【正文】 進(jìn)給速度 V100mm/s 加減速時間常數(shù) 預(yù)期壽命 Lh30000h 直線運動導(dǎo)程摩擦系數(shù) 根據(jù)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速與快速進(jìn)給速度 ,由公式 (34)得 載 各動作模式下的軸向負(fù)載的計算 (a)加速時加速度 ,軸向負(fù)載分別由公式 (35)和 (36)得 (b)勻速時軸向負(fù)載由公式 (37)得 (c)減速時軸向負(fù)載由公式 (38)得 各動作模式 1 次循環(huán)所需的時間 (s)由表 37 所示 表 37 循環(huán)時間 動作模式 A B C 共需時間 所需時間 8 螺距為 10 的負(fù)載條件由表 38 所示 表 38 負(fù)載條件 動作模式 A B C 軸向負(fù)載 (N) 10 轉(zhuǎn)速 300 600 300 所需時間比例 % 93% % 根據(jù)負(fù)載條件計算軸向品均負(fù)載 Pm與平均轉(zhuǎn)速 Nm由公式 (39)和 (310)得 (d)計算所需基本動態(tài)額定負(fù)載 C 根據(jù)預(yù)期壽命 ,扣除停止時間后的凈運行使用壽命 ,預(yù)計夾緊 1s 前后運動 2s,由公式 (311)得 將運行系數(shù)帶入公式 (312)得 因此選擇 BSSR2510 絲杠。 (2)容許屈曲載荷與危險速度計算 研討絲杠軸全場 L 與危險速度 Nc 屈曲載荷 Pk L 最大行程 +螺母長度 +余量 +末端尺寸 L300+182+118+44644mm 下面就屈曲載荷進(jìn)行討論 ,設(shè)負(fù)載作用點間距 ,由公式 (313)得 式中 : ??開始引起壓曲的負(fù)載 ??負(fù)載作用點間距 E??楊氏模量 I??絲杠軸最小慣性矩 n??由絲杠的支撐方法決定的系數(shù) 單推 ?單推 n1 雙推 ?簡支 n2 選用 雙推 ?雙推 n4 雙推 ?自由 由于固定 ?簡支適用中等轉(zhuǎn)速 ,高精度。由公式 (315)得 式中 : 屈曲載荷 : 安全系數(shù) () 說明容 許軸向負(fù)載充分滿足使用條件 (3)剛度的計算 機(jī)械手臂部的絲杠支撐方式采用固定 ?自由的方式 ,其中中心距為a644mm,滾珠直徑 ,絲杠底徑 ,絲杠截面積 S。絲杠的拉 /壓變形量。 根據(jù)公式 ,求得單圈滾珠數(shù) Z12,該型號絲杠為單螺母 ,滾珠的圈數(shù) X列數(shù)為 *2,代入 60,求得滾珠與螺紋滾到間的接觸變形量 ,因為絲杠加有預(yù)緊力 ,且取 ,所以 ,其中絲杠的有效行程為 300mm,由《系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》表 3?27知 ,滾珠絲杠的有效行程在時 ,行程偏差允許達(dá)到 6,可見絲杠剛度足夠。 (4)最終選型結(jié)果 適合的滾珠絲杠的形式為 BSSR2510,支座型號為 BRW20。 (5)大臂上下運動下伺服電機(jī)和減速器的選型與校核 TRK?5B?100 減速伺服電機(jī) (輸入轉(zhuǎn)速為 3000r/min,減速比為 5)。 (a)減速電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量由公式 (316)得 (b)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量的折算由公式 (317)得 (c)大臂轉(zhuǎn)動慣量的折算 工作臺是移動部件 ,其移動質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動 慣量由公式(318)得 式中 ,為絲杠導(dǎo)程 (cm)。為工作臺質(zhì)量 (kg)。 (d)聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量由公式 (320)得 (e)加在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量由公式 (321)得 (322)得 考慮到轉(zhuǎn)動時的傳動效率 ,所以設(shè)傳動效率。 所以 機(jī)械大臂所需要的轉(zhuǎn)矩小于 TRK?5B?100 減速伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 ,即 。 從上述可知 TRK?5B?100 減速伺服電機(jī)與減速器滿足要求 ,可以使用。 (6)機(jī)體旋轉(zhuǎn)下伺服電機(jī)與減速箱的 選型 擬使用條件 負(fù)載重量 W70KN 電機(jī)帶動機(jī)箱旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為 n15r/min 本機(jī)械手設(shè)計選用東力電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的 TRA?180 二段式減速伺服電機(jī) (輸入轉(zhuǎn)速為 1500,減速比為 100)。 轉(zhuǎn)動慣量 kg??減速機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量線速度 轉(zhuǎn)矩 N?m 因為 。 所以 ,本設(shè)計中機(jī)械手機(jī)體的旋轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)矩小于 TRA?180 二段式減速伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。 因此 TRA?180 二段式減速伺服電機(jī)滿足。 軸承的選取 (1)本設(shè)計中 ,我的機(jī)械手手臂部分的絲杠是由 BSBR2510 型號組成。其中絲杠的支撐方式是由雙推 自由形式 (適用于低轉(zhuǎn)速 ,中精度 ,短軸向行型的絲杠 )。