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學(xué) 號 xxxxxxxxxx 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 GRADUATE DESIGN 設(shè)計(jì)題目 機(jī)器人機(jī)械本體設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 X 機(jī)械 X 班 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 XX 講 師 2016 年 06 月 11 日 摘 要 摘 要 機(jī)器人技術(shù)是機(jī)電一體化產(chǎn)品 工業(yè)機(jī)械人現(xiàn)已成為一個(gè)領(lǐng)先的研究課題 運(yùn)用在不同領(lǐng)域 如機(jī)械 電子 信息理論 人工智能 生物學(xué)和計(jì)算機(jī) 知 識等諸多領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)械接頭端的設(shè)計(jì) 機(jī)器人也導(dǎo)致了這些學(xué)科的發(fā)展 工 藝往一個(gè)熱點(diǎn)手臂運(yùn)動更多的領(lǐng)域進(jìn)行合作研究 機(jī)械 電子 信息理論 人 工智能 知識和生物和計(jì)算機(jī)許多學(xué)科 但其發(fā)展的多機(jī)構(gòu)銜接所需組合也促 成了這些學(xué)科的發(fā)展 本文的主要內(nèi)容是降低了勞動強(qiáng)度 以提高生產(chǎn)效率 機(jī)器人可以代替許多重復(fù)的手工操作 本文采用在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的 460KG 機(jī)器人機(jī)械本體設(shè)計(jì) 并完成圖紙和零件 圖總裝配圖 為機(jī)器人模型的要求被分析以估計(jì)電機(jī)的每個(gè) 充分的設(shè)得所需 要的轉(zhuǎn)矩和功率 完成機(jī)器人的程序設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 運(yùn)動學(xué)模型 運(yùn)動分析 檢查 分析機(jī)器人模型 設(shè)計(jì)和生產(chǎn)機(jī)器人模型做的過程中強(qiáng)度的 關(guān)鍵部件 繪制 3D 圖 關(guān)鍵詞 機(jī)械臂 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 460KG 包裝袋機(jī)器人 機(jī)械臂 電機(jī) 摘 要 III Abstract Robotics is mechatronics robotics become a leading research Used in different fields such as machinery electronics information theory artificial intelligence biology and computer knowledge and many other developments in the field of mechanical coupling end design the robot also led to the development of these disciplines Robot is a typical mechatronic products processes more than a movement of arm movement more cooperation in the field of research Many disciplines mechanics electronics information theory artificial intelligence knowledge and biological and computer but the development of its multi agency convergence desired combination also led to the development of these disciplines In this paper the structural design of 460KG robot body design and complete drawings and part drawings assembly drawing The robots are for the analysis of each model is set to be sufficiently torque and power required to estimate the motor Complete robot program design general design structural design kinematics model motion analysis inspection analysis robot models key components design and production process of doing robot model intensity plotted in Fig 3D Keywords arm structural design 460KG bags robot arm the motor 目 錄 0 目 錄 摘 要 II Abstract III 1 緒論 1 1 1 引言 1 1 2 工業(yè)機(jī)器人研究概況 2 1 2 1 國外研究現(xiàn)狀 2 1 2 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3 1 3 工業(yè)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu) 4 1 4 主要內(nèi)容 5 2 總體方案設(shè)計(jì) 6 2 1 機(jī)器人工程概述 6 2 2 工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案論述 7 2 3 機(jī)器人機(jī)械傳動原理 8 2 4 機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì) 9 2 5 本章小結(jié) 10 3 機(jī)器人大臂部結(jié)構(gòu) 11 3 1 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 11 3 2 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 3 3 大臂電機(jī)及減速器選型 12 3 4 減速器參數(shù)的計(jì)算 13 3 5 承載能力的計(jì)算 17 3 5 1 柔輪齒面的接觸強(qiáng)度的計(jì)算 17 3 5 2 柔輪疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 17 4 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 4 1 小臂腕部設(shè)計(jì) 22 4 1 1 手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動計(jì)算 22 4 1 2 手腕俯仰驅(qū)動計(jì)算 25 4 1 3 電動機(jī)的設(shè)得 26 4 2 小臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 4 3 小臂電機(jī)及減速器選型 27 4 3 1 傳動結(jié)構(gòu)形式的設(shè)得 28 4 3 2 幾何參數(shù)的計(jì)算 29 4 4 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算 29 4 4 1 柔輪齒面的接觸強(qiáng)度的計(jì)算 30 4 4 2 柔輪疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 31 4 5 軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 32 4 6 軸的受力分析及計(jì)算 33 4 7 軸承的壽命校核 33 5 機(jī)身設(shè)計(jì) 36 5 1 步進(jìn)電機(jī)選擇 36 5 1 1 計(jì)算輸出軸的轉(zhuǎn)矩 36 5 1 2 確定各軸傳動比 38 5 1 3 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 39 1 5 2 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 41 5 2 1 高速級齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 41 5 2 2 低速級齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 46 5 3 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 49 5 3 1 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 49 5 3 2 中間軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 