【正文】 180m/s，因而動(dòng)作速度快。運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性差，工作時(shí)有噪聲。 步進(jìn)電機(jī)可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好， 而且成本低廉；通常不需要反饋就能對(duì)位置和速度進(jìn)行控制。 3 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 對(duì)仿人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置的一般要求如下： a. 驅(qū)動(dòng)裝置的重量盡可能要輕，單位重量的輸出功率 (即功率 /重量比 )要符合要求，效率也要高； b. 反應(yīng)速度要快，即要求力 /重量比和力矩 /慣量比要大； c. 控制盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??； d. 經(jīng)濟(jì)上合理，尤其是要盡量減少所占空間； e. 安全可靠； 為 了使仿人機(jī)器人的手臂轉(zhuǎn)動(dòng)，所需要的最大轉(zhuǎn)距是當(dāng)手臂呈水 平狀態(tài)， 手臂各部分的尺寸和重量如圖 31所示 圖 31 仿人機(jī)器人手臂重量分配 設(shè)大小臂及手腕繞各自重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為 1GJ 、2GJ、 2GJ ，根據(jù)平行軸定理可得繞第一關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 : 2333222221111 lmJlmJlmJJ GGG ?????? （ 31） 式中： 1m ， 2m ， 3m —— 分別是各重心處的重量，值分別為 、 、 ； 1l ， 2l ， 3l —— 分別是各重心到第一關(guān)節(jié)的距離，其值分別為 ， ，290mm。所以繞第一關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2332222111 lmlmlmJ ??? （ 32） 將有關(guān) 數(shù)據(jù)代入式（ 32）得 1J = 222 ????? = ?? = 同理可得小臂及腕部繞第二關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2532422 lmlmJ ?? （ 33） 式中： 4l —— 小臂重心距第二關(guān)節(jié)軸的水平距離 ，其值為 ； 5l —— 腕部重心距第二關(guān)節(jié)軸的水平距離 ，其值為 145mm 。 機(jī)器人大臂的轉(zhuǎn)速從 0 0? ?? 到 30???/s所需時(shí)間為 st ?? ，則 01 1 1 J J N mt????? ?? ? ? ? ? ? ? ?? 因所選電機(jī)轉(zhuǎn)距必須大于 1T ，所以 選擇 標(biāo)準(zhǔn) P型，即 PK244PA型步進(jìn)電機(jī)。m） （ kg 表 32 PK233PA型步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 型 保 轉(zhuǎn) 額 電 基 電號(hào) 持轉(zhuǎn)距 （Nm2） 定電流 （A） 壓 （V） 本 步距角 機(jī)重量 （kg） PK233PA 0.16 24?107? 1.2 3.24 1.8? 0.18 腕部及頭部電機(jī)選擇 根據(jù) 設(shè)計(jì)要求，取相同型號(hào)的電機(jī)，選標(biāo)準(zhǔn) P型， PK233PA型步進(jìn)電機(jī)。 齒輪精度用 7級(jí)，取小齒輪齒數(shù)為 251?Z ，傳動(dòng)比 2i? ，則大齒輪齒數(shù) 2 50Z ? 。 ? ?13 212 Fa SadFYYKTm z???? （ 41） 式中：齒寬系數(shù) ? ? ， ? 。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 8116 0 6 0 5 0 1 1 0 3 0 0 1 6 1 .4 4 1 0hN n jL? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 42） 8721 / 1 .4 4 1 0 / 2 7 .2 1 0N N u? ? ? ? ? 