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本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）吸盤機(jī)械手的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 小三號(hào)黑體居中（下同）專 業(yè)學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師提交日期 年 月 日2015-JXLW商 丘 工學(xué)院 專業(yè)代碼-編號(hào)誠 信 承 諾 書本人鄭重承諾和聲明:我承諾在畢業(yè)論文撰寫過程中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定,恪守學(xué)術(shù)規(guī)范, 此畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))中均系本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成, 沒有剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、思想和成果, 沒有篡改研究數(shù)據(jù), 凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料 ,均作了注釋,如有違規(guī)行為發(fā)生, 我愿承擔(dān)一切責(zé)任, 接受學(xué)校的處理 ,并承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 年 月 日 I摘要機(jī)械手技術(shù)是機(jī)電一體化產(chǎn)品，吸盤抓設(shè)得機(jī)械手成為一個(gè)領(lǐng)先的研究課題，目前應(yīng)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)械手也導(dǎo)致了這些學(xué)科的發(fā)展。關(guān)節(jié)型機(jī)械手是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，工藝多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的一個(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)銜接所需組合治療也促成了這些學(xué)科的發(fā)展。本文采用在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的關(guān)節(jié)型機(jī)械手，并完成圖紙和零件圖總裝配圖。為機(jī)械手模型的要求被分析以估計(jì)的每個(gè)關(guān)節(jié)，充分的選擇電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)矩和功率。完成關(guān)節(jié)型機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型操盤分析，檢查，分析機(jī)械手模型，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)機(jī)械手模型做的過程中強(qiáng)度的關(guān)鍵部件，繪制 2D 圖，3D 圖，完整的運(yùn)動(dòng)仿真。關(guān)鍵詞：機(jī)械臂，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手，電機(jī)AbstractRobot technology is a mechanical and electrical integration products, sucker crawling robot into a leading research, the current application 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. Articulated robot is a typical mechatronic products, a hot process more articulation arm movement more areas of collaborative research. Many disciplines mechanics, electronics, information theory, artificial intelligence, knowledge and biological and computer, but the development of its multi-agency convergence desired combination therapy also led to the development of these disciplines.In this paper, the structural design of the articulated robot and complete drawings and part drawings assembly drawing. To require the robot model is analyzed to estimate each joint, full selection of the desired motor torque and power. Complete articulated robot programming, design, structural design, kinematics model Trader analysis, inspection, analysis robot models, key components design and production of the robot model the process of doing strength drawn 2D drawings, 3D maps, complete Motion Simulation.Key Words： arm, structural design, mechanical hand sucker joints, motorIII目 錄1 緒論11.1 引言11.2 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手研究概況.21.2.1 國外研究現(xiàn)狀21.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀21.3 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu).32 總體方案設(shè)計(jì)52.1 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手工程概述.52.2 工業(yè)吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案論述.52.3 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)原理.62.4 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì).73 機(jī)械手大臂部結(jié)構(gòu)103.1 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求.103.2 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).113.3 大臂電機(jī)及傳動(dòng)齒輪選型.114 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)154.1 腕部設(shè)計(jì).154.1.1 手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)計(jì)算154.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇214.2 小臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).234.3 小臂電機(jī)選型.234.4 傳動(dòng)選擇.234.5 軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì).274.6 軸的受力分析及計(jì)算.284.7 軸承的壽命校核.284.9 軸的強(qiáng)度校核.294.10 各軸鍵、鍵槽的選擇及其校核.305 機(jī)身設(shè)計(jì)315.1 步進(jìn)電機(jī)選擇.31IV5.1.1 計(jì)算輸出軸的轉(zhuǎn)矩315.1.2 確定各軸傳動(dòng)比335.1.