【正文】 . ??? MkqMmq，初選電機(jī)滿足最大靜轉(zhuǎn)矩校核要求。根據(jù)初選的i=10，則自由度 θ2傳動(dòng)系統(tǒng)上所有慣量折算到電機(jī)軸 2 上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2222 .9 3 ??? ?? () 16 步進(jìn)電機(jī) 2 的校核 根據(jù)公式：電機(jī)空載啟動(dòng)力矩為 0MMMM kfkakq ??? () 因?yàn)榈诙杂啥葲](méi)有采用滾珠絲杠副傳動(dòng)，所以絲杠預(yù)緊附加摩擦力矩等于零，即 M0=0。所以電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為： min/360360 m a xm a xm a x rvivn p b ?????? ? ? () 則 : mNcmNJM ka .0 2 1 ??? ? ? () 所以 : mNMM kakq .?? () 電機(jī)名義啟動(dòng)力矩 maxjmq MM ?? ，三相六拍運(yùn)行 ?? ，通過(guò)查表得電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 mNM j . ax ? ，所以 mNM mq .1 7 6 9 ??? () MkqMmq，初選電機(jī)滿足最大靜轉(zhuǎn)矩校核要求。 絲杠預(yù)緊附加摩擦力矩： ))(1(2 2021 cmNiLFM YJ ??? ??? () 預(yù)緊力 FYJ=Fm/3=； L0=；傳動(dòng)總效率 ?? ； 杠未預(yù)緊時(shí)傳動(dòng)效率： ?? ；則 M0= 空載摩擦力矩很小，設(shè)為 2M0，即 Mkf=2M0= 因此，空載啟動(dòng)力矩： Mkq=++= () 滿足最大靜轉(zhuǎn)矩校核， cmNMM jkq . a x ???? ? 因?yàn)榈谒?、第五 自由度軸的計(jì)算與校核方法類同于第一軸和第二軸，這里從略。帶輪依次為 Ⅰ ，Ⅱ ， Ⅲ ， Ⅳ 。/s=Ⅱ ， Ⅲ 輪轉(zhuǎn)速： n2=n3=i2n4=2=5 r/min Ⅰ 輪轉(zhuǎn)速 :n1=in4=10=25r/min 設(shè)中心距 :L1=100mm， L2=250mm 求出設(shè)計(jì)功率 dP 由文獻(xiàn)查得載荷修正系數(shù) k0=，因未使用張緊輪，又是減速運(yùn)動(dòng)，故附加修正系數(shù)均 為零，則： WpkP d ???? () 選擇帶的節(jié)距 由 Pd= 和 n1=25 r/min，查得帶的節(jié)距代號(hào)為 XL，對(duì)應(yīng)的節(jié)距為Pb=。則 : Z2=i1Z1=5Z1=65 () 根據(jù)標(biāo) 準(zhǔn)系列，取 Z2=60 同理可得： Z3=17， Z4=40 重新計(jì)算傳動(dòng)比： 1360121 ??? ZZi () 1740342 ??? ZZi () ?? iii () 由公式可以計(jì)算各帶輪的直徑 mmzPd b ?? ? ， mmzPd b ?? ? mmzPd b ?? ? ， mmzPd b ?? ? 19 選擇帶長(zhǎng) Lp 帶長(zhǎng)計(jì)算公式： )(180 )(2 )(c os2 1212 mmddddLL p ????? ???? () 式中： L – 中心距 mm Lp – 帶長(zhǎng) mm d1， d2 – 配合帶輪直徑 mm ))(2a rc sin( 12 ??? Ldd? 代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得： )]2(c os [a rc s i n1502180 )(2 )(c os2 1 1212112111 L ddddddLL p ????????? ???? mm402180 )(2 )( 1 ???????? ??? 同理： mmLp ? 按表選擇最接近算值的標(biāo)準(zhǔn)帶長(zhǎng)： Lp1=，代號(hào) 160，齒數(shù) 80 Lp2=635mm， 代號(hào) 250，齒數(shù) 125 近似計(jì)算中心距 )(])([81 2122 mmZZPMML b ? ???? () 式中： )2(8 21 ZZZPM bb ???? () L – 中心距 mm Pb – 節(jié)距，這里為 Zb – 帶齒數(shù)，這里 Zb1=80， Zb2=125 Z Z1為配合帶輪齒數(shù)，則： M1= )6013802( ???? =， L1= 22 ])1360([ ? ???= 取整，則 L1=103mm 同理 M2=， L2= 取整，則 L2=245mm 20 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)帶寬的選擇 1．