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學(xué) 號(hào)：xxxxxxxxxx
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
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(zhuān)業(yè)班級(jí)：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
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(shí)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)學(xué)模型運(yùn)動(dòng)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(guò)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)
64
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
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(guó)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 國(guó)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(dòng)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(dòng)計(jì)算 22
4.1.2 手腕俯仰驅(qū)動(dòng)計(jì)算 25
4.1.3 電動(dòng)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(dòng)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(dòng)比 38
5.1.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 39
5.2 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 41
5.2.1 高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 41
5.2.2 低速級(jí)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
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(cè)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(wèn)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(dòng)作，大多數(shù)動(dòng)物都具有當(dāng)前系統(tǒng)的腿的適應(yīng)性一個(gè)高度自動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)，非常復(fù)雜的動(dòng)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(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，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(guó)內(nèi)一般看家你可以申請(qǐng)。更對(duì)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(dòng)學(xué)，機(jī)器人零件建模，仿真三維機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(wèn)題，以了解機(jī)器人，機(jī)器人的動(dòng)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(yíng)方式的方法模擬事故的直接經(jīng)營(yíng)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(shí)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(lái)自捷克“Robota”，意思是“強(qiáng)迫勞動(dòng)”。 1920年捷克斯洛伐克作家薩佩克寫(xiě)了一個(gè)劇本叫“洛桑萬(wàn)能機(jī)器人”，他稱之為“機(jī)器人”機(jī)器人萬(wàn)能那些家伙洛桑生產(chǎn)勞動(dòng)的“羅伯特”，中國(guó)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(lèi)奴隸的壓力，他們是人類(lèi)值得的只有服務(wù)。他們沒(méi)有想到，沒(méi)有想到，但類(lèi)似人類(lèi)的機(jī)器，很方便，所以人們擺脫勞動(dòng)。他告訴他們，他們可以20年生存的知識(shí)，那么只生產(chǎn)了。他們想不到的，沒(méi)有感情，有能力的三個(gè)人一個(gè)人，生意興隆的公司。后來(lái)，一個(gè)很偶然的原因，機(jī)器人開(kāi)始有意識(shí)的，他們是難以承受的人統(tǒng)治，人類(lèi)的奴隸，讓機(jī)器人給人類(lèi)，攻擊人類(lèi)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(kāi)發(fā)了一個(gè)新的學(xué)科，它設(shè)計(jì)了技術(shù)和知識(shí)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(shí)，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(lái)，在短短五十年來(lái)一直快速的發(fā)展。它是通過(guò)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(shí)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(guò)。
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(guó)，主要是基于手工處理已經(jīng)完成，對(duì)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(duì)工人的健康有很大的影響的運(yùn)輸過(guò)程中。處理過(guò)程自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，具有巨大的社會(huì)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(dòng)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(lái)的環(huán)境。