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)335.2 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算.355.2.1 高速級齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算355.2.2 低速級齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算395.3 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算.425.3.1 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算425.3.2 中間軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算445.3.3 輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算465.4 軸承的校核.485.4.1 輸入軸上軸承壽命計(jì)算485.4.2 中間軸上軸承壽命計(jì)算495.4.3 輸出軸上軸承壽命計(jì)算505.5 鍵的選擇和校核.515.5.1 鍵的選擇515.5.2 鍵的校核515.6 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).525.6.1 機(jī)身箱體材料的選擇525.6.2 機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝52總結(jié)與展望53致 謝54參考文獻(xiàn)551 緒論11 緒論1.1 引言 關(guān)節(jié)型機(jī)器人是聯(lián)合研究的一個(gè)典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，熱工藝銜接手臂運(yùn)動(dòng)更多的領(lǐng)域。許多學(xué)科機(jī)械，電子，信息理論，人工智能，知識(shí)和生物和計(jì)算機(jī)，但多機(jī)構(gòu)收斂所需組合療法的發(fā)展也帶動(dòng)了這些學(xué)科的發(fā)展。多臂多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)的共同領(lǐng)導(dǎo)。1959 年世界上第一個(gè)多關(guān)節(jié)工業(yè)多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)的誕生，創(chuàng)造發(fā)展臂的新時(shí)代。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和多關(guān)節(jié)的快速發(fā)展行動(dòng)研究部門的應(yīng)用。加藤一郎，日本早稻田大學(xué)手臂關(guān)節(jié)和更多的世界知名專家，教授說。順便說一下，自動(dòng)化程度高，動(dòng)力系統(tǒng)復(fù)雜“的一個(gè)很大的特點(diǎn)，多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)必須有工作。 ”偉大的發(fā)明家愛迪生曾經(jīng)說過：“上帝造人的腿是最美麗的杰作。 ”該系統(tǒng)需要一個(gè)豐富的動(dòng)態(tài)環(huán)境中是非常低的，無論在地面和非結(jié)構(gòu)化地形的適應(yīng)性良好的環(huán)境狀態(tài)。為了擴(kuò)展功能和多連桿式機(jī)器人的應(yīng)用程序打開無限的發(fā)展前景廣闊。關(guān)節(jié)型機(jī)器人研究的原因和目的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：開發(fā)組織，讓他們在結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性的工作，許多圈子，而不是個(gè)人或擴(kuò)展和人類活動(dòng)的更新的領(lǐng)域;希望有更多的人有一個(gè)內(nèi)在的理解和認(rèn)識(shí)，并使用這些功能對個(gè)人服務(wù)，如假肢。在這個(gè)領(lǐng)域和豐富的研究體系，其研究手臂運(yùn)動(dòng)更加危險(xiǎn)機(jī)的詳細(xì)動(dòng)態(tài)，多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)可以是一個(gè)聰明的舉動(dòng)，如果多關(guān)節(jié)臂在人工智能領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)世界上唯一的格式定義是不一樣的。聯(lián)合國訓(xùn)練研究所與更多的公司最近標(biāo)準(zhǔn)化的手臂運(yùn)動(dòng)帶來用他的胳膊國際多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的美的定義：操作臂允許您更改程序中通用的多聯(lián)合演習(xí)可編程操作系統(tǒng)，操作完成各種各樣的工作，特別是對物料輸送，傳動(dòng)部件。參照國際定義，并結(jié)合定義中國多臂化合物如下：多關(guān)節(jié)機(jī)器人是一個(gè)獨(dú)立的動(dòng)作，更自由和靈活性，以改變該程序，它可以被放置在任何地方，自動(dòng)化程度高的機(jī)器的自動(dòng)化。汽車油漆或其他涂料行業(yè)更關(guān)節(jié)關(guān)節(jié) E'可用。更硬的臂關(guān)節(jié)臂高相比與其他可能的應(yīng)重的東西迅速，準(zhǔn)確度是非常高的，可以基于外部信號(hào)，各種自動(dòng)化系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)處理多關(guān)節(jié)臂是計(jì)算機(jī)自動(dòng)可編程控制裝置的控制之下。多關(guān)節(jié)機(jī)械手用于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和工作的生產(chǎn)率，生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，改善了工作條件和降低了商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2勞動(dòng)強(qiáng)度的有效手段。誕生和多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，雖然只有 30 歲，但已經(jīng)應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的許多部門，民間的技術(shù)，應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力 [1-2]。1.2 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手研究概況1.2.1 國外研究現(xiàn)狀人類和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)原理的第一個(gè)系統(tǒng)研究是邁布里奇發(fā)明了照相機(jī)跟單，即設(shè)定的觸發(fā)相機(jī)的電源，并在1877年他成功地參加了四足和連續(xù)運(yùn)行的許多照片。后來，這種方法使用的相機(jī)是用來研究人體運(yùn)動(dòng)Demeny。從1930年到1950年，蘇聯(lián)也伯恩斯坦從深入人類和動(dòng)物研究的生物動(dòng)力機(jī)制的角度看，并提出的議案非常形象化的描述。真正研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)多關(guān)節(jié)全面，系統(tǒng)于1960年推出至今，聯(lián)合多月的手臂比較完整的理論體系只有形成，并在一些國家，如日本，美國和“蘇聯(lián)已成功開發(fā)出可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的，多臂樞軸原型。在這一節(jié)中，我們介紹了1960年至1985年期間，臂多關(guān)節(jié)實(shí)地達(dá)到的運(yùn)動(dòng)的最重要的進(jìn)展的團(tuán)隊(duì)。在20世紀(jì)60年代和70年代，武裝多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制理論產(chǎn)生三種類型的控制方法是非常重要的，這限制了國家控制，控制參考模型和控制算法。這三種控制的方法對所有類型的吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手都是適用的。