52 5 3 3 輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 55 5 4 軸承的校核 57 5 4 1 輸入軸上軸承壽命計(jì)算 57 5 4 2 中間軸上軸承壽命計(jì)算 59 5 5 鍵的選擇和校核 62 5 5 1 鍵的選擇 62 5 5 2 鍵的校核 62 5 6 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 62 5 6 1 機(jī)身箱體材料的選擇 62 5 6 2 機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝 63 總 結(jié) 64 參考文獻(xiàn) 65 致 謝 66 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 0 1 緒論 1 1 引言 工業(yè)機(jī)器人是研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域 應(yīng)用非常廣泛 機(jī)器人 在一個(gè)非常 廣泛的研究和應(yīng)用 是非常全面的科學(xué) 機(jī)器人技術(shù) 以形成一個(gè)高科技系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 信息融合技術(shù) 科學(xué) 不僅是傳感器技術(shù)和人工智能仿生等領(lǐng)域 傳感器和實(shí)時(shí)控制的信息技術(shù) 各種基于醉 線性 非線性 到混合系統(tǒng)建模 監(jiān)測和數(shù)字模擬技術(shù)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的研究 機(jī)器人研究的一個(gè)重要問題是 一個(gè)前奏兩足步行機(jī)器人的研究 而走在技術(shù)動作 大多數(shù)動物都具有當(dāng)前系 統(tǒng)的腿的適應(yīng)性一個(gè)高度自動化的運(yùn)動 非常復(fù)雜的動力學(xué) 環(huán)境相當(dāng)輪 履 帶式機(jī)器人狹窄 不僅是工作表現(xiàn)的空間 你有無可比擬的優(yōu)勢 樓梯 斜坡 和不平坦的地形下工作 為了克服障礙 老年人護(hù)理康復(fù)醫(yī)學(xué) 和國內(nèi)一般看 家你可以申請 更對環(huán)境的適應(yīng)性 它具有更廣泛的應(yīng)用 在機(jī)器人的發(fā)展 機(jī)器人仿真機(jī)器人研究 機(jī)器人 機(jī)器人運(yùn)動學(xué) 機(jī)器人零件建模 仿真三維 機(jī)器人的運(yùn)動控制裝置 以達(dá)到在機(jī)器人的關(guān)鍵部分 它是全面和這是一個(gè)創(chuàng) 新性的研究和實(shí)用價(jià)值 研究人員建議大家決心建立一個(gè)有效的控制算法設(shè)計(jì) 機(jī)器人的問題 以了解機(jī)器人 機(jī)器人的動態(tài)特性的工作空間的形狀和邊界的 合理的鍛煉計(jì)劃模擬為了賭注 以實(shí)現(xiàn)預(yù)防或使用可視化和面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī) 生產(chǎn)經(jīng)營方式的方法模擬事故的直接經(jīng)營實(shí)體的不必要的損失 提供一個(gè)參考 設(shè)計(jì)模擬 機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的仿真程序可以在該計(jì)算機(jī)上運(yùn)行 功能 以確認(rèn) 該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)和缺陷的直接效果 用戶及時(shí)資源識別它可以改進(jìn) 以避免大量 的人力資源的浪費(fèi) 該 機(jī)器人 一詞來自捷克 Robota 意思是 強(qiáng)迫勞動 1920 年捷 克斯洛伐克作家薩佩克寫了一個(gè)劇本叫 洛桑萬能機(jī)器人 他稱之為 機(jī)器人 機(jī)器人萬能那些家伙洛桑生產(chǎn)勞動的 羅伯特 中國翻譯 捷克意思是 奴隸 薩佩克機(jī)器人的位置決定要努力讓人類奴隸的壓力 他們是人類值得的只有 服務(wù) 他們沒有想到 沒有想到 但類似人類的機(jī)器 很方便 所以人們擺脫 勞動 他告訴他們 他們可以 20 年生存的知識 那么只生產(chǎn)了 他們想不到的 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 1 沒有感情 有能力的三個(gè)人一個(gè)人 生意興隆的公司 后來 一個(gè)很偶然的原 因 機(jī)器人開始有意識的 他們是難以承受的人統(tǒng)治 人類的奴隸 讓機(jī)器人 給人類 攻擊人類的最后徹底毀滅 機(jī)器人 也為我們的正式名稱 機(jī)器人技術(shù)是最近幾十年開發(fā)了一個(gè)新的學(xué)科 它設(shè)計(jì)了技術(shù)和知識和機(jī) 器人應(yīng)用 機(jī)器人配備了非常廣泛的內(nèi)容 如力學(xué) 機(jī)械 電子 知識 計(jì)算 機(jī) 人工智能 生物學(xué) 系統(tǒng)工程等方面的控制理論的結(jié)合 由于機(jī)器人五十 年代誕生以來 在短短五十年來一直快速的發(fā)展 它是通過在第一代處理機(jī)器 人的研究 實(shí)際使用中 和使用了第二代的認(rèn)識機(jī)器人研究和實(shí)踐的各階段的 以及研究和其他第三代智能機(jī)器人的通過 處理制造了非常重要的一步 它可以有效地防止工件的侵蝕受外界環(huán)境 更好的工作生活 同時(shí)也提升了工件的外觀 目前 在中國 主要是基于手工 處理已經(jīng)完成 對質(zhì)量水平的處理的影響熟練的技術(shù)工人 情緒等因素的影響 很大 同時(shí) 易揮發(fā)的有毒氣體對工人的健康有很大的影響的運(yùn)輸過程中 處 理過程自動化的實(shí)現(xiàn) 具有巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益 搬運(yùn)機(jī)器人是一個(gè)典 型的自動化處理設(shè)備 使用機(jī)器人處理操作 工件涂層均勻 可重復(fù)性 高效 率 讓工人從繁重的工作中解脫出來的環(huán)境 在超過 20 年歷史的搬運(yùn)機(jī)器人領(lǐng)域的國際申請 此前使用這種技術(shù)的是美 國 minhit 公司 軟糖 德國海特爾公司 有時(shí)候 流量控制系統(tǒng)自 1980 年代以 來 德國公司在配備有一個(gè)集成的吸氣閥裝置 以防止初次感染 H16 海特爾第 一時(shí)間控制的機(jī)器人 McAuto 美國公司成功四套開發(fā)的軟件模塊 用于機(jī)器 人的 布局 uild COMMAND ADAPT 尤其 PLACE 模塊 用戶可以設(shè)置交 互式圖形界面上的機(jī)器人的移動路徑提供與圖形終端運(yùn)動仿真機(jī)器人 其先前 已經(jīng)記錄為機(jī)器人的離線編程 在 1998 年 法國學(xué)者 MontilletD 在自動操縱的 應(yīng)用做了一些工作 他使用離線編程 路徑槍規(guī)劃 而槍的態(tài)度 槍和基板 和其他參數(shù)之間的距離從周圍的槍支管制的角落 滿足連續(xù)治療運(yùn)動槍的要求 創(chuàng)新的搬運(yùn)機(jī)器人技術(shù) 處理精度比以往 世界熊機(jī)器人被廣泛使用在發(fā)達(dá)國 家 90 年代以來 在我國的應(yīng)用和發(fā)展機(jī)器人技術(shù) 的空間 703 部 625 是實(shí) 驗(yàn)室傳熱機(jī)器人主要用來攜帶號碼的部件的重要和特殊的要求 如低真空下處 理的決策 早期的機(jī)器人任務(wù)程序主要是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的準(zhǔn)備 他有很多缺點(diǎn) 因 此人們開發(fā)了離線編程方法 離線編程的優(yōu)勢在于它的靈活性 安全性好 降 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2 低成本 社會的發(fā)展是必要的 機(jī)器人已經(jīng)滲透我們的生活 工作和經(jīng)濟(jì) 并發(fā)揮 了重要作用 研究機(jī)器人的發(fā)展對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生太大影響 近年來 研究 和更快的機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)開發(fā)了多種類型的搬運(yùn)機(jī)器人 從我們的角度 機(jī)器人產(chǎn)品 主要是國外同類產(chǎn)品的模仿的發(fā)展來看 還沒有形成一個(gè)機(jī)械臂 一個(gè)完整的設(shè)計(jì)方法 工業(yè)機(jī)器人 搬運(yùn)為主料 轉(zhuǎn)移的目的 各種工作為 了完成 通過改變動作程序 也有一個(gè)再編程的多功能操作裝置的工作 外國 定義與我們的工業(yè)機(jī)器人如下的成語相結(jié)合的參考定義 工業(yè)機(jī)器人 獨(dú)立的主體可以放在任何地方 動作的自由度 程序可以靈 活地改變 高度的自動機(jī)器的自動化 它可用于汽車漆等涂料關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人臂與主體的剛性高 