3759 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì),移動(dòng),挪動(dòng),機(jī)器人,轉(zhuǎn)臺(tái),設(shè)計(jì) 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué) 院 (系 )： 機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè) ： 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué) 生 姓 名： 王風(fēng)學(xué) 號(hào)：0601510150設(shè) 計(jì) (論 文 )題 目 ： 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)起 迄 日 期 : 2010 年 3 月 22 日 ~ 6 月 27 日設(shè)計(jì) (論文 )地點(diǎn) : 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院指 導(dǎo) 教 師 : 周建平專 業(yè) 負(fù) 責(zé) 人 : 龔光容發(fā)任務(wù)書日期: 2010 年 3 月 12 日任務(wù)書填寫要求1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系部領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在第七學(xué)期結(jié)束前填好并發(fā)給學(xué)生；2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)所在專業(yè)及系部主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系部” 、 “專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)；5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國(guó)標(biāo) GB 7714—2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo) GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：本課題以小型地面移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺(tái)為研究對(duì)象，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí),根據(jù)給定的總體結(jié)構(gòu)尺寸、重量及運(yùn)動(dòng)特性指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)本課題的研究，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求、工作原理和機(jī)構(gòu)動(dòng)作的分析和理解，構(gòu)思機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式和傳動(dòng)布局，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)、零部件設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)的實(shí)踐，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)、計(jì)算、制圖及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，以提高同學(xué)分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：內(nèi)容：以小型地面移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺(tái)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)與升降系統(tǒng)，并滿足總體尺寸、重量及運(yùn)動(dòng)特性等指標(biāo)。 要求：（1）根據(jù)教師提供的部分材料和所布置任務(wù)，查閱中外資料，了解課題研究的工程背景。（2）翻譯外文資料(10000 字符以上)。（3）設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個(gè)自由度，系統(tǒng)的總體尺寸：長(zhǎng)×寬×高=250mm×250mm×180mm。轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍:360°，旋轉(zhuǎn)速度 10～15rpm；俯仰平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍 25°（下擺 5°，上仰 20°） ，旋轉(zhuǎn)速度 5～10rpm。（4）對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)與計(jì)算。設(shè)計(jì)要求：系統(tǒng)自重≤8kg；載重量為 20kg。（5）繪制該系統(tǒng)裝配圖及部分零件圖。 （用 Auto CAD 或其他繪圖軟件繪制） 。（6）編寫設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō)明書。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕：（1）繪制機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的裝配圖及部分零件圖。（2）根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和分析結(jié)果編寫設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō)明書。（3）給出系統(tǒng)各零件的材料和重量清單，估算系統(tǒng)總重量。4．主要參考文獻(xiàn)：[1] 王野，王田苗等.危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)綜述［J］.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2005(6):23-31.[2] 李新春等.移動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］. 機(jī)器人，2004（11）：103～106.[3] 張毅，羅元，鄭臺(tái)雄.移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.[4] 常文森,賀漢根,李晨.軍用移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展綜述［J］. 計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，1998（2）：2～6.[5] 江浩,樊炳輝等.新型移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］. 應(yīng)用科技，2000（8）：3～5.[6] 馬香峰等.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1996.[7] 蔣新松. 機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論［M］. 沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.[8] 蘇學(xué)成.樊炳輝等，一種新型的機(jī)器人移動(dòng)結(jié)構(gòu)［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003（4）：120～123.[9] J?西格沃特,I?諾巴克什,自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)論［M］李人厚,譯.西安：西安交通大學(xué)出版社，2006.[10] 李振波等.微型全方位移動(dòng)機(jī)器人的研制［J］. 機(jī)器人，2000（9）：354～358.[11] 張毅等. 移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.[12] 信建國(guó)等.履帶腿式非結(jié)構(gòu)環(huán)境移動(dòng)機(jī)器人特性分析[J].機(jī)器人,2004,26(1):36～39.[13] 江浩等.新型移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用科技,2000,27(8):3～5.[14] 明守遠(yuǎn),楊德智.地面反恐排爆機(jī)器人的機(jī)械運(yùn)動(dòng)探討[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2004,3:20-30.