國家控制是通過在1961年提出的模型的參考檢查于1975年由美國法恩斯沃思南斯拉夫托莫維奇限制，該算法是由著名的胳膊南斯拉夫研究所米哈伊爾?羅多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)專家鮑賓控制Vukobratovic 博士1969 - 1972年的教堂中扣除。有這三種類型的控制方法之間的內(nèi)在關(guān)系。有限狀態(tài)控制實(shí)質(zhì)上是一個(gè)控制參考模型，并且該控制算法是這種情況[1]的中心。在搜索步態(tài)，蘇聯(lián)Bessonov和Umnov定義“最佳步態(tài)”，Kugushev 和Jaro-shevskij定義自由的步伐。這兩種步態(tài)不僅能適應(yīng)，而且要適應(yīng)胳膊多條腿多企業(yè)的動(dòng)向。在這些中，對于自由路徑的步驟的條件的規(guī)那么。如果地形是非常粗糙的，所以運(yùn)動(dòng)臂多關(guān)節(jié)，下一步應(yīng)放在哪里腳不能基于對步驟序列來加以考慮，但應(yīng)通過步驟以便攀登者去步驟通過一些優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)來確定哪個(gè)是所謂的自由速度。穩(wěn)定性研究手臂動(dòng)作的多關(guān)節(jié)，美國Hemami，該提議的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的控制的簡化模型作為振蕩器，反轉(zhuǎn)（倒立擺） ，它可以被解釋為在換能器存在的問題的向1 緒論3前運(yùn)動(dòng)。此外，減少了控制的考慮，Hemami，誰也研究手臂運(yùn)動(dòng)的多關(guān)節(jié)“減少型”問題的復(fù)雜性進(jìn)行了研究。此前我們指出了系統(tǒng)的Vukobratovic還人形能量分析，但它的力量是有限的關(guān)節(jié)和隨時(shí)間的整個(gè)系統(tǒng)的變化，并沒有太多涉及這個(gè)問題的最佳功耗的出口。但是在他的研究中，Vukobratovic得出一個(gè)有用的結(jié)論，即平滑的姿態(tài)，類人型系統(tǒng)所消耗的功率就越少。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。 1986 年，國家啟動(dòng)了“規(guī)劃綱要”的研究多動(dòng)關(guān)節(jié)臂，中國的高科技“863”水平運(yùn)動(dòng)臂包括于 1987 年。目前聯(lián)合研發(fā)，中國移動(dòng)手臂多企業(yè)的研究和開發(fā)應(yīng)用單位主要與高校和科研院所。初步調(diào)查多關(guān)節(jié)型機(jī)器人技術(shù)的主要目的是更先進(jìn)的技術(shù)來跟蹤國際風(fēng)險(xiǎn)手臂的運(yùn)動(dòng)，然后設(shè)得得了一些成績。1986 年哈爾濱工業(yè)大學(xué)，他開始研究最為關(guān)節(jié)臂，腳靜手臂運(yùn)動(dòng) HIT-I 和 110厘米高，體重 70 千克多的企業(yè)，率先成功開發(fā)進(jìn)度有 10 個(gè)自由度，以到達(dá)地面上的線，左，右，以及運(yùn)動(dòng)，上下樓梯，45 厘米左右 10 秒/步，速度成功研制的 HIT和 HIT-II-III，重量為 42 千克，長度 103 厘米，它是 12 個(gè)自由度，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)步驟每秒 24 厘米，2.3 分速度。 HI 目前正在開發(fā)第四樂章的下一個(gè)多關(guān)節(jié)臂，身體 52度的自由，這是一個(gè)偉大的運(yùn)動(dòng)和速度的平衡三臂，多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)[3-7]。在 1988 年春國防科技大學(xué)成功具有六個(gè)自由度的平面雙足運(yùn)動(dòng)臂多關(guān)節(jié)KDW-1，可以向前，向后和上下樓梯，每秒 40 厘米，四步開發(fā)的最大速度，在1989年今年的步伐，我們開發(fā)了一種空間 KDW-II，具有 10 個(gè)自由度，最高的 69 厘米，重 13 公斤，包括更多的來回，上下樓梯和周圍的近靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。 1990 年兩縱縫互聯(lián)網(wǎng) KDW-II，在 KDW-Ⅲ開發(fā)的，有 12 個(gè)自由度，并添加函數(shù)曲線，以獲商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4得完整的測試環(huán)境。 1995 年在步驟 20 厘米 0.8 秒?22 厘米，13 度的最大角度動(dòng)態(tài)的步伐。 2000 年 KDW-III 中國的第一個(gè)人形的手臂的“排頭兵”的成功結(jié)束的發(fā)展的基礎(chǔ)上，在一個(gè)不確定的環(huán)境下微小的變化動(dòng)態(tài)每秒，兩步周期，1.4 男，為20 kg 的多關(guān)節(jié)的動(dòng)作，有頭，眼睛，頸部，身體，手臂，腳，和一定程度的語言功能[8-13]中。此外，清華大學(xué)正在開發(fā)一個(gè)人形的手臂培育更多升學(xué)銜接 THBIP-I，高七米，體重 130 千克，32 自由度的支持清華大學(xué) 985 項(xiàng)目，該項(xiàng)目是。南京航空航天大學(xué)有八個(gè)自由度機(jī)械手關(guān)節(jié)間隙靜態(tài)函數(shù)[13,14]的發(fā)展。本文從“首屆全國研究生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”多關(guān)節(jié)手臂動(dòng)作。此時(shí)，單臂，多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)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關(guān)節(jié)的動(dòng)作并不多，但也有六條腿，已經(jīng)出現(xiàn)四腿臂多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，但多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)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關(guān)節(jié)的動(dòng)作。子功能是：替代大步，搖搖頭，擺動(dòng)手臂，擺臂。1.3 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型機(jī)器人和部分整體關(guān)系的概述：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(dòng)，包括手，手腕，來獲得身體。1.末端執(zhí)行用于執(zhí)行，并且配置的工作直接涂漆。2.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。3.臂和連接基團(tuán)的手的手臂，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)關(guān)節(jié)，在基座的任何類型的動(dòng)力傳輸。4：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 緒論5（3）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。（4）檢測系統(tǒng)：經(jīng)由各種傳感裝置，控制器官運(yùn)動(dòng)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(dòng)的要求。實(shí)踐證明，該小組可以設(shè)得代繁重的體力勞動(dòng)的多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，顯著減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化。經(jīng)常處理和工業(yè)生產(chǎn)在長期內(nèi)往往體積龐大件，單調(diào)的操作，單臂，多聯(lián)合演習(xí)是有效的。此外，它可在高溫，低溫，深水，宇宙，環(huán)境條件和其他有毒放射性污染進(jìn)行操作，同時(shí)也表現(xiàn)出優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景 [4-8]。