相對于人 可以攜帶重物 可以有一個(gè)較 快的移動速度 非常高的定位精度 它是自動的各種要執(zhí)行的操作不 它可以 是一個(gè)外部信號 它能夠代替的人及膨脹和外地人類活動的膨脹的工作 它們是開發(fā)一種系 統(tǒng) 以便它可以在許多結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性環(huán)境希望 更多的是很多要明白 你 要明白 因此 使用這些功能 人性化的服務(wù) 需要內(nèi)在的人性 假體 系統(tǒng) 這方面的研究 有可能擴(kuò)大的方向和研究機(jī)器人的機(jī)械 有豐富的動態(tài) 機(jī)器人 如智能機(jī)器人 可以起到人工智能的重要作用 機(jī)器人的外觀和應(yīng)用 從需要對科學(xué)和技術(shù)的工具的開發(fā)和生產(chǎn)的發(fā)展 是進(jìn)步人類社會的生產(chǎn)和 機(jī)器人一詞最早出現(xiàn)在 1920 年 捷克作家卡雷爾 恰佩克在比賽中發(fā)揮的 萬能機(jī)器人 Rossum 的 這個(gè)詞指的是機(jī)器人 ROBOTA 指的是庫里 男人會由劇作家機(jī)描述看起來 特性和功能 是一種 體力勞動 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 機(jī)器人技術(shù) 廣泛應(yīng)用于人類生活和人類發(fā)展的 領(lǐng)域 模仿人類的步態(tài) 其他運(yùn)動功能的機(jī)器人發(fā)展的外觀 這是人類的夢想 你附加 1 2 工業(yè)機(jī)器人研究概況 1 2 1 國外研究現(xiàn)狀 機(jī)器人 主要是各種工業(yè)機(jī)器人 是指機(jī)器人的工業(yè)生產(chǎn)中 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流 水線上的生產(chǎn)操作過程中進(jìn)行被分為兩類工業(yè)機(jī)器人 服務(wù)機(jī)器人的不同應(yīng)用 因?yàn)橥ǔ?機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人將看到的 適當(dāng)?shù)尼t(yī)療 衛(wèi)生 通信 可以為人 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 3 們提供與引進(jìn)服務(wù)和產(chǎn)品的日常生活的其他方面 機(jī)器人現(xiàn)代面向服務(wù)的地方 為主的國外早期的工業(yè)機(jī)器人 機(jī)器人的發(fā)展 根據(jù)相關(guān)研究 從日本1994年 期間1999年 但其研發(fā)和制造工業(yè)機(jī)器人比過去的數(shù)量增加了一倍 2008年以 來 這種增長的勢頭是減少 到2012年我們已經(jīng)超過了顯示有你工業(yè)機(jī)器人是 生產(chǎn)服務(wù)機(jī)器人的數(shù)量 另外 據(jù)統(tǒng)計(jì) 日本的機(jī)器人的數(shù)量 但是機(jī)器人的 全球數(shù)的20世紀(jì)的50 以上都配備 在21世紀(jì)大減少發(fā)生 還介紹了世界不斷 提高了機(jī)器人的重要性 在2012年的時(shí)候 機(jī)器人的數(shù)量已經(jīng)大大北美 亞洲 提高到機(jī)器人日本已經(jīng)在一定的影響占了機(jī)器人的出口量超過40 的亞洲控制 權(quán) 此外 超過2013年的機(jī)器人大約45 在服務(wù)機(jī)器人的比例 在機(jī)器人和 醫(yī)療服務(wù)的近25萬臺 根據(jù)2013年有關(guān)世界出口總額的調(diào)查 這是一家現(xiàn)代化 醫(yī)療技術(shù)加快發(fā)展展示 與此同時(shí) 人們的生活與需求質(zhì)量的提高 即使是各 種家用服務(wù)機(jī)器人 機(jī)器人已經(jīng)出現(xiàn)在該真空吸塵機(jī)器人 除草機(jī)器人 視覺 的人 包括內(nèi)飾清洗機(jī)器人的相對價(jià)格 低 在未來的一個(gè)大的市場 因?yàn)榻?年來有關(guān)服務(wù)機(jī)器人 外資公司的轉(zhuǎn)移 重點(diǎn)將是發(fā)展 目前 是部分發(fā)達(dá)國家的巨大生活和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展水平的差距 國 家是更為先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù) 國際機(jī)器人市場正處于這個(gè)階段 存在10十億的 工業(yè)機(jī)器人的最大份額約為8 在2025年 當(dāng)整個(gè)市場規(guī)模將達(dá)到50十億的機(jī)器 人 從原來的300多萬臺服務(wù)機(jī)器人 每年1200萬臺 以引領(lǐng)機(jī)器人 增加了美 國和日本 機(jī)器人的發(fā)展方向它代表技術(shù)在工程的國際領(lǐng)域的最高水平 9000 來自美國的全球銷售臺機(jī)器人是60 最近美國軍方 即使在各種地形的攻擊 能適應(yīng)的一面 在運(yùn)行速度相對應(yīng)的速度5公里大狗的人可以攜帶100公里除了 開發(fā)的機(jī)器人 以維持上級系統(tǒng)的穩(wěn)定性 1 2 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)前機(jī)器人起步較晚 我國自 1980 年以來 在體育領(lǐng)域的多臂共同研究 和應(yīng)用 中國的全國首個(gè)機(jī)器人的研究示范項(xiàng)目 機(jī)器人列第一大國家的研究 計(jì)劃采用該方案 規(guī)劃綱要 撥巨款在沉陽 內(nèi)容包羅萬象理論和基本組件的 機(jī)器人平臺 它被啟動 近 10 年來 工業(yè)機(jī)器人 水下工作 軍事 組裝的全 系列特種機(jī)器人 教育的產(chǎn)生 已經(jīng)開發(fā) 以一種生殖搬運(yùn) 點(diǎn)焊 弧焊 這 時(shí) 回放型機(jī)器人教學(xué)的技術(shù)是成熟的 我們正在推廣使用的植物 長春一汽 工廠 擁有自己的生產(chǎn)線機(jī)器人東風(fēng)汽車廠開始運(yùn)作 國家 863 研究的高科技 發(fā)展計(jì)劃開始于 1986 年 3 月 它被列入內(nèi)容智能機(jī)器人的發(fā)展 現(xiàn)在 我們有 一個(gè)簡單的結(jié)構(gòu) 以便在需要廉價(jià)的實(shí)用機(jī)器人的生產(chǎn) 某些特殊的機(jī)器人 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 4 以加快中國的國情相結(jié)合 注意生產(chǎn)和應(yīng)用的視圖 研究也已開始所有的發(fā)展 國內(nèi)機(jī)器人 863 如國防科技大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 北京理工大學(xué) 清華大 學(xué) 上海交通大學(xué) 多年的連續(xù)視科技特定自然的中國大學(xué)科學(xué)基金會下 從 而機(jī)器人原型 本文從 首屆全國研究生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽 多搬運(yùn)手臂動作 此時(shí) 單 臂 多搬運(yùn)運(yùn)動通常在車輪的形式是為了實(shí)現(xiàn)功能相 事實(shí)上 模仿人類行走 手臂和腿部的多搬運(yùn)的動作并不多 但也有六條腿 已經(jīng)出現(xiàn)四腿臂多搬運(yùn)運(yùn) 動 但多搬運(yùn)手臂運(yùn)動尚不多見 我們的問題 簡單地探索設(shè)計(jì)巧妙的機(jī)械設(shè) 備和簡單的控制來模擬人的手臂的多搬運(yùn)的動作 子功能是 替代大步 搖搖 頭 擺動手臂 擺臂 1 3 工業(yè)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 它主要由機(jī)械系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng) 牽引系統(tǒng) 探測系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng) 1 執(zhí)行系統(tǒng) 公用部分的執(zhí)行系統(tǒng)管理部門 機(jī)械零件最全面的定義 以必 要的各種運(yùn)動 包括手 手腕 來獲得機(jī)器人本體 A 末端執(zhí)行用于執(zhí)行 并且配置的工作直接涂漆 B 手腕 手和連接元件的臂 具有安排作為任務(wù)或工作的端部的方向的改變 C 臂和連接手臂 手腕支撐體時(shí) 執(zhí)行負(fù)荷管理塊 手的空間位置 臂操作 空間的變化滿足多個(gè)搬運(yùn) 在基座的任何類型的動力傳輸 D 機(jī)身 多鉸接臂基部 支撐輥 由臂部件支承 并具有使所述臂的轉(zhuǎn)動 起重或傾斜運(yùn)動的任務(wù) 2 驅(qū)動系統(tǒng) 提供電力的各種組件的系統(tǒng)是活動的 以及供應(yīng)單元設(shè)備 通 用機(jī)械傳動 機(jī)械傳動和電氣 氣動 電動 1 操作系統(tǒng) 驅(qū)動控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)的根據(jù)工作 故障報(bào)警或錯(cuò)誤的信 號的要求執(zhí)行 1 