【正文】 量 GJ 可按下式進(jìn) 行計(jì)算： MLJ G 20 )2( ?? 公式[14]（ 26） 式中， 0L 為絲杠導(dǎo)程（ cm）； M 為工作臺(tái)質(zhì)量（ kg）。最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。m 最高空載啟動(dòng)頻率 /Hz 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 /105Kgcm2 分配方式 質(zhì)量 Kg 90BYG503 3 0． 6 60 7 1600 四相八拍 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19頁(yè) （ 1） 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載 ,在電機(jī)選用時(shí)必須加以考慮。 初選電機(jī)為 BF 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)為： 90BYG503， 有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表： 表 35 BF 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表 電 機(jī) 型號(hào) 相數(shù) 步距角 （ 176。 1— 支座， 2— 步進(jìn)電機(jī)， 3— 諧波齒輪， 4— 轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)座 5— 支 承 工字梁， 6— 滾珠絲杠， 7— 導(dǎo)向柱， 8— 彈性膜片 聯(lián)軸器 圖 310 腰部和基座結(jié)構(gòu)圖 1— 支座， 2— 電機(jī)， 3— 軸承， 4— 帶傳動(dòng)， 5— 殼體 6— 位置傳感器， 7— 柔輪， 8— 波發(fā)生器， 9— 剛輪 圖 311 環(huán)形軸承的機(jī)器人機(jī)座 步進(jìn)電機(jī)的選取 工業(yè)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)和上下移動(dòng)采用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，下面就給出各種驅(qū)動(dòng)方式的比較，以作為選取步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式的依據(jù)。由柔輪 7 輸出低速的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與之固聯(lián)的機(jī)座回轉(zhuǎn)殼體 5 實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。它由電動(dòng)機(jī) 2 直接驅(qū)動(dòng)一杯形 柔輪諧波減速器。支撐梁采用 槽 鋼，以減輕重量和節(jié)省材料，它的結(jié)構(gòu)如圖 310。 腰部和基座設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 通過安裝在支座上的步進(jìn)電機(jī)和諧波齒輪直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過安裝在頂部的步進(jìn)電機(jī)和聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的上下移動(dòng)。 LAC=0 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16頁(yè) 求得支反力為 : R1= R2= 以 A 點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，得剪力圖和彎矩圖如下： 活塞桿 [τ ]=140MPa, [σ ]=240MPa. 則在 B 處橫截面上的剪應(yīng)力為： τ B= RB/A= ][)1027(423?? ????M P a 安全。 LBC=0 Σ MA=0 R2 由靜力平衡方 : Σ MB=0 R1 表 33 冶金設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓油技術(shù)規(guī)格 缸徑 /mm 活塞桿直徑 /mm 油口直徑 速度比 通徑 /mm 聯(lián)接螺紋 2 63 28 36 10 活塞桿的強(qiáng)度校核 末端執(zhí)行器的重量為： 。 圖 38 手臂結(jié)構(gòu)圖 選用軸向腳架型液壓缸，活塞桿末端為外螺紋結(jié)構(gòu)，手臂與末端執(zhí)行器連同活塞桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 本設(shè)計(jì)中手臂由滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，還設(shè)計(jì)有 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15頁(yè) 兩根導(dǎo)柱導(dǎo)向，以防止手臂在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 （ 4） 設(shè)法減小機(jī)械間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差，提高運(yùn)動(dòng)的精確性和運(yùn)動(dòng)剛度。 手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 手臂的設(shè)計(jì)要求 （ 1） 手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求 （ 2） 根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕質(zhì)材料。 工件與彈簧片間的力：由上節(jié)可知 F=280N。 手 爪的強(qiáng)度校驗(yàn) 手 爪的結(jié)構(gòu)形式如圖 37： 圖 37 手 爪結(jié)構(gòu)圖 這種結(jié)構(gòu)是在手 爪外側(cè)用螺釘固定彈簧 板兩端固定。查得 [12]： m? =～ , 所以 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14頁(yè) NPDF )1063( 6232 ???????? ??? 由以上計(jì)算可知液壓缸能產(chǎn)生的推力 F= 大于夾緊工件所需的推力P=1200N。 a n2 0 ???????P 取 P=1200(N)。所以 N≥ G/2f=（ N） 。 圖 34 末端執(zhí)行器 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13頁(yè) 液壓油缸的選擇和夾緊力的校驗(yàn) （ 1） 初選油缸型號(hào) 考慮到所要夾持的是很小的薄壁零件，最大工作載荷很小，故初選液壓缸型號(hào)為 YHG1C63/36 45LF2HL1Q，它的主要技術(shù)參數(shù)如表 32。