2 總體方案設(shè)計(jì)62 總體方案設(shè)計(jì)2.1 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手工程概述吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手是一個(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)，檢測技術(shù)等領(lǐng)域。在科人得到有效解決組合問題綜合工程被稱為“ 系統(tǒng)工程 ”。手臂多關(guān)節(jié)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(dòng)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)那么的功能系統(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(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。（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。所以，在設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，不僅要注意關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的部件的整個(gè)多部件設(shè)計(jì)臂應(yīng)根據(jù)視工程系統(tǒng)的角度來看，這設(shè)得決于一個(gè)單一的多關(guān)節(jié)臂的動(dòng)作的功能要求，子系統(tǒng)，多臂關(guān)節(jié)，合理，產(chǎn)品的性能，需要在多關(guān)節(jié)臂的動(dòng)作的作業(yè)的所有組件。一般來說，最復(fù)雜的行業(yè)手臂關(guān)節(jié)如下：在操作機(jī)器，是最大的，單臂多關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)來完成的任務(wù)，其中包括基地，手臂，手腕，副作用機(jī)構(gòu)。傳輸系統(tǒng)，其中包括幾個(gè)傳輸零點(diǎn)電源，控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括電子控制裝置的操作，記憶功能（計(jì)算機(jī)或其它版本控制裝置可編程） ，操作員接口裝置（鍵盤，學(xué)習(xí)盒等） ，數(shù)據(jù)處理裝置和各種傳感器，放大離線傳輸，傳感器編程接口設(shè)備通信的 I / O 14]內(nèi)部和外部傳感器和其他設(shè)備（一般或特別。特征行業(yè)臂多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是普遍的調(diào)整，靈活的臂工業(yè)多關(guān)節(jié)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)（例如，機(jī)床，鍛壓，吸附，裝配等生產(chǎn)設(shè)備） ，輔助設(shè)備，控制系統(tǒng)，多關(guān)節(jié)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。生產(chǎn)，如建筑，開采，生產(chǎn)和輸送臂移動(dòng)多關(guān)節(jié)是參考系統(tǒng)。2.2 工業(yè)吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案論述（一）確定負(fù)載目前，國內(nèi)工業(yè)用運(yùn)動(dòng)的多關(guān)節(jié)臂，負(fù)載能力，最小額定負(fù)載 5N 或更小范圍2 總體方案設(shè)計(jì)7很大，最多的為 9000N。這篇文章 5 公斤載荷。負(fù)載的大小主要設(shè)得決于由于運(yùn)動(dòng)的沿的作用力和夫婦的機(jī)械接口上的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)的方向。其中下臂應(yīng)該包括端部執(zhí)行器的更關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)（重量） ，和工件的重量或處理對象接縫預(yù)定速度和加速度的條件下，產(chǎn)生的慣性力等。該項(xiàng)目的數(shù)據(jù)參考設(shè)計(jì)初步估算表明，這一項(xiàng)目可能屬于一個(gè)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)臂多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)可以緊湊，重量輕，慣性小，傳動(dòng)鏈條應(yīng)考慮采設(shè)得措施縮小差距，提高手臂多的移動(dòng)和位置創(chuàng)業(yè)精密運(yùn)動(dòng)控制。臂傳遞機(jī)構(gòu)機(jī)械運(yùn)動(dòng)多關(guān)節(jié)通常使用齒輪，蝸桿，滾珠絲杠，皮帶，鏈條傳動(dòng)，行星齒輪，傳動(dòng)齒輪和諧波鋼等，由于傳動(dòng)齒輪具有效率高，準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，與大學(xué)學(xué)習(xí)和掌握更扎實(shí)的傳輸，所以這個(gè)設(shè)計(jì)選擇的旅行。（四）工作范圍操作過程中的工業(yè)手臂動(dòng)作的工作范圍是多關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)設(shè)得決于所述扇區(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)的多吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手，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選擇的關(guān)節(jié)軸的每個(gè)角的（五）運(yùn)動(dòng)速度每個(gè)鉸接機(jī)械臂更堅(jiān)定的臂的最大行程，按照循環(huán)時(shí)間來確定每個(gè)操作的時(shí)間的運(yùn)動(dòng)后，可以進(jìn)一步確定每個(gè)動(dòng)作的速度，單位為米/秒（° ）/ s 的，時(shí)間每個(gè)運(yùn)動(dòng)分配考慮在順序地或同時(shí)地等進(jìn)行許多因素，如每個(gè)操作序列之間的周期的總時(shí)間長度。表做他們的操作時(shí)間，操作時(shí)間分配之外的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行比較，以考慮分配請求有關(guān)的過程，它也必須考慮慣性的行程的大小和驅(qū)動(dòng)和控制，定位和精度要求。2.3 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)原理該吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手的本體結(jié)構(gòu)組成請見圖 2.1商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8圖 2.1 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手本體組成各部分部件的作用：基座：基座構(gòu)件包括底座，齒輪，軸承，步進(jìn)電機(jī)。的基本作用是一個(gè)構(gòu)件，支撐構(gòu)件和支撐所述樞轉(zhuǎn)臂，支撐比基片的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)和行李的工作壓力的重量必須具有足夠的強(qiáng)度，剛度和承載能力。此外，圖書館還需要綽綽有余了實(shí)質(zhì)性的安裝基礎(chǔ)，以確保輸送臂在工作場所和穩(wěn)定運(yùn)行聯(lián)合決議。通過正相分量關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂（例如，一個(gè)氣缸，氣缸，齒輪齒條機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)，一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)，并且螺旋機(jī)構(gòu)等）和用于移動(dòng)所述臂多于一個(gè)鉸鏈臂（例如一個(gè)驅(qū)動(dòng)源，液壓或氣動(dòng)臂誘導(dǎo)固定移動(dòng)協(xié)作等） ，以實(shí)現(xiàn)不同的臂運(yùn)動(dòng)手臂大臂以及小臂組成。