檢測系統(tǒng) 經(jīng)由各種傳感裝置 控制器官運(yùn)動檢測裝置 保證作用 如果有的話反饋到控制系統(tǒng)相對于該組的運(yùn)動的要求 該團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐證明 減輕了勞動強(qiáng)度 以取代處理繁重的體力勞動運(yùn)動 改善工作條件的多 它已被證明 它可以提高勞動生產(chǎn)率和自動化 長期定期 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 5 處理和工業(yè)生產(chǎn)中的 在許多情況下 是一個(gè)龐大的片 單調(diào)操作 單臂 多 關(guān)節(jié)的動作是有效的 另外 在發(fā)展的 高溫的廣闊的前景 不僅要操縱冷 深海 空間 環(huán)境條件 在其他毒性放射性污染 它可以發(fā)揮優(yōu)勢 1 4 主要內(nèi)容 1 查閱國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人有關(guān)文獻(xiàn) 了解工業(yè)機(jī)器人研究及應(yīng)用狀況 掌 握一般工業(yè)機(jī)械人組成結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件知識 撰寫文獻(xiàn)綜述 2 對題目所述工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體進(jìn)行方案設(shè)計(jì) 3 對伺服電機(jī) 減速機(jī)等部分進(jìn)行選型計(jì)算 4 繪制出工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體的裝配圖及主要關(guān)鍵零件圖 5 撰寫說明書 給出機(jī)械手文獻(xiàn)綜述 設(shè)計(jì)方案 關(guān)鍵部件及零件的理論 分析和校核 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6 2 總體方案設(shè)計(jì) 2 1 機(jī)器人工程概述 機(jī)器人是一個(gè)技術(shù)集成的跨學(xué)科 涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動化技術(shù)的機(jī)器 機(jī)制 機(jī)械 氣動 液壓技術(shù) 檢測技術(shù)等領(lǐng)域 在科人找出有效解決組合問 題綜合工程被稱為 系統(tǒng)工程 手臂多運(yùn)動設(shè)計(jì) 例如 系統(tǒng)工程 應(yīng)作為一 個(gè)綜合的方法來系統(tǒng)設(shè)計(jì)對外關(guān)系的系統(tǒng) 并從整個(gè)有機(jī)聯(lián)系的手臂運(yùn)動環(huán)境 的研究 開發(fā)和應(yīng)用根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部部分多接頭 從復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng) 包括一定的規(guī)則的功能系統(tǒng)結(jié)合多個(gè)子系統(tǒng) 它是一個(gè)不 可分割的整體 如果你失去了開放的系統(tǒng) 可根據(jù)特定的一組 因此 在一個(gè) 復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì) 概念啟動機(jī)器 系統(tǒng)必須具有以下特征 1 機(jī)械系統(tǒng)完整的完整性機(jī)械系統(tǒng)由幾個(gè)子系統(tǒng)具有不同的整體性能應(yīng)具有 的特定功能 2 作用的子系統(tǒng)之間的有機(jī)聯(lián)系 包括有機(jī) 相互關(guān)聯(lián)的 3 每個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)必須具有明確的目標(biāo)和系統(tǒng)的功能 結(jié)構(gòu) 功能 目標(biāo)和手 段 決策系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)結(jié)合起來 4 系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)是適應(yīng)環(huán)境在某些情況下 我們必須能夠適應(yīng)變化的外 部環(huán)境中 因此 不僅機(jī)器人的設(shè)計(jì) 但要注意的電機(jī)系統(tǒng)的臂構(gòu)件的整個(gè)多零件設(shè)計(jì) 應(yīng)根據(jù)角度視圖的工程系統(tǒng)的角度 它是 功能性要求 子系統(tǒng)的多臂單將取 決于多臂動作在多臂機(jī)操作中 產(chǎn)品的性能合理之一中 所有的組分的必要的 工作 在一般情況下 作為最精密的武器工業(yè) 以下內(nèi)容 在機(jī)器的操作中 基 手臂 手腕 包括側(cè)機(jī)構(gòu) 最大輸入一個(gè)完整的碼的任務(wù) 是一種多運(yùn)動 臂 一些傳輸零點(diǎn)動力 控制 驅(qū)動系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng) 包括伺服驅(qū)動系統(tǒng) 房 子的風(fēng)格 控制系統(tǒng)中 電子控制單元的操作中 存儲功能 版本計(jì)算機(jī)或其 他可編程設(shè)備 操作者接口裝置 鍵盤 鼠標(biāo)等 數(shù)據(jù)處理裝置和各種傳感 器 脫機(jī)向前放大設(shè)置 傳感器編程接口 I O14 和內(nèi)部及外部傳感器設(shè)備 一般或特殊 其他設(shè)備通信 特征行業(yè)臂多運(yùn)動是普遍的調(diào)整 靈活的臂工業(yè)多運(yùn)動可有效地用于柔性生 產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的發(fā)送處理單元組件或材料或其它柔性制造系統(tǒng) 輔助設(shè)備 控制系統(tǒng) 多臂運(yùn)動 各種不同形式的運(yùn)動系統(tǒng)的組建多聯(lián)技術(shù)工藝機(jī)械行業(yè) 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 7 其他生產(chǎn)部門 生產(chǎn) 如建筑 開采 生產(chǎn)和輸送臂移動多是參考系統(tǒng) 2 2 工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案論述 1 確定負(fù)載 負(fù)載的大小主要取決于由于運(yùn)動的沿的作用力和機(jī)器人的機(jī)械接口上的多 臂的運(yùn)動的方向 式子里 下臂樣式 下臂是 以重量計(jì) 在工件的一預(yù)定的 速度和加速度的條件 并且處理接縫下的重量或更多的運(yùn)動 必須包括結(jié)果的 慣性力的末尾 報(bào)告的結(jié)果 為項(xiàng)目的參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表明 可以屬于該項(xiàng)目是 小負(fù)荷 二 驅(qū)動系統(tǒng) 由于伺服電機(jī)具有良好的控制性能 檢查的靈活性 允許速度 位置 環(huán)境 體積小 效率高 適用于更為苛刻的運(yùn)動控制沒有影響的精確控制小臂運(yùn)動多 企業(yè)等特點(diǎn) 因此 該項(xiàng)目采用的是伺服電機(jī) 三 傳動系統(tǒng) 動臂多運(yùn)動 結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕 可以是體積小 傳動鏈的慣性 并縮小差 距 我們應(yīng)該考慮和手臂 措施 提高更多的企業(yè)家精密運(yùn)動控制的位置和運(yùn) 動 臂從運(yùn)動傳遞機(jī)構(gòu)機(jī)械齒輪是常用 蠕蟲 效率高 準(zhǔn)確 緊湊的 可靠 的 滾珠絲杠的傳動齒輪 如長壽命 帶 鏈傳動 行星齒輪 所述傳動齒輪 和諧波鋼 學(xué)習(xí)更強(qiáng)大的傳輸 因?yàn)闉榱苏莆沾髮W(xué)的優(yōu)勢 這一套已經(jīng)設(shè)計(jì)行 程 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 8 四 工作范圍 操作過程中的工業(yè)手臂動作的工作范圍是多的多臂的運(yùn)動取決于所述扇區(qū)的 操作領(lǐng)域和確定的軌跡 用表示的工作空間 形狀和有關(guān)該結(jié)構(gòu)的工作空間的 大小坐標(biāo)運(yùn)動的多機(jī)器人 其大小和在數(shù)量和程度每個(gè)臂的自由操縱器公共軸 線的長度的變化程度和所設(shè)得的軸的每個(gè)角的 五 運(yùn)動速度 各關(guān)節(jié)臂 更健壯的最大行程審查臂 這取決于循環(huán)時(shí)間 以確定每個(gè)操作 時(shí)間的移動 則是進(jìn)一步米 秒 秒 在每一個(gè)單元 每它將被分配考慮到 在同一時(shí)間 例如 以若干因素 如順序操作之間各操作順序的總時(shí)間長度 或者可以判斷移動速度 表 使它們的操作時(shí)間 比較超出操作時(shí)間分配運(yùn)動 考慮到分配過程的請求時(shí) 它也是 行程的驅(qū)動控制 必須考慮到的尺寸和定 位的慣性和精度要求 2 3 機(jī)器人機(jī)械傳動原理 