在超過(guò)20年歷史的搬運(yùn)機(jī)器人領(lǐng)域的國(guó)際申請(qǐng)。此前使用這種技術(shù)的是美國(guó)minhit公司，軟糖，德國(guó)海特爾公司。有時(shí)候，流量控制系統(tǒng)自1980年代以來(lái)，德國(guó)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(guó)公司成功四套開(kāi)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(dòng)路徑提供與圖形終端運(yùn)動(dòng)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(guó)學(xué)者M(jìn)ontilletD在自動(dòng)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?chē)臉屩Ч苤频慕锹洌瑵M足連續(xù)治療運(yùn)動(dòng)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(guó)家。 90年代以來(lái)，在我國(guó)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(lái)攜帶號(hào)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(kāi)發(fā)了離線編程方法。離線編程的優(yōu)勢(shì)在于它的靈活性，安全性好，降低成本。
社會(huì)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(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生太大影響。近年來(lái)，研究和更快的機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種類(lèi)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(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的模仿的發(fā)展來(lái)看，還沒(méi)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(guò)改變動(dòng)作程序，也有一個(gè)再編程的多功能操作裝置的工作。外國(guó)定義與我們的工業(yè)機(jī)器人如下的成語(yǔ)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(dòng)作的自由度，程序可以靈活地改變，高度的自動(dòng)機(jī)器的自動(dòng)化。它可用于汽車(chē)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(duì)于人，可以攜帶重物，可以有一個(gè)較快的移動(dòng)速度，非常高的定位精度，它是自動(dòng)的各種要執(zhí)行的操作不，它可以是一個(gè)外部信號(hào)。
它能夠代替的人及膨脹和外地人類(lèi)活動(dòng)的膨脹的工作，它們是開(kāi)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(dòng)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(duì)科學(xué)和技術(shù)的工具的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的發(fā)展，是進(jìn)步人類(lèi)社會(huì)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(wàn)能機(jī)器人 Rossum的”，這個(gè)詞指的是機(jī)器人“ ROBOTA”指的是庫(kù)里，男人會(huì)由劇作家機(jī)描述看起來(lái)，特性和功能，是一種體力勞動(dòng)。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(lèi)生活和人類(lèi)發(fā)展的領(lǐng)域，模仿人類(lèi)的步態(tài)，其他運(yùn)動(dòng)功能的機(jī)器人發(fā)展的外觀，這是人類(lèi)的夢(mèng)想你附加。
1.2 工業(yè)機(jī)器人研究概況
1.2.1 國(guó)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(guò)程中進(jìn)行被分為兩類(lèi)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(guó)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(guò)去的數(shù)量增加了一倍，2008年以來(lái)，這種增長(zhǎng)的勢(shì)頭是減少，到2012年我們已經(jīng)超過(guò)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(guò)40％的亞洲控制權(quán)。此外，超過(guò)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(wàn)臺(tái)，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(jué)的人，包括內(nèi)飾清洗機(jī)器人的相對(duì)價(jià)格，低，在未來(lái)的一個(gè)大的市場(chǎng)，因?yàn)榻陙?lái)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(guó)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(guó)家是更為先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)。國(guó)際機(jī)器人市場(chǎng)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(chǎng)規(guī)模將達(dá)到50十億的機(jī)器人，從原來(lái)的300多萬(wàn)臺(tái)服務(wù)機(jī)器人，每年1200萬(wàn)臺(tái)，以引領(lǐng)機(jī)器人，增加了美國(guó)和日本，機(jī)器人的發(fā)展方向它代表技術(shù)在工程的國(guó)際領(lǐng)域的最高水平。 9000來(lái)自美國(guó)的全球銷(xiāo)售臺(tái)機(jī)器人是60％。最近美國(guó)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(duì)應(yīng)的速度5公里大狗的人可以攜帶100公里除了開(kāi)發(fā)的機(jī)器人，以維持上級(jí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)前機(jī)器人起步較晚，我國(guó)自1980年以來(lái)，在體育領(lǐng)域的多臂共同研究和應(yīng)用。 中國(guó)的全國(guó)首個(gè)機(jī)器人的研究示范項(xiàng)目，機(jī)器人列第一大國(guó)家的研究計(jì)劃采用該方案“規(guī)劃綱要”撥巨款在沉陽(yáng)，內(nèi)容包羅萬(wàn)象理論和基本組件的機(jī)器人平臺(tái)，它被啟動(dòng)。近10年來(lái)，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(kāi)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(zhǎng)春一汽工廠，擁有自己的生產(chǎn)線機(jī)器人東風(fēng)汽車(chē)廠開(kāi)始運(yùn)作。國(guó)家863研究的高科技發(fā)展計(jì)劃開(kāi)始于1986年3月，它被列入內(nèi)容智能機(jī)器人的發(fā)展?，F(xiàn)在，我們有一個(gè)簡(jiǎn)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，以加快中國(guó)的國(guó)情相結(jié)合，注意生產(chǎn)和應(yīng)用的視圖。研究也已開(kāi)始所有的發(fā)展，國(guó)內(nèi)機(jī)器人863，如國(guó)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(guó)大學(xué)科學(xué)基金會(huì)下，從而機(jī)器人原型。