其中所述臂是一棵樹，加速度分量和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的構(gòu)件上形成。由臂，驅(qū)動(dòng)軸和同步帶等部件臂構(gòu)件。手腕殼體，傳動(dòng)齒輪和軸，從現(xiàn)有的機(jī)械連接的手腕部。2.4 吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)在關(guān)節(jié)工業(yè)用機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的形式，其主要由以下四個(gè)：構(gòu)造直角坐標(biāo)，圓柱坐標(biāo)，球面坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)，鉸接結(jié)構(gòu)為四。每個(gè)結(jié)構(gòu)和相關(guān)功能列舉如下[3]所述。（1）直角坐標(biāo)吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手直角坐標(biāo)關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂空間坐標(biāo)多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)線性運(yùn)動(dòng)的三個(gè)相互垂直的方向，請見圖 2-2（a ）在該直線運(yùn)動(dòng)的位置控制是容易實(shí)現(xiàn)，笛卡爾坐標(biāo)臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)往往是一個(gè)高的位置精度要獲得（微米） 。對于多關(guān)節(jié)臂的在這方面的尺寸移動(dòng)結(jié)構(gòu)相對直角坐標(biāo)，所述一個(gè)臂的空間多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，是比較小的。為了獲得運(yùn)動(dòng)2 總體方案設(shè)計(jì)9的一定的自由，該結(jié)構(gòu)在垂直于多關(guān)節(jié)臂的尺寸坐標(biāo)多關(guān)節(jié)臂比其它結(jié)構(gòu)的大小。工件笛卡爾坐標(biāo)移動(dòng)多關(guān)節(jié)臂矩形空間。笛卡爾臂運(yùn)動(dòng)最常見的是主要用于收集和處理交易，笛卡爾坐標(biāo)在三個(gè)懸臂龍門式結(jié)構(gòu)的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)。（2）圓柱形的坐標(biāo)吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手空間運(yùn)動(dòng)臂圓柱坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)線性和多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，請見圖 2-2（b）中。此多臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是相對簡單的，精度，通?？梢栽谔幚碇惺褂谩Ｋ墓ぷ骺臻g是一個(gè)圓柱形空間。（3）球坐標(biāo)吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手多運(yùn)動(dòng)空間球面坐標(biāo)關(guān)節(jié)可動(dòng)臂通過兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，如 2-1（C）來獲得。這個(gè)簡單的手臂的動(dòng)作的多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，成本低，但精度不高。主要用于加工。他們的工作空間是一個(gè)球形的空間。（4）聯(lián)合多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)三個(gè)多關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的空間鉸鏈臂運(yùn)動(dòng)的要求，以便獲得，例如，2-2（d）請見圖手臂關(guān)節(jié)聯(lián)合行動(dòng)靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。多關(guān)節(jié)臂相對于所述相對較大的工作空間的主體尺寸。這樣的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)，如吸附，涂裝,,裝配等行為被廣泛用于這種類型的多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的。多關(guān)節(jié)機(jī)器人鉸接結(jié)構(gòu)是由兩種格式的水平和垂直關(guān)節(jié)表示。(a) 直角坐標(biāo)型 (b) 圓柱坐標(biāo)型 (c) 球坐標(biāo)型 (d) 關(guān)節(jié)型圖 2.2 四種吸盤關(guān)節(jié)機(jī)械手坐標(biāo)形式根據(jù)任務(wù)書和具體要求，我們選擇（四）普通型。具體地，對于這樣的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵诳紤]設(shè)計(jì)要求，考慮到使用的操作的具體要求的工藝設(shè)計(jì)的具體形式，對系統(tǒng)的要求，并作為符合盡可能質(zhì)量工件以簡化結(jié)構(gòu)，成本也降低并提高了可靠性。多結(jié)臂的運(yùn)動(dòng)，并且定位的精確度更高，設(shè)計(jì)的多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)到臂的運(yùn)動(dòng)的臂范圍需要六個(gè)自由度，這是一個(gè)程度的腰，臂的旋轉(zhuǎn)自由度和臂的俯仰臂自由和手腕自由旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)度字段的自由度。本文檔中的得到大關(guān)節(jié)臂，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)臂的大小將因此該臂機(jī)構(gòu)自由轉(zhuǎn)動(dòng)地音調(diào)的詳圖。多關(guān)節(jié)機(jī)器人的特征在于，相對大尺寸的工作，靈活性和通用性，更為結(jié)構(gòu)緊湊，可以從事基礎(chǔ)對象的附近。合作機(jī)構(gòu)提出使用和包括以下的技術(shù)參考商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10技術(shù)要求：（1）設(shè)計(jì)的多關(guān)節(jié)型機(jī)器人系統(tǒng)中執(zhí)行，旨在滿足重多臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的操作期間是同時(shí)滿足技術(shù)結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)等方面的要求短，效率高，速度和多功能性，柔韌性等性能要求。 （2）裝配圖，零件圖按照機(jī)械設(shè)計(jì)，尺寸，公差，幾何公差的國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)簽嚴(yán)格繪制有合理的技術(shù)要求，規(guī)格。簡單不同端部（3） ，并進(jìn)行所述機(jī)器人手臂與聯(lián)接的端部。 （4）寫的論文要求的明確描述，書寫規(guī)范。3 機(jī)械手大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113 機(jī)械手大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求臂部部件是是吸盤關(guān)節(jié)型機(jī)器人的主要部位。它的作用是支持的手，領(lǐng)著他們以騰出空間給運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)的目的：手柄部分的運(yùn)動(dòng)的空間范圍內(nèi)的一點(diǎn)。如果你喜歡的手的位置（方位）一起變化，臂以實(shí)現(xiàn)自由。因此，它通常是在該臂的設(shè)計(jì)基本要求：（1）應(yīng)手臂負(fù)載能力，剛性好，重量輕通常是通過彎曲臂（彎曲而不是在一個(gè)唯一的方向） ，但也反向，應(yīng)選擇較高的彎曲和橫截面形狀的抗扭剛度。當(dāng)然，在每單位重量的橫截面面積和基本相同的，鋼鐵，工程字槽鋼和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是較圓大得多。