取定彎曲疲勞安全系數(shù) ? ，應(yīng)力修正系數(shù) 2STY ? ，得 ? ?1 1 l im1 / 8 0 0 .8 8 2 / 1 .4 1 0 0 .5 7F F N S T F F aK Y S M P??? ? ? ? ? （ 43） ? ?1 2 l im 2 / 7 0 0 .9 2 / 1 .4 9 0F F N S T F F aK Y S M P??? ? ? ? ? 查表可得齒形系數(shù) 1 ? 、 2 ? 和應(yīng)力修正系數(shù) 1 ? 、 2 ? 計(jì)算大、小齒輪的 ? ?1 1 1/Fa Sa FYY ? 與 ? ?2 2 2/Fa Sa FYY ? ，并加以比較，取其中大值代公式計(jì)算 ? ?111 2 .6 2 1 .5 9 0 .0 4 1 41 0 0 .5 7F a S aFYY? ??? ? ?222 2 .2 2 1 .5 9 0 .0 3 9 290F a S aFYY? ??? 按小齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，則 ? ?1 33 2212 2 1 . 5 3 9 0 0 . 0 4 1 4 0 . 4 2 61 2 5F a S at dF YYKTm m mz?? ??? ? ? ? ?? 計(jì)算圓周速度 v 11 3 . 1 4 0 . 4 2 6 2 5 5 0 0 . 0 2 7 9 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tmznv m s? ? ? ?? ? ??? （ 44） 查表得使用系數(shù) 1AK? ；根據(jù) /v m s? 、 7級(jí)精度，查圖得 ? ；查圖得? ? 。 計(jì)算齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸，見表 41。計(jì)算齒輪的幾何尺寸，見表 42。計(jì)算齒輪的幾何尺寸，見表 43。 ? ?TTW???? （ 47） 式中： T —— 為軸上的傳遞扭矩 ，其值為 0 2 390 702T i T N mm?? ? ? ? ? ? （ 48） 許用剪切應(yīng)力 ? ? 5 3 .2 3 0 .71 .7 3 23s aMP?? ? ? ? （ 49） 把有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式 47，得 3702 ? mm? 段軸徑的確定 階梯軸各軸段直徑的變化應(yīng)遵循下列原則：①配合性質(zhì)不同的表面，直徑應(yīng)有所不同；②加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑亦應(yīng)有所不同；③應(yīng)便于軸上零件的裝拆。 如圖 41，軸 mind 是軸段 1的直徑，由于軸要起固定作用，所以軸段 1車螺紋，用螺母擰 緊固定，估 1d =6mm。軸段 3起軸向固定作用，估 3d =14mm。 各軸段的長度決定于軸上零件的寬度和零件固定的可靠性。 圖41 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖 軸的強(qiáng)度計(jì)算 軸的強(qiáng)度計(jì)算主要有 3 種：許用切應(yīng)力計(jì)算、許用彎曲應(yīng)力計(jì)算和安全系數(shù)校核計(jì)算。 圖 42 軸的受力分析和彎扭矩圖 a. 軸上的轉(zhuǎn)矩 T 軸上的傳遞功率 0 . 0 0 0 8 4 0 . 0 0 1 0 50 . 8PP k W?? ? ?傳 66 0 . 0 0 1 0 59 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 4 0 1 . 125PT N m mn? ? ? ? ? ? ? ? 求作用在齒輪上的力 2 2 4 0 1 . 1 3 2 . 0 8 825t TFNd ?? ? ? ta n 32. 088 ta n 20 11. 68rtF F N?? ? ? ? ? b. 畫軸的受力簡圖 見圖 42 所示。垂直平面彎矩 C 截面上的彎矩， 10 V A VM F N mm? ? ? ? D 截面上的彎矩， 60 50 51. 4D V A VM F N m m? ? ? ? ? ? E 截面上的彎矩， 10 V B VM F N mm? ? ? ? 水平平面彎矩 C 截面上的彎矩， 10 160C H A HM F N mm? ? ? ? D 截面上的彎矩， 6 0 4 .9 5 0 7 1 5D V A HM F N m m? ? ? ? ? ? E 截面上的彎矩， 10 160E H B HM F N mm? ? ? ? 