機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)組成如圖 圖 2 2 機(jī)器人本體組成 本節(jié)描述的所有以下列方式的組件和功能 基本單位 基座構(gòu)件包括底座 齒輪傳動件 軸承 步進(jìn)馬達(dá) 基本作用是支持構(gòu)件 所述支承構(gòu)件旋轉(zhuǎn)臂 承受的工作負(fù)載的總重量和機(jī)器人 所述堿必須具有足 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 9 夠的強(qiáng)度 剛度和負(fù)荷能力 此外 該堿也需要一個(gè)足夠大的安裝基礎(chǔ) 以確 保在工作場所機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)行 機(jī)器人臂 通常會導(dǎo)致驅(qū)動臂運(yùn)動 例如 液壓 氣動或一個(gè)馬達(dá) 和一 個(gè)驅(qū)動源 例如 燃料箱 燃料箱 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu) 螺旋機(jī)構(gòu)或凸 輪機(jī)構(gòu)等各種運(yùn)動臂組成的組件的 手臂大臂和小臂 繁榮的成員如下 動臂和齒輪件 驅(qū)動電機(jī) 在臂構(gòu)件 臂 驅(qū)動軸 皮帶 定時(shí)等 以手腕運(yùn)動用步進(jìn)固定臂的電動機(jī)驅(qū)動的一端 腕部分 包含列表殼體 傳動齒輪和軸 所述機(jī)械接口 2 4 機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì) 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式的機(jī)器人形結(jié)構(gòu) 并調(diào)整圓柱形結(jié)構(gòu) 球面坐標(biāo)的結(jié)構(gòu) 該多接頭結(jié)構(gòu) 4 的結(jié)構(gòu)和它們的相應(yīng)特征中的每一個(gè) 如下所述 3 1 直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 運(yùn)動空間直角坐標(biāo)機(jī)器人 它是那么容易落實(shí)到閉環(huán)位置控制的線性運(yùn)動 由于如圖 2 1 一 直角坐標(biāo)機(jī)器人可以達(dá)到非常高的位置 實(shí)現(xiàn)各有三個(gè)其 他存在的由垂直的直線運(yùn)動精度 中號步驟 然而 直角坐標(biāo)相對于空間 機(jī)器人的運(yùn)動有關(guān)的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的尺寸 這是比較小的 因此 為了實(shí)現(xiàn)恒 定的空間運(yùn)動 大于機(jī)器人比其他類型的矩形機(jī)器人結(jié)構(gòu)尺寸的組織尺寸坐標(biāo) 直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作區(qū)是矩形空間 直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于組裝和 直角坐標(biāo)機(jī)器人的業(yè)務(wù) 它具有懸臂門 三起重機(jī)類型的結(jié)構(gòu) 2 圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 如在圖 2 1 B 中 空間氣缸所示 調(diào)整直線運(yùn)動的運(yùn)動并實(shí)現(xiàn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動和機(jī)器人 這種機(jī)器人的結(jié)構(gòu)相對簡單 并且能夠在精度一般操作的處理 中使用 它的工作空間是圓柱形的空間 3 球坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 如圖 2 1 c 中 該空間的運(yùn)動是球形坐標(biāo)機(jī)器人組成的直線運(yùn)動實(shí)現(xiàn)兩 個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的 這個(gè)簡單的機(jī)器人結(jié)構(gòu) 成本低 精度不高 它將在主要業(yè)務(wù) 的處理中使用 他們的工作空間是球形的空間 4 結(jié)構(gòu) 如在 2 1 d 所示 為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)空間移動機(jī)器人包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 多 機(jī)器人的運(yùn)動是一個(gè)靈活 結(jié)構(gòu)緊湊 占地面積小 規(guī)模相對機(jī)器人本體 其 相對較大的工作空間 這種機(jī)器人是廣泛焊接 涂裝 組裝 以及使其它操作 被廣泛用于在這種類型的機(jī)器人的 它是在工業(yè)中使用 機(jī)器人結(jié)構(gòu) 有水平和垂直兩種 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 10 a 直角坐標(biāo)型 b 圓柱坐標(biāo)型 c 球坐標(biāo)型 d 圖 2 1 四種機(jī)器人坐標(biāo)形式 根據(jù)任務(wù)書和具體要求 我們 事實(shí)上 最終確定選擇 D 特定的形狀和特定的要求機(jī)器人數(shù)控機(jī)布局 設(shè)計(jì)要求兼顧處理工件到 460KG 質(zhì)量能夠簡化結(jié)構(gòu) 降低只要 由于考慮到會議系統(tǒng)的技術(shù)要求的前提 下 以改善這種設(shè)計(jì)的可靠性和具體的成本 大機(jī)器人臂的運(yùn)動范圍和更高的 定位精度 用一個(gè)腰部轉(zhuǎn)動自由度 以及自由設(shè)計(jì)的懸臂和臂腕音調(diào)的轉(zhuǎn)動節(jié) 距自由前臂 轉(zhuǎn)動自由度的機(jī)器人 在本文的臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求的尺寸 因此 需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)大俯仰自由 在該臂的詳細(xì)設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)的自由 2 5 本章小結(jié) 為了確定解決方案 才能做出最終決定 通過設(shè)得多種方案 完成設(shè)計(jì)的 機(jī)器人系統(tǒng) 本章后面英寸如 以確定機(jī)器人的整體設(shè)計(jì) 機(jī)器人 手臂 手 腕 端部的腰部 中詳細(xì)做了的設(shè)計(jì)的各個(gè)部分 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 11 3 機(jī)器人大臂部結(jié)構(gòu) 3 1 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 臂部件的主要成分是機(jī)器人 它的作用是支持的手 帶領(lǐng)他們騰出運(yùn)動 臂移動類型 任意點(diǎn)的運(yùn)動的空間范圍內(nèi)的一個(gè)手柄部 如果你已經(jīng)改變了手 方位 合資的態(tài)度 以手臂來實(shí)現(xiàn)的自由 因此 我們設(shè)計(jì)成一般臂的基本 要求 1 手臂 能力 需要加載剛度好 重量輕 它通常是在臂 不僅彎曲 在一個(gè)方向上 而不是僅僅彎曲 由反向 由 需要設(shè)得的高彎曲和橫截面形狀的抗扭剛度 顯然 基本相同的按橫截面 鋼 鐵 工程單位重量的面積 槽鋼的轉(zhuǎn)動慣量 比圓形大得多 因此 在機(jī)器人的無縫鋼管 不僅提高 了在許多情況下導(dǎo)桿 如工字鋼 或所述臂的剛度 非常減少臂的重量 中空 只更確切地說 被用作支撐槽鋼 內(nèi)置驅(qū)動器 因此 清爽使在緊湊 以及傳 輸管道的外觀 它可以被放置 2 在臂的速度高時(shí) 也有小的慣性 在統(tǒng)一的手臂一般 運(yùn)動 請求啟動和力臂端 移動的減速時(shí)間開始 否 則 沖擊和振動 加速度和終止請求之前沒有太大的影響為了減少 它已經(jīng)改 變了 為了減小轉(zhuǎn)動慣量 必須采取以下措施 A 成分 降低臂的重量以移動使用鋁等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料 B 以減少手臂運(yùn)動部件的總體尺寸 C 減少轉(zhuǎn)彎半徑 D 驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置 3 的運(yùn)動的臂應(yīng)該是靈活的 為了減少摩擦和滑動摩擦的運(yùn)動部件之間的摩擦力盡可能臂滾動代替 4 位置精度要高 最困難的轉(zhuǎn)移機(jī)器人控制的位置 精度很差 通常是高直角坐標(biāo)加上設(shè)置 裝置 用于機(jī)器人的圓筒形位精度 檢測臂上這意味著位置 可以控制一個(gè)更 好的位置精度 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 12 在本文中 其它機(jī)器人臂的剛度 減少了電機(jī)負(fù)載的底部接頭 減少了臂 的重量 以確保它能夠提高機(jī)器人手臂的動態(tài)響應(yīng) 一方面 薄鋁設(shè)計(jì)合金構(gòu) 