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摘 要
通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，總結(jié)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)，對(duì)機(jī)械手各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能的論述和分析，以及實(shí)際操作中的應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)了一種SCARA的機(jī)械手。重點(diǎn)針對(duì)機(jī)械手的手爪、手腕、手臂、腰座等各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)以及機(jī)械手的密封性進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：SCARA機(jī)械手，自由度，密封性
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Abstract
Based on the mechanical design, manufacturing and automation professional courses, reviewing the study four years of university knowledge, discussion and analysis of the manipulator mechanical structure and function of each part, and the actual operation of the application, the design of a SCARA manipulator. The mechanical design of manipulator, wrist, arm, waist seat, and the tightness of manipulator are mainly discussed in detail.
Key Words：SCARA manipulator, degree of freedom, sealing property
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 5
1.1 引言 5
1.2國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 5
1.3SCARA機(jī)器人簡(jiǎn)介 6
1.4 平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 7
1.4.1 操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳動(dòng)技術(shù) 7
1.4.2 機(jī)器人計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 8
1.4.3 檢測(cè)傳感技術(shù) 9
1.5 主要研究?jī)?nèi)容及意義 10
1.6 課題要求及本文主要工作 10
1.6.1 課題要求 10
第2章 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)分析 11
2.1機(jī)械手總體設(shè)計(jì) 11
2.1.1 機(jī)械手設(shè)計(jì)原則 11
2.1.2 機(jī)械手本體的模塊化設(shè)計(jì) 12
2.1.3 機(jī)械手本體的模塊化設(shè)計(jì) 12
2.2機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案 13
2.2.1 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式 13
2.2.2 控制電機(jī)的類型、特點(diǎn) 13
2.3機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 14
2.4機(jī)械手移動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 15
2.5滾珠絲杠選型設(shè)計(jì)與計(jì)算 15
2.6本章小結(jié) 18
第3章 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算 20
3.1 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)減速機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
3.2 電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
3.3 同步齒形帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
第4章 機(jī)械手的密封性設(shè)計(jì) 24
結(jié) 論 26
參考文獻(xiàn) 27
致 謝 28
第1章 緒論
1.1 引言
機(jī)器人技術(shù)是集計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)械論、信息與傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等學(xué)科于一體的高新技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是感知、決策、行動(dòng)、互動(dòng)四種技術(shù)的融合。這是一個(gè)非?；钴S和廣泛使用的當(dāng)代研究領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用水平是國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。
該工業(yè)機(jī)器人具有操作機(jī)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感器、仿人操作、自動(dòng)控制、再編程、全自動(dòng)操作的三維空間各種生產(chǎn)設(shè)備。
目前，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在汽車行業(yè)，占機(jī)器人總數(shù)的2.89%。其次是電氣制造業(yè)，約占16.4%，而化學(xué)工業(yè)占11.7%。此外，工業(yè)機(jī)器人在食品、制藥、設(shè)備、航空航天和金屬加工等方面也有較多的應(yīng)用。隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域開始擴(kuò)大，從制造業(yè)向非制造業(yè)，在原有的制造業(yè)同時(shí)是深穿透連續(xù)、大、薄、軟、窄、厚，硬加工領(lǐng)域的深化、擴(kuò)展。新型木家具、畜牧漁業(yè)、建筑、橋梁、醫(yī)療、辦公、家庭教育研究等非制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域。