內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器采用四連桿機(jī)構(gòu)傳遞拉 緊力，即當(dāng)液壓缸 1 工作時(shí)，推動(dòng)推桿 2 向下運(yùn)動(dòng)，使兩鉗爪 3 向里收縮 ，從而帶動(dòng) 手爪 4 夾緊工件。 （ 5） 根據(jù) 應(yīng)用條件考慮通用性。 （ 3） 應(yīng)能保證工件在 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu) 內(nèi)準(zhǔn)確定位。 （ 2） 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu) 應(yīng)有一定的開閉范圍。手部抓持工件的迅速、準(zhǔn)確和牢靠程度都將直接影響到工業(yè)機(jī)械手的工作性能，它是工業(yè)機(jī)械手的關(guān)鍵部件之一。 圖 33 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過程中各動(dòng)作 表 31 運(yùn)動(dòng)過程 中各動(dòng)作 機(jī)器人動(dòng)作 機(jī)器人工步 機(jī)器人開機(jī)，處于 A 位 工步一 手臂上升 工步二，工步七，工步十三 旋轉(zhuǎn)至 B 位 工步三 手臂伸出 工步四 , 工步十 手臂下降 工步五，工步十一 夾緊工件 工步六 手臂收縮 工步八，工步十四 旋轉(zhuǎn)至 C 位 工步九 放松工件 工步十二 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程中的各工步是由工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和各種檢測(cè)原件來實(shí)現(xiàn)的，這里尤其要強(qiáng)調(diào)的是機(jī)器人對(duì)工件的定位夾緊的準(zhǔn)確性，這是本次設(shè)計(jì)成敗之關(guān)鍵所在。它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的工作條件下，機(jī)體占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。 圖 32 工作空間圖 機(jī)器人的工作空間和機(jī)械結(jié) 構(gòu)類型 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11頁(yè) （ 1）工作空間 ： 工作空間是指機(jī)器人正常運(yùn)行時(shí)，手部參考點(diǎn)能在空間活動(dòng)的最大范圍，是機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)，工作空間圖如圖 32。 圖 31 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度 所謂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度是指確定一個(gè)機(jī)器人操作位置時(shí)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目，它是表示機(jī)器人動(dòng)作靈活程度的參數(shù)。 ，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)控制 腰部機(jī)構(gòu) 長(zhǎng) 680mm，伸縮運(yùn)動(dòng)，升降范圍 450mm，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)控制 手臂機(jī)構(gòu) 長(zhǎng) 826mm，伸縮運(yùn)動(dòng)，伸縮范圍 50mm，液壓缸驅(qū)動(dòng) 行程開關(guān)控制 末端執(zhí)行器 液壓缸驅(qū)動(dòng) 行程開關(guān)控制 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10頁(yè) 3 三自由度圓柱坐標(biāo) 工業(yè)機(jī)器人的 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)概述 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，可從工業(yè)機(jī)器人的自由度，工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類型等三方面來討論。 本 設(shè)計(jì)中的三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的有關(guān)技術(shù)參數(shù)見表 21。/s。目前，國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的最大直線移動(dòng)速度為 1000mm/s 左右，一般為 200～ 400mm/s；回轉(zhuǎn)速度最大為 180186。通常所指的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)器人的最大運(yùn)動(dòng)速度。根據(jù)運(yùn)動(dòng)行程范圍和坐標(biāo)形式就可確定機(jī)器人的工作范圍。 坐標(biāo)形式和自由度：說明機(jī)器人機(jī)身、手部、腕部等共有的自由度數(shù)及它們組成的坐標(biāo)系 特征。這項(xiàng)參數(shù)與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，一般是指在正常速度下所抓取的重量。 圖 23 機(jī)器人外形圖 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9頁(yè) 工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)性能參數(shù) 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是說明其規(guī)格和性能的具體指標(biāo)。本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展開的。 總體方案擬定 在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動(dòng)是最主要的功能。 零件 尺寸：圓柱 ￠ 80，高 100。 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析 設(shè)計(jì)要求 綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) ,搜集有關(guān)資料獨(dú)立完成三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)工作。 