【正文】 承和再現(xiàn)性差。機(jī)械手系統(tǒng)總體方案的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定：焊接機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)方式已經(jīng)由題目歸定好了，選用5軸聯(lián)動(dòng)式。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)無(wú)檢測(cè)元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，調(diào)整和維修都容易。 （2）盡量消除傳動(dòng)間隙。縮短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)誤差。例如，在絲杠的兩支承端軸向固定，并加預(yù)緊拉伸的結(jié)構(gòu)等來(lái)提高傳動(dòng)剛度?？傮w布局的依據(jù)：工件尺寸、形狀、重量、加工方法及工藝要求。裝置的總體布局要通過(guò)聯(lián)系尺寸來(lái)體現(xiàn)，聯(lián)系尺寸也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。聯(lián)系尺寸包括：(1).機(jī)械手的外型尺寸，長(zhǎng)寬高，及個(gè)部分的輪廓尺寸。(3).移動(dòng)部件的行程和極限位置，調(diào)整位置。運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下:選定總體方案后，初確定執(zhí)行件的材料、大小或型號(hào)，計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩，選擇步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)。選定執(zhí)行件的支撐件并進(jìn)行強(qiáng)度校核或壽命計(jì)算。關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算參閱了《理論力學(xué)》第五版下冊(cè)95頁(yè)，強(qiáng)度校核參閱《材料力學(xué)》和《機(jī)械設(shè)計(jì)》第三版，選取步進(jìn)電機(jī)參閱了《機(jī)電傳動(dòng)控制》第三版359頁(yè)減速機(jī)構(gòu)的確定：擬采用少齒差行星齒輪減速器。H型星輪減速器（JB/T 87121998）代替原混合少齒差星輪減速器屬于少齒差漸開(kāi)線(xiàn)行星輪傳動(dòng)，具有體積小，承載能力高，傳動(dòng)比寬、密，效率高，壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，允許高速輸入的特點(diǎn)。—588kNm。工作溫度4045℃，低于0℃時(shí)，啟動(dòng)前潤(rùn)滑油應(yīng)預(yù)熱，高于45℃時(shí)采用降溫措施。然后將擺臂和減速齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算成驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸的負(fù)載慣量，由其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算出電機(jī)輸出軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。微機(jī)控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)：首先繪制出系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖，然后選擇中央外理單元CPU的類(lèi)型，再根據(jù)CPU的特點(diǎn)，依最小系統(tǒng)和控制電路的需要，設(shè)計(jì)出它的外部擴(kuò)展電路。繪制出完整的電氣原理圖。確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量：脈沖當(dāng)量是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手上的移動(dòng)部件，在每一個(gè)進(jìn)給脈沖發(fā)出后，其相對(duì)位移量。本設(shè)計(jì)的脈沖當(dāng)量是 。具體的說(shuō)有以下幾點(diǎn)：(1).穩(wěn)定性：伺服系統(tǒng)在其工作范圍內(nèi)應(yīng)是穩(wěn)定的。(3).快速響應(yīng)：系統(tǒng)輸出響應(yīng)速度要盡可能的快。(5).抗干撓能力：系統(tǒng)應(yīng)有很好的抵抗外部負(fù)載干撓和環(huán)境噪聲影響的能力。 調(diào)速范圍寬，伺服電機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足調(diào)速要求。 負(fù)載特性硬，在調(diào)速范圍內(nèi)電機(jī)應(yīng)有足夠的驅(qū)動(dòng)力矩。 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快?？焖俨竭M(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距一般為：。功率步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距一般為：5NM40NM。此外，按勵(lì)磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相等。在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要確定步進(jìn)電機(jī)的類(lèi)型。不同的場(chǎng)合，對(duì)步距角大小的要求不同。(3).最大靜轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為 (33) 為保證步進(jìn)電機(jī)在系統(tǒng)中正常工作，還必須滿(mǎn)足 式中 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩通常取 =/() (34)(4).負(fù)載啟動(dòng)頻率：步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載啟動(dòng)頻率由下式計(jì)算 式中 系統(tǒng)中移動(dòng)部件的最大啟動(dòng)速度 系統(tǒng)脈沖當(dāng)量只要負(fù)載啟動(dòng)頻率不大于允許的最大啟動(dòng)頻率即可。