【正文】 a=165mm. 大臂回轉關節(jié)步進及減速器的選擇 當大臂與小臂，末端執(zhí)行器均處于水平狀態(tài)時，各部分對回轉中心產生的靜轉矩最大，其代數和mNM???????????????????????????5 9 2 2 8 7 7 0 1 7 ）（）（靜 選擇減速器如下： EPL—— 064—— 007 則步進電機輸出的啟動轉矩為 mNiTT out ?????? ? 所以，選擇如下四相步進電機： 型號： 86HS85；額定轉矩： mN? ；步矩角： 176。 174 可得 XL 型同步帶的基準寬度為mmbs ? 。 166選取標準節(jié)線長 PL 及其齒數 Z，得帶長代號 180， 90, ?? ZLP ⑷實際軸間矩 2200????????? LLaa P 取 a=165mm 嚙合齒數 6?mz ，則嚙合系數為 1?ZK 。 ⑵選擇帶的節(jié)矩 bP 從文獻 [8]，圖 36。 /s,則 sra d / 8 02 5 03 ??? ?? m in/ 602503 ???n 則 nPT ??9550 ，所以 wkwnTP 9 5 5 0 4 7 5 5 0333 ?????? 初設軸矩為 mma 1600 ? ⑴求設計功率 dP ，由于前面已考慮到了安全系數，所以 dP =P=97。 。 則步進電機輸出的啟動轉矩為 1 4 7 ????? iTTout ?。寬度型號 2sb 為 050. 帶長, ?PL 代號 160，齒數為 80。寬度型號 1sb 為 050. 帶長, ?PL 代號 285，齒數為 76。 , mmbs ? 型號為 037。 ⑸嚙合齒數 6]2[ ?? zentZm，則嚙合齒數 1?zk 。 ⑷實際軸間矩 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 （論 文） 15 221011?????? pLaa 取 1a =305。 1— 22可知帶的第一級節(jié)矩代號為 L，對應節(jié)矩 bP =. 第二級節(jié)矩代號為 XL，對 應節(jié)矩 bP =. ⑶確定帶輪直徑和帶節(jié)線長 pL 由表面 36， 173知，帶輪最小許用齒數 ,12?Z 考慮到制造和安裝等因素，取 Z1=12，202 ?Z ，兩級傳動比都為 1，帶輪的直徑 ???? ? Zpd b ???? ? Zpd b 則帶長 L可表示為 202????????? daL ? 由表面化 ： 帶長, ?PL 代號 285，齒數為 76。 6kg. 同步 帶和輪的設計 腕部俯仰關節(jié)是通過二級同步帶傳動的，第一級同步帶的軸矩為 300mm，第二級為150mm. ⑴求設計功率 dP ，由于前面已考慮到了安全系數，所以 wppd ?? ，wppd ?? 。 。則步進電機輸出的啟動轉矩為9 0 2 ?????? iTT out ? 所以，選擇如下四相混合式步進電機： 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 （論 文） 14 型號： 86HS38；最大靜轉矩： 。 mNglmm g lM????????????331靜 由于 靜M 2T ,故慣性矩忽略不計，則腕部俯仰總轉矩 mNMT ??? 。 3m —— 腕部回轉電機的質量。 5kg。最大步距角保持轉矩為 ，步矩角 176。 由于步進電機不具有瞬時過載能力，故取安全系數為 2（不同），則步進電機輸出的啟動轉矩 mNTT O U T ????? 1 1 4 5 1 。由于在同樣的體積條件下，關節(jié)型機器人比非關節(jié)型機器人有大得多的相對空間 (手腕可達到的最大空間體積與機器人本體外殼體積之比 )和絕對工作 空間，結構緊湊，同時關節(jié)型機器人的動作和軌跡更靈活 ,結合本課題的實際條件，因此 ,大臂、小臂手腕和手爪回轉關節(jié)選擇方案是合理的。故綜合考慮，腰部回轉關節(jié)選擇方案一。均采用了減速比大、體積小、重量輕、精度高、回差小、承載力大、噪音小、效率高、定位安裝方便的諧波減速器。 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 （論 文） 11 方案二：如圖 2－ 3所示，電機安裝在底座上面，其輸出軸先經諧波減速器減速，再經一對齒輪減速后，由第一關節(jié)輸出軸帶動整個腰部在基座上回轉。 機器人手臂結構方案的對比分析及選擇 參考國內外工業(yè)機器人的典型結構 [17]～ [ 23]，初步對各個回轉關節(jié)的結構單獨分析。但由于三個關節(jié)都是轉動的，故臂端的分辨率完全取決于它在工作空間中的位置。由三個轉動關節(jié)構成的關節(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)。這里機器人手臂使用了三個旋轉關節(jié)，綜合各種手臂構形，最后確定其結構形式 為圖 2－ 1中的第一種形式，此手臂決定了末端執(zhí)行器在空間的位置。