【正文】 +M 摩 )/η 其中 , η為蝸輪 ,蝸桿傳動效率 取 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 M 慣 啟動時的慣性力矩 M 摩 摩擦力矩 J 臂部零部件對其回轉軸線的轉動慣量 ω 回轉部件的角速度 取ω =π /6(弧度 /s) △ t 啟動過程時間 取 秒 (1)計算慣性力矩 M 慣 各部件的重量和距回轉軸線的距離見下圖 圖 35 臂部機構力矩分析 各部件對回轉軸的轉動慣量為 : J1=J c1+M1ρ 12=179。 104 179。 103 Kgcm3 絲杠角速度ω = t2πυ = ?? =25π ( rad/s) 啟動時間為 秒則絲杠產(chǎn)生的驅動力矩 T2=J 絲 179。 179。 /1000 =(Nm) 現(xiàn)在考慮絲杠及其附帶零件所產(chǎn)生的慣性矩 現(xiàn)在考慮絲杠及其附帶零件可以看作是半徑 24mm 質(zhì)量 千克的光軸 ,起轉動慣量 JS絲 =21 m絲179。 12179。 由此可知摩擦力和慣性立力共同產(chǎn)生的轉矩為 T1= (P 慣 +P 摩 ) d2/2 179。 4=24mm ，螺紋頭數(shù) n=1 所以，當量摩擦角 ρ v= arctg）α 2/cos(f = arctg ? =176。 4 即中徑 d=26mm 螺距 t=4mm 牙形角 α =30176。 20179。 ?M g=2179。 a=20179。 = 蝸桿齒頂高 : ha1=ha*m=1 ha*=1 頂隙 c=c* 179。 模數(shù) m=1 蝸輪變位系數(shù) X2=0 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 蝸桿軸向齒距 Px=π m 蝸桿分度圓直徑 d1=mz1/tanγ =18(標準值 ) 蝸桿齒頂圓直徑 da1=d1+2ha1=d1+2ha*=18+2179。 我們采用機座式機身 ,臂部安裝在機座立柱的頂端 ,在臂部只實現(xiàn)伸縮運動 ,而臂部的回轉由機座上安裝的電機驅動減速機構進一步 驅動立柱帶動臂部回轉 ,由于臂部質(zhì)量大 ,而且手及腕部君安在臂部 ,驅動臂部回轉的功率較大 ,這樣的配置可以使結構大的部分裝在機座內(nèi) ,可以避免頭重腳清的影響 ,同時應盡量的是臂部的結構重心靠近立柱 ,臂部和立柱連接是快速可換的 ,以實現(xiàn)總體設計的思想 —條塊清晰、結構簡單 . 臂部的主體結構設計成板狀連接的 ,這樣可以減輕臂部的質(zhì)量 ,可以提高剛度 ,加工時方便實現(xiàn) ,驅動方式采用步進電機驅動絲杠、螺母機構 ,為降低成本 ,沒有采用滾珠絲杠 ,只采用滑動絲杠 . 臂部回轉的速度和加速度都不應過大 ,所以減速環(huán)節(jié)就要有較大的傳動比 ,這里采 用蝸輪、蝸桿一級減速 ,沒有采用多級齒輪減速 (其一級減速齒輪太大 ),其基本參數(shù)如下 : 傳動比 :i=62 中心距 。機身既可以是固定式，也可以是行走式的，即在它的下部裝有能行走的機構，可沿地面過架空軌道運動。 臂部及機身（底座）的設計計算 概述 機身表示直接連接支承，傳動手臂和行走機構的部件，一般情況下實現(xiàn)臂部的升降，回轉或俯仰等運動的驅動裝置或傳動部件都安裝在機身上 。 8179。ηK21?K 其中 K1——安全系數(shù)，取 K1= V～ K2 ——工 作情況系數(shù)，取 K2=1+a/g a: 機構的加速度 η ——機械效率 取η = 所以驅動力矩為 Tq= PSJ179。 f=179。 44+Gs179。 由力矩平衡得： N1179。 下面來計算腕部升降所需的驅動力 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 手腕腕部結構 圖 34 腕部結構受力分析 上圖給出了整個腕部的受力情況。 摩擦角λ = arctg 2 dtn??π = arctg 41 ?? =176。 ,螺距 t=4mm, 中徑 d2==179。 二、腕部升降的設計計算 首先，校核螺旋副的自鎖性。 (Mg+Mm+Mp) =179。 綜上所述，考慮一定的安全系數(shù)。 179。 (+)=(NM) （ 3）偏重力矩， Mp 根據(jù)結構設計知，其余部分重心在回轉軸線上，因此不產(chǎn)生偏重力矩，只有手爪部分產(chǎn)生偏重力矩， 所以， Mp=G4179。 (ND1+N2D2) =() 179。π /6/ =(NM) （ 2） 摩擦力距， Mm 先估算兩軸承部位所受的壓力。 103? kgcm2 由此可知， Mg=(J1+J2+J3+J4) 179。 (+)+179。 103? kgcm2 手部機構的轉動慣量 J4= 1/2M4(a2+b2 )+M4e2 =1/2179。 179。 179。 則 J2=1/2179。 （ 1）手腕啟動時產(chǎn)生的慣性力矩， Mg 設 手腕轉動的角速度 ω = π /6/s 啟動過程時間為 △ t = 則 J1=1/2179。 Mf ——手腕密封裝置處的摩擦阻力矩。 Mp ——參與轉動的零部件的重量對轉軸產(chǎn)生的偏重力矩。 3）手部換向變速箱，可將它視為 65*65*70mm 的一個重 的長方體。 1）轉軸， 包括與之相連的螺母、墊母、軸承內(nèi)圈等。 而對于本系統(tǒng)來說，參與手腕轉動的零部件很多，如果每一件都去校核的話，即太煩瑣，也沒有必要。具體結構參照總裝圖 . 一、腕部設計計算 腕部轉動時所需的驅動力矩 手腕的回轉、上下和左右擺動，均是回轉運動。 ) = 電機的選擇 至此，根據(jù)上述計算，我們得出了絲桿上應具有的扭 距， 據(jù)此，根據(jù)步進電機產(chǎn)品樣本手冊，選用 45BF003 型電機可以滿足要求 . 腕部結構設計 概述 腕部是臂部和手部的連接部件，其作用是在臂部運動的基礎上，進一步改變或調(diào)整手部在空間上的位置和方向，從而增強手部的靈活性，擴大手部的工作范圍。 tg(176。 tg(λ +ρ v) =179。 tg(λ +ρ v) (Nm) F – 螺旋副軸向載荷 ,N D2—螺旋副中徑 ， M ρ v ——當量摩擦角 λ ——螺旋升角 T2(T3)是端面摩擦力矩，此處不計 故 Tq=T1= F179。 λ ρ v 所以，此絲桿螺母機構可安全自鎖 下面來計算驅動力距 Tq=T1+T2+T3 其中 T1—螺旋副摩 擦力矩 T1=F179。 螺紋的當量摩擦角 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 ρ v= arctgγcosf = rctg?=176。校核一下此絲桿，螺母機構是否滿足自鎖條件。 η ——機械效率 Ps≥ P179。 a =（ N） 考慮工件在加工過程中產(chǎn)生的慣性力、震動及傳力機構效率的影響，其實際的驅動力為： Ps ≥ P179。 所以，銷軸或螺母所受力（驅動力的反作用力） P = 2b cos2 α179。 N179。 cosα 由手指的力矩平衡條件得： 1P? h=N179。根據(jù)軸銷的力平衡條件得： P1=P2； P=2179?；蹖︿N軸的反作用力為 P1 和 P2。 5=(N) αφ 圖 32 滑槽杠桿式手部受力分析 上圖是滑槽杠桿式手部結構及受力分析間圖。 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 f—為其與工件的摩擦系數(shù)，取 所以 N =K3179。此處，按手指是水平放置，夾持垂直的工件， V 型指端夾 圓形棒料的情況考慮。 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 下圖是本系統(tǒng)的手部結構示意圖，具體結構和零部件尺寸見圖紙 圖 31 手部結構簡圖 手部驅動力的計算和電機的選擇 我們先做手指工作時的簡圖，然后做力的分析 握力計算 由初始設計可知， G=5N 則 N= 3K 179。其優(yōu)點是結構簡單，動作靈活，夾持范圍大，這種手部的結構比較簡單，工作原理清晰易懂，也是機器人較常用的結構，這些都合乎教學演示的要求，缺點是工件直徑誤差會引起夾持后工件的中心發(fā)生移動。我們決定選擇滑槽杠桿支點回轉手部。 工業(yè)機器人的手部夾持器（亦稱抓取機構）是用來握持工作或工具的部件，由于被握持工件的形狀，尺寸，重量，材料及表面狀態(tài)的不同，其手部結構也是多種多樣的，大部分的手部結構都是根據(jù)特定的工件要求而專門設計的，按起我持原理的不同，常用的手部夾持器分為如下兩類： ，包括內(nèi)撐式和外夾式，常用的還有勾托式和彈簧式等。從其功能和形態(tài)上看，分為工業(yè)機器人的手部和類人機器人的手部。