一般來說，機(jī)器人系統(tǒng)可以根據(jù)功能分為四個(gè)部分：
（l）機(jī)械機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括機(jī)體、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、操作機(jī)構(gòu)、機(jī)架、機(jī)械連接等在內(nèi)的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。
2）電源部分：包括電源、電機(jī)等驅(qū)動(dòng)裝置及其驅(qū)動(dòng)電路。
3）檢測(cè)傳感器裝置：包括傳感器及其相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)電路。
4）控制和信息處理裝置：由硬件和軟件組成的機(jī)器人控制系統(tǒng)。
1.2國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
（1）工業(yè)機(jī)器人的性能改善（高速、高精度、高可靠性、方便操作和維護(hù)），且單價(jià)繼續(xù)下降，平均單價(jià)從10萬3000美元下降到91美元的2005美元。
2）機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化和可重構(gòu)。例如，伺服電機(jī)、減速器、關(guān)節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)等模塊在三者的集成；由關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊與重組機(jī)器人構(gòu)成；國(guó)外有模塊化機(jī)器人產(chǎn)品要求城市。
（3）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)以開放式控制系統(tǒng)為發(fā)展方向，基于CP機(jī)，易于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集成化，控制柜結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化，提高了系統(tǒng)的可靠性、可操作性和可維護(hù)性。
（4）機(jī)器人傳感器的作用起著越來越重要的作用，除了位置、速度和加速度傳感器的傳統(tǒng)，裝配、焊接機(jī)器人還用于視覺、觸覺傳感器和融合技術(shù)的遠(yuǎn)程控制機(jī)器人視覺、聲音、環(huán)境建模和決策控制力覺、觸覺等多傳感器；多傳感器融合技術(shù)已經(jīng)成熟，在產(chǎn)品的系統(tǒng)配置中的應(yīng)用。
（5）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人技術(shù)中的作用已經(jīng)從模擬和排練發(fā)展到過程控制，如操縱機(jī)器人在遠(yuǎn)程操作環(huán)境中的參與感。
（6）當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)是非自治系統(tǒng)的人機(jī)交互控制的追求，而是致力于操作者和機(jī)器人，即遠(yuǎn)程監(jiān)控遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)和地方自治，形成一個(gè)完整的體系，走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用階段的智能機(jī)器人。在Mars的“寄居的機(jī)器人，最著名的例子是發(fā)射系統(tǒng)的成功應(yīng)用。
（7）機(jī)器人的機(jī)械化開始興起。自1994美國(guó)研制出“虛擬軸機(jī)床”以來，該裝置已成為國(guó)際上研究的熱點(diǎn)之一，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了探索和發(fā)展。
1.3SCARA機(jī)器人簡(jiǎn)介
SCARA機(jī)器人（圖1-1）很類似人的手臂的運(yùn)動(dòng)，包括肩、肘、腕關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)水平和垂直運(yùn)動(dòng)，在平面和定位是一種固定式工業(yè)機(jī)器人。它有四個(gè)自由度，其中三個(gè)是旋轉(zhuǎn)自由度，一個(gè)是運(yùn)動(dòng)自由度。3旋轉(zhuǎn)接頭，其軸線相互平行，手腕的參考點(diǎn)的位置是由角位移，確定和PZ，和位移Z運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快。例如，Adeptl SCARA的機(jī)器人可以在速度為10m/s的舉動(dòng)，比常規(guī)的多關(guān)節(jié)機(jī)器人快幾倍。它可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)，整個(gè)手臂的剛性在垂直方向上是大的，并且在水平方向上的靈活性是大的和靈活的。
圖1-1SCARA機(jī)器人
圖1-2 SCARA機(jī)器人裝配線
圖1-3 SCARA機(jī)器人
SCARA機(jī)器人是最適合水平定位和廣泛應(yīng)用在垂直裝配。廣泛應(yīng)用于高效裝配、焊接、密封、搬運(yùn)等領(lǐng)域，具有剛性高、精度高、速度快、安裝空間小、工作空間大等優(yōu)點(diǎn)。由于組件數(shù)量少，工作更可靠，維護(hù)更少。有兩種安裝方式的地板安裝和頂部安裝，易于安裝在各種空間。它們可以直接用作焊接機(jī)器人、點(diǎn)膠機(jī)器人、光學(xué)檢測(cè)機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、插件機(jī)器人等，效率高、占地面積小，基本免維護(hù)。
1.4 平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)
1.4.1 操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳動(dòng)技術(shù)
由于機(jī)器人運(yùn)行速度快，定位精度高，需要設(shè)計(jì)和計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)來解決機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)問題。包括：
（l）重量輕、剛性好、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的小型慣性技術(shù)是普遍采用的、布局合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在底座上，它可以減少手臂的慣性，增強(qiáng)機(jī)體的剛度；在不影響使用性能的情況下，盡可能使用各種組件的中空結(jié)構(gòu)。此外，材料的選擇是至關(guān)重要的整體性能。
（2）設(shè)計(jì)、制造工藝及調(diào)節(jié)精度傳動(dòng)軸直接由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無間隙，無間隙，摩擦少，磨損少，提高剛性、精度和可靠性；軸承采用預(yù)緊措施，保證傳動(dòng)精度和穩(wěn)定性。