控制系統(tǒng)：通過對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 圖 22 各部分關(guān)系圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置。 （ 3） 臂部：是支承腕 部的部件，作用是承受工件的負(fù) 荷，并把它傳遞到預(yù)定的位置。 （ 1） 手部：又稱手爪或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7頁(yè) 2 三自由度圓柱 坐標(biāo) 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的組成 及各部分關(guān)系概述 圖 21 工業(yè)機(jī)器人的組成圖 三自由度圓柱坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人 主要由機(jī)械系統(tǒng) (執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) )、 控制檢測(cè)系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。到另一條生產(chǎn)線上放下工件 。 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求及參數(shù) 本次設(shè)計(jì)主要涉及以下方面內(nèi)容： 包括 3 個(gè)自由度： 機(jī)座 回轉(zhuǎn)， 腰部 升降，臂部伸縮 ； 機(jī)器人手的最大抓力 8 公斤 ； 機(jī)座 回轉(zhuǎn)度數(shù)達(dá)到 0~180176。 工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)生活當(dāng)中必不可少， 機(jī)器人來幫助人們?cè)谏a(chǎn)生活中，減 少人力勞動(dòng)，減少人力資源的應(yīng)用，同時(shí)提高 工作的效率以及質(zhì)量。美國(guó)貝爾科爾公司已成功地將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)裝配在芯片上，其智能分析速度比普通計(jì)算機(jī)要快數(shù)千倍，能更好地完成識(shí)別語言和圖像處理等工作。 當(dāng)前和今后的機(jī)器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、對(duì)環(huán)境的自主性強(qiáng)、具有多種感覺能力的方向發(fā)展。人類科技的進(jìn)步、文明的發(fā)展已經(jīng)和機(jī)器人產(chǎn)生了密切的關(guān)系。 1995 年 9 月， 6000m 水下機(jī)器人試驗(yàn)成功 .近年來 ,在步行機(jī)器人、精密裝配機(jī)器人及多自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人研制等前沿領(lǐng)域內(nèi)逐步縮短與世界水平的差距。美國(guó)在機(jī)器人技術(shù)的綜合性水平上仍處于領(lǐng)先地位，日本生產(chǎn)的機(jī)器人數(shù)量和種類則居世 界首位。主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際 標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置 ，可以通過改變動(dòng)作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正受到許多國(guó)家的廣泛重視。相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，機(jī)器人將會(huì)越來越廣 泛的滲入到我們生活的各個(gè)方面，而作為機(jī)器人的一個(gè)重要分支 —— 工業(yè)機(jī)器人，將會(huì)更深一步的影響我們的生活 選題背景及目的 機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。因此我國(guó)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)要認(rèn)識(shí)到 以下幾點(diǎn)情況：第一，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是我國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的主要手段和途徑，政府要對(duì)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人有更多的政策與經(jīng)濟(jì)支持，參考國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，加大技術(shù)投入與改造；第二，在國(guó)家的科技發(fā)展計(jì)劃中，應(yīng)該繼續(xù)對(duì)智能機(jī)器人研究開發(fā)與應(yīng)用給予大力支持，形成產(chǎn)品和自動(dòng)化制造裝備同步協(xié)調(diào)的新局面；第三，部分國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)與國(guó)外相當(dāng)，企業(yè)采購(gòu)工業(yè)機(jī)器人時(shí)不要盲目進(jìn)口，應(yīng)該立足國(guó)產(chǎn)，經(jīng)綜合評(píng)估，然后作出安排。其發(fā)展趨勢(shì)是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 我國(guó)機(jī)器人技術(shù)主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo) 我國(guó)這一戰(zhàn)略目標(biāo)是：根據(jù) 2l 世紀(jì)初我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)先進(jìn)制造及自動(dòng)化技術(shù)的需求，瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿高技術(shù)發(fā)展方向創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機(jī)器 人技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)、產(chǎn)品技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近幾年國(guó)內(nèi)廠家所生產(chǎn)的哦工業(yè)機(jī)器人有超過一半是提供給汽車行業(yè)。 在我國(guó)，工業(yè)機(jī)器人的最初應(yīng)用是在汽車和工程機(jī)械行業(yè)，主要用于汽車及工程機(jī)械的噴涂及焊接