【正文】 作部件的機體，有時也是軟軸接頭的軸承座。相鄰鋼絲層的纏繞方向相反。 a. 鋼絲軟軸由幾層彈簧鋼絲緊繞在一起構(gòu)成的。 由于要實現(xiàn)轉(zhuǎn)腕，工作時要求彼此有相對運動的空間傳動所以轉(zhuǎn)腕的傳動軸采用軟軸。對于要求剛度大的軸，還應(yīng)該從結(jié)構(gòu)上考慮減少軸的變形。 表 32圓錐齒輪的幾何參數(shù) 名稱 符號 公式 分度圓直徑 d mmmzd 4020211 ???? mmmzd 202000222 ???? 齒頂高 ah mmmhah a 221 ???? ? 齒根高 fh mmmchah f )()( ?????? ?? 齒頂圓直徑 ad mmhdd aa 44c o s211 ??? ? mmhdd aa 202c o s222 ??? ? 齒根圓直徑 fd mmhdd ff 37c os211 ??? ? mmhdd ff 197c os222 ??? ? 齒頂角 a? ?? Rh aa? 齒根角 f? ?? Rh ff? 分度圓錐角 ? ?? Rmz? 頂錐角 a? ???? aa ??? 根錐角 f? ?10??? ff ??? 錐距 R mmmzR 102s in2/ ?? ? 齒寬 b mmRb )~( ?? 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 15 4 軸的設(shè)計 ??7 軸的結(jié)構(gòu)決定于受力情況、軸上零件的布置和固定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛坯，制造和裝配工藝、以及運輸、安裝等條件。 垂直多關(guān)節(jié)機器人臂部和手部設(shè)計 14 校核兩齒輪的彎曲強度 23212 111 1)(4 umzYKTRRFSF ??? ??? （ 36） MP a2322 51220)( ????? ???? ? ?121 FMPa ??? ? ?21212 FFSFSFF MP aMP aYY ??? ?????? 所以齒輪完全達到要求。 修正 mmKKdd tHt 3311 ???? mmmmzdm ??? 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) mmm 2? 。 b. 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 齒面接觸疲勞強度的設(shè)計表達式 3 2121 )(4][ uKTZZdRRHEHt ??? ?????????? (35) 其中， 取 ? ? ， 5?u ； aE MPZ ? ， ?HZ ； mmNnPT ?????? 9550200 661 選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： MPaH 580lim1 ?? ； MPaH 560lim2 ?? 選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： MPaF 230lim1 ?? ； MPaF 210lim2 ?? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 由下式計算可得 atnN 11 60? 168300202060 ????? ?? 則 9912 ????? uNN 接觸疲勞壽命系數(shù) ?NZ , ?NZ ； 彎曲疲勞壽命系數(shù) 121 ?? NN YY ； 接觸疲勞安全系數(shù) 1min ?HS ， 彎曲疲勞安全系數(shù) ?FS ,又 ?STY ， 試選?tK 。 。 表 31圓柱齒輪的幾何尺寸 名稱 符號 公式 分度圓直徑 d mmmzd 4020211 ???? mmmzd 8040222 ???? 齒頂高 ah mmmhah a 221 ???? ? 齒根高 fh mmmChh af )()( ?????? ?? 齒全高 h mmhhh fa ????? 齒頂圓直徑 1ad mmhdd aa 44211 ??? mmhdd aa 84222 ??? 齒根圓直徑 1fd mmhdd ff 35211 ??? mmhdd ff 75222 ??? 基圓直徑 1bd mmdd b o s11 ?? ? mmdd b o s22 ?? ? 齒距 p mmmp ???? ? 齒厚 s mmms ?? ? 齒槽寬 e mmme ?? ? 中心距 a mmdda 602/)( 21 ??? 頂隙 c mmmcc ???? ? 垂直多關(guān)節(jié)機器人臂部和手部設(shè)計 12 第二級圓錐齒輪傳動設(shè)計 齒輪 材料 采用 45 號鋼， 小齒輪調(diào)質(zhì)處理表面硬度為 210HBS；大齒輪正火處理后齒面硬度為 180HBS， 齒輪精度等級為 7 級。由于小齒輪分度圓直徑較小，考慮到結(jié)構(gòu)，將小齒輪做成齒輪軸。 修正 mmKKdd tHt 3311 ???? ； mmmmzdm ??? ； 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) mmm 2? 。 小齒輪傳遞扭矩 mmNnPT ??????? 12401500/ 661 (32) 大小齒輪的接觸疲勞強度極根應(yīng)力為： MPaH 5801lim ?? ； MPaH 5602lim ?? 