因此絲杠上的軸承是一端安裝單向推力軸承與深溝球軸承的組合 ,另一端懸空呈自由狀態(tài)。 (2)本設(shè)計中 ,機(jī)械手大臂的絲杠是由 BSSR2510 型號組成。其中絲杠的支撐方式是由雙推 簡支形式 (適用于中等轉(zhuǎn)速 ,高精度的絲杠 )。因此絲杠上的軸承一端安裝雙向推力軸承與深溝球軸承的組合 ,另一端安裝深溝球軸承。 (3)本設(shè)計中 ,在機(jī)械手的機(jī)體方面旋轉(zhuǎn) ,我采用一組 RB20200C 型號的交叉滾子軸承來實現(xiàn)機(jī)械手機(jī)體的旋轉(zhuǎn)。 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械傳動裝置的選擇 聯(lián)軸器的選擇 本設(shè)計中 ,機(jī)械手的聯(lián)軸器我選用凸緣 GYH1 型號聯(lián)軸器。 (特點 :構(gòu)造簡單 ,成本低 ,可傳遞較大轉(zhuǎn)矩 ,無沖擊 ,軸的剛性打 )。 該機(jī)構(gòu)我添加利用錐環(huán)對之間的磨擦實現(xiàn)與轂之間的無間隙連接傳遞轉(zhuǎn)矩 ,且可任意調(diào)節(jié)兩面聯(lián)接件之間的角度位置。通過選擇所用錐環(huán)的對數(shù) ,可傳遞不同大小的轉(zhuǎn)矩。 滾珠絲杠的選擇 根據(jù)上述 計算的出最終選擇的滾珠絲杠為 : (1)控制機(jī) 械手手臂的左右 (前后 )運動的為 BSBR 2510 型號的絲杠。 (2)控制機(jī)械手腰部的上下運動的為 BSST 2510 型號的絲杠 (3)配套支座為 BRW 20 型號的絲杠支座 [12], [13]。 4 機(jī)械手的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 考慮到機(jī)械手的通用性 ,同時使用點位控制 ,因此我們采用單片機(jī)對機(jī)械手進(jìn)行控制 .當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時 ,只需改變單片機(jī)即可實現(xiàn) ,非常方便快捷。 機(jī)械手單片機(jī)控制方案 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 控制對象為圓柱座標(biāo)機(jī)械手。它具有 三個自由度 ,即 X 軸方向的伸縮 。 Y軸方向的上、下 。繞 Z 軸的順時針方向旋轉(zhuǎn)及逆時針方向旋轉(zhuǎn)。另外 ,其末端執(zhí)行裝置還可完成抓、放 (開合 )功能。以上各動作除了手抓開合采用氣動方式驅(qū)動 ,其余都采用伺服電機(jī)驅(qū)動。氣動方式用二位三通電磁閥帶有兩個線圈 ,對應(yīng)兩個相反動作來控制控制氣缸 ,電機(jī)驅(qū)動運用接觸器控制 ,使機(jī)械手完成伸縮、上下、旋轉(zhuǎn)動作。這樣 ,可用單片機(jī)的 P0、 P2 輸出端分別與 6N137 和 TLP620 連接構(gòu)成系統(tǒng)總線再與個伺服電機(jī)驅(qū)動器 DB810A 相應(yīng)輸入口連接來驅(qū)動伺服電機(jī)。兩者之間采用光電耦合器連接 ,是為了分開通 電 ,減少干擾 [14], [15]。其原理圖如圖41 所示 : 圖 41 工作原理 (2)控制要求 為了滿足生產(chǎn)需要 ,機(jī)械手應(yīng)設(shè)置手動工作方式、單動工作方式和自動工作方式。 便于對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修 ,設(shè)置手動工作方式。用按鈕對機(jī)械手每一動作單獨進(jìn)行控制。 按下起動按鈕 ,機(jī)械手從原點開始 ,按工序自動反復(fù)連續(xù)工作 ,直到按下停止按鈕 ,機(jī)械手在完成最后一個周期的動作后 ,返回原點自動停機(jī)。 機(jī)械手的工作流程 機(jī)械手的工作流程本 人初步選定三個方案 (1)第一方案工作流程圖如圖 42 所示。 當(dāng)按下機(jī)械手啟動按鈕之后 ,首先單片機(jī) P0 口輸出脈沖使底座伺服電機(jī)得到控制信號旋轉(zhuǎn) ,機(jī)械手右轉(zhuǎn) ,至右限位開關(guān)動作。單片機(jī) P0 口輸出控制信號 ,使 Y 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,大臂下降 ,至編碼器反饋信號告知驅(qū)動器到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī) P0口輸出控制信號 ,使 X軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,手臂開始伸出 ,至編碼器反饋信號告知驅(qū)動器到達(dá)預(yù)定位置。繼電器導(dǎo)通吸合 ,手爪電磁閥通電 ,液壓缸進(jìn)油 ,手爪抓緊 ,至限位開關(guān)動作。單片機(jī) P0 口輸出控制信號 ,使 X 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,手臂開始收縮 ,至編碼器反饋信號告知驅(qū)動器到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī) P0 口輸出控制信號 ,使 Y 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,大臂上升 ,至編碼器反饋信號告知驅(qū)動器到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī) P0 口輸出脈沖使底座伺服電機(jī)得到控制信號旋轉(zhuǎn) ,機(jī)械手左轉(zhuǎn) ,至左限位開關(guān)動作。單片機(jī) P0 口輸出控制信號 ,使 Y 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,大臂下降 ,至編碼器反饋信號告知驅(qū)動器到達(dá)預(yù)定位