這樣，吸盤吸杯關(guān)節(jié)機(jī)器人無縫鋼管常被用作導(dǎo)桿，具有工字鋼或頻道為載體，這樣不僅增大了臂的剛性，而且還大大減少了臂的重量和中空內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)裝置也可以安排和傳輸管道，從而結(jié)構(gòu)緊湊，外觀整潔。（2）臂速度較高，惰性少在一般情況下，臂的勻速運(yùn)動(dòng)的要求，但力矩臂的開始和結(jié)束時(shí)，在運(yùn)動(dòng)中的變化，以減少之前的延遲時(shí)間的加速和終止要求的效果不是太大，因?yàn)榉衲敲吹臎_擊和振動(dòng)。以減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，應(yīng)采設(shè)得以下措施：（A）在所述臂運(yùn)動(dòng)部件，使用鋁等的高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料的重量的減小 ;（B）的攪拌裝置的臂的整體尺寸（C）的旋轉(zhuǎn)半徑的減?。―）的驅(qū)動(dòng)器設(shè)置有一個(gè)緩沖系統(tǒng)裝置（3）上肢運(yùn)動(dòng)必須要有靈活性。以減少盡可能移動(dòng)臂的部分，而不是與滾動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦之間的摩擦。（4）更高的定位精度。一般情況下，高矩形和圓柱坐標(biāo)吸盤多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的位置精度;鉸接吸盤多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的位置最難以掌握，因此，準(zhǔn)確度弱，再加上調(diào)節(jié)裝置與檢測在手臂上的位置是指，在更好的位置控制精度可以。在這份文件中，設(shè)計(jì)薄的鋁構(gòu)件，一方面，該機(jī)器人臂的剛性，另一方面可以降低臂的重量，使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的基本關(guān)節(jié)，并增加了機(jī)器人手臂的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。使用鑄造砂型鑄造最小壁厚。最小壁厚每個(gè)人都有自己的鑄造合金適當(dāng)?shù)暮穸?，多鑄件可投一個(gè)“最小厚度”劇組是不一樣的，這設(shè)得決于鑄造合金的尺寸和類型，見表3.1：商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12表 3.1 砂型鑄造鑄件最小壁厚計(jì)（mm）這些都只是一個(gè)型砂鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特殊鑄造法，澆鑄結(jié)構(gòu)必須根據(jù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的每個(gè)的各種成型方法和特性。在本文中，采用鑄鋁外殼熱潮。具體見圖。3.2 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大臂殼體用鑄鋁材質(zhì)，方形結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，強(qiáng)度大。3.3 大臂電機(jī)及傳動(dòng)齒輪選型假好小臂及腕部繞第二關(guān)節(jié)軸的重量：M2=2Kg， M3=4KgJ2=M2L42+M3L52 =1×0.0972+4×0.1942=0.16kg.m2大臂速度是 10r/min ，那么旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩見所列式子：????JT式子里，T - 旋轉(zhuǎn)開始時(shí)轉(zhuǎn)矩 N.mJ – 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg.m2- 角加速度 rad/s2??使機(jī)械手大臂從 到 歷經(jīng)時(shí)長是： 那么，0?16/s??st1.0??(3.4)113.47.640.1TJ Nmt???????鑒于慣性和摩擦力矩可以假定 10N.m 中心軸的不同部分的機(jī)器人臂，在開始旋轉(zhuǎn)起動(dòng)扭矩，為 2 的安全系數(shù)，諧波驅(qū)動(dòng)齒輪最低期望的輸出轉(zhuǎn)矩的：(3.5)選擇mN.1501?假設(shè)出傳動(dòng)齒輪的的傳遞效率是： ，步進(jìn)電機(jī)輸出力矩應(yīng)該是：%90?(3.6)iTout .809.21????所以選得 BF 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)及部分參數(shù)如下:型號(hào)：55BF003靜轉(zhuǎn)矩：0.686N.m步距角：1.5°軸的計(jì)算校核鑄件尺寸 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 — 3 機(jī)械手大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13繪出軸的受力分析圖，軸的受力分析圖請見下方：圖 3.1 軸的受力分析圖前面我們已經(jīng)提到，作用在剛輪上的圓周力式子是 NdTF2.94350138.21????徑向力 r .tan.tan0??法相力 NFa 7.132cos.94????1)列式算出垂直面的支撐反力：： NLdarv3.17.8251034.?????????NFVrV 653.1.42 ??2)列式算出水平面的支撐反力：：tH.7213）算出水平面的支撐反力，式子如下：NFLK3.167.92.7485.0.121 ?????4）算出垂直面的彎矩圖尺寸，式子如下：：商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14MNLFMVav .9435.121.20.641'2 ?????? ??5)算出水平面的彎矩圖尺寸，式子如下：：HA .10.61?6)算出 F 產(chǎn)生的彎矩圖尺寸，式子如下：：NK.285.2.742 ????a-a 截面 F 力產(chǎn)生的彎矩為：MLMA .143.191?7)算出合成彎矩圖尺寸，式子如下：：考慮最不利的情況，把 AF與 直接相加2AHV?MA= +MAF=2AHV?29.01.+41.1=70.1 N.mM'A= +MAF=2'AHV 24?+41.1=62.57 N.m8)算出軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，式子如下：：?TN.mm410358.?9)算出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩，式子如下：請見下方，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(dòng)循環(huán)應(yīng)變力，設(shè)得折合系數(shù) a=0.6，帶入上式可設(shè)得并算出： ????mNae.51758.23601.7222????10）計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑軸用的是 45#材質(zhì)，調(diào)質(zhì)，從相關(guān)引用書目找到表格設(shè)出 δ B=650Mp,從相關(guān)引用書目找到表格設(shè)出[δ -1b]=60Mpa,那么，??mMdbe 8.2601.571.0333 ??????考慮到鍵槽對軸的消弱，將 d 值加大 5%，所以得出，d=22.8*1.05=24mm32mm滿足要求。3 機(jī)械手大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15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)式子列得如下：： ????34 2321025. 506mdtbW?????????它的抗扭截面系數(shù)式子列得如下：：彎曲應(yīng)力為：????34 232105.2506166dtbT?????????MpaWMb08.5.74?它的扭切應(yīng)力式子列得如下：： Tb 9.1.23841????按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算，對于單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)處理，因此設(shè)出折合系數(shù) a 為 0.6，那么當(dāng)量應(yīng)力式子列出為：????Mpbe721.5 94.0608.54222???????