選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： MPaF 2301lim ?? ； MPaF 2102lim ?? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 由下列公式計算可得 hjlnN 11 60? （ 33） 168300150060 ????? ?? 則 9912 ????? uNN 接觸疲勞壽命系數(shù) ?NHK , ?NHK ； 垂直多關(guān)節(jié)機器人臂部和手部設(shè)計 10 彎曲疲勞壽命系數(shù) 121 ?? NN YY ； 接觸疲勞安全系數(shù) 1min ?HS ， 彎曲疲勞安全系數(shù) ?FS 。 a. 設(shè)計準(zhǔn)則 先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 9 3 齒 輪的設(shè)計 齒輪強度的設(shè)計與校核 ??6 第一級圓柱齒輪傳動設(shè)計 齒輪 材料 采用 45 號鋼，鍛造毛坯， 小齒輪調(diào)質(zhì)處理，表面硬度為 210HBS；大齒輪 正火處理后齒面硬度 為 180HBS，因載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選齒輪精度等級為 7級。 b. 傳動比的分配 傳動比分配時要充分考慮到各級傳動的合理性，以及齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸，要做到結(jié)構(gòu)合理。 求得 n= ??? = r/min 。 表 機技術(shù)參數(shù) 單轉(zhuǎn)軸 保持轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量 額定電流 電壓 線圈電阻 35x10 7? kgm 12V 5? 基本步距角 減速比 容許轉(zhuǎn)矩 容許速度范圍 電機重量 1: 0250r/min 電樞電阻 ： Rs= (Un/InPn/In) 310 ， 求得 ： Pn=。 表 21 SZYX82寬調(diào)速永磁直流伺服電機技術(shù)參數(shù) 規(guī)格型號 額定功率 額定轉(zhuǎn)矩 額定電壓 SZYX82 48V 最高電流 最高轉(zhuǎn)速 允許轉(zhuǎn)速差 ? 10% 轉(zhuǎn)動慣量 1500r/min 150 該電機具有精度高，響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬，加速度大，力矩波動小，線性度好，過載能力強等特點。P P W? ? ? ? 考慮到傳動損失和摩擦，最終的電機功率 200 。P FV m gV W? ? ? ? ? ? 取安全系數(shù)為 ， 39。而交流伺服電機結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，使用維修方便，與步進電機相比價格要貴一些。 因為 直流伺服電機具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動力矩，相對功率大及快速響應(yīng)等特點，并且控制技術(shù)成熟。 c. 氣動驅(qū)動器 氣動驅(qū)動器的能源，結(jié)構(gòu)都比較簡單 ， 但與液壓驅(qū)動器相比，同體積條件下功率較?。ㄒ驂毫Φ停宜俣炔灰卓刂?，所以多 用于精度不高的點位控制系統(tǒng) 。 隨著技術(shù)的進步，近年來交流伺服電機正逐漸取代直流伺服電機而成為機器人的主要驅(qū)動器 。 后者多為開環(huán)控制，控制簡單但功率不大， 多用于低精度小功率機器人系統(tǒng) 。 它的能源簡單，速度變化范圍大，效率高，但它們多與減速裝置相連，直接驅(qū)動比較困難 。腕部的結(jié)構(gòu)設(shè) 計要求是：重量輕， dex 的組合值必須滿足工作要求并留有一定的裕量（約 5%10%），傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單并有利于小臂對整機的靜力平衡。一般說來 ? 、 ? 的最大值取 0360 ，而 ? 值可取的更大一些，如果擰螺釘，最好 ? 無上限。 腕結(jié)構(gòu)最重要的評價指標(biāo)就是 dex 值。如果 末桿 的自轉(zhuǎn)角 ? （即 n? ）也滿足 00 3600 ??? ， 就說該操作機具有最大的靈活度，即可自任意方向抓取物體并可把抓取的物體在空間 擺成任意姿態(tài)?？梢娛怯??? 兩角決定了末桿的方向（姿態(tài)）。對于任一桿件的姿態(tài)（即方向），可用兩個方位角確定，如圖 23所示。故手腕也稱作機器人的姿態(tài)機構(gòu)。 圖 22 機器人的工作空間位置圖 手腕結(jié)構(gòu)的確定 ??3 手腕是操作機的小臂（上臂）和末端執(zhí)行器（手爪）之 間的聯(lián)接部件。但在實際應(yīng)用中， 可以簡化這一問題，把工作空間看作是機器人操作機正常運行時，手腕參考點（如定位機構(gòu)的軸線正交，取交點為參考點）在空間的活動范圍，或者說該點可達位置在空間所占有的體積。