（3）傳動(dòng)平穩(wěn)，精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)設(shè)計(jì)效率高，制造和調(diào)整技術(shù)由于在解決機(jī)械結(jié)構(gòu)的問題，往往提出了更高的要求，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，有時(shí)有多級(jí)傳輸，因此要實(shí)現(xiàn)上述目的，常用的方法有：鋼帶傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無摩擦、高精度無間隙傳動(dòng)；滾珠絲杠傳動(dòng)，可提高傳動(dòng)效率和傳動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)和低速性能，摩擦磨損小；使用RV減速器傳動(dòng)鏈短、伸縮。同時(shí)，合理設(shè)置檢測(cè)系統(tǒng)的位置，進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度。
1.4.2 機(jī)器人計(jì)算機(jī)控制技術(shù)
由于自動(dòng)化生產(chǎn)線和裝配精度的要求和外圍設(shè)備的限制，裝配機(jī)器人的控制過程非常復(fù)雜，末端運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，位置軌跡準(zhǔn)確。在這個(gè)階段，機(jī)器人有兩種主要控制方式：首先，專用的控制系統(tǒng)，如FANUC、德國(guó)Motoman，工人等；二是基于PC機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，如庫(kù)卡、ABB、工程、RCS等?？刂祁I(lǐng)域經(jīng)常涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：
（l）采用點(diǎn)控制和軌跡控制的雙控制技術(shù)，為裝配機(jī)器人安裝高級(jí)編程語(yǔ)言和操作系統(tǒng)。常用的編程方法有教學(xué)編程和離線編程。另一方面，合理選擇關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)功率和可變比，終端基點(diǎn)密度和基點(diǎn)插值方法，使運(yùn)動(dòng)精度和軌跡平滑。
（2）裝配機(jī)器人的柔順運(yùn)動(dòng)控制
由于機(jī)器人柔順運(yùn)動(dòng)控制是一種變參數(shù)的非線性控制，它可以使機(jī)器人末端執(zhí)行器與工作對(duì)象或環(huán)境之間的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)滿足給定的要求。這種控制的關(guān)鍵是選擇一個(gè)合適的控制算法。
（3）誤差建模技術(shù)
在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中，機(jī)器人的制造誤差、傳動(dòng)間隙和控制算法誤差會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人末端位置誤差。因此，有必要對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，建立合理可靠的誤差模型，優(yōu)化公差分配，校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差，并采用適當(dāng)?shù)恼`差補(bǔ)償環(huán)節(jié)。
（4）控制軟件技術(shù)
如阻尼算法、前饋控制、預(yù)測(cè)算法等先進(jìn)的現(xiàn)代控制理論引入機(jī)器人控制器使機(jī)器人具有更準(zhǔn)確的定位，固定外形、速度快、調(diào)整時(shí)間短，甚至可以在低剛性機(jī)器人結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無振動(dòng)的特點(diǎn)，有助于提高機(jī)器人的性能。
1.4.3 檢測(cè)傳感技術(shù)
傳感器技術(shù)是檢測(cè)傳感技術(shù)的關(guān)鍵。它主要用于檢測(cè)機(jī)器人本身和作業(yè)對(duì)象和工作環(huán)境的狀態(tài)，并向控制器提供信息以確定系統(tǒng)動(dòng)作。傳感器的精度、靈敏度和可靠性在很大程度上決定了系統(tǒng)的性能。檢測(cè)傳感技術(shù)包含兩個(gè)方面：一是傳感器本身的研究與應(yīng)用，二是檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)。包括：
（1）多維ligio傳感器技術(shù)
多維力傳感器是當(dāng)今世界研究的熱點(diǎn)，涉及的內(nèi)容多、難度大。它可以同時(shí)檢測(cè)三維空間的全部信息。它廣泛應(yīng)用于精密裝配，雙手協(xié)調(diào)，零力演示等。本實(shí)用新型包括彈性體、傳感器頭、集成蓮藕?jiǎn)卧?shù)據(jù)處理單元、專用電源等。
（2）視覺科技
視覺與觸覺視覺技術(shù)與傳感器技術(shù)的關(guān)系類似于人類，與觸覺相比，視覺信息處理技術(shù)具有復(fù)雜和高速能力，成本高，觸覺相對(duì)簡(jiǎn)單，可靠，易于實(shí)現(xiàn)。但在某些情況下，視覺可以完成物體的形狀和姿態(tài)的識(shí)別，可以更全面的獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，在一些特殊的場(chǎng)合如裝配，具有很大的優(yōu)勢(shì)定位，尤其是自主無人駕駛遙控組件，組件，組件和其他干預(yù)條件。因此，如何利用合適的硬件系統(tǒng)進(jìn)行信息的采集和傳輸，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和識(shí)別，以獲得有用的信息，是控制的關(guān)鍵問題。
（3）多傳感器信息融合技術(shù)
由于裝配機(jī)器人采用各種傳感器采集信息，獲取的信息也多種多樣，必須采用有效的手段對(duì)信息進(jìn)行處理，才能獲得有用的信息。因此，信息融合技術(shù)已成為制約檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
（3）傳感設(shè)備的集成與智能化技術(shù)
傳感裝置的集成可以構(gòu)成復(fù)合傳感器或矩陣傳感器，傳感器與測(cè)量裝置的集成可以構(gòu)成集成傳感器。這些方法可以使傳感器的功能越來越小，提高檢測(cè)和傳感系統(tǒng)的性能，更加穩(wěn)定可靠。傳感裝置的智能化是將微型計(jì)算機(jī)或微處理器添加到傳感裝置中，使其具有自動(dòng)判斷、自動(dòng)處理和自動(dòng)操作的功能。加快系統(tǒng)響應(yīng)，消除或減少環(huán)境因素的影響，提高系統(tǒng)精度，延長(zhǎng)平均無故障時(shí)間。
1.5 主要研究?jī)?nèi)容及意義