小帶輪 Ⅰ 齒數(shù) Z1=13，轉(zhuǎn)速為 n1=25r/min。 結(jié)果整理如下： 兩級(jí)同步帶類型均為 XL 型同步齒 型帶 Pb=，帶寬 bs= 一級(jí)同步帶齒數(shù)： Zp1=80，帶長(zhǎng)： Lp1=402mm，代號(hào) 160 二級(jí)同步帶齒數(shù)： Zp2=125，帶長(zhǎng)： Lp2=，代號(hào) 250 各帶輪齒數(shù)： Z1=13， Z2=60， Z3=17， Z4=40 各帶輪節(jié)徑： d1=， d2=， d3=， d4= 傳動(dòng)中心距： L1=103mm， L2=245mm 圖 41 機(jī)械手 大臂機(jī)構(gòu)圖 21 各輸出軸的設(shè)計(jì) 各軸的材料均選用 45 號(hào)鋼，已知軸的許用扭剪應(yīng)力 [τ]=30MPa，由許用應(yīng)力確定的系數(shù)為 C=120。/s，則傳遞功率為： kWWTP ?????? ?? () m in/56036 0 rn ??? ? () mmnPCd 33 ??? () 與諧波減速器連接部分軸徑最小，由于它承受了大臂、小臂、腕部及負(fù)載所帶來(lái)的彎距，另外減速器的軸頸較大，故 d 的值可取大一些，這里取 d=30mm；軸承部分 Φ=40mm，軸承選為 7208AC GB/292 角接觸球軸承，其余根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。 大臂輸出軸設(shè)計(jì) 此軸的設(shè)計(jì)功率為 WPd ? ，轉(zhuǎn)速 ω=15176。軸承選為 單列角接觸球軸承，型號(hào)為 7003AC GB/292，另外考慮到此軸的軸向定位，故兩個(gè)軸端設(shè)計(jì)成螺紋狀，通過(guò)兩個(gè)圓螺母進(jìn)行軸向的定位與緊固，螺紋直徑為 M14，其余根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。/s，則傳遞功率為： kWWTP ?????? ?? () m in/56036 0 rn ??? ? () mmnPCd 96 376 33 ??? () 由于它承受了小臂、腕部及負(fù)載所帶來(lái)的彎距，故 d 的值可取大一些，這里取 d=25mm；軸承部分 Φ=30mm，軸承選為 7206AC GB/292 角接觸球軸承，其余根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。 帶輪軸設(shè)計(jì) 此軸傳遞的扭矩為： 22 mNi TT . 20 ?????? ? () 此軸的轉(zhuǎn)速為 ω=30176。軸承選為軸承選為 單列角接觸球軸承型號(hào)為 7002AC GB292。光桿采用 Φ5鋼棒，與升降軸同一平面平行放置。 滾珠絲杠副校核 滾珠絲杠副初選為外循環(huán)插管式，預(yù)緊方式為雙螺母墊片式預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式，公稱直徑 dm=10mm，導(dǎo)程（螺距） L0=2mm，螺紋旋向?yàn)橛倚?，定位滾珠絲杠副，精度等級(jí)為 3 級(jí)，絲杠螺紋長(zhǎng)度 157mm，絲杠總長(zhǎng)度 L=234mm，滾珠絲杠副型號(hào) VFC（ Z） 最大工作載荷計(jì)算 絲杠軸向承載總和為： Fz=35N，沿 Z 軸方向，即絲杠軸向。設(shè)橫向工作載荷為 : Fy= Fz= () 導(dǎo)桿和軸套之間的摩擦系數(shù) f=。因此， hL 4 0 310/1 5 0 0 04 5 060 6 ???? () NC 3 36 2 0 33 ???? () 查得型號(hào) VFC（ Z） 的滾珠絲杠副的額定動(dòng)負(fù)載 Ca=10470N。 傳動(dòng)效率計(jì)算 )( ???? ?? tg tg () 根據(jù)初選滾珠絲杠型號(hào)從表 中查得螺旋升角 39。10?? ，則39。493 ???? tgtg? ，傳動(dòng)效率較高。于是拉壓變形量為 : mm441 )( ???????? () 該變形量可忽略不計(jì)，因工作載荷很小，滾道接觸變形量從略。 絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算 絲杠臨界壓縮載荷： )()( 2222 NL EIflEIP zc ??? ?? () E 為絲杠材料彈性模量，對(duì)于鋼： MPaE ?? ； I 為慣性截面矩，對(duì)絲杠圓截面 441 ?? ? (d1為絲杠底徑 )； L 為絲杠最大 工作長(zhǎng)度，這里 L=157mm； fz為絲杠支承方式系數(shù)，采用一端固定一端自由的支撐方式， fz=； 因此： NP c 4242 104 3 5 7/ 1 ?????? ? 。 機(jī)械手機(jī)身 的設(shè)計(jì) 機(jī)身部分采用高強(qiáng)，輕質(zhì)的鑄造鋁合金材料以減輕重量，圓形結(jié)構(gòu)。 