[15] 馮小明.自動(dòng)二維天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].火控雷達(dá)技術(shù),2001, 30(3):289～292畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容2010 年3 月 22 日 ~ 3 月 30 日3 月 31 日 ~ 4 月 20 日4 月 21 日 ~ 6 月 10 日6 月 11 日 ~ 6 月 22 日6 月 27 日查閱中外資料，了解課題研究的工程背景并翻譯外文資料。對(duì)課題方案進(jìn)行構(gòu)思、分析比較并理出思路，撰寫開題報(bào)告。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求對(duì)移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。對(duì)選定的系統(tǒng)方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)與計(jì)算。繪制移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)裝配圖，拆畫部分零件圖。撰寫設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō)明書。 準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)論文答辯、論文評(píng)審。論文答辯所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日學(xué)院（系）意見：院（系）主任： 年 月 日 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名： 王風(fēng)學(xué) 號(hào)：0601510150專 業(yè) ： 機(jī)械工程及自動(dòng)化設(shè)計(jì) (論文 )題目 ： 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師 : 周建平2010 年 4 月 4 日開題報(bào)告填寫要求1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；3． “文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15 篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)） ；4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo) GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2010 年 3 月 15 日”或“2010-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述摘要 機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體） 、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備 [1]。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。它大都用于簡(jiǎn)單、重復(fù)、繁重的工作，如上、下料，搬運(yùn)等，以及工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)所，如噴漆、焊接、清砂和清理核廢料等[2]。它使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的變化,使人類的生產(chǎn)方式從手工作業(yè)、自動(dòng)化跨入了智能化的時(shí)代。關(guān)鍵詞 移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人 旋轉(zhuǎn)臺(tái) 驅(qū)動(dòng)方式 1 移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)自從 20 世紀(jì) 60 年代初人類創(chuàng)造了第一臺(tái)機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，在短短 40 多年的時(shí)間中，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中 [3]。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等小型機(jī)器人都已被大量采用 [4] ,在眾多制造業(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人最廣泛的領(lǐng)域是汽車及汽車零部件制造業(yè) [5]。就國(guó)際上而言，現(xiàn)在機(jī)器人的應(yīng)用主要有兩種方式，一種是機(jī)器人工作單元，另一種是帶機(jī)器人的生產(chǎn)線，并且后者在國(guó)外已經(jīng)成為機(jī)器人應(yīng)用的主要方式。 目前小型機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化（例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。） ；控制技術(shù)的開放化、PC 化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面 [6] [7]。在國(guó)內(nèi)機(jī)器人技術(shù)也有了很大發(fā)展，在機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析與綜合研究，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制算法及機(jī)器人編程語(yǔ)言的研究，機(jī)器人內(nèi)外部傳感器的研究與開發(fā)具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術(shù)、遙控機(jī)器人的控制技術(shù)等均取得長(zhǎng)足進(jìn)展，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用 [8]。2 小型移動(dòng)機(jī)器人的構(gòu)成小型移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，但歸納起來(lái)看，機(jī)器人基本上是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三部分組成 [9]。這三部分之間及其與檢測(cè)系統(tǒng)、工作對(duì)象之間的相互關(guān)系可以用下圖來(lái)表示行程速度檢測(cè)控制系統(tǒng)其它傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 工作對(duì)象圖1 機(jī)器人各組成部分關(guān)系圖2．1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也叫操作機(jī)，由一系列連桿或其它形式的運(yùn)動(dòng)副所組成，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，它包括帶輪履帶、車身、運(yùn)動(dòng)臂、腕關(guān)節(jié)和手部等部件。有時(shí)也可裝備偵察設(shè)備等。圖2 機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）帶輪履帶是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，整個(gè)裝置的行走機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。行走機(jī)構(gòu)多用滾輪式或履帶式，行走方式分為有軌和無(wú)軌兩種。有時(shí)為了能使機(jī)器人完成較高攀爬的操作，可以增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)，進(jìn)行爬行作業(yè)。（2）旋轉(zhuǎn)臺(tái)是外接裝置的承載平臺(tái)，要保證與行走、擺動(dòng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行可靠地連接，所以必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度?；剞D(zhuǎn)功能是指小型機(jī)器人的工作裝置在車體上進(jìn)行± 90 度的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。