假設(shè)系統(tǒng)在工作負(fù)載情況下的最大速度為(m/min)，系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為 (mm)，則步進(jìn)電機(jī)在工作負(fù)載情況下的最大允許工作頻率 為： = (35) 傳動(dòng)和執(zhí)行件的選擇(1).主要確定絲杠的外徑d，及長(zhǎng)度，選擇螺紋的類(lèi)型，牙型角β，計(jì)算出螺紋中徑d2，螺紋升角φ，定出螺距P，求出螺紋導(dǎo)程S。 (2). 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、加速時(shí)的負(fù)載扭矩通過(guò)下式計(jì)算出電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、加速時(shí)的負(fù)載扭矩： (37)式中 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (38)此公式也用來(lái)計(jì)算齒輪等圓形零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由電機(jī)軸到絲杠一級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比，絲杠上的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 絲杠啟動(dòng)的角加速度 電機(jī)軸上齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 電機(jī)啟動(dòng)的角加速度 螺母作用在絲杠上的扭矩其中， =/ 式中 螺母的線(xiàn)加速度 =S 螺母與絲杠間的磨擦系數(shù)，一般取=還要計(jì)算出夾緊力對(duì)絲杠的扭矩： (39)式中 F夾緊力將折算到電機(jī)軸上去： (3).絲杠及軸類(lèi)零件的強(qiáng)度校核： 軸類(lèi)零件的強(qiáng)度校核可以依據(jù)下式來(lái)進(jìn)行計(jì)算 (310) (311) 式中 軸傳遞的功率（kW） 扭應(yīng)力(MPa) 軸的抗扭截面系數(shù)() 軸的轉(zhuǎn)速(r/min) C常數(shù)，見(jiàn)表32 許用應(yīng)力(MPa)，見(jiàn)表32零件中的最小直徑(mm)T軸承受的轉(zhuǎn)矩,T=P**1000000/n 軸常用的幾種材料的及C值軸的材料Q235，20354540Cr,35SiMn,38SiMnMo,2Cr13/MPa12—2020—3030—404052C160—135135118118—1061069齒條、蝸輪、蝸桿(1).關(guān)于齒輪、齒條、蝸輪、蝸桿的設(shè)計(jì)，在《機(jī)械設(shè)計(jì)》第三版中有詳細(xì)的說(shuō)明，其中主要是確定它的幾個(gè)重要的參數(shù)，如齒輪、齒條的分度圓直徑、齒頂高等；蝸輪的分度圓直徑、喉圓直徑、齒根圓直徑等。(2).多級(jí)變速機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算在選擇擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，需要將擺臂、轉(zhuǎn)塔、各級(jí)齒輪（或蝸輪）及其輪軸（或蝸桿）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電機(jī)軸上。上式是在不考慮機(jī)械效率的情況下進(jìn)行的折算。滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、尺寸和公差等級(jí)均已制定有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中只需根據(jù)工作條件選擇合適的軸承類(lèi)型，尺寸和公差等級(jí)等，并進(jìn)行軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在機(jī)械手的設(shè)計(jì)中，通常使用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承和推力球軸承的組合件。軸承的壽命： (313)式中 基本額定壽命(r) 壽命指數(shù)，球軸承的=3，滾子軸承的=10/3 C=1時(shí)，軸承所承受的動(dòng)載荷，也稱(chēng)之為基本額定動(dòng)載荷。193923其機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖21所示：以大臂的電機(jī)選擇為例 首先取絲杠長(zhǎng)550mm，其上螺紋長(zhǎng)200mm，下面開(kāi)始進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)：1).執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(1).選取絲杠的材料：調(diào)制45鋼，直徑：d=32mm， 長(zhǎng)：L=550mm，導(dǎo)程：10；鋼球直徑：。循環(huán)圈數(shù)：4螺紋升角： 式36取 n=5, P=4,則 (2).電動(dòng)機(jī)的負(fù)載力矩 式37取 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： = 式38j2=m小臂l小臂2/3+2=40x(+)2/3+40x()2=j3=取絲杠的最高轉(zhuǎn)速為 設(shè)電機(jī)可在 ，所以角加速度： 螺母的加速度： 螺母的慣性力： 螺母對(duì)絲杠的轉(zhuǎn)矩： 摩擦系數(shù)，可查表得所以加速階段的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為 2).選取電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)主要靠其啟動(dòng)階段的負(fù)載扭矩來(lái)決定，由公式 =/() 式34式中 故 =/()=()NM步進(jìn)電機(jī)的步距角： 式32 = 式31 t=S, i=28, ==176。從而小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇90BYG550A足夠。4).