件 鑄造鑄型砂的設(shè)計(jì)的最小厚度 最小壁厚 具有其鑄造合金 分別不同的 鑄造合金鑄造的合適的厚度 最小厚度可以是 澆鑄 取決于類型的尺寸和合 金鑄件 相同是否 見表 4 1 所示 表 4 1 砂型鑄造鑄件最小壁厚計(jì) mm 它簡單地砂鑄造廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一個(gè)特殊的鑄造工藝 鑄造結(jié)構(gòu)對應(yīng)于每 個(gè)不同的鑄件和特性應(yīng)根據(jù)來設(shè)計(jì) 在本文中 通過使用鑄鋁外殼手臂 具體 尺寸 請參閱總裝圖 3 2 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大臂殼體采用鑄鋁 方形結(jié)構(gòu) 質(zhì)量輕 強(qiáng)度大 3 3 大臂電機(jī)及減速器選型 假設(shè)小臂及腕部繞第二軸的重量 J2 M2L42 M3L52 460 0 0972 4 0 1942 42 5kg m2 旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩用以下式表達(dá) JT 式子里 T 旋轉(zhuǎn)開始時(shí)轉(zhuǎn)矩 N m J 轉(zhuǎn)動慣量 kg m2 角加速度 rad s2 使機(jī)器人大臂從 到 需要的用時(shí) 則 0 16 s st1 0 3 4 11 3 47 640 1TJ Nmt 鑄件尺寸 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鋁合金 銅合金 200 200 200 200 500 500 500 500 5 8 10 12 15 20 3 5 4 10 10 15 4 6 8 12 12 20 3 5 6 8 3 3 5 4 6 3 5 6 8 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 13 鑒于關(guān)于重心的機(jī)器人手臂的轉(zhuǎn)動慣量的摩擦轉(zhuǎn)矩軸的各個(gè)部分的 開始 轉(zhuǎn)動 10N m 起動轉(zhuǎn)矩 可以假設(shè) 2 的安全指數(shù) 期望的輸出的諧波減速器最小 轉(zhuǎn)矩為 mNT 015201 3 5 設(shè)得諧波減速器 型號 XB3 50 120 XB3 型扁平式諧波減速器 額定輸出轉(zhuǎn)矩 20N m 減速比 i 1 120 設(shè)諧波減速器的的傳遞效率為 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)輸出力矩為 90 3 6 mNiTout 18509 201 設(shè)得 BF 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 型號 55BF003 靜轉(zhuǎn)矩 0 686N m 步距角 1 5 3 4 減速器參數(shù)的計(jì)算 剛輪 柔輪的材料都是鍛鋼 小齒輪用 45 的材質(zhì) 硬度 250HBS 剛輪材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì) 硬度 220HBS 1 齒數(shù)的確定 柔輪齒數(shù) 201 iuZr 剛輪齒數(shù) rg 已知模數(shù) 則m5 0 柔輪分度圓直徑 mdrr 1025 鋼輪分度圓直徑 Zg 柔輪齒圈處的厚度 mdZrr 25 101 42075 10 475 441 重載時(shí) 為了增大柔輪的剛性 允許將 1 計(jì)算值增加 20 即m 2 1 柔輪筒體壁厚 m05 17 01 為了提高柔輪的剛度 取 2 輪齒寬度 dBr5 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 14 輪轂凸緣長度 取mBC5 4 31 02 3 0 2 4C 柔輪筒體長度 LdLr 10 28818 取 輪齒過渡圓角半徑 mr5 為了減少應(yīng)力集中 以提高柔輪抗疲勞能力 取 r 2 嚙合參數(shù)的計(jì)算 由于采用壓力角 的漸開線齒廓 傳動的嚙合參數(shù)請看以下式子 20 因輪齒扭矩的因素 使輪齒間隙減小的值為 扭轉(zhuǎn)彈性模數(shù) G 80GPa GDBMLdjCrrnm 2maxax 式子里 mN 3ax 10505nm781 082 1053 W0 m 0 89 8 10 5 Zr 2C nmax m 為了消除在 的情況下進(jìn)入嚙合的齒頂干涉 則必須使最大側(cè)隙maxM 大于由于齒輪扭轉(zhuǎn)減小的側(cè)隙 后 還應(yīng)保證存在有側(cè)隙值 maxnCnC0nC 式子里 in 60 140 maxnC 徑向變形系數(shù) mZnrax50 289 則 n 08 61 40 Cnm 15 71 0ax 徑向變形系數(shù) 962 0 82089 50 柔輪的變位系數(shù) 61 304 285 93104 85 3130 rrZmx 剛輪的變位系數(shù) 58 3 196 1 3 0 mxrg 驗(yàn)算相對嚙入深度 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 15 125 01 962 04 8 296 04 3 rn Zmmh 如果計(jì)算找出的 繼續(xù)計(jì)算 設(shè)得 2 如果出現(xiàn) 為了傳遞動力 n hn 應(yīng)適當(dāng)增加 值重新計(jì)算 使 nmC1 hn 柔輪齒根圓直徑 mXhaDrrf 26 10 350 20 2 式子里 齒頂高系數(shù) 徑向間隙系數(shù)1 C 柔輪齒頂圓直徑 mcpnfrar 76 1035 2 05 1 26 0 2 式子里 找到相應(yīng)表格設(shè)出 相對嚙入深度和輪齒過渡曲線深度系數(shù)之和應(yīng)符合兩個(gè)不等式驗(yàn)算公式 1 2 mchcapnpn 即 5 12 50 2 5 3 0 剛輪齒頂圓直徑 mmhDnarg 48 1035 2 5 0962 7 3 0 剛輪齒根圓直徑 設(shè)出插齒刀齒數(shù) 插齒刀變位系數(shù) 插齒刀原始齒形102 gcZcx 壓力角 則 20 0149 2 937 2cos 364 tan inv 剛輪和插齒刀的制造嚙合角 7 ta1058 t00 iivzxinvcgc 找到漸開線函數(shù)表和三角函數(shù)的表格設(shè)出 86 052 cos 27 cg 那么剛輪和插齒刀的制造中心距 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 16 mzmAcgcgcg 76 28 0932 1 5 0os2 插齒刀的齒頂圓直徑 hazDca 5 1 剛輪齒根圓直徑 DAacgf 36087622 驗(yàn)算剛輪齒根圓和柔輪齒頂圓的徑向間隙 marfg 15 0 21 即 075 1 032 96 7 36 05 可見沿波發(fā)生器長軸 在剛輪齒根圓與柔輪齒頂圓之間存在徑向間隙 3 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算 滾珠直徑 nDd 10 8 0 柔輪齒圈處的內(nèi)徑 rm 那么 nrD 軸承外環(huán)厚度 由于工藝上的要求 可將外環(huán)做成無滾道的 11011 65 80 4 52ahdm 軸承內(nèi)環(huán)厚度 21 7 內(nèi)環(huán)滾道深度 0805 41hdhm 式子里的 是考慮到外環(huán)無滾道而內(nèi)環(huán)滾道加深量 10 5 軸承內(nèi)外環(huán)寬度 所用為滾珠軸承 近似等于齒寬 B 軸承外環(huán)外徑 10nrDm 軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)徑 20 7876dahdm 為了便于制造 采用雙偏心凸輪波發(fā)生器 則凸輪圓弧半徑 42TdeR 式子里 是偏心距 3 1401 382gr dm 剛輪分度圓直徑 柔輪分度圓直徑 gdrd 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 17 則凸輪圓弧半徑 3 1476 387 1232TRm 凸輪長半軸 9ae 凸輪短半軸 37Tbm 3 5 承載能力的計(jì)算 3 5 1 柔輪齒面的接觸強(qiáng)度的計(jì)算 按照在非?？