本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)SCARA教學(xué)機(jī)器人。作為工業(yè)機(jī)器人SCARA有很多成熟的產(chǎn)品，但是他們中的大多數(shù)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用RV減速器，價(jià)格是由這些組件是昂貴的，不適合作為教學(xué)使用。但教學(xué)機(jī)器人相對(duì)于運(yùn)動(dòng)精度要求比工業(yè)機(jī)器人場(chǎng)合要求精度低，對(duì)速度和穩(wěn)定性要求不高，它只需要具備機(jī)器人的基本要素，就可以達(dá)到一定的精度。事實(shí)上，步進(jìn)電機(jī)組成的開環(huán)系統(tǒng)精度高，能滿足教學(xué)需要，且成本遠(yuǎn)低于伺服電機(jī)組成的閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。諧波傳動(dòng)也是一種精度高、傳動(dòng)穩(wěn)定、非常成熟的傳動(dòng)技術(shù)。因此，研制低成本的教學(xué)機(jī)器人是非常有意義的。機(jī)器人的發(fā)展，以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力裝置，以諧波減速器為傳動(dòng)鏈的主要部分，輔以同步齒帶和滾珠絲杠等零件，構(gòu)成機(jī)器人的機(jī)械本體。
1.6 課題要求及本文主要工作
1.6.1 課題要求
1. 機(jī)械臂具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，所有關(guān)節(jié)的軸線都平行。
2. 轉(zhuǎn)動(dòng)空間最大直徑1000mm，移動(dòng)行程800mm
3. 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及本體的設(shè)計(jì)；
4. 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)空間分析和控制方案
5. 傳動(dòng)方式：直流伺服電機(jī)，直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)
6. 驅(qū)動(dòng)方式：直流伺服電機(jī)
7. 材料：鋁合金
8. 總質(zhì)量：6kg 末端載荷：2kg
第2章 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)分析
機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)見圖2-1?？紤]機(jī)械手的操作功能和范圍，采用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)置四個(gè)自由度，即大臂活動(dòng)關(guān)節(jié)、中臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、小臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。此外，還有一個(gè)抓手打開和關(guān)閉。機(jī)械手的每個(gè)關(guān)節(jié)由電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。錐齒輪作為減速器，輸入輸出軸為90度。機(jī)器人必須滿足耐高壓、耐腐蝕、重量輕、等，由于鋁合金比重小，具有很高的耐腐蝕性，所以本文采用鋁合金作為機(jī)械體的材料，同時(shí)采用圓柱殼的形狀，從而充分利用內(nèi)部空間，而且減少流體阻力運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，提高結(jié)構(gòu)的耐高壓性。機(jī)械手的內(nèi)部空間是有限的，控制器，驅(qū)動(dòng)器和電源放置在與外螺旋電纜接頭機(jī)械手的機(jī)械手密接插件。
圖2-1 SCARA機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)圖
2.1機(jī)械手總體設(shè)計(jì)
2.1.1 機(jī)械手設(shè)計(jì)原則
為了保證傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性的力學(xué)系統(tǒng)，在機(jī)械手本體的設(shè)計(jì)，應(yīng)做到以下幾個(gè)方面。
1．減少或消除傳動(dòng)間隙。如消除變形引起的間隙的預(yù)緊方法的使用或穿彈性螺母驅(qū)動(dòng)。
2．提高剛度。應(yīng)選擇剛性更好的材料，并合理選擇手臂截面形狀和輪廓尺寸。
3．提高抗振動(dòng)。提高靜剛度，阻尼，固有頻率增加的改進(jìn)措施可以提高抗振系統(tǒng)。
4．減少摩擦。使用傳輸部件的摩擦阻力小，導(dǎo)向軸承零件，如滾珠絲杠，動(dòng)壓導(dǎo)軌支撐等。
5．縮小體積緊湊。如高強(qiáng)度輕質(zhì)復(fù)合材料的使用。
2.1.2 機(jī)械手本體的模塊化設(shè)計(jì)
隨著機(jī)械手應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)械手產(chǎn)品也向多品種，小批量，低成本等方向發(fā)展，這提出了新的要求，對(duì)機(jī)械手本體的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。機(jī)械手本體的設(shè)計(jì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，從而縮短開發(fā)和生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。模塊化設(shè)計(jì)可以有效地提高設(shè)計(jì)的可重用性，增加系統(tǒng)的可靠性，并根據(jù)客戶的需要系統(tǒng)的合理配置，以滿足市場(chǎng)的不同需求。
2.1.3 機(jī)械手本體的模塊化設(shè)計(jì)
CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)的重要影響。它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)作為一種工具，幫助工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而使設(shè)計(jì)人員從繁瑣，費(fèi)時(shí)，效率低，傳統(tǒng)的手工繪制的圖形的精度低，降低設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期和制造周期，提高產(chǎn)品整體質(zhì)量，因此被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械，電子，汽車，飛機(jī)，船舶，建筑等行業(yè)，已成為現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。二維CAD的主要功能是計(jì)算機(jī)輔助繪圖，使用二維CAD繪圖技術(shù)的工程圖紙不能完全表達(dá)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思想，零件材料，顏色，形狀的表達(dá)，硬度和其他信息，而不是二維CAD技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。在許多情況下，二維圖紙是不完整的，只能表達(dá)信息，而不是直接的，它帶來了畫畫的困難。因此，應(yīng)運(yùn)而生的三維CAD技術(shù)。三維CAD技術(shù)來滿足人們的設(shè)計(jì)思維習(xí)慣，它可以直觀，零件信息的完整表達(dá)，有效地提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，還可完成裝配干涉分析，空間運(yùn)動(dòng)分析，質(zhì)量屬性分析，有限元分析，自動(dòng)生成二維工程圖，等處理分析，很快得到推廣和應(yīng)用。三維CAD已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)重要技術(shù)。
