輸出軸帶動(dòng)整個(gè) S 腰部在基座上回轉(zhuǎn)。另外，VA1400將焊接接地電纜、瓦斯軟管以及空氣軟管內(nèi)置在機(jī)器人的基座里，提高了易用性和易維修性。 與原來機(jī)型相同，焊槍以及焊槍電纜內(nèi)置在機(jī)器人工作臂中。 由于很容易避免配置在近處的機(jī)器人之間的工作臂干擾，因此，不僅可在狹窄空間內(nèi)設(shè)置多臺(tái)機(jī)器人，而且用 1 臺(tái)機(jī)器人即可處理原來需 2 臺(tái)機(jī)器人負(fù)責(zé)的2 個(gè)工序的工作。而 VA1400 通過機(jī)器人工作臂的回轉(zhuǎn)避免干擾，即使從工件的上方進(jìn)行焊接，焊槍也能取最佳焊接姿勢(shì)，因此，可將機(jī)器人配備在架或定位器之上。 因此，7 自由度機(jī)器人可以模仿 MOTOMANVA1400 外形設(shè)計(jì)為如圖 25 所示。由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)構(gòu)成的關(guān)節(jié)組聯(lián)接在小臂桿的端部，模擬人的手腕，決定末端件的姿態(tài)。使其成為一臺(tái)肩部和腕部各有三個(gè)自由度，肘部為一個(gè)自由度的人臂型七自由度關(guān)節(jié)式機(jī)器人。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相對(duì)平移關(guān)節(jié)來講，操作空間大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，關(guān)節(jié)易于密封防塵。 127 自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 23 MOTOMANHP6 機(jī)器人外形 圖 24 MOTOMANHP6