本文從“首屆全國(guó)研究生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”多搬運(yùn)手臂動(dòng)作。此時(shí)，單臂，多搬運(yùn)運(yùn)動(dòng)通常在車(chē)輪的形式是為了實(shí)現(xiàn)功能相。事實(shí)上，模仿人類(lèi)行走手臂和腿部的多搬運(yùn)的動(dòng)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(dòng)，但多搬運(yùn)手臂運(yùn)動(dòng)尚不多見(jiàn)。我們的問(wèn)題，簡(jiǎn)單地探索設(shè)計(jì)巧妙的機(jī)械設(shè)備和簡(jiǎn)單的控制來(lái)模擬人的手臂的多搬運(yùn)的動(dòng)作。子功能是：替代大步，搖搖頭，擺動(dòng)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(cè)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(mén)，機(jī)械零件最全面的定義，以必要的各種運(yùn)動(dòng)，包括手，手腕，來(lái)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(lèi)型的動(dòng)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(dòng)，起重或傾斜運(yùn)動(dòng)的任務(wù)。
2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：提供電力的各種組件的系統(tǒng)是活動(dòng)的，以及供應(yīng)單元設(shè)備。通用機(jī)械傳動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng)和電氣，氣動(dòng)，電動(dòng)。
（1）操作系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)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(hào)的要求執(zhí)行。
（1）檢測(cè)系統(tǒng)：經(jīng)由各種傳感裝置，控制器官運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，保證作用，如果有的話反饋到控制系統(tǒng)相對(duì)于該組的運(yùn)動(dòng)的要求。
該團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐證明，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，以取代處理繁重的體力勞動(dòng)運(yùn)動(dòng)，改善工作條件的多，它已被證明，它可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化。長(zhǎng)期定期處理和工業(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(dòng)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(shì)。
1.4 主要內(nèi)容
1.查閱國(guó)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(shí)，撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述；
2.對(duì)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(duì)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(xiě)說(shuō)明書(shū)，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。
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(dòng)化技術(shù)的機(jī)器，機(jī)制，機(jī)械，氣動(dòng)，液壓技術(shù)，檢測(cè)技術(shù)等領(lǐng)域。在科人找出有效解決組合問(wèn)題綜合工程被稱為“系統(tǒng)工程”。手臂多運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，例如，系統(tǒng)工程，應(yīng)作為一個(gè)綜合的方法來(lái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)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(dòng)環(huán)境的研究，開(kāi)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(kāi)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(dòng)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(lái)。
4.系統(tǒng)對(duì)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(dòng)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(dòng)臂。一些傳輸零點(diǎn)動(dòng)力，控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)，包括伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，房子的風(fēng)格，?？刂葡到y(tǒng)中，電子控制單元的操作中，存儲(chǔ)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(pán)，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(dòng)是普遍的調(diào)整，靈活的臂工業(yè)多運(yùn)動(dòng)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(dòng)，各種不同形式的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的組建多聯(lián)技術(shù)工藝機(jī)械行業(yè)其他生產(chǎn)部門(mén)。生產(chǎn)，如建筑，開(kāi)采，生產(chǎn)和輸送臂移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(dòng)控制沒(méi)有影響的精確控制小臂運(yùn)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)