拷彷喼本€的諧波傳動齒輪比特性和剛性輪比的齒數(shù)多的齒 因此 通過工作表面的齒側(cè)的最大接觸應(yīng)力 主要的負(fù)載能力的實(shí)際諧波驅(qū)動 的限制軟 因此 諧波傳動齒輪齒的軟邊 應(yīng)符合下列條件的接觸強(qiáng)度 接觸力計(jì)算公式 tan82jjbkrM 輸出轉(zhuǎn)矩M 柔輪節(jié)圓半徑r 柔輪輪齒寬b 剛輪壓力角 接觸系數(shù) 0 4 0 9 k 對于一般雙波傳動 輪齒寬 許用接觸應(yīng)力 rb2 0 MPj49 則 36 125 0514 3 tan8tan8232 jj MPbkr 所以滿足齒面的接觸強(qiáng)度要求 3 5 2 柔輪疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 柔輪材料采用 調(diào)制硬度 229 269 CrMoAl38 計(jì)算柔輪在反復(fù)彈性變形狀態(tài)下工作時(shí)所產(chǎn)生的交變應(yīng)力幅和平均應(yīng)力為 截面處正應(yīng)力 2 7maDE 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 18 0 m 切應(yīng)力 LD E 由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力 2mM 式子里 GPaEmdrm 20 5 10 0 MPap aMa 7 12074 1205 1 01 4 325 5 5 0 87187 10 2 7 633393 623393 則 mma 5 驗(yàn)算安全系數(shù) 12aknn 疲勞極限應(yīng)力 MPa4501 應(yīng)力安全系數(shù) k 5 314807 3 0 2 07 584121 MPaknsma 式子里 抗拉屈服極限 Pas5 剪切應(yīng)力集中系數(shù) 2k2 56 273 5 2731 061 042 nn 達(dá)到疲勞強(qiáng)度要求 軸的計(jì)算校核 畫軸的受力分析圖 軸的受力圖請見下圖 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 19 已知 作用在剛輪上的 圓周力 NdTF2 94350138 21 徑向力 r tan tan0 法相力 NFa 7 132cos 94 1 算出垂直面的支撐反力 NLdarv3 17 8251034 NFVrV 6 12 2 水平面的支撐反力 tH6 4721 3 F 在支撐點(diǎn)產(chǎn)生的反力 NL KFF 3 167 92 7485 0 121 外力 F 作用方向與傳動的布置有關(guān) 在具體位置尚未確定前 可按最不利的情 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 20 況考慮 見 7 的計(jì)算 4 繪垂直面的彎矩圖 MNLFMVav 9435 12 1 20 641 2 5 繪水平面的彎矩圖 HA 10 61 6 F 產(chǎn)生的彎矩圖 NK 285 2 742 a a 截面 F 力產(chǎn)生的彎矩為 MLMA 143 191 7 算出合成彎矩圖 按最壞的狀態(tài) 把 AF與 直接相加2AHV MA MAF 2HV 29 01 41 1 70 1 N m M A MAF 2 AHV 2 4 41 1 62 57 N m 8 算出軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 T N mm410358 2 9 算出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 請見下圖 a a 截面最危險(xiǎn) 其當(dāng)量轉(zhuǎn)矩為 22TMae 如認(rèn)為軸的扭切應(yīng)力是脈動循環(huán)應(yīng)變力 設(shè)折合系數(shù) a 0 6 帶入式子得出 mNae 51758 23601 7222 10 算出危險(xiǎn)截面處軸的直徑 軸是 45 鋼材 調(diào)質(zhì)處理 從表格 14 1 找到并設(shè)出 B 650Mp 從表格 14 3 找到并設(shè)出 1b 60Mpa 則 mMdbe 8 2601 571 033 考慮到鍵槽對軸的消弱 將 d 值加大 5 由此得出 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 21 d 22 8 1 05 24mm 32mm 滿足條件 因 a a 處剖面左側(cè)彎矩大 同時(shí)作用有轉(zhuǎn)矩 且有鍵槽 故 a a 左側(cè)為危險(xiǎn)截面 它的彎曲截面系數(shù)是 34 2321025 506mdtbW 抗扭截面系數(shù)為 彎曲應(yīng)力為 34 232105 2506166dtbT MpaWMb08 5 74 扭切應(yīng)力為 Tb 9 105 23841 按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算 對于單向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處 理 故取折合系數(shù) a 0 6 則當(dāng)量應(yīng)力為 Mpabe721 5 94 068 4 222 從表格找到并設(shè)出 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 抗拉強(qiáng)度極限 b 640Mpa 則從表格找到 并設(shè)出軸的許用彎曲應(yīng)力 1b 60Mpa e 1b 強(qiáng)度滿足要求 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 22 4 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 1 小臂腕部設(shè)計(jì) 手腕和手 并支持機(jī)械臂連接 改變手的態(tài)度 手腕的設(shè)計(jì)要求如下 結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕 動作靈活 平穩(wěn) 定位精度高 材料強(qiáng)度 高剛度 手臂和的手結(jié)構(gòu)合理 傳感器和執(zhí)行器和設(shè)備的合理布局 安裝 4 1 1 手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動計(jì)算 腕偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)偏壓的變化 通過步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動器 它設(shè)置在后臂的下 方 并隨后通過一個(gè)錐齒輪傳動接合兩個(gè)鏈條驅(qū)動滑輪 從步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的 手腕力 需要的扭矩偏轉(zhuǎn)計(jì)算的第一腕部 并計(jì)算馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩 它計(jì)算與 步進(jìn)電機(jī)式的驅(qū)動器和鏈傳動傘齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)聯(lián)的尺寸然后 它被確定 1 步進(jìn)電動機(jī)設(shè)置 腕偏轉(zhuǎn) 摩擦力矩 以克服的工作負(fù)載電阻扭矩和手腕的啟動的轉(zhuǎn)動慣量 根據(jù)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式 15 3 1 慣負(fù)摩總 M 3 2 總摩 1 0 3 3 啟慣 tJmgl 3 4 啟負(fù)負(fù)負(fù) 3 5 lRv 21 3 6 lJ負(fù)負(fù) 3 7 2123m 3 8 lv 式子里 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 23 手腕偏轉(zhuǎn)所需力矩 N m 總M 摩擦阻力矩 N m 摩 負(fù)載阻力矩 N m 負(fù) 手腕偏轉(zhuǎn)啟動時(shí)慣性阻力矩 N m 慣 工件負(fù)載對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 kg m 2 負(fù)J 手腕部分對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 kg m 2 手腕偏轉(zhuǎn)角速度 rad s 手腕質(zhì)量 kg m 負(fù)載質(zhì)量 kg 負(fù) 啟動時(shí)間 s 啟t 手腕部分材料密度 kg m 3 手腕部分外徑和內(nèi)徑 m 21 R 手腕的長度 m l 手腕偏轉(zhuǎn)末端的線速度 m s v 前面已提到 m 460kg m s m m m s 手腕8 0 035 1 R025 12 l 0 啟t 部分采用的材料假定為鑄鋼 密度 kg m3 187 把數(shù)值代到式子算出 lRv2 12 05 0 4 3 kg761 r s 2 08lv kg m2036 152 mJ負(fù)負(fù) 2 23Rl 2205 3 7 076 1 kg m23 9 啟負(fù)負(fù)負(fù) tJglmM 2 0 67 3 01 5 2 N m4 啟慣 tJl 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 24 2 0 6713 92 0176 N m42 4 5 總慣負(fù)摩總 MM N m7 總 電機(jī)在工作中實(shí)際要求轉(zhuǎn)矩 N m 3 9 53 4 aiM 總電 根據(jù)計(jì)算得出的手腕偏轉(zhuǎn)所需力矩 結(jié)合 90 系列的五相混合型步進(jìn)電機(jī)的 技術(shù)數(shù)據(jù)和矩頻特性曲線 如圖 3 3 和圖 3 4 所示 設(shè)得 90BYG5200B SAKRML 0301 型號的步進(jìn)電機(jī) 圖 3 3 90BYG 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 圖 3 4 90BYG5200B SAKRML 0301 型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線 2 設(shè)計(jì)鏈傳動 a 計(jì)算 分配傳動比 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 25 對照電機(jī)的數(shù)據(jù) 