合成彎矩 2 2 2 24 9 .4 1 6 0 1 6 7 .4 5E E V E HM M M N m m? ? ? ? ? ? e . 畫轉(zhuǎn)矩圖 見圖 42 轉(zhuǎn)矩圖。 f. 軸的彎扭合成強(qiáng)度校核 根據(jù)第三強(qiáng)度理論，可推得圓軸彎扭合成的計(jì)算彎矩為 ? ?22caM M T??? = ? ?221 6 7 .4 5 0 .6 4 0 0?? = mm? 式中： ? —— 折算系數(shù)，用以考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ? 與彎曲正應(yīng)力 ? 循環(huán)特性不同的影響。 查表 ? ?1 aMP?? ? 3 3 10 100W d m m? ? ? ? / 292 .64 / 100 3c a c a aM W M P? ? ? ?? ?1??? g. 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核計(jì)算 抗彎截面系數(shù) 3 3 30. 1 0. 1 10 10 0bW d m m? ? ? ? 抗扭截面系數(shù) 3 3 30. 2 0. 2 10 20 0TW d m m? ? ? ? 彎曲應(yīng)力 / 1 6 7 .4 5 / 1 0 0 1 .6 7b b aM W M P? ? ? ? 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 / 4 0 0 / 2 0 0 2T T aT W M P? ? ? ? 平均應(yīng)力 0m?? / 2 1m T aMP???? 應(yīng)力幅 b aMP???? 1a m aMP???? 查表可得 1 aMP?? ? 1 aMP?? ? 1?????? 1kk???? ??? ??? ??? ??? 2q?? S= 彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞極限的綜合影響系數(shù) K? 、 K? ? ? ? ?/ 1 / / 1 / 0 .8 8 1 / 1 / 2 1 .0 6 8qKk? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?/ 1 / / 1 / 0 .9 5 1 / 1 / 2 1 .0 2 6qKk? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? 僅有彎曲正應(yīng)力時(shí)的計(jì)算安全系數(shù) 1 8 3 . 2 4 6 . 6 51 . 0 6 8 1 . 6 7 0 . 2 0amS K? ???? ? ??? ? ?? ? ? ? 僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時(shí)的計(jì)算安全系數(shù) 1 5 3 . 2 4 3 . 3 91 . 0 2 6 1 0 . 1 2amS K? ???? ? ??? ? ?? ? ? ? 2 2 2 24 6 . 6 5 4 3 . 3 9 3 1 . 7 84 6 . 6 5 4 3 . 3 9ca SSS SS?????? ? ???S? 因此軸 11 截面處安全。 5. 仿人型機(jī)器人連接板的 設(shè)計(jì) 及校核 肩部連接板的設(shè)計(jì)與校核 肩部連接板外形尺寸如圖 51，肩部連接板起著手臂與軀 體的連接作用，當(dāng)手 臂呈垂直靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，整個(gè)手臂的重量全由 肩部連接板 來承受 ，所以連接板就需要有一定的強(qiáng)度，現(xiàn)連接板厚度初步定為 10mm，為了保證其抗拉強(qiáng)度不超過規(guī)定值，所以要校核連接板的危險(xiǎn)截面。 計(jì)算 14? mm 所在截面的拉伸強(qiáng)度 ? ?/2 1 1 . 3 9 5 3 . 20 . 8 6aaF m g M P M PA??? ? ? ? ? （ 51） 計(jì)算 7? mm 所在截面的拉伸強(qiáng)度 ? ?/2 9 .9 5 3 .20 .9 8aaF m g M P M PA??? ? ? ? ? 計(jì)算連接板上的彎矩 70 68 6M Fl N mm? ? ? ? ? （ 52） 計(jì)算抗彎截面系數(shù) 22 31 0 7 0 8 2 8 6 . 666bhW m m?? ? ? （ 53） 計(jì)算連接板的彎曲強(qiáng)度 ? ?686 8 2 . 9 8 3 . 28 2 8 6 . 6aaM M P M PW??