動(dòng)臂多運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，可以是體積小，傳動(dòng)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(dòng)控制的位置和運(yùn)動(dòng)。臂從運(yùn)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)機(jī)械齒輪是常用，蠕蟲(chóng)，效率高，準(zhǔn)確，緊湊的，可靠的，滾珠絲杠的傳動(dòng)齒輪，如長(zhǎng)壽命，帶，鏈傳動(dòng)，行星齒輪，所述傳動(dòng)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(shì)，這一套已經(jīng)設(shè)計(jì)行程。
（四）工作范圍
操作過(guò)程中的工業(yè)手臂動(dòng)作的工作范圍是多的多臂的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)度的變化程度和所設(shè)得的軸的每個(gè)角的
（五）運(yùn)動(dòng)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(dòng)，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(zhǎng)度，或者可以判斷移動(dòng)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(dòng)，考慮到分配過(guò)程的請(qǐng)求時(shí)，它也是，行程的驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)件，軸承，步進(jìn)馬達(dá)?；咀饔檬侵С謽?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(chǎng)所機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)行。
機(jī)器人臂，通常會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)（例如，液壓，氣動(dòng)或一個(gè)馬達(dá)）和一個(gè)驅(qū)動(dòng)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(dòng)臂組成的組件的）
手臂大臂和小臂。繁榮的成員如下：動(dòng)臂和齒輪件，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在臂構(gòu)件：臂，驅(qū)動(dòng)軸，皮帶，定時(shí)等，以手腕運(yùn)動(dòng)用步進(jìn)固定臂的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的一端。腕部分：包含列表殼體，傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)，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(dòng)精度（[μ]中號(hào)步驟）。然而，直角坐標(biāo)相對(duì)于空間機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(dòng)，大于機(jī)器人比其他類(lèi)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(mén)，三起重機(jī)類(lèi)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(dòng)的運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和機(jī)器人。這種機(jī)器人的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)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(dòng)是球形坐標(biāo)機(jī)器人組成的直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的。這個(gè)簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)器人包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。多機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。規(guī)模相對(duì)機(jī)器人本體，其相對(duì)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(lèi)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。
(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(shū)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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低只要，由于考慮到會(huì)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(dòng)范圍和更高的定位精度，用一個(gè)腰部轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，以及自由設(shè)計(jì)的懸臂和臂腕音調(diào)的轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)距自由前臂，轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)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。
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(dòng)。臂移動(dòng)類(lèi)型：任意點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)的自由。因此，我們?cè)O(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(dòng)慣量，比圓形大得多。因此，在機(jī)器人的無(wú)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(shuō)，被用作支撐槽鋼，內(nèi)置驅(qū)動(dòng)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(dòng)，請(qǐng)求啟動(dòng)和力臂端，移動(dòng)的減速時(shí)間開(kāi)始，否則，沖擊和振動(dòng)，加速度和終止請(qǐng)求之前沒(méi)有太大的影響為了減少，它已經(jīng)改變了。