關(guān)節(jié) 4 電機安裝在小臂后面用于帶動傳動軸與齒輪的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)手腕的擺動；關(guān)節(jié) 5 電機也安裝在小臂后面，其后緊跟傳動軸用于實現(xiàn)手腕的旋轉(zhuǎn)；關(guān)節(jié) 6 電機安裝在手腕里，用螺旋傳動來實現(xiàn)手爪的夾緊與放松運動，當(dāng)電機正轉(zhuǎn)時給杠桿施加一個向上的力來實現(xiàn)放松工件運動，相反，電機反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)夾緊工件運動。其中有 2 個齒輪為直齒圓柱齒輪，用于減速。 ,有 2 個齒輪為圓錐齒輪 ,有利于簡化系統(tǒng)運動方程式的結(jié)構(gòu)形式。 傳動方案的確定 圖 21 是機器人小臂與腕部機械傳動系統(tǒng)的簡圖。關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn) 坐標(biāo)型，這種機器人的手臂與人體上肢類似，其前三個關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂間形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運動和使大臂作俯仰擺動，小臂作俯仰擺動?？鐕蠹瘓F的壟斷和全球化的生產(chǎn)將世界眾多廠家的產(chǎn)品聯(lián)接在一起，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化的 “虛擬制造 ”，為工業(yè)機器人系統(tǒng)化的發(fā)展推波助瀾。 工業(yè)機器人的應(yīng)用從單機、單元向系統(tǒng)發(fā)展。 F. 集成化與系統(tǒng)化 1998 年 ABB 公司推出 IRbl400 系列小機器人，其循環(huán)時間只有 ，控制器包括軟件、高壓電、驅(qū)動器、用戶接口等皆集成于一柜，只有洗衣機 變換器那樣大小。 90 年代末的機器人一般都具有兩、三種功能。高精度機器人的位置重復(fù)性為正負 ，其最大合成速度達 80m/s。 D. 智能化的傳感器多有應(yīng)用 在上述 167 種機型中，裝有視覺傳感器的有 94 種，占 ％，不少機器人裝有兩種傳感器，有些機器人留下了多種傳感器接口。直接驅(qū)動技術(shù)則廣泛用于裝配機器人中。 C. 驅(qū)動技術(shù) 上世紀 .80 年代發(fā)展起來的 AC 伺服驅(qū)動已成為主流驅(qū)動技術(shù)用于工業(yè)機器人中。 b. 協(xié)調(diào)控制技術(shù)日趨成熟，實現(xiàn)了多手與變位機、多機器人的協(xié)調(diào)控制，正逐步實現(xiàn)多智能體的協(xié)調(diào)控制。 c. 己普遍采用 CAD、 CAE 等技術(shù)用于設(shè)計、仿真與制造中。 b. 應(yīng) 3K(煉鋼、煉鐵、鑄鍛 )行業(yè)和汽車、建筑、橋梁等行業(yè)需求，超大型機器人應(yīng)運而生。在第一代工業(yè)機器人普及的基礎(chǔ) 上，第二代已經(jīng)推廣，成為主流安裝機型，第三代智能機器人已占有一定比重。這些差距已經(jīng)成為制約我國制造業(yè)乃至其他行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸問題之一。在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國正逐 步成為世界最重要的制造業(yè)基地之一。 進入 21 世紀，世界經(jīng)濟結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大而深刻的變革，但制造業(yè)依然是世界各發(fā)達與發(fā)展中國家加快經(jīng)濟發(fā)展、提高國家綜合競爭力的重要途徑。 一般來講，具有 6 個關(guān)節(jié)的機器人基本上能滿足焊槍的位置和空間姿態(tài)的控制要求，其中 3 個自由度 (XYZ)用于控制焊槍端部的空間位置，另外 3 個自由度 (ABC)用于控制焊槍的空間姿態(tài)。如何選取最合適的解對機器人焊接過程中運動的平穩(wěn)性很重要。理論上講，機器人的關(guān)節(jié)愈多，自由度也愈多，關(guān)節(jié)冗余度愈大，靈活性愈好；但同時也給機器人逆運動學(xué)的坐標(biāo)變換和各關(guān)節(jié)位置的控制帶來復(fù)雜性。 工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式很多，常用的有直角坐標(biāo)式、柱面坐標(biāo)式、球面坐標(biāo)式、多關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、伸縮式、爬行式等等，根據(jù)不同的用途還在不斷發(fā)展之中。原本用于生產(chǎn)制造的工業(yè)機器人水平不斷提高，各種用于非制造業(yè)的先進機器人系統(tǒng)也有了長足的進 展。 ，以此來減輕手部的重量，讓手爪能夠作靈活的運動，此傳動裝置采用螺旋傳動來帶動手爪的抓取與放松工件運動。 c. 驅(qū)動電機 1 經(jīng)聯(lián)軸器與傳動軸來驅(qū)動小臂殼體的回轉(zhuǎn)運 動。 針對上述問題有了以下設(shè)計思路： 。此裝 置應(yīng)用在焊接生