小型機(jī)器人在行走裝置的車體上與工作裝置之間采用了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由電機(jī)減速器、回轉(zhuǎn)軸、渦輪、蝸桿共同組成，其摩擦系數(shù)微乎其微，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)靈活，即使很小的位移也能控制，克服了無(wú)回轉(zhuǎn)功能的不足，且承載平臺(tái)還需實(shí)現(xiàn)自鎖功能，滿足實(shí)際工作的要求。圖3 轉(zhuǎn)臺(tái)及手臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（3）手臂是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要運(yùn)動(dòng)部件，它用來(lái)支承腕關(guān)節(jié)和手部，并使它們?cè)诠ぷ骺臻g內(nèi)運(yùn)動(dòng)。手臂的運(yùn)動(dòng)及機(jī)構(gòu)與機(jī)器人所采用的坐標(biāo)系直接相關(guān)。手臂的運(yùn)動(dòng)可歸結(jié)為直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)多通過(guò)油（氣）缸驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)齒輪。齒條、滾珠絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。（4）腕關(guān)節(jié)是連接手臂和手部的部件，用于調(diào)整手部的方向、姿態(tài)。腕關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)大體上可以分為彎曲式和轉(zhuǎn)動(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)。為了使機(jī)器人有較好的動(dòng)力學(xué)特性，一般將作動(dòng)器裝在立柱或者靠近立柱的其它部件上，通過(guò)鏈條、齒形帶或者連桿，將作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)傳遞到腕關(guān)節(jié)。（5）手部裝置一般指夾持裝置，主要用來(lái)按操作順序和位置傳送工作。根據(jù)工作原理的不同，夾持裝置可分為機(jī)械夾緊式、真空抽吸式、氣（液）壓張緊式和磁力式四種。2．2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是指驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，根據(jù)動(dòng)力源的不同，可分為電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)三種 [10] [11]。根據(jù)需要也可以由這三種類型組成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（1）液壓技術(shù)具有動(dòng)力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，適用于承載能力大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。（2）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)，適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中。由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全可靠! 可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、 多塵埃、 強(qiáng)磁、 輻射等惡劣環(huán)境下工作，而氣動(dòng)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、 易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。但難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械手中。如在上、下料和沖壓機(jī)械手中應(yīng)用較多。（3）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交直流電機(jī)和配套的伺服驅(qū)動(dòng)器。2．3 控制系統(tǒng)小型機(jī)器人的控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制小型機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及運(yùn)動(dòng)的時(shí)間等項(xiàng)目 [12]?？刂葡到y(tǒng)的典型部件有傳感器、控制系統(tǒng)的硬件和軟件等。其控制方式有點(diǎn)位式、軌跡式、力（力矩）控制方式和智能控制方式四種 [13]。（1）點(diǎn)位式能準(zhǔn)確的控制末端執(zhí)行器的工作位置，而路徑無(wú)關(guān)緊要，比較簡(jiǎn)單。（2）軌跡式能讓機(jī)器人末端執(zhí)行器按照示教的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)。（3）力（力矩）控制方式除了準(zhǔn)確定位之外，還能控制力或力矩進(jìn)行工作。其中應(yīng)用比較廣泛的是 PLC 系統(tǒng)，可編程序控制器(PLC)已在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。它是以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的自動(dòng)控制裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn);氣動(dòng)技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，并且已廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)部門，在機(jī)械產(chǎn)品自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化及企業(yè)技術(shù)改造方面占有重要的地位 [14] [15]。3 研究方案1．根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo),首先對(duì)移動(dòng)載體和搭載平臺(tái)進(jìn)行了構(gòu)型分析,然后對(duì)各零部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。2. 從總體尺寸、系統(tǒng)自重等方面考慮，選擇出合適的電機(jī)、減速器等部件，因轉(zhuǎn)臺(tái)還需搭載運(yùn)動(dòng)臂等外部，故還需考略轉(zhuǎn)臺(tái)因有一定的承載能力。對(duì)搭載平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)力和強(qiáng)度校核,在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,對(duì)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,完成了輕量化設(shè)計(jì)。3. 轉(zhuǎn)臺(tái)要有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個(gè)自由度（轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍:360°俯仰平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍 25°），可參考塔吊的運(yùn)動(dòng)原理，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)可以考慮使用推力球軸承，為使其達(dá)到自鎖的目的，可使用蝸輪蝸桿裝置。4 總結(jié)綜上所述，小型機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)的主要部分就在于選擇合適的機(jī)構(gòu)。根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇出合適的運(yùn)動(dòng)和自鎖部件并對(duì)各部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。目前小型機(jī)器人的發(fā)展十分迅速，在各行業(yè)中起著重要作用，而我國(guó)對(duì)在各種危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)的小型機(jī)器人要求十分迫切。參 考 文 獻(xiàn)[1] 減速機(jī)信息網(wǎng). 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[EB/OL].http://www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006.[2] 熊有倫. 