綜合考慮后確定該機器人具有五個自由度，其中手臂三個自由度，手爪部分二個自由度，由于在同樣的體積條件下，關節(jié)型機器人比非關節(jié)型機器人有大得多的相對空間 (手腕可達到的最大空間體積與機器人本體外殼體積之比 )和絕對工作空間，結構緊湊，同時關節(jié)型機器人的動作和軌跡更靈活，因此該型機器人采用關節(jié)型機器人的結構。手臂的結構形式有多種，常用的構形 如圖 2－ 1所示。 方案功能設計與分析 機器人手臂自由度的分配和構形 手臂是執(zhí)行機構中的主要運動部件，它用來支承腕關節(jié)和末端執(zhí)行器，并使它們能在空間運動。 本文的機器人為實驗演示用途的機器人。本文設計的機器人三個關節(jié)均使用電氣驅動。 電氣驅動是 20世紀 90年代后機器人系統(tǒng)應用最多的驅動方式。本文設計的機器人為關節(jié)坐標型。 (d)關節(jié)坐標型：有垂直關節(jié)型和水平關節(jié)型 (SCARA 型 )機器人。 (c) 球坐標型：具有兩個轉動關節(jié)和一個移動關節(jié)。 (b) 圓柱坐標型：該型機器人前三個關節(jié)為兩個移動關節(jié)和一個轉動關節(jié)，以θ , r, z為坐標，位置函數為 P=f (θ , r, z)，其中， r是手臂徑向長度， z是垂直方向的位移，θ是手臂繞垂直軸的角位移。 其次，按機器人的結構分類，可分為四類： (a) 直角坐標型：該型機器人前三個關節(jié)為移動關節(jié)，運動方向垂直，其控制方案與數控機床類似，各關節(jié)之間沒有耦合，不會產生奇異狀態(tài)，剛性好、精度高。本文的機器人就屬于 PTP型 。 首先，按機器人控制方法的不同，可分為點位控制型 (PTP)，連續(xù)軌跡控制型 (CP)： (a) 點位控制型 (Point to Point Control)：機器人受控運動方式為自一個點位目標向另一個點位目標移動，只在目標點上完成操作。由于工作空間的形狀和大小反映了機器人工作能力的大小，因而它對于機器人的應用是十分重要的。本文設計的機器人是 5DOF機器人。在這些關節(jié)中，單獨驅動的關節(jié)稱為主動關節(jié)。相應地，以轉動副相連的關節(jié)稱為轉動關節(jié)。 與機器人有關的概念 以下是本文中涉及到的一些與機器人技術有關的概念。 從以上特點可見，一個好的機器人設計應當使其機械系統(tǒng)的抓重 —— 自重比盡量大，結構的靜動態(tài)剛度盡可能好，并盡量提高系統(tǒng)的固有頻率和改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。本文所用的三個關節(jié)驅動是步進電機驅動，屬于開環(huán)控制型。 (3) 連桿驅動扭矩的瞬態(tài)過程在時域中的變化是非常復雜 的，且和執(zhí)行件反饋信號有關。這和普通的連桿系不同，在普通連桿系中，所有的連桿運動都出自同一驅動源，各連桿間的運動是互相制約的。為實現(xiàn)要求的坐標運動，在大多數工作時間內，連桿系末端是無法加以支撐的，因而操作機的結構剛度差，并隨連桿系在空間位姿的變化而變化。在此基礎上，結合本人的設想，和設計工作中需要解決的任務，本文主要研究機器人總體結構進行設計，主要進行以下工 作 : 本體結構設計，本機器人手臂結構方案確定后要運用 AutoCAD 和 Pro/Engineer 軟件把其平面裝配圖及其立體圖做出。因此，本機器人的研制成功，對機電一體化專業(yè)教學及科研有著十分重要的意義。 本文研究的意義及主要內容 我們所設計的五自由度工業(yè)機器人，可以為進一步研究工業(yè)機器人的工作原理和工作過程奠定一定的基礎。用戶根據作業(yè)給出的各個路徑點后，路徑規(guī)劃的任務包含 : 解變換方程 (運動學正解 )、進行運動學反解和插值運算等；在關節(jié)空間進行規(guī)劃時，大量工作是對關節(jié)變量的插值運算。最后，對內部描述的軌跡，實時計算機器人運動的位移、速度和加 速度，生成運動軌跡。首先對機器人的任務、運動路徑和軌跡進行描述。所謂軌跡是指機械手在運動過程中的位移、速度和加速度。 運動學方程的建立與求解是一個機器人系統(tǒng)的關鍵技術，一直受到廣泛的關注，但仍然是當今的一個研究熱點，有著一定的發(fā)展空間。工業(yè)機器人機構位置正解的神經網絡解法也開始 進行探討。 工業(yè)機器人運動學方程的計算過程需要解多元非線性方程組，數學上尚無完備的方法求其解析解，機構學研究者采用數值分析的方法，取得了一系列進展。目前對 具有特殊形狀的機器人機構如球形手腕機器人機構，其逆解是封閉的，但并不唯一。 工業(yè)機器人運動學系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 運動學正問題的研究目