為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，必須采取以下措施。
（A）成分，降低臂的重量以移動(dòng)使用鋁等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。
（B）以減少手臂運(yùn)動(dòng)部件的總體尺寸
（C）減少轉(zhuǎn)彎半徑
（D）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置
（3）的運(yùn)動(dòng)的臂應(yīng)該是靈活的。
為了減少摩擦和滑動(dòng)摩擦的運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦力盡可能臂滾動(dòng)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(cè)臂上這意味著位置，可以控制一個(gè)更好的位置精度。
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
---
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(dòng)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(lèi)型的尺寸和合金鑄件，相同是否，見(jiàn)表4.1所示：
表4.1 砂型鑄造鑄件最小壁厚計(jì)（mm）
它簡(jiǎn)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(duì)應(yīng)于每個(gè)不同的鑄件和特性應(yīng)根據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)。在本文中，通過(guò)使用鑄鋁外殼手臂。具體尺寸，請(qǐng)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(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)矩用以下式表達(dá)：：
式子里，T - 旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)矩 N.m
J --- 轉(zhuǎn)動(dòng)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：
(3.4)
鑒于關(guān)于重心的機(jī)器人手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的摩擦轉(zhuǎn)矩軸的各個(gè)部分的，開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)10N.m起動(dòng)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：
(3.5)設(shè)得諧波減速器：
⑴型號(hào)：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：i1=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：
(3.6)
設(shè)得BF反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)
型號(hào)：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)：
剛輪齒數(shù)：
已知模數(shù)：，則
柔輪分度圓直徑：
鋼輪分度圓直徑：
柔輪齒圈處的厚度：
重載時(shí)，為了增大柔輪的剛性， 允許將δ1計(jì)算值增加20%，即
柔輪筒體壁厚：
為了提高柔輪的剛度，取
輪齒寬度：
輪轂凸緣長(zhǎng)度：取
柔輪筒體長(zhǎng)度：
輪齒過(guò)渡圓角半徑：
為了減少應(yīng)力集中，以提高柔輪抗疲勞能力，取
2.嚙合參數(shù)的計(jì)算
由于采用壓力角的漸開(kāi)線齒廓，傳動(dòng)的嚙合參數(shù)請(qǐng)看以下式子。
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）
式子里，：
W0／m=0.89＋8×10-5×Zr＋2Cnmax／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。
式子里，：
徑向變形系數(shù)：
則：
徑向變形系數(shù)：
柔輪的變位系數(shù)：
剛輪的變位系數(shù)：
驗(yàn)算相對(duì)嚙入深度：
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(dòng)力，應(yīng)適當(dāng)增加值重新計(jì)算，使。
柔輪齒根圓直徑：
式子里，齒頂高系數(shù);徑向間隙系數(shù)
柔輪齒頂圓直徑：
式子里，（找到相應(yīng)表格設(shè)出）
相對(duì)嚙入深度和輪齒過(guò)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。
即：
剛輪齒頂圓直徑：
剛輪齒根圓直徑：
設(shè)出插齒刀齒數(shù)，插齒刀變位系數(shù)，插齒刀原始齒形壓力角，則
剛輪和插齒刀的制造嚙合角：
找到漸開(kāi)線函數(shù)表和三角函數(shù)的表格設(shè)出
那么剛輪和插齒刀的制造中心距：
插齒刀的齒頂圓直徑：
剛輪齒根圓直徑：
驗(yàn)算剛輪齒根圓和柔輪齒頂圓的徑向間隙：
即：
可見(jiàn)沿波發(fā)生器長(zhǎng)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：
柔輪齒圈處的內(nèi)徑：
那么：
軸承外環(huán)厚度：由于工藝上的要求，可將外環(huán)做成無(wú)滾道的
軸承內(nèi)環(huán)厚度：
內(nèi)環(huán)滾道深度：
式子里的是考慮到外環(huán)無(wú)滾道而內(nèi)環(huán)滾道加深量。
軸承內(nèi)外環(huán)寬度：所用為滾珠軸承，近似等于齒寬
軸承外環(huán)外徑：
軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)徑：
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：
式子里，ｅ是偏心距：
（---剛輪分度圓直徑，---柔輪分度圓直徑）
則凸輪圓弧半徑：
凸輪長(zhǎng)半軸：
凸輪短半軸：
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(dòng)齒輪比特性和剛性輪比的齒數(shù)多的齒。因此，通過(guò)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(dòng)的限制軟。因此，諧波傳動(dòng)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：