機(jī)器人技術(shù)技術(shù)[M]. 武漢： 華中理工大學(xué)大學(xué)出版社，1996.[3] Krisztinicz I .positioning problems of industrial robots[M].New York :Microsoft Press,1997.165～286. [4] 林繩宗. 全球機(jī)器人應(yīng)用概況[J].高技術(shù)縱覽，2005,6:55. [5] 龔振邦. 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 1995.[6] 中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng).工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[EB/OL].http://doc.plcjs.com/doc_Lesson/2006-3/16/0631622550860232.htm,2006.[7] 周錫駒.國(guó)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用動(dòng)態(tài) [J]. 自動(dòng)化學(xué)報(bào),1987，l13(3):222～238.[8] 陳佩云,金茂菁,曲忠萍. 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001(1):2～5.[9] 吳瑞祥. 機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.[10] 李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994.[11] 張建民.工業(yè)機(jī)器人[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1988.[12] 郭洪紅. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.[13] 謝存禧，張鐵.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 1995[14] 李軍英，劉艷香，焦冬梅三菱 PLC 在氣動(dòng)機(jī)械手中的應(yīng)用[J].工業(yè)自動(dòng)化，2007，3：55.[15] 機(jī)器與智能網(wǎng). 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域分析網(wǎng)絡(luò)[DB/OL].http://www.robotain.com/yingjian/rbyy/20070304/201446.shtml, 2007 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：本課題以小型地面移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺(tái)為研究對(duì)象，要求綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí),根據(jù)給定的總體結(jié)構(gòu)尺寸、重量及運(yùn)動(dòng)特性指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)本課題的研究，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求、工作原理和機(jī)構(gòu)動(dòng)作的分析和理解，構(gòu)思機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式和傳動(dòng)布局，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)、零部件設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)的實(shí)踐，來(lái)培養(yǎng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、制圖及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，以提高分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見：1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：該同學(xué)的“文獻(xiàn)綜述”是在較好的理解和分析設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，廣泛搜集并研究相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上寫成的。綜述對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀作了分析和歸納，對(duì)本課題的設(shè)計(jì)提出了自己的初步構(gòu)想，為課題的深入研究打下了良好的基礎(chǔ)。2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：本課題通過(guò)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)和俯仰的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維造型與計(jì)算、零件圖、裝配圖繪圖等多方面的鍛煉，具有綜合訓(xùn)練作用。其中同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的輕量化、緊湊性和穩(wěn)定性，具有一定的難度。預(yù)計(jì)通過(guò)努力能完成移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)和俯仰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁(yè) 共 Ⅰ 頁(yè)目 錄1 引言…………………………………………………………………………………… 11.1 本課題研究?jī)?nèi)容及意義……………………………………………………………… 11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………………………………………… 11.3 本文所做的工作…………………………………………………………………… 12 裝臺(tái)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 33 俯仰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 53.1 俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 53.2 俯仰系統(tǒng)的傳動(dòng)分析與計(jì)算……………………………………………………… 84 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 134.1 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 134.2 傳動(dòng)比的設(shè)置……………………………………………………………………… 164.3 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)力分析與計(jì)算……………………………………………………… 16結(jié)束語(yǔ) …………………………………………………………………………………… 31致謝 ……………………………………………………………………………………… 32參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………33 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁(yè) 共 35 頁(yè)1 引言小型機(jī)器人主要用于代替人工作業(yè)，批量生產(chǎn)成本一般較低。由于上述特點(diǎn)，它大都用于簡(jiǎn)單、重復(fù)、繁重的工作，如上、下料，搬運(yùn)等，以及工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)所，如噴漆、焊接、清砂和清理核廢料等。它使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的變化,使人類的生產(chǎn)方式從手工作業(yè)、自動(dòng)化跨入了智能化的時(shí)代。