目前，三維CAD領(lǐng)域有三個(gè)主流系統(tǒng)；PTC公司的Pro/Engineer，EDS的UG和達(dá)索SolidWorks。SolidWorks是基于特征的三維CAD專業(yè)軟件，具有功能強(qiáng)大的三維造型設(shè)計(jì)，自由曲面設(shè)計(jì)，二維圖紙，文檔數(shù)據(jù)的管理生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)輔助制造，仿真和分析。
三維建模是機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。利用Solidworks三維CAD軟件可以快速的機(jī)械手本體的機(jī)械零件的設(shè)計(jì)和裝配，建立三維模型。同時(shí)，也可以根據(jù)需要進(jìn)行裝配干涉，對(duì)機(jī)械手本體的分析和模擬空間運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量屬性，動(dòng)態(tài)性能。因此，設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)，我們使用solidworks設(shè)計(jì)機(jī)械手，并利用SolidWorks和AutoCAD進(jìn)行二維工程圖設(shè)計(jì)。
2.2機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案
2.2.1 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式
常用的機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)三種。
1液壓傳動(dòng)。以液體為工作介質(zhì)的液壓驅(qū)動(dòng)，通過將電能轉(zhuǎn)換為液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)的油壓電磁閥，使液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)輸出功率大，精度高，速度快，運(yùn)行穩(wěn)定，但需要獨(dú)立的液壓源，和液體易泄漏，設(shè)備難以小型化，因此不能滿足機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)裝置體積小，重量輕，要求。
2氣壓傳動(dòng)。工作原理和液壓傳動(dòng)一樣，壓力由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)作為工作介質(zhì)，具有工作速度高，成本低，無泄漏污染，但功率小，動(dòng)作不夠穩(wěn)定，不易小型化，難以實(shí)現(xiàn)精確控制。和機(jī)械手需要加工精度高，驅(qū)動(dòng)功率較大，所以壓力驅(qū)動(dòng)為機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式也有一定的局限性。液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)用于工業(yè)機(jī)械手Unimate機(jī)械手早，最早是由液壓驅(qū)動(dòng)的工作模式。
3電氣傳動(dòng)。它是將電能轉(zhuǎn)化為電磁力，電磁力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的。電力驅(qū)動(dòng)，控制精度高，響應(yīng)速度快，操作簡(jiǎn)單方便，無污染，這些特征更好地滿足機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求。因此，電力驅(qū)動(dòng)成為機(jī)械手的主要驅(qū)動(dòng)方式，所述控制電機(jī)是最常見的執(zhí)行器。
2.2.2 控制電機(jī)的類型、特點(diǎn)
為了減小機(jī)械手的體積，降低了驅(qū)動(dòng)裝置的重量，同時(shí)滿足控制精度的要求，我們選擇電驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式，并選取控制電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置?？刂齐姍C(jī)可分為步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)三。他們有不同的特點(diǎn)。
1，步進(jìn)電機(jī)。也被稱為電脈沖電動(dòng)機(jī)，它是電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的機(jī)械角位移的執(zhí)行元件，角位移的大小和速度分別與電脈沖數(shù)的輸入頻率成正比。步進(jìn)電機(jī)沒有積累誤差，長(zhǎng)期定位準(zhǔn)確，不易失步，具有成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能好，機(jī)電一體化系統(tǒng)，因此它被廣泛地應(yīng)用在開環(huán)結(jié)構(gòu)。
2，直流伺服電機(jī)。整流器的直流伺服電動(dòng)機(jī)的電刷和換向器由磁場(chǎng)產(chǎn)生的，磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)正交，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。它具有較高的響應(yīng)速度，精度和頻率，具有優(yōu)良的控制特性，但其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且由于電刷和換向器的使用壽命短，因此需要經(jīng)常修理。
3，交流伺服電機(jī)。交流伺服電機(jī)的大小和方向的氣隙磁場(chǎng)的檢測(cè)，而不是換向器和電刷的電力電子變換器，并通過勵(lì)磁電流、氣隙磁場(chǎng)的方向相同，有效電流的垂直方向與氣隙磁場(chǎng)來控制主磁通和轉(zhuǎn)矩。它具有穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，輸出轉(zhuǎn)矩恒定，過載能力強(qiáng)，加速和良好的動(dòng)態(tài)性能，而且由于閉環(huán)控制的使用，從而達(dá)到較高的控制精度和可靠的控制性能可以。交流伺服電動(dòng)機(jī)已廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域。