---輸出轉(zhuǎn)矩
---柔輪節(jié)圓半徑
---柔輪輪齒寬
---剛輪壓力角
---接觸系數(shù)（0.4~0.9）
對(duì)于一般雙波傳動(dòng)，輪齒寬許用接觸應(yīng)力:
則：
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。
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：
切應(yīng)力：
由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力：
式子里：
則：
驗(yàn)算安全系數(shù)：
疲勞極限應(yīng)力：
應(yīng)力安全系數(shù)：
式子里，抗拉屈服極限：
剪切應(yīng)力集中系數(shù)：
達(dá)到疲勞強(qiáng)度要求。
軸的計(jì)算校核
畫(huà)軸的受力分析圖，軸的受力圖請(qǐng)見(jiàn)下圖：
已知：作用在剛輪上的
圓周力
徑向力
法相力
1) 算出垂直面的支撐反力：
2) 水平面的支撐反力：
3） F在支撐點(diǎn)產(chǎn)生的反力：
外力F作用方向與傳動(dòng)的布置有關(guān)，在具體位置尚未確定前，可按最不利的情況考慮，見(jiàn)（7）的計(jì)算
4） 繪垂直面的彎矩圖：
5) 繪水平面的彎矩圖：
6) F產(chǎn)生的彎矩圖：
a-a截面F力產(chǎn)生的彎矩為：
7) 算出合成彎矩圖：
按最壞的狀態(tài)，把與直接相加
MA=+MAF=
+41.1=70.1 N.m
M'A=+MAF=
+41.1=62.57 N.m
8) 算出軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：
N.mm
9) 算出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩
請(qǐng)見(jiàn)下圖，a-a截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量轉(zhuǎn)矩為：
如認(rèn)為軸的扭切應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)變力，設(shè)折合系數(shù)a=0.6，帶入式子得出：
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δB=650Mp,從表格 14-3找到并設(shè)出[δ-1b]=60Mpa,則：
考慮到鍵槽對(duì)軸的消弱，將d值加大5%，由此得出：
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：
抗扭截面系數(shù)為：
彎曲應(yīng)力為：
扭切應(yīng)力為：
按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算，對(duì)于單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)處理，故取折合系數(shù)a=0.6則當(dāng)量應(yīng)力為：
，
從表格找到并設(shè)出45鋼，調(diào)質(zhì)處理，抗拉強(qiáng)度極限=640Mpa，則從表格找到并設(shè)出軸的許用彎曲應(yīng)力[δ-1b]=60Mpa,<[δ-1b],強(qiáng)度滿足要求。
華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
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(dòng)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(dòng)計(jì)算
腕偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)偏壓的變化，通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，它設(shè)置在后臂的下方，并隨后通過(guò)一個(gè)錐齒輪傳動(dòng)接合兩個(gè)鏈條驅(qū)動(dòng)滑輪。從步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)器和鏈傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
根據(jù)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式[15]：
（3.1）
（3.2）
（3.3）
（3.4）
（3.5）
（3.6）
（3.7）
（3.8）
式子里，
---手腕偏轉(zhuǎn)所需力矩（N·m）；
---摩擦阻力矩（N·m）；
---負(fù)載阻力矩（N·m）；
---手腕偏轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)慣性阻力矩（N·m）；
---工件負(fù)載對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）；
---手腕部分對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）；
---手腕偏轉(zhuǎn)角速度（rad/s）；
---手腕質(zhì)量（kg）；
---負(fù)載質(zhì)量（kg）；
---啟動(dòng)時(shí)間（s）；
---手腕部分材料密度（kg/m3）；
---手腕部分外徑和內(nèi)徑（m）；
---手腕的長(zhǎng)度（m）；
---手腕偏轉(zhuǎn)末端的線速度（m/s）。
前面已提到：m=460kg，m/s，m，m，m，s，手腕部分采用的材料假定為鑄鋼，密度kg/m3。
把數(shù)值代到式子算出：
kg
r/s
kg·m2
kg·m2
N·m
N·m
N·m
電機(jī)在工作中實(shí)際要求轉(zhuǎn)矩：
N·m （3.9）
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(hào)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(dòng)
（a） 計(jì)算、分配傳動(dòng)比
對(duì)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(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速：r/min。
由于腕部偏轉(zhuǎn)的角速度r/s，已經(jīng)算出，所以腕部末端偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速r/min，由此推出總的傳動(dòng)比。
手腕的偏轉(zhuǎn)是由極確定和驅(qū)動(dòng)滑輪的鏈條驅(qū)動(dòng)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(dòng)比，大臂鏈傳動(dòng)比，、
（b） 算出傳動(dòng)功率
kW （3.10）
4.1.2 手腕俯仰驅(qū)動(dòng)計(jì)算