1.1 本課題研究?jī)?nèi)容及意義本課題以小型地面移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺(tái)為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí),根據(jù)給定的總體結(jié)構(gòu)尺寸、重量及運(yùn)動(dòng)特性指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)本課題的研究，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求、工作原理和機(jī)構(gòu)動(dòng)作的分析和理解，構(gòu)思機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式和傳動(dòng)布局，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)、零部件設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)的實(shí)踐，培養(yǎng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、制圖及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，以提高分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著生活水平的提高，科技的發(fā)展，人們將大量簡(jiǎn)單繁重的工作交給機(jī)器人，機(jī)器人仆人將大量出現(xiàn)。如汽車司機(jī)長(zhǎng)時(shí)間駕駛?cè)菀灼?，汽車將有安全的自?dòng)駕駛模式?，F(xiàn)在自動(dòng)駕駛車能對(duì)前方車輛實(shí)行避讓超車，但對(duì)小動(dòng)物或人不知避讓，這要待更聰明的傳感器出現(xiàn)或圖像處理更精細(xì)些。在醫(yī)療領(lǐng)域，能進(jìn)入人體的微型機(jī)器人將大顯身手。它們進(jìn)入血管、腸道等地方進(jìn)行清理、探查、保健預(yù)警等。工業(yè)機(jī)器人在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家用的很普遍，隨著新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，相應(yīng)的工業(yè)機(jī)器人必將會(huì)研制出來(lái)。國(guó)際形勢(shì)雖無(wú)世界大戰(zhàn)之慮，但局部沖突時(shí)有發(fā)生，反恐形勢(shì)依然嚴(yán)峻。美國(guó)和許多歐洲國(guó)家以及日本都投入大量人力物力研發(fā)軍用機(jī)器人。大型的無(wú)人坦克沖鋒陷陣，小型的昆蟲機(jī)器人“間諜”到處爬行，少量的作戰(zhàn)人員在安全的信息中心運(yùn)籌帷幄。2004 年我國(guó)中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所也自行研制出“靈蜥”系列反恐防暴機(jī)器人。1.3 本文所做的工作本次設(shè)計(jì)主要完成兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)與升降系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個(gè)自由度。為使俯仰運(yùn)動(dòng)滿足自鎖的要求，擬采用棘輪機(jī)構(gòu)，因其工作時(shí)有較大的沖擊和噪聲，而且運(yùn)動(dòng)精度較差，故放棄?？紤]使用螺旋機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是能獲得很大的減速比，還可有自鎖性。它的主要缺點(diǎn)是機(jī)械效率一般較低，特別是具有自鎖性時(shí)效率將低于50%。轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可考慮使用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)，嚙合沖擊小，由 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁(yè) 共 35 頁(yè)于蝸桿的頭數(shù)少，故單級(jí)傳動(dòng)可獲得較大的傳動(dòng)比，且結(jié)構(gòu)緊湊。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁(yè) 共 35 頁(yè)2 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)有兩個(gè)自由度，若視轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)為第一自由度。第一自由度結(jié)構(gòu)及尺寸取決于搭載對(duì)象的質(zhì)量，以及搭載對(duì)象對(duì)機(jī)器人的作用力，而第一自由度受第二自由度影響，故應(yīng)先計(jì)算第二自由度傳動(dòng)的零件。第二自由度即為轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰運(yùn)動(dòng)，采用了螺紋副結(jié)構(gòu)，并結(jié)合擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了俯仰臺(tái)旋轉(zhuǎn)自由度圖 2.1 所示為上層搭載平臺(tái)第二自由度三維圖。圖 2.1 搭載系統(tǒng)第二自由度三維圖俯仰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸取決于搭載物的尺寸及質(zhì)量，以及搭載對(duì)象對(duì)機(jī)器人的作用力。俯仰運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為螺旋傳動(dòng)，并利用了擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，具體圖紙?jiān)O(shè)計(jì)如圖 2.2 所示。1 234 5 6 7 81 09圖 2.2 俯仰系統(tǒng)二維結(jié)構(gòu)圖1－俯仰臺(tái) 2－螺母 B20 3－絲杠 B204－銷 5－聯(lián)軸器 6－連接座7－減速箱 8－電機(jī) 9－空心軸 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁(yè) 共 35 頁(yè)10－搭載臺(tái)如圖 2.2 所示，電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)減速箱減速后，由聯(lián)軸器傳遞給絲杠，使絲杠旋轉(zhuǎn)。絲杠旋轉(zhuǎn)使與之配合的螺母作相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槁菽甘枪潭ㄔ诟┭雠_(tái)底部的，所以實(shí)質(zhì)上是俯仰臺(tái)在繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了俯仰的自由度。轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)自由度主要是由蝸輪蝸桿減速器傳遞的。電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)減速箱減速后，由同步帶傳遞給蝸桿軸，蝸桿軸帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使之完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。蝸輪蝸桿傳動(dòng)的一種空間的齒輪傳動(dòng)，它能實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)角為 90 度的兩軸間的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞。在這個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，它與同步帶輪合作，將電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)一級(jí)一級(jí)減速，達(dá)到所要的結(jié)果，在此傳動(dòng)中，由于摩擦等因素，能量受到損耗，轉(zhuǎn)為熱能，所以不僅需對(duì)材料的受力校核，而且對(duì)材料的受熱特性也要驗(yàn)證。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁(yè) 共 35 頁(yè)3 俯仰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰運(yùn)動(dòng)直接由滑動(dòng)螺旋副完成，滑動(dòng)螺旋副常采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等。梯形螺紋一般是指牙形角 ，螺紋副的大徑和小徑處有徑向間隙。牙根強(qiáng)度?30??高，螺紋的工藝性好。主要用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋如金屬切削機(jī)床的絲杠等。鋸齒形螺紋有兩種牙形，一種是工作面牙形斜角 ，非工作面牙形斜角?31??；另一種是 ， 的鋸齒形角，其外螺紋的牙根處有相當(dāng)大的圓角，?302???01???452減小了應(yīng)力集中，提高了動(dòng)載強(qiáng)度；大徑處無(wú)間隙，便于對(duì)中；和梯形螺紋一樣都具有螺紋的強(qiáng)度高、工藝性好的特點(diǎn)，但有更高的效率。