為了滿足機(jī)械手的運(yùn)行速度快，高動(dòng)態(tài)性能和良好的設(shè)計(jì)精度控制，采用日本安川公司II系列交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，并驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)與伺服電機(jī)配合控制電機(jī)運(yùn)行的選擇。
2.3機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)
目前，機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)中主要是使用VR減速器或諧波減速器。VR減速器是近幾年發(fā)展起來的以兩級(jí)減速和中心圓盤支撐為主的全封閉式擺線針輪減速器，與其它減速方式相比，VR減速器具有減速比大、同軸線傳動(dòng)、傳動(dòng)精度高、剛度大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，適用于重載、高速和高精度場(chǎng)合。諧波減速器也具有傳動(dòng)比大，承載能力大，傳動(dòng)精度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，而且相對(duì)于VR減速器而一言，其制造成本要低很多，所以在本設(shè)計(jì)中采用諧波減速機(jī)。SCARA機(jī)器人大小臂均要承受軸向壓力和傾覆力矩，所以大臂和小臂均采用諧波減速機(jī)加推力向心交叉短圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)。而推力向心交叉短圓柱滾子軸承剛度高，能承受軸向壓力與徑向扭矩，與諧波減速機(jī)配合正符合SCAAR機(jī)器人大小臂高剛性及高的抗傾覆力矩的要求。這樣有利于縮短傳動(dòng)鏈，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于主軸處于機(jī)器人小臂末端，相對(duì)線速度大，對(duì)重量與慣量特別敏感，所以傳動(dòng)方式要求同時(shí)實(shí)現(xiàn)Z軸方向直線運(yùn)動(dòng)和繞Z軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。經(jīng)過比較，選擇同步齒形帶加滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)Z軸上下運(yùn)動(dòng)，而用同步齒形帶加帶鍵的滑動(dòng)軸套來實(shí)現(xiàn)Z軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2.4機(jī)械手移動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)
移動(dòng)機(jī)械手用于直線升降運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手本體部分傳動(dòng)連接，從而在垂直方向?qū)崿F(xiàn)末端執(zhí)行器的定位裝置。常見的線性驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)和絲杠螺母副聯(lián)合驅(qū)動(dòng)等。滾動(dòng)絲杠螺母具有小的摩擦力矩傳動(dòng)的特點(diǎn)，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，傳動(dòng)精度高，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化系統(tǒng)，與滾動(dòng)導(dǎo)軌副精度高，摩擦系數(shù)小，潤(rùn)滑方便，使用壽命長(zhǎng)。因此，我們使用電機(jī)聯(lián)合滾動(dòng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)導(dǎo)軌副設(shè)計(jì)機(jī)械手。
本次設(shè)計(jì)機(jī)械手的手臂移動(dòng)關(guān)節(jié)如下，電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠軸承兩端固定在圓筒支架上，手臂固定在絲杠螺母座上。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)絲杠螺母沿螺桿軸線方向作直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
初選絲杠的基本技術(shù)參數(shù)，如表2-1所示。
表2-1 絲杠軸的基本技術(shù)參數(shù)
名稱
公稱直徑
螺距
接觸角
摩擦系數(shù)
螺紋類型
數(shù)值
16mm
4
45°
0.1
梯形螺紋
則以上參數(shù)可得：
螺旋升角
當(dāng)量摩擦角
螺紋阻力矩
上式中，表示摩擦系數(shù)，Q表示可承載絲杠軸面的平均直徑，因而取螺母內(nèi)外徑的平均值，取為，所以：
絲杠所受力矩
安全系數(shù)2，最小力矩電機(jī)輸出。
2.5滾珠絲杠選型設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1）滾珠絲杠副具有傳動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，精度高，經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，同步的特點(diǎn)，從而滿足設(shè)計(jì)要求。首先，滾珠絲杠連接裝置質(zhì)量的工作條件：m1為4kg，工件（末端執(zhí)行部分）質(zhì)量m2為2kg，行程長(zhǎng)度Ls為800mm，最大速度V為6m/min，加速時(shí)間t為0.5s，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速1250r/min，導(dǎo)向面摩擦系數(shù)μ為0.003，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm為0.8N.M，絲杠傳動(dòng)精度±0.03mm，額定工作壽命時(shí)間Lh為10000h。
（2）絲杠導(dǎo)程精度的選擇
+ 0.3mm定位精度的C7，滾珠絲杠的精度水平，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的要求，對(duì)滾珠絲杠的選擇。
（3）滾珠絲杠的導(dǎo)程及長(zhǎng)度選擇
從表2-3顯示，電機(jī)轉(zhuǎn)速1250r /分鐘，提升聯(lián)合線性運(yùn)動(dòng)速度100mm/s，即6m/min，滾珠絲杠導(dǎo)程，查看《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，所以我們應(yīng)該選擇5mm。
（4）絲杠直徑的選擇
這樣，通過絲桿的長(zhǎng)度和導(dǎo)程P = 5mm，可選的螺桿直徑為16mm。