小臂外殼采用鑄鋁，圓柱形結(jié)構(gòu)。帶輪 1 以螺釘與電機(jī)軸相連，如圖 33。帶輪 4 的定位是通過(guò)銷與套筒完成的，如圖 35。 圖 43帶輪 1與電機(jī)的連接 圖 44 帶輪 2和帶輪 3與帶輪軸的連接 26 圖 45 帶輪 4與大臂輸出軸的連接 27 第 5 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成。后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制器采用自行研制的控制卡，同時(shí)實(shí)時(shí)地控制 SCARA 機(jī)器人的四軸聯(lián)動(dòng)。在整個(gè)控制結(jié)構(gòu)中，運(yùn)動(dòng)控制卡控制四個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)用戶與控制 器之間通訊。 機(jī)器人控制的特點(diǎn) 機(jī)器人的控制技術(shù)與傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)械控制相比，沒(méi)有根本的不同之處。其控制結(jié)構(gòu)要比一般自動(dòng)機(jī)械的控制復(fù)雜得多，與一般的伺服系統(tǒng)或過(guò)程控制系統(tǒng)相比，機(jī)器人控制系統(tǒng)有如下特點(diǎn) : 28 傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)械是以自身的動(dòng)作為重點(diǎn)，而機(jī)器人的控制系統(tǒng)更著重本體與操作對(duì)象的相互關(guān)系。 機(jī)器人的控制與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)。而且還因機(jī)器人各關(guān)節(jié)之間慣性力、哥氏力的耦合作用以及重力負(fù)載的影響使問(wèn)題復(fù)雜化，所以使機(jī)器人控制問(wèn)題也變得復(fù)雜。每個(gè)自由度一般包含一個(gè)伺服機(jī)構(gòu)，多個(gè)獨(dú)立的伺服系統(tǒng)必須有機(jī)地協(xié)調(diào)起來(lái)，組成一個(gè)多變量的控制系統(tǒng)。 描述工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非線性模型，隨著狀態(tài)的變化，其參數(shù)也在變化，各變量之間還存在耦合。系統(tǒng)中還經(jīng)常采用一些控制策略，比如重力補(bǔ)償、前饋、解耦基于傳感信息的控制和最優(yōu) PID控制等。當(dāng)要機(jī)器人完成某作業(yè)時(shí)，可預(yù)先移動(dòng)機(jī)器人的手臂，來(lái)示教該作業(yè)順序、位置以及其它信息，在執(zhí)行時(shí)，依靠機(jī)器人的動(dòng)作再現(xiàn)功能，可重復(fù)進(jìn)行該作業(yè)。隨著實(shí)際工作情況的不同，可以采用各種不同的控制方式，從簡(jiǎn)單的編程自動(dòng)化，微處理機(jī)控制到小型計(jì)算機(jī)控制等 。目前應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人中，很多是屬于點(diǎn)位控制方式的，如上下料搬運(yùn)機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人等?；『浮娖岷蜋z測(cè)機(jī)器人等均屬連續(xù)軌跡控制方式。開(kāi)發(fā)機(jī)械手 柔性裝配系統(tǒng)可以大幅度提高生產(chǎn)柔性和生產(chǎn)率，縮短 生產(chǎn)周期，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。是以柔性制造技術(shù)和柔性裝配技術(shù)為代表的先進(jìn)制造技術(shù)，滿足了多品種、小批量的產(chǎn)品個(gè)性化的市場(chǎng)需求，把人從繁重的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來(lái)，降低了 產(chǎn) 品成本，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。在對(duì)課題進(jìn)行了深入了解后，本文對(duì)平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手 的機(jī)械結(jié)構(gòu)加以分析和研究，從而得到機(jī)械手 總體結(jié)構(gòu)的正確方案。 由于對(duì)機(jī)械手本體的設(shè)計(jì)是一個(gè)涉及