用于單向受力的傳力螺旋，如大型起重機(jī)的螺旋千斤頂?shù)?。文中采?3°/30°牙形的鋸齒形螺紋，此處采用鋸齒形螺紋，主要是因?yàn)殇忼X形螺紋具有較好的自鎖性能，螺紋之間的摩擦力及支承面之間的摩擦力都能阻止螺母的松脫。所以即使在振動(dòng)及交變載荷作用下，也不需要防松?；瑒?dòng)螺旋副的失效主要是螺紋磨損，因此螺桿的直徑和螺母高度通常是根據(jù)耐磨性計(jì)算確定的。傳力螺旋應(yīng)校核螺桿的危險(xiǎn)界面的強(qiáng)度，要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性。能夠搭載發(fā)射性裝置是多用途特殊移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人的主要功能，所以要求控制俯仰臺(tái)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)具有自鎖能力。因此采用了螺旋旋動(dòng)中的滑動(dòng)螺旋副傳動(dòng)，并采用單線螺紋。下面根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行螺桿參數(shù)和螺母參數(shù)的計(jì)算。螺桿的中徑 ：2d??PF???2（3.1）其中：3°/30°鋸齒形螺紋 ，7.0?，此處取 ；5.2~1??21?—軸向載荷，根據(jù)指標(biāo)， ；FNF5 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁(yè) 共 35 頁(yè)—許用壓強(qiáng)（MPa） ，當(dāng)絲杠與螺母均選用 45 鋼時(shí)， 。??P ??MPa5.7?代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： md.165.720.2??由鋸齒形螺紋的參數(shù)關(guān)系 ，其中 為螺紋公稱直徑， 為螺距，以P.2?dP及查閱標(biāo)準(zhǔn)，可得 ， 。m04則有： d175.075.2 ???螺桿小徑為： mP06.342311 ??螺母的高度 ：H..2?取整得: m0?旋合圈數(shù) ： ，滿足要求z105.743?Pu螺紋的工作高度 h.?則螺紋的工作壓強(qiáng) 的計(jì)算如下：p??MPaahudFP 5.7163.457314.02 ?????所以按照這個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)的螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)滿足強(qiáng)度要求。驗(yàn)算自鎖：螺紋升角計(jì)算：2arctndS???（3.2）式（3.2）中， 為導(dǎo)程， 。 為螺紋頭數(shù)，此處 。SP1?n代入數(shù)據(jù)計(jì)算如下： ?285.417.3arctnarctarctn22 ???d??當(dāng)量摩擦角計(jì)算：2cosartn' ??? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁(yè) 共 35 頁(yè)（3.3）式（3.3）中， 為螺旋副的摩擦系數(shù)， ， 為工作面牙形斜角，s?1.0~.?s??。代入數(shù)據(jù)計(jì)算為：?3?? ?28.63cos.artn2cosartn'???滿足自鎖要求的條件為： 。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該滑動(dòng)螺旋副參數(shù)設(shè)計(jì)滿足自鎖'??要求。螺桿強(qiáng)度校核：螺桿當(dāng)量應(yīng)力 計(jì)算：?23121.04??????????????dTdF?（3.4）式（3.4）中， 為傳遞轉(zhuǎn)矩，由圖 2.1 可知，該滑動(dòng)螺旋副的傳遞力矩主要為螺T紋副的阻力矩，其計(jì)算公式如下：??2tandFv????（3.5）式中， ——螺旋副分度圓直徑；2d——螺紋升角；?——螺旋副軸向力，此處取值為 ；FNF50?——螺紋當(dāng)量摩擦角， ， 為當(dāng)量摩擦系數(shù)，此處取 =0.15，v?vvfarctn? vf則有 ?5.81.0arctn?將以上參數(shù)值代入式（3.5） ，得??NmT9642/7.2.4t50??????文中機(jī)器人的設(shè)計(jì)過(guò)程中。代入數(shù)據(jù)到式（3.4）得： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁(yè) 共 35 頁(yè)23121.04??????????????dTdF??23206.9456..35??????????MPa1?45 鋼的許用應(yīng)力 ??as7580??則有 ，所以螺桿強(qiáng)度滿足要求。??螺紋牙強(qiáng)度校核：螺紋牙底寬度 mPb96.247.0.???則有螺桿抗剪強(qiáng)度： ??MPaPabzdF 6.45.5796.20134.51 ???? ???螺桿抗彎強(qiáng)度： ??aazbdh b380.165.79.206134.521 ?????????螺母與螺桿材料相同，則螺母牙與螺桿牙強(qiáng)度相同，亦滿足強(qiáng)度要求。此處螺桿只承受較小的壓力，并且實(shí)際工作的長(zhǎng)徑比亦很小，所以無(wú)需對(duì)螺桿穩(wěn)定性進(jìn)行校核。至此，滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)副設(shè)計(jì)結(jié)束。3.2 俯仰系統(tǒng)的傳動(dòng)分析與計(jì)算轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰運(yùn)動(dòng)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)為瑞士 MAXON 公司的直流無(wú)刷電機(jī) EC3-powermax30。電機(jī)選主要參數(shù)如表 3.1 所示。表 3.1 俯仰臺(tái)控制電機(jī)參數(shù)表指標(biāo) 數(shù)值功率 200W正常電壓 36V空載轉(zhuǎn)速 17000rpm最高轉(zhuǎn)矩 3750mNm 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁(yè) 共 35 頁(yè)額定轉(zhuǎn)矩 112mNm質(zhì)量 270g最大效率 92％最大允許速度 25000rpm無(wú)負(fù)載電流 325mA減速箱參數(shù)：減速箱選用的 MAXON 公司自帶的減速箱 GP42C，基本參數(shù)如下表 3.2所示。表 3.2 俯仰臺(tái)控制電機(jī)減速箱參數(shù)表指標(biāo) 數(shù)值減速比 156︰1最大效率 72％質(zhì)量 460g電機(jī)特性曲線如圖 3.1 所示。圖 3.1 搭載系統(tǒng)第二自由度驅(qū)動(dòng)電機(jī)特性曲線圖根據(jù)上述表中電機(jī)及減速箱的參數(shù)，以及實(shí)際載荷情況，對(duì)電機(jī)進(jìn)行校核。電機(jī)的校核主要分兩部分，一部分是電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的校核，另一部分是電機(jī)輸出速度的校核。首先校核電機(jī)轉(zhuǎn)矩：如圖 3.2 中的傳動(dòng)系統(tǒng)，可知電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩主要是用于克服滑動(dòng)螺旋副的螺紋阻力矩。在滑動(dòng)螺旋副的設(shè)計(jì)中，根據(jù)式（3.5）已經(jīng)計(jì)算出在最大載荷時(shí)，系統(tǒng)需要克服的螺紋阻力矩 。NmT9645?所選電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為： NmM1573173%212??由計(jì)算結(jié)果可知 ，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩滿足計(jì)算要求。? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁(yè) 共 35 頁(yè)校核電機(jī)輸出速度：要校核電機(jī)輸出速度，首先需要確定搭載系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度指標(biāo)要求。規(guī)定俯仰臺(tái)臺(tái)面水平時(shí)，為運(yùn)動(dòng)初始位置，要求俯仰臺(tái)自由度為繞初始位置可以進(jìn)行 的旋轉(zhuǎn)，且俯仰臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度最大為 2.5R/min。?15?由圖 3.2 可知，當(dāng)俯仰臺(tái)處于水平狀態(tài)時(shí)，螺旋副絲杠與螺母初始角度設(shè)計(jì)為90°，這種設(shè)計(jì)保證了在支撐俯仰臺(tái)的空心軸旋轉(zhuǎn)到任意位置時(shí)，俯仰臺(tái)與水平面間所成角度都不會(huì)變化，同時(shí)也便于角度的控制計(jì)算。