（5）最大軸向負(fù)荷的計(jì)算
加速度：
各狀態(tài)下的受力情況如表2-2所示
表2-2各個(gè)狀態(tài)的受力情況表
作用在滾珠絲桿上的最大軸向負(fù)載為：。
計(jì)算載荷求解：
根據(jù)表2-3所示：選取，，。
表2-3 求解載荷的參數(shù)表
（6）支撐方式的選擇
由于絲杠行程800mm，6m/min，最大速度，所以支撐螺旋軸選擇固定支撐。
（7）額定動(dòng)載荷計(jì)算計(jì)算
壽命：
￠ =（2-22）
（8）滾珠絲杠副選擇
名義上的滾珠絲杠動(dòng)態(tài)負(fù)荷等于或略大于選擇原則，THK滾動(dòng)預(yù)壓滾珠絲杠BTK2005-2.6，Ca=6KN。
BTK2005-2.6的參數(shù)主要為：絲杠軸外徑d=16mm，導(dǎo)程P=5mm，鋼球中心直徑dp=16.5mm，溝槽谷徑d1=14.2mm，基本額定載荷Ca=6KN，C0a=16.5KN，剛性K=150N/μm；螺旋升角為3.64o。
（9）滾珠絲杠的剛度驗(yàn)算
變形是確定工作負(fù)載和扭矩，因?yàn)閮烧叩慕Y(jié)合，所以，在一定程度上引導(dǎo)過程，偏移和在實(shí)際過程中，取，這將確保在最壞的情況下，鉛的最大變形預(yù)測(cè)。所以：
pp
式中，A為絲杠截面積，；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對(duì)鋼G=83.3GPa；
在上式中，為平均工作負(fù)載，表示摩擦系數(shù)，T表示轉(zhuǎn)矩，取摩擦系數(shù)為0.0025，則=8'40"；
工作是在由導(dǎo)程誤差引起的彈性變形的桿的長(zhǎng)度
通常要求絲杠誤差應(yīng)小于1／2傳動(dòng)精度，即：
，該絲杠滿足剛度要求。
（10）效率驗(yàn)算
滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為:
要求在 90%~95%之間，所以所選的絲杠副合格。
2.6本章小結(jié)
本章主要對(duì)機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)和基本要求，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行分析，完成了機(jī)械手的本體設(shè)計(jì)。
首先確定傳動(dòng)方案，然后采用自底向上的設(shè)計(jì)原理，SolidWorks環(huán)境下的三維建模；然后是關(guān)鍵部件的選型計(jì)算，從而確定結(jié)構(gòu)模型的主要結(jié)構(gòu)和部件，與整體一致的設(shè)計(jì)原則。
一般來說，結(jié)構(gòu)和布局的模塊化制造方便，該模塊可以應(yīng)用在一些精度和結(jié)構(gòu)尺寸組合運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。
第3章 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)減速機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
大臂的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為角速度≤1.8rad/s，電機(jī)初選四通步進(jìn)電機(jī)，兩相混合式86BYG250B-0402。最高轉(zhuǎn)速為30OORPM，設(shè)計(jì)電機(jī)按1500RPM工作，則:
初選諧波減速器為北京中技克美諧波傳動(dòng)有限責(zé)任公司的機(jī)型為60的XB3扁平型諧波減速器，其傳動(dòng)比可以是100(XB3-60系列組件的規(guī)格和額定數(shù)值見下表)
表3-1 XB3-60-100的規(guī)格和額定數(shù)值表
機(jī)型
速比
最高輸入轉(zhuǎn)速rpm
輸入轉(zhuǎn)速3000rpm
半流體潤(rùn)滑脂
油潤(rùn)滑
輸入功率
Kg
輸出功率
kg
輸出扭矩
N.m
60
100
30000
50000
0.145
30
30
3.2 電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸(機(jī)座旋轉(zhuǎn)軸)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為
式中:初擬機(jī)座的外徑為150mm，內(nèi)徑為100mm，帶輪直徑60mm，寬40mm.
設(shè)諧波減速器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量86BYG250B-0402電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量
因此自由度弓傳動(dòng)系統(tǒng)上所有慣量折算到電機(jī)軸1上的等效慣量為
電機(jī)軸扭矩為T=
因?yàn)樗x材料的摩擦系數(shù)f=0.002
取響應(yīng)時(shí)間△T=o.045，則
所選兩相混合式步進(jìn)電機(jī)86BYG25OBN一0402電機(jī)在3O00rpm時(shí)扭矩為06N.m，滿足要求，其余幾個(gè)電機(jī)的選擇計(jì)算類似，第二自由度選擇86BYG25OAN，第三和第四自由度是兩個(gè)56BYG25OB。
表3-2步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)
序號(hào)
型號(hào)
相數(shù)
步距角
（。）
靜態(tài)相流
（A）
相電電阻
相電感
(mH)
保持轉(zhuǎn)矩
(Nm)
定位轉(zhuǎn)矩
(Nm)
重量
(Kg)
1
86BYG250BN
2
0.9/1.8
4
1.1
11
5.0
0.08
2.6
2
86BYG250BN
2
0.9/1.8
3.6
0.9
7.2
0.4
0.08
1.5
3
56BYG250B
2
0.9/1.8
2.4
0.9
2.4
0.65
0.03
0.48
3.3 同步齒形帶的設(shè)計(jì)計(jì)算
考慮到整體結(jié)構(gòu)，選擇一對(duì)直徑60mm左右的帶輪同步齒型帶傳遞的設(shè)計(jì)功率隨載荷性質(zhì)、速度增減和張緊輪的配置而變化。令凡為考慮載荷性質(zhì)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的工況修正系數(shù)，KZ為考慮增速的修正系數(shù)，K為考慮張緊輪的修正系數(shù)。
設(shè)計(jì)功率為：
2、 選擇帶型和帶輪節(jié)徑及齒數(shù)參照“同步帶選型圖”選擇帶型為L(zhǎng)型，則選擇帶輪20L050，節(jié)
3、 節(jié)徑60.64mm，外徑59.88mm，齒數(shù)為20，節(jié)距P=9.525mm。接下來驗(yàn)算帶速，同步帶傳動(dòng)速度為
查表知L型帶帶速限制為Vmax=40—50m/S。所以帶輪滿足要求。
(3)同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度Lp，齒數(shù)Zb及傳動(dòng)中心距
初選中心距
取
=89.7702
(4)確定實(shí)際嚙合齒數(shù)Zm
(5)確定實(shí)際同步帶寬度
（1） 選取同步帶的寬度為12.7mm，帶輪寬度為14+2mm。