錐齒輪傳動(dòng)參照《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九章，設(shè)計(jì)錐齒輪如下：材料：調(diào)制45鋼。 腰部旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用130BYG250E3 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)電機(jī)的優(yōu)化選擇 前言我們針對(duì)機(jī)械行業(yè)的需要,采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),設(shè)計(jì)制造了一種HJ（焊接） 型六自由度、全電動(dòng)、連續(xù)軌跡示教、空間關(guān)節(jié)型機(jī)器人(以下簡(jiǎn)稱(chēng)HJ機(jī)器人或HJ) ,用于點(diǎn)焊、弧焊等焊接行業(yè),可取代焊接工人的高強(qiáng)度機(jī)械勞動(dòng),使他們從惡劣的工作環(huán)境中解脫出來(lái),同時(shí)又可消除焊接作業(yè)中人為的不穩(wěn)定因素,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。但也許這是一條符合中國(guó)國(guó)情的即經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的技術(shù)路線(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)作為三大電伺服之一,在十多年前隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展曾一度獲得廣泛應(yīng)用,但人們同時(shí)發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)(指原來(lái)的反應(yīng)式電機(jī)) 存在很多難以克服的弊病,如輸出特性(矩頻特性) 很軟,高頻易丟步,低頻易共振。近年來(lái)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。,近來(lái)是二相(也可說(shuō)四相) 帶微步驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng), 細(xì)分?jǐn)?shù)已做到50800 步/ 轉(zhuǎn)甚至更高。這三者中,電機(jī)的通用性最強(qiáng),所以也最早形成系列產(chǎn)品。但是控制器則由于應(yīng)用是五花八門(mén)的,很難做出一種控制器能滿(mǎn)足各方面應(yīng)用要求。盡管如此,面對(duì)某一具體應(yīng)用項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí),仍然會(huì)產(chǎn)生“要用的不夠,不用的又太多”的感覺(jué),成本也較高。眾所周知,步進(jìn)電機(jī)的工作原理是,給一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖,電機(jī)走一步。所以對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制,歸根結(jié)底是對(duì)脈沖數(shù)的控制即位置控制和對(duì)脈沖頻率的控制即速度控制。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。步進(jìn)電機(jī)的基本工作原理， 四相可變磁阻型步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖圖1是一種四相可變磁阻型的步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。線(xiàn)圈繞組的連接方式，是對(duì)稱(chēng)齒上的兩個(gè)線(xiàn)圈進(jìn)行反相連接，如圖中所示。它的工作過(guò)程是這樣的：當(dāng)有一相繞組被激勵(lì)時(shí)，磁通從正相齒，經(jīng)過(guò)軟鐵芯的轉(zhuǎn)子，并以最短的路徑流向負(fù)相齒，而其他六個(gè)凸齒并無(wú)磁通。在圖1(a)中A相是被激勵(lì)，轉(zhuǎn)子上大箭頭所指向的那個(gè)齒，與正向的A齒對(duì)準(zhǔn)。若是D相被激勵(lì)，如圖1中的(c)，則轉(zhuǎn)子為順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15176。因?yàn)镃相有兩種可能性：A—B—C—D或A—D—C—B。但每步都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)15176。改變控制繞組數(shù)(相數(shù))或極數(shù)(轉(zhuǎn)子齒數(shù))，可以改變步長(zhǎng)的大小。在圖1中，步長(zhǎng)為15176。：在實(shí)際應(yīng)用中，最流行的還是混和型的步進(jìn)電機(jī)。但結(jié)構(gòu)上稍有不同。激勵(lì)磁通平行于X軸?；蛘呓映蓛蓚€(gè)三端形式，如圖2b所示。圖3所示的電路為四相混和型步進(jìn)電機(jī)晶體管驅(qū)動(dòng)電路的基本方式。表1列出了全部步進(jìn)開(kāi)關(guān)的邏輯時(shí)序。在同一時(shí)間，有兩相被激勵(lì)。四相混和型步進(jìn)電機(jī)，有一特點(diǎn)很有用處。就是說(shuō)，在某一時(shí)間，步進(jìn)角僅前進(jìn)一半。四相混和型步進(jìn)電機(jī)，也能工作于比額定電壓高的情況。因?yàn)?相和2相，3相和4相是不會(huì)同時(shí)工作的，所以每對(duì)僅一個(gè)降壓電阻，串接在圖3中的X和Y點(diǎn)之間。這時(shí)需串一個(gè)6W、6Ω的電阻。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。比如。如果電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過(guò)驅(qū)動(dòng)器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動(dòng)器。如果采用線(xiàn)性電源，電源電流一般可取I ～；如果采用開(kāi)關(guān)電源，電源電流一般可取I ～。在有些自動(dòng)化設(shè)備中，如果在驅(qū)動(dòng)器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