下圖 3.2 以及圖 3.3 所示分別為俯仰臺(tái)處于初始狀態(tài)時(shí)以及繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)了角度 后的狀態(tài)圖。?圖中， 為電機(jī)經(jīng)減速箱后的輸出速度，亦為絲杠的旋轉(zhuǎn)速度； 為俯仰臺(tái)繞旋in on轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)速度； 為絲杠螺距； 表示支撐俯仰臺(tái)的支架與滑塊連接點(diǎn) A 處的瞬PV間速度； 為俯仰臺(tái)旋轉(zhuǎn)了角度 時(shí)，絲杠與水平面之間的夾角。?2l1l俯仰臺(tái)onPi絲杠螺母A( B )MO3l圖 3.2 俯仰臺(tái)初始位置狀態(tài)圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁(yè) 共 35 頁(yè)2l1l俯仰臺(tái) onPni絲杠螺母?AV( B )MO?圖 3.3 俯仰臺(tái)運(yùn)動(dòng)到某位置處狀態(tài)圖由圖示可得，當(dāng)俯仰臺(tái)處于初始位置時(shí) A 點(diǎn)速度為：60PnVi?（3.6）則俯仰臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度為：230lVno??（3.7）綜合式（3.6） 、 （3.7）可得：2lPnio??（3.8）當(dāng)俯仰臺(tái)繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)了角度 后，即出于圖 3.3 狀態(tài)時(shí)，圖中點(diǎn) B 是與點(diǎn) A 重?合的絲杠上的點(diǎn)，點(diǎn) A 的運(yùn)動(dòng)可分解為繞點(diǎn) 旋轉(zhuǎn)，以及相對(duì)點(diǎn) B 作直線運(yùn)動(dòng)。A 點(diǎn)的O絕對(duì)運(yùn)動(dòng)為繞點(diǎn) M 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。計(jì)算得：（3.9）)cos(60?????PnVi式中 可根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系求得,計(jì)算結(jié)果如下：? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁(yè) 共 35 頁(yè)（3.10）??sinco1art23???l則有速度 如下：V（3.11）????????????? ????sinco1artcos60)cos(6023lPPnii又根據(jù)擺動(dòng)導(dǎo)桿的急回特性，可知在 的可取值范圍內(nèi)， 值愈大，俯仰臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度愈大。圖中，OA 即 的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為 70mm， 長(zhǎng)度為 35mm，則有將 帶入式3l 2l ?15?（3.10） ，解得角度 為：???859.01sin357coart????速度 可以獲得最大值，為V（3.12）??604.859.01cos6PnPVii??????在俯仰臺(tái)同一次旋轉(zhuǎn)工作中，規(guī)定電機(jī)以相同的轉(zhuǎn)速工作，即式（3.12）中 取值為in常數(shù)，可得（3.13）PVni04.16?又由（3.7）式可得，（3.14）302ol?絲杠螺距 ，同時(shí)將式（3.14）帶入上式（3.13） ，并帶入各變量值，可解得：mP4?oin8.5?已知 ，則要求電機(jī)輸出速度為：in/5.2)(maxRni mi/20916.2Ri ?最大允許轉(zhuǎn)速為 25000R/min，可得電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足要求。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁(yè) 共 35 頁(yè)綜上，所選擇電機(jī)各指標(biāo)均滿足使用要求。通過(guò)對(duì)機(jī)器人功能要求進(jìn)行分解，將機(jī)器人分為移動(dòng)車體平臺(tái)及上層搭載平臺(tái)兩部分，分別對(duì)兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。在移動(dòng)車體設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要從提高機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)能力出發(fā)，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了傳動(dòng)系統(tǒng)、輪系結(jié)構(gòu)以及底盤的設(shè)計(jì)。在搭載平臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在確定了平臺(tái)自由度前提下，對(duì)各自由度進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過(guò)橋式支架，將搭載平臺(tái)與車體進(jìn)行連接，保證了車體內(nèi)部空間，并方便了機(jī)器人安裝與維護(hù)。4 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要使轉(zhuǎn)臺(tái)完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就要考慮選用合適的減速器，完成動(dòng)力傳遞并滿足設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)速。常用減速器的類型及特點(diǎn)見表 4.1。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁(yè) 共 35 頁(yè)表 4.1 常用減速器的類型及特點(diǎn) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁(yè) 共 35 頁(yè)表 4.1 常用減速器的類型及特點(diǎn)（續(xù)） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁(yè) 共 35 頁(yè)蝸輪蝸桿有如下特點(diǎn)：（1）傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)、沖擊和噪聲均很?。? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁(yè) 共 35 頁(yè)（2）能以單級(jí)獲得較大的傳動(dòng)比，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比范圍大，5 i 70 ,其中一?般要大于 15；（3）摩擦損耗較大，傳動(dòng)效率較低。蝸輪蝸桿傳動(dòng)分為三大類比：圓柱蝸桿、環(huán)面蝸桿、錐面蝸桿。圓柱蝸桿又分為普通圓柱蝸桿和圓弧圓柱蝸桿兩種。按蝸桿齒廓曲線的形狀，普通圓柱蝸桿可以分為：（1） 阿基米德圓柱蝸桿，簡(jiǎn)稱 ZA 蝸桿；（2） 法向直廓圓柱蝸桿，即稱為延展?jié)u開線蝸桿，簡(jiǎn)稱 ZN 蝸桿；（3） 漸開線圓柱蝸桿，簡(jiǎn)稱 ZI 蝸桿；（4） 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿，簡(jiǎn)稱 ZK 蝸桿；對(duì)于如此大的傳動(dòng)比，如果用一般的齒輪進(jìn)行減速設(shè)計(jì)，則需要很多級(jí)才可以實(shí)現(xiàn)，這樣的話，無(wú)論是體積還是重量都不可能達(dá)到課題所限制的數(shù)值，考慮到移動(dòng)機(jī)器人的工作特點(diǎn)，本文選用的是 ZA 蝸桿。4.2 傳動(dòng)比的設(shè)置多級(jí)減速器各級(jí)傳動(dòng)比的分配，直接影響減速器的承載能力和使用壽命，還會(huì)影響基本體積、重量和潤(rùn)滑。一般的分配原則：（1）使各級(jí)傳動(dòng)承載能力大致相等；（2）使減速器的尺寸與質(zhì)量較小；（3）使各級(jí)齒輪圓周速度較小。 低速級(jí)大齒輪直接影響加速器的尺寸和重量，減小低速級(jí)傳動(dòng)比，即減小了低速級(jí)大齒輪及包容它的機(jī)體的尺寸和重量。增大高速級(jí)傳動(dòng)比，即增大高速級(jí)大齒輪的尺寸，減小了與低速級(jí)大齒輪的尺寸差，有利于各級(jí)齒輪同時(shí)潤(rùn)滑，同時(shí)降低了高速級(jí)后面各級(jí)齒輪的尺寸差，有利于降低噪聲和振動(dòng)，提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性。但是又不能使一、二級(jí)傳動(dòng)比差距過(guò)大，這里我選擇 作為一級(jí)傳動(dòng)比， 作為二級(jí)傳動(dòng)比。