第4章 機(jī)械手的密封性設(shè)計(jì)
由于機(jī)械手在戶外，設(shè)備的密封性成為設(shè)計(jì)中最重要的部分。在各種靜密封或動(dòng)密封的應(yīng)用中，O形密封圈是一種高效經(jīng)濟(jì)的密封元件，是一種具有雙向功能的密封件。安裝時(shí)，徑向或軸向初始?jí)嚎s使O型密封本身具有初始密封能力。系統(tǒng)的密封力和初始密封力產(chǎn)生總的密封力，隨著系統(tǒng)壓力的增大而增大。O型密封圈結(jié)構(gòu)緊湊，外形小巧，安裝方便。適用于解決多種密封問題。
機(jī)械手與非水環(huán)境機(jī)械手最大的區(qū)別是必須保護(hù)機(jī)械手不受腐蝕和密封。機(jī)械手的防腐主要從材料考慮。手指和手掌的外殼采用鋁合金，鋁合金具有良好的耐蝕性，機(jī)械加工完成后，合金表面經(jīng)陽(yáng)極氧化處理，進(jìn)一步提高了耐蝕性。錐齒輪的小部分，軸承和軸的關(guān)鍵采用鉻鎳不銹鋼材料，該材料不僅耐大氣腐蝕，水，蒸汽，耐腐蝕性可以硝酸，硫酸和鹽酸，并具有優(yōu)良的冷加工性。
通常，密封分為兩部分：相對(duì)靜止接頭和相對(duì)運(yùn)動(dòng)之間的靜密封，以及接合面之間的動(dòng)態(tài)密封。解決靜密封問題并不難。通常采用“O”型密封圈的方法。這是很難解決的問題，移動(dòng)和密封。動(dòng)密封是指電機(jī)軸的延伸密封，因?yàn)殡姍C(jī)軸只要轉(zhuǎn)動(dòng)，軸與殼體就會(huì)有間隙，很容易漏氣。在機(jī)械手上，電機(jī)除了涉及動(dòng)密封外，其余均為靜密封。最重要的是在軸延伸的動(dòng)態(tài)密封。
由于電機(jī)功率較低，有必要對(duì)這種密封方式的摩擦損耗進(jìn)行估算，又因?yàn)闄C(jī)械手在抓取時(shí)轉(zhuǎn)速非常低，所以不考慮摩擦功率損失，只對(duì)其摩擦損耗力矩進(jìn)行估算. 取接觸圓環(huán)面作為研究對(duì)象，建立如圖4-1所示的極坐標(biāo)系。
圖4-1 極坐標(biāo)系
在圓環(huán)面上取一微元區(qū)域S，可得到該微元上摩擦損耗力矩為：
式中：P為接觸面的壓力（包括水壓合壓蓋預(yù)緊力）；f為接觸面的摩擦系數(shù)。
化簡(jiǎn)可得：
舍去二次微小量，上式變?yōu)椋?
所以整個(gè)圓環(huán)面上的摩擦損耗力矩為：
根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，；；取壓蓋的預(yù)緊力和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)處錐齒輪副的作用力為20N，則，??；在半液摩擦狀態(tài)時(shí)摩擦系數(shù)，因此有：
根據(jù)前面所述的電機(jī)計(jì)算轉(zhuǎn)矩?fù)p失率為：
由此可見，這種密封方式的轉(zhuǎn)矩?fù)p失率較小，對(duì)機(jī)械手影響不大。
結(jié) 論
本設(shè)計(jì)通過結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科四年的知識(shí)，來完成特定的功能，滿足了機(jī)器人設(shè)計(jì)的特殊要求，更好地反映和機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)的畢業(yè)生理論研究層面的設(shè)計(jì)制造，實(shí)踐能力和專業(yè)的精神和態(tài)度，較強(qiáng)的針對(duì)性和明確的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。
本文研制了四自由度機(jī)械手。在分析了機(jī)械手工作環(huán)境及作業(yè)性能的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)行了機(jī)械手關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)，并從機(jī)械手關(guān)節(jié)動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置以及密封件等方面，對(duì)關(guān)鍵器件進(jìn)行了選型。設(shè)計(jì)說明機(jī)械手具有良好的水密性能，同時(shí)也驗(yàn)證了機(jī)械手本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性和可行性，為研究機(jī)械手智能控制搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
綜上，經(jīng)過資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計(jì)算，再到工程圖紙的繪制以及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫等各個(gè)環(huán)節(jié)，我對(duì)大學(xué)四本科階段的知識(shí)有了一個(gè)整體的深層次的理解，同時(shí)對(duì)工程的理解更加深刻和準(zhǔn)確。因此，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。
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致 謝
致 謝
感謝X老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給我的指導(dǎo)，有了X老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的指導(dǎo)我的論文才得以順利完成。老師為我論文課題的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。在本文結(jié)束之際，特向敬愛的樊老師致以最尊敬的敬禮和深深地感謝！
通過此次設(shè)計(jì)，一方面讓我認(rèn)識(shí)到只學(xué)習(xí)理論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤之處；另一方面又積累豐富的知識(shí)，吸取別人好的方法和經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜問題的解決能力，摸索出一套解決綜合問題的方法，為自己以后的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高了自己的動(dòng)手能力。順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，既是對(duì)我大學(xué)所學(xué)課程的一次綜合整理，又使我對(duì)機(jī)電知識(shí)有了更深層次的理解。這些能力的掌握是我步入社會(huì)所必需的。
同時(shí)由衷的感謝在我設(shè)計(jì)過程中，班級(jí)同學(xué)對(duì)我的指導(dǎo)和幫助，有了你們的熱心解答，彌補(bǔ)了我的不足，我得以在各方面取得顯著的進(jìn)步。由于初次研究這種復(fù)雜而又綜合的設(shè)計(jì)，過程中難免存在一些錯(cuò)誤和不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和指正。