通過(guò)將在驅(qū)動(dòng)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(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后將相同的驅(qū)動(dòng)方法和偏轉(zhuǎn)計(jì)算手腕，以確定第一和鏈傳動(dòng)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(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，手腕俯仰驅(qū)動(dòng)設(shè)得與手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)相同的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)90BYG5200B-SAKRML-0301。鏈傳動(dòng)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。
帶輪尺寸：mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
4.1.3 電動(dòng)機(jī)的設(shè)得
設(shè)兩臂及手腕繞各自重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)慣量為:
（3-1）
、、分別為460KG(包括負(fù)載2kg)、5kg、12kg。、、分別為重心到第一軸的距離，數(shù)值分別是185mm、800mm、1500mm，在式（3-1）中、、故、、可忽略不計(jì)。所以繞第一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
（3-2）
=
=
同理可得小臂及腕部繞第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:
=
=
式子里，---小臂重心距第二軸的水平距離 。
--- 腕部重心距第二軸的水平距離 。
則旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)矩用以下式表達(dá)：
（3-3）
式子里，---旋轉(zhuǎn)開(kāi)始的轉(zhuǎn)矩
---角加速度
使機(jī)器人主軸從到/s所需時(shí)間為:則：
若考慮繞機(jī)器人手臂的各部分重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩，則旋轉(zhuǎn)
開(kāi)始時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可假定為
電動(dòng)機(jī)的功率可按下式估算
（3-4）
式子里， ---電動(dòng)機(jī)功率 ；
---負(fù)載力矩 ；
---負(fù)載轉(zhuǎn)速 ；
---傳動(dòng)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
估算后就可設(shè)出電機(jī)，使其額定功率滿足下式
（3-5）
設(shè)得QZD-08串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)
表3-1 QZD-08串勵(lì)直流電動(dòng)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(jí)
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(duì)小的轉(zhuǎn)動(dòng)。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(kāi)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(dòng)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(dòng)慣量為：
J1=JG1+M1L12+JG2+M2L22+JG3+M3L32 （3.1）
式子里，：M1，M2，M3分別為負(fù)載2Kg，手臂1Kg，腕部4Kg；L1，L2，L3分別其長(zhǎng)度。JG1〈〈M1L12、JG2〈〈M2L22、JG3〈〈M3L32，忽略不計(jì)，以繞第一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)慣量：
M2=2Kg，L4=97mm；M3=4Kg，L5=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，則同步帶應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩為：
(3.7)
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(dòng)時(shí)，開(kāi)始旋轉(zhuǎn)10N.m，系數(shù)的值過(guò)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)
設(shè)得諧波減速器：
⑴型號(hào)：XB3-50-100
額定輸出轉(zhuǎn)矩：20N.m
減速比：i1=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：
(3.6)
設(shè)得BF反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)
型號(hào)：55BF003
靜轉(zhuǎn)矩：0.686N.m
步距角：1.5°
4.3.1.傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)得
波減速器是電氣傳動(dòng)減速。需要驅(qū)動(dòng)大﹑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chē)輪被選擇，以形成一個(gè)更適合的驅(qū)動(dòng)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(kāi)線專(zhuān)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)：
剛輪齒數(shù)：
已知模數(shù)：，則
柔輪分度圓直徑：
鋼輪分度圓直徑：
柔輪齒圈處的厚度：
重載時(shí)，為了增大柔輪的剛性， 允許將δ1計(jì)算值增加20%，即
柔輪筒體壁厚：
為了提高柔輪的剛度，取
輪齒寬度：
輪轂凸緣長(zhǎng)度：取
柔輪筒體長(zhǎng)度：
輪齒過(guò)渡圓角半徑：
為了減少應(yīng)力集中，以提高柔輪抗疲勞能力，取
由于采用壓力角的漸開(kāi)線齒廓，傳動(dòng)的嚙合參數(shù)可按考慮到構(gòu)件柔度的計(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：
柔輪齒圈處的內(nèi)徑：
則：
軸承外環(huán)厚度：由于工藝上的要求，可將外環(huán)做成無(wú)滾道的
軸承內(nèi)環(huán)厚度：
內(nèi)環(huán)滾道深度：
式中的是考慮到外環(huán)無(wú)滾道而內(nèi)環(huán)滾道加深量。
軸承內(nèi)外環(huán)寬度：所用為滾珠軸承，近似等于齒寬
軸承外環(huán)外徑：
軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)徑：
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：
式子里，ｅ是偏心距：
（---剛輪分度圓直徑，---柔輪