從表格找到抗拉強(qiáng)度極限 b?=640Mpa，那么可從表格找出軸的許用彎曲應(yīng)力[δ -1b]為 60Mpa, e[δ -1b],強(qiáng)度滿足要求。4 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)164 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 腕部設(shè)計(jì)腕部能夠連接機(jī)械手的臂和手，和連接與手的姿勢的支持。手腕的設(shè)計(jì)要求是：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，手臂的結(jié)構(gòu)合理，手的關(guān)節(jié)，傳感器和執(zhí)行器和設(shè)備的合理配置安裝。按自由工業(yè)機(jī)器人，可分為自由手腕腕腕兩個(gè)自由度和三個(gè)自由度的手腕中的一個(gè)程度。不是所有的手腕必須根據(jù)用于實(shí)際使用的工業(yè)機(jī)器人的性能要求有三個(gè)自由度，但確定的。研究設(shè)計(jì)涂裝機(jī)器人手腕具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一個(gè)擺動(dòng)的主題。二度腕關(guān)節(jié)的自由度，并且可以由一個(gè)的 R 形成一個(gè)結(jié)乙 BR 執(zhí)行關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)一起由兩個(gè) B BB 聯(lián)合執(zhí)行的，但不能由兩個(gè) RR 腕關(guān)節(jié)的形狀具有兩個(gè)自由度，因?yàn)閮蓚€(gè)關(guān)節(jié) o 重復(fù)的功能是實(shí)際上，只打行動(dòng)自由的一個(gè)程度。對于手腕俯仰和偏航設(shè)計(jì)要求，達(dá)到對 BB 型脈沖，參見圖 3.1。作為國內(nèi)步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品的研究和開發(fā)，在這一階段不能達(dá)到直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的制造技術(shù)的限制，為了減小臂的整體重量，腕采設(shè)得間接距離步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后，其上的懸臂連接到所述下盤到主體確認(rèn)，然后通過兩個(gè)鏈傳動(dòng)，直鏈傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂和另一條鏈滑輪驅(qū)動(dòng)的傘齒輪從動(dòng)軸上的脈沖為此旋轉(zhuǎn)的錐齒輪，即使當(dāng)手腕的手腕擺動(dòng)附加旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生，但可通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的干擾來控制。4.1.1 手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)計(jì)算腕偏轉(zhuǎn)是由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)置在后臂的底部，二鏈驅(qū)動(dòng)滑輪，然后通過以實(shí)現(xiàn)偏壓改變方向的角度齒輪傳動(dòng)。是需要的彎曲手腕，然后計(jì)算電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖的驅(qū)動(dòng)力，在第一扭矩，步進(jìn)電機(jī)的類型被確定為驅(qū)動(dòng)器和鏈傳動(dòng)傘齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)并計(jì)算相關(guān)尺寸。（1）設(shè)定步進(jìn)電機(jī)手腕偏轉(zhuǎn)摩擦力矩，克服了工件負(fù)載阻力矩的慣性和脈沖啟動(dòng)。轉(zhuǎn)矩的式子如下 [15]：慣負(fù)摩總 M??（4.1）總摩 1.0（4.2） 啟慣 tJmgl/?（4.3）啟負(fù)負(fù)負(fù) ??（4.4）??lRv.π21??4 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17（4.5） 2lmJ負(fù)負(fù) ?（4.6） ??213Rl?（4.7） （4.8）v/??式子里， —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(dòng)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(dòng)慣量（kg·m 2） ；負(fù)J—手腕部分對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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前面已經(jīng)提出過， kg， m/s， m， m，5.2?負(fù) 8.0v035.1?R025.?m， s，手腕處的材質(zhì)先設(shè)定是鑄鋼，密度 kg/m3。12.0?l.0啟t 18.7??數(shù)據(jù)放式子里， ??l21Rπ???.24.3.7??kg6?r/s67.12.08?lv?kg·m203.5mJ負(fù)負(fù)??2123Rl???22576076. ???kg·m23.9?啟負(fù)負(fù)負(fù) tJglmM/???2.0/67.3.01.5.2商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18N·m5.4?啟慣 tJmglM/??2.0/6713.92.0176. ???N·m24.5.???總慣負(fù)摩總 MN·m.總因?yàn)橥蟛總鲃?dòng)是通過兩級帶輪和一級錐齒輪實(shí)現(xiàn)的，因此從相關(guān)引用書目找出[15]設(shè)得并算出：彈性聯(lián)軸器傳動(dòng)效率 ；9.01??滾子鏈傳動(dòng)效率 ；62滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率 （一對） ；.3錐齒輪傳動(dòng)效率 ；74傳動(dòng)的裝置的總效率 。8501.?a?電機(jī)在工作中實(shí)際要求轉(zhuǎn)矩 N·m 53.4/?aiM?總電（4.9）據(jù)彎曲手腕所需要的計(jì)算扭矩，與 90 系列五相混合式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)和矩頻特性曲線相結(jié)合，請見圖 4.1 和圖 4.2,具體設(shè)得 90BYG5200B-SAKRML-0301 型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)。圖 4.1 90BYG 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)4 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19圖 4.2 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)比根據(jù)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)及其對應(yīng)的矩頻特性曲線，步進(jìn)電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩是 4.5 N·m，轉(zhuǎn)速是 轉(zhuǎn)每分鐘。130?n因?yàn)橥蟛科D(zhuǎn)的角速度 r/s，已經(jīng)通過計(jì)算得出，所以腕部67.12.08?lv?末端偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速式子是 r/min，推斷出總的傳動(dòng)比式子是36π2?。0.76312?ni已確定的手腕偏轉(zhuǎn)傳動(dòng)方式是通過兩級帶輪鏈條傳動(dòng)和一級錐齒輪傳動(dòng)，需將總傳動(dòng)比進(jìn)行分配。綜合考慮帶輪的尺寸和手臂內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間，設(shè)得小臂鏈傳動(dòng)比，大臂鏈傳動(dòng)比 ，錐齒輪傳動(dòng)比 ， 。5.1i 12?i 5.13?i 231??ii（3）設(shè)計(jì)錐齒輪傳動(dòng)根據(jù)吸盤機(jī)械手的工作要求，將腕部最末端的傳動(dòng)設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，考慮到可能圓錐小齒輪齒根圓到鍵槽底部的距離 ，所以將圓錐小齒輪tme6.?