我們將按結構分塊，分步進行設計，閱讀本章是請參考總裝圖及零部件。腕部的閉環(huán)控制采用直流力矩電機加裝光電碼盤實現(xiàn)，顯示部分采用 LCD 液晶顯示模塊。 抓重 Kg 運動速度、控制精度的確定 因為本系統(tǒng)是教學演示用的，為節(jié)約資金，對速度和精度要求較低。 手指開合：177。 臂部伸縮： 80mm 腕部升降： 70 mm 腕部回轉： 0～ 180176。 600179。手部回轉也采用同樣的電機驅動，其中各個部分實現(xiàn)連接簡單，方便拆卸。 臂部伸縮采用步進電機驅動絲杠螺母傳動機構產(chǎn)生直線運動，由螺母帶動臂部和腕部機構伸縮是，采用普通絲杠傳動（主要考慮到價格） 腕部升降也采用絲杠傳動，用步進電機驅動。 各部位傳動機構的確定 我們從底座開始，分別的一一 考慮。 驅動系統(tǒng)的類型選擇 因為現(xiàn)有的實驗設備中電機控制的優(yōu)點，基本設想采用電機驅動，使用步進電機和伺服電機驅動。 在滿足前幾點的要求下，盡可能的要造型美觀。 我們希望它不太大，可以安置在實驗臺沙鍋內(nèi)給學生講解，即小型化、輕型化。 下面結合本演示系統(tǒng)的基本要求和設計的基本原則確定本系統(tǒng)的方案。 選擇個部件的具體集體夠，進行機器人總裝圖的設計。 確定驅動系統(tǒng)的類型。如機器人的自由度、信息的存儲量、計算機功能、動作精度的要求、所能抓取的重量、容許的運動范圍、以及對溫度、震動等環(huán)境的適應性。 分析機器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境。 4. 與結構相匹配，為降低成本，采用開環(huán)、閉環(huán)控制相結合 5. 各部分結構最好方便拆卸，以便維修保養(yǎng)。 2. 機械結構簡單，便于學生掌握機器人結構上的特點。 早我國，許多大學也開設了機器人方面的課程（如上海交大，華中科技大學等），也有很多研究開發(fā)機器人的研究機構，但資金問題是困饒機器人發(fā)展的障礙，在教學中也面臨相同的問題。 大量采 用機器人不回帶來失業(yè)，在機器人的研究、制造和應用上有七種職業(yè)，即研究、開發(fā)、設計、制造、應用、市場、服務、維修和教育，而潛在的部門是機器人制造部門，教育機構和機器人相關部門。 談到培訓，還有個協(xié)調(diào)的問題，工業(yè)和教育團體應減少培訓與需求的協(xié)調(diào)失誤，在校學生也應了解市場情況，在教師的協(xié)助下開設和調(diào)整自己的課程，使所學的專業(yè)和技能在畢業(yè)的時候滿足社會的需求。從 94 年美國開發(fā)出 ―虛擬軸機床 ‖以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。美國發(fā)射到火星上的 ―索杰納 ‖機 器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。 5．虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 3．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 2．機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統(tǒng)攻關，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術和產(chǎn)品 。 我國的智能機器人和特種機器人在 ―863‖計劃的支持下，也取得了不少成果。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求， ―一客戶，一次重新設計 ‖，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。 國內(nèi)發(fā)展狀況 我國的工業(yè)機器人從 80 年代 ―七五 ‖科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過 ―七五 ‖、 ―八五 ‖科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學