所選步進(jìn)電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩 4 5 N m 對應(yīng)的轉(zhuǎn)速 r min 130 n 由于腕部偏轉(zhuǎn)的角速度 r s 已經(jīng)算出 所以腕部末端67 12 08 lv 偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 r min 由此推出總的傳動比 7 630 2 0 276312 ni 手腕的偏轉(zhuǎn)是由極確定和驅(qū)動滑輪的鏈條驅(qū)動的傘齒輪必須是總比率分配 鑒于滑輪臂的內(nèi)部空間的大小和結(jié)構(gòu) 設(shè)小臂鏈傳動比 大臂鏈傳動比5 1i 12 i b 算出傳動功率 kW 3 10 1 09537 01 nTP 4 1 2 手腕俯仰驅(qū)動計(jì)算 通過將在驅(qū)動時(shí) 步進(jìn)電機(jī)的相反側(cè)懸臂的底部 手腕節(jié)距后兩個(gè)滑輪鏈 傳動來實(shí)現(xiàn) 然后將相同的驅(qū)動方法和偏轉(zhuǎn)計(jì)算手腕 以確定第一和鏈傳動傳 輸參數(shù)和步進(jìn)電機(jī)選擇順序的相關(guān)尺寸 經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算 手腕俯仰驅(qū)動設(shè)得與手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動相同的步進(jìn)電機(jī)型號 90BYG5200B SAKRML 0301 鏈傳動參數(shù)與相關(guān)尺寸計(jì)算結(jié)果如下 帶輪參數(shù) mm mm mm 173 Z94875 1 p16 0 d59 tP 帶輪尺寸 mm3 0sin3 d mm45 9618si7 54 mm931780cot 3 ad mm5t4 587 14 a mm6036 fd mm29 94 f mm67 031478cot513 g 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 26 mm736 014 980cot75 14 gd mm220 ah 4 1 3 電動機(jī)的設(shè)得 設(shè)兩臂及手腕繞各自重心軸的轉(zhuǎn)動慣量分別為JG1 JG2 JG3 根據(jù)平行軸 定理可得繞第一軸的轉(zhuǎn)動慣量為 232211 lmJlJlmJGGG 3 1 分別為460KG 包括負(fù)載2kg 5kg 12kg 分別為重1m23 1l23l 心到第一軸的距離 數(shù)值分別是185mm 800mm 1500mm 在式 3 1 中 故 可忽略不計(jì) 所以211lJG 2lmJG 233lJG 1GJ2GJ 繞第一軸的轉(zhuǎn)動慣量為 2321lll 3 2 20 850 1 5 23mkg 同理可得小臂及腕部繞第二軸的轉(zhuǎn)動慣量 25342llJ 8 01 8kg 式子里 小臂重心距第二軸的水平距離 4l m 腕部重心距第二軸的水平距離 5 則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩用以下式表達(dá) JT 3 3 式子里 旋轉(zhuǎn)開始的轉(zhuǎn)矩 TmN 角加速度 w2 srad 使機(jī)器人主軸從 到 s所需時(shí)間為 則 0w1ts 011 355 6TJ Nmt 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 27 若考慮繞機(jī)器人手臂的各部分重心軸的轉(zhuǎn)動慣量及摩擦力矩 則旋轉(zhuǎn) 開始時(shí)的啟動轉(zhuǎn)矩可假定為 120Nm 電動機(jī)的功率可按下式估算 LPP M 5 3 4 式子里 電動機(jī)功率 mW 負(fù)載力矩 LPMmN 負(fù)載轉(zhuǎn)速 srad 傳動裝置的效率 初步估算取 0 9 系數(shù)1 5 2 5為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 取1 5 1203 8 59mP 764Nm 估算 后就可設(shè)出電機(jī) 使其額定功率 滿足下式mPrP r mP 3 5 設(shè)得QZD 08串勵(lì)直流電動機(jī) 表3 1 QZD 08串勵(lì)直流電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 功率 W 額定電壓 V 額定電流 A 額定轉(zhuǎn)速 r min 濾磁方式 絕緣等級 工作制 min 800 24 46 2 1750 串勵(lì) B 60 4 2 小臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小臂殼體采用鑄鋁 方形結(jié)構(gòu) 質(zhì)量輕 強(qiáng)度大 4 3 小臂電機(jī)及減速器選型 如果軸承是光滑的 這兩個(gè)自由度多機(jī)器人臂 靜轉(zhuǎn)矩小面旋轉(zhuǎn)需要相對 小的轉(zhuǎn)動 扭矩臂 因?yàn)橹本€的慣性最大力矩拉伸 這樣你就可以在旋轉(zhuǎn)的開 始產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的缺陷 如圖 3 1 所示提供武器和手腕各慣性中心軸的轉(zhuǎn)動 慣量分別為 JG1 J G2 J G3 根據(jù)平行軸定理可得繞第一軸的轉(zhuǎn)動慣量為 J1 JG1 M1L12 JG2 M2L22 JG3 M3L32 3 1 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 28 式子里 M 1 M 2 M 3 分別為負(fù)載 2Kg 手臂 1Kg 腕部 4Kg L 1 L 2 L 3 分別其長度 J G1 M 1L12 J G2 M 2L22 J G3 M 3L32 忽略不計(jì) 以繞第一軸的轉(zhuǎn)動慣量為 J1 M1L12 M2L22 M3L32 3 2 4 0 1432 1 0 4452 4 0 5422 1 46kg m2 同理可得小臂及腕部繞第二軸的轉(zhuǎn)動慣量 M2 2Kg L 4 97mm M 3 4Kg L 5 194mm J2 M2L42 M3L52 3 3 1 0 0972 4 0 1942 0 16kg m2 設(shè)小臂轉(zhuǎn)速 角速度從 0 加到 所需加速時(shí)間 則s 1 2 st2 0 同步帶應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩為 3 7 mNJT 21 0 6 22 鑒于圍繞旋轉(zhuǎn)慣性摩擦轉(zhuǎn)矩軸的機(jī)器人手臂的重心的各個(gè)部分的 扭矩可 以假定在起動時(shí) 開始旋轉(zhuǎn) 10N m 系數(shù)的值過于牢固地配置 2 你是 輸出所 需的諧波減速器最小扭矩 3 5 NT 2015201 設(shè)得諧波減速器 型號 XB3 50 100 額定輸出轉(zhuǎn)矩 20N m 減速比 i 1 100 設(shè)諧波減速器的的傳遞效率為 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)輸出力矩為 90 3 6 0120 9outTNmi 設(shè)得 BF 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 型號 55BF003 靜轉(zhuǎn)矩 0 686N m 步距角 1 5 4 3 1 傳動結(jié)構(gòu)形式的設(shè)得 波減速器是電氣傳動減速 需要驅(qū)動大 結(jié)構(gòu)簡單 高效率 好普及高中 的支撐力 因此 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是固定的 波發(fā)生器活性 柔性車輪被選擇 以 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 29 形成一個(gè)更適合的驅(qū)動剛輪 為了便于使用標(biāo)準(zhǔn)工具進(jìn)行加工柔輪的剛性輪 齒廓漸開線專案壓力角 4 3 2 幾何參數(shù)的計(jì)算 齒數(shù)的確定 柔輪齒數(shù) 201 iuZr 剛輪齒數(shù) rg 已知模數(shù) 則m5 0 柔輪分度圓直徑 mdrr 1025 鋼輪分度圓直徑 Zg 柔輪齒圈處的厚度 mdZrr 25 101 42075 10 475 441 重載時(shí) 為了增大柔輪的剛性 允許將 1 計(jì)算值增加 20 即m 2 1 柔輪筒體壁厚 m05 17 01 為了提高柔輪的剛度 取 2 輪齒寬度 dBr5 輪轂凸緣長度 取BC5 4 31 0 30 4mC 柔輪筒體長度 LLr 10 28282 18 取 輪齒過渡圓角半徑 mr5 為了減少應(yīng)力集中 以提高柔輪抗疲勞能力 取 r 由于采用壓力角 的漸開線齒廓 傳動的嚙合參數(shù)可按考慮到構(gòu)件 0 柔度的計(jì)算公式 即按如下公式進(jìn)行計(jì)算 4 4 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算 滾珠直徑 nDd 10 8 0 柔輪齒圈處的內(nèi)徑 rm 則 nrDm 軸承外環(huán)厚度 由于工藝上的要求 可將外環(huán)做成無滾道的 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 30 11011 65 80 4 52ahdm 軸承內(nèi)環(huán)厚度 21 7 內(nèi)環(huán)滾道