與軸設(shè)計(jì)成一體，圓錐大齒輪單獨(dú)設(shè)計(jì)，材料選用 45 鋼。由于選用的是閉式硬齒面齒輪，齒輪齒面磨損和彎曲疲勞折斷是主要的失效形式，因此設(shè)計(jì)這類齒輪傳動(dòng)時(shí)按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，宜選設(shè)得較小的齒數(shù) ， 可設(shè)得 17～20 [15]。1z（a）估算齒輪主要參數(shù)及尺寸齒數(shù) , ：1Z2齒數(shù)比 ，所以選擇 ,那么 。5.1?nu201?Z3025.12???uZ商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20齒寬系數(shù) ：R?，設(shè)得 。齒寬系數(shù)不宜設(shè)得過大，避免引起小端齒頂過薄，31~4?R3.0?齒根圓角半徑過小，應(yīng)力集中過大。根據(jù)手冊 [16]，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算小齒輪大端分度圓直徑 和大端模數(shù)1d： m??32lim2115.08.9HRVAKTd????（4.10） 式子里，—齒輪傳遞的扭矩；1T—工況系數(shù)；AK—?jiǎng)虞d系數(shù)；V—齒寬系數(shù)；R?—試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力；limH?查手冊 [16]得到， , , MPa。1?AVK50lim?H?由于 N·m， , 。3.71?T3.0R?.將數(shù)據(jù)代入得到小齒輪大端分度圓直徑 mm。31d大端模數(shù) ，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分度圓模數(shù)，設(shè)得 。65.21?Zd 5.2?m圓錐齒輪主要尺寸計(jì)算 [16]：mzd?（4.11）u1arctn1?（4.12） 1290???（4.30）1sin?dR（4.13）??Rm?5.0??（4.14） ?coszZV4 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21（4.15） ??Rm?5.01??（4.16） 式子里，—大端分度圓直徑； d、 —節(jié)錐角； 1?2—錐距； R—中點(diǎn)分度圓直徑； m—當(dāng)量齒數(shù)； VZ—平均模數(shù)。 齒寬 ，設(shè)得 mm。108.9?b10?b數(shù)據(jù)放式子里， mm52.?mzdmm730.??4.1arctnrt1i????5912mm.3840sin5i1??dRmm????5.42.0.1 ??Rm?mm763172??640cos11????zZV5322v????125.305.1 ????Rm?根據(jù)大、小臂兩級鏈輪的減速，錐齒輪傳動(dòng)中主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速r/min。9635.10?n中點(diǎn)分度圓上的圓周力 N。3.625.47201???mtdTF（b）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算接觸用單位齒寬上的載荷 Ht?MPa 47.312.103.6???????KbvAtmHt（4.17） 商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22查 [16]手冊， ， —齒向載荷分布系數(shù)， = =1.2。HK?F HK?F計(jì)算接觸疲勞應(yīng)力 ?MPa 03.4765.1.42735.15.4722 ??????idwmtH（4.18） 計(jì)算齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力 'limH?''lim1li2liHNRLvWXZ?（4.19）式子里， —壽命系數(shù)；NZ—潤滑劑系數(shù)；L—齒面光潔度系數(shù)；R—速度系數(shù)；v—工作硬化系數(shù)；WZ—尺寸系數(shù)。X查手冊 [16]得到 ， ， 。1??XWvNZZ95.0L4.?RZ所以， MPa。4.9052lim/1li/ ?H?計(jì)算接觸安全系數(shù) S，安全系數(shù)較高。所以，接觸疲勞強(qiáng)度滿3.1.476/1li21 ??HS足，參數(shù)合理。（c）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算彎曲用單位齒寬上的載荷 Ft?MPa47.312.103.6???????KbFHvAtmHtFt變位系數(shù) ,sx設(shè)得 ，那么 。12012sx應(yīng)力集中校正系數(shù) aY由 及 可找到表格得 ，由 及 可找到表格得 。1xvz59.1?S2xvz68.12?SaY齒形系數(shù) Fa由 ，據(jù) 及 可找到表格得 ，由 及 可找到表格.5YC?1xvz60.1?FaY2xvz得 ，而 ，所以： ，32Fa12 95.21?Fa4 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23。70.215.32??FaY彎曲計(jì)算應(yīng)力 F?根據(jù)公式：（4.20）11FtasvmY???（4.21）221sFa?數(shù)據(jù)放式子里， MPa5.97.915.473???FMPa8.2.12602?設(shè)得安全系數(shù) 4.FS查 [16]手冊，得彎曲疲勞壽命系數(shù) ， 。9.1?FNK9.02?FN查 [16]手冊，得彎曲疲勞極限為 MPa， MPa。40E45E?許用應(yīng)力：??FNFS11?（4.22）FENFK22?（4.23）數(shù)據(jù)放式子里， MPa??1.894.10911 ??FENFS?MPa2.73.2522?K因此 、 ，彎曲疲勞強(qiáng)度滿足，參數(shù)合理 [17]。??11F????F?4.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇設(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關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:232211 lmJlJlmJGGG???（4.24）、 、 分別為10kg(負(fù)載2kg)、5kg、12kg。 、 、 分別為重心到123 1l23l第一關(guān)節(jié)軸的距離，其值分別為185mm、800mm、1500mm，在式（3-1）中商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24、 、 故 、 、 可忽略不計(jì)。所以繞第211lmJG?2lJG?233lmJG?1GJ2GJ一關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：2321lll??（4.25）= 220.850.1.5??= 23mkg?同理可得小臂及腕部繞第二關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:25342llJ??= 8.01.?=8kg?式子里， --小臂重心距第二關(guān)節(jié)軸的水平距離 。4l m-- 腕部重心距第二關(guān)節(jié)軸的水平距離 。5l那么旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩見所列式子（4.26）???JT式子里， --旋轉(zhuǎn)開始的轉(zhuǎn)矩 N?--角加速度 ?w2/srad使機(jī)械手主軸從 到 /s所需時(shí)間為: 那么，?0w1ts??011.355.6TJ Nmt??????????若考慮繞機(jī)械手手臂的各部分重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩，那么旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可假定為 2Nm?電動(dòng)機(jī)的功率可按下式估算（4.27）?LPmP??M)5.1(～式子里， --電動(dòng)機(jī)功率 ；W--負(fù)載力矩 ；LPMN?--負(fù)載轉(zhuǎn)速 ；?srad/--傳動(dòng)裝置的效率，初步估算設(shè)得0.9；?系數(shù)1.5～2.5為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)得1.51203.8.59mP???764Nm?估算 后就可選設(shè)得電機(jī)，使其額定功率 滿足下式rPrP?（4.28）