1i 2i4.3 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)力分析與計(jì)算由于已知系統(tǒng)的總體尺寸為：長(zhǎng) 寬 高=250mm 250mm 80mm，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍??為 360 度，旋轉(zhuǎn)速度為 10～15rpm，而且系統(tǒng)自重要不大于 8kg，載重量為 20kg。4.3.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算選取直徑為 200 mm 的圓進(jìn)行計(jì)算尺寸，算出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁(yè) 共 35 頁(yè)21mr??（4.1） 這里的 m 可以用平均質(zhì)量的概念來(lái)計(jì)算，即：,M 取負(fù)載 20 。 M=S kg（4.2）于是 = =637 2013.4?則：= =3.19521mr??267.2kgm?給定條件：設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)在 2 秒內(nèi)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速 15 r/pm,則它的加速度是 215260./radst??????則它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩為：3.195.2.508MNm????根據(jù)給定的傳動(dòng)效率 =0.8，所以?3.1508TMNm??4.3.2 滾動(dòng)摩擦力矩計(jì)算在本設(shè)計(jì)中，雖然轉(zhuǎn)臺(tái)基本上是水平或者是在傾斜很小的角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的，其轉(zhuǎn)動(dòng)也都是有滾珠或者軸承來(lái)支撐來(lái)完成的，但是，因?yàn)?20 的負(fù)載對(duì)于 8 的自重來(lái)說(shuō)，kgkg摩擦力也是不可不重視的，下面我將對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行摩擦力矩的計(jì)算：取摩擦系數(shù) 0.4f?則 Mmdfgr???（4.3） 假設(shè)密度為均勻的，用 表示，則?面平均質(zhì)量為 ： ，則 '20637r???（4.4） ' 'msrdd?? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁(yè) 共 35 頁(yè)'020.53RMrdfgrdNm????????總的阻力矩為： M=3.315+0.0533=3.188N m?4.3.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇（1）根據(jù)綜合分析和以上的計(jì)算，驅(qū)動(dòng)軸總阻力力矩為：M=3.188N m?按工作要求和條件選取 Y 系列一般用途全封閉鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。（2）選擇電動(dòng)機(jī)容量工作機(jī)所需的功率： （4.5）FVPw?電動(dòng)機(jī)輸出功率： ??WdP?（4.6）所以: ?FVPd（4.7） 由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間的總效率： 54321??pa?（4.8）其中 分別為滾筒彈性聯(lián)軸器,閉式蝸桿傳動(dòng),皮帶輪傳動(dòng),一對(duì)p?12345滾動(dòng)軸承，齒輪聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率。查表可知 =0.96(滾筒) =0.995(彈性聯(lián)軸器) 由于蝸桿傳動(dòng)效率與蝸桿頭數(shù) Z2p1?及材料有關(guān)暫時(shí)取 Z1=4 雙頭蝸桿,估計(jì) =0.81 =0.93(V 帶輪傳動(dòng)) =0.99(一對(duì)23?4?滾動(dòng)軸承) =0.99(齒輪聯(lián)軸器) 5?所以： 40.9650.89.0.9.684a????所需電動(dòng)機(jī)的功率: =250 0.8/0.684=0.292kw dP根據(jù)電機(jī)特性曲線，并保有一定的余量，初步選擇電機(jī)型號(hào)為 MAXON 電機(jī)，具體參數(shù)見表 4.2。4.3.4 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比由于是 maxon 電動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)自帶的減速器控制其轉(zhuǎn)速，在此，我設(shè)為 1440 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁(yè) 共 35 頁(yè)r/min 。 (1)計(jì)算總傳動(dòng)比：= （4.9） 140i965mawNn?12i?(2)各級(jí)傳動(dòng)比的分配 由于為蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)比都集中在蝸桿上，其他不分配傳動(dòng)比。取皮帶輪傳動(dòng)比 i1=4，則蝸桿傳動(dòng)比為 i2=24。這里我選擇的帶輪是 SPA 型，單根窄 V 帶輪。表 4.2 MAXON 電機(jī) EC45 性能參數(shù)項(xiàng)目 指標(biāo) 說(shuō)明標(biāo)稱功率 250W 最大輸出功率額定電壓 36V空載轉(zhuǎn)速 11000rpm堵載轉(zhuǎn)矩 5260mNm 堵轉(zhuǎn)條件下的轉(zhuǎn)矩值，即起動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大允許轉(zhuǎn)速 12000rpm最大連續(xù)電流(5000rpm) 10.6A最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩(5000rpm) 303mNm 電機(jī)可以連續(xù)工作的轉(zhuǎn)矩最大效率 85%轉(zhuǎn)矩常數(shù) 31.2mNm/A 轉(zhuǎn)矩與有效電流值之比重量 1150g4.3.5 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)（1） 蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)速皮帶輪轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速相同 n1=1440r/min蝸桿轉(zhuǎn)速： 214036/nrpm?（2） 蝸輪蝸桿的功率V 帶輪的功率：p 1=0.292 0.995 0.99=0.288kw ?蝸桿軸的功率：p 2=0.288 0.81 0.99=0.231kw 蝸輪的功率：p=0.230 0.93 0.99 0.99=0.210kw 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁(yè) 共 35 頁(yè)（3） 蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)矩軸的一般受力分析見圖 4.1。圖 4.1 受力分析示意圖輸入的轉(zhuǎn)矩： 10.28950957.643dmPTNmN????蝸桿的轉(zhuǎn)矩： 1147.6.9.52d???蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩： 2124.520.814.8Ti Nm?????V 帶輪的轉(zhuǎn)矩： 2 212347.6.937.i???將上述計(jì)算得到的動(dòng)力參數(shù)列表于 4.3：表 4.3 蝸輪蝸桿的動(dòng)力參數(shù)參數(shù)電動(dòng)機(jī) V 帶輪 蝸桿 蝸輪轉(zhuǎn)速 r/min 1440 1440 360 15功率 P/kw 0.292 0.288 0.231 0.210轉(zhuǎn)矩 N.m 7.64 27.44 144.84 7.526傳動(dòng)比 i 單根 V 窄帶：i 1=4 蝸輪蝸桿傳動(dòng)：i 2=24效率 0.995 0.911 0.7944.3.6 對(duì)于蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的參數(shù)選擇 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁(yè) 共 35 頁(yè)根據(jù)機(jī)械手冊(cè)查得：傳動(dòng)效率 （4.10）tg()r????其中，r 為分度圓柱導(dǎo)程角， 為嚙合摩擦角， （ 為摩擦因子） ，分?arctg???度圓滑動(dòng)速度單位為 114cos60cosQVdnrr???? ms（4.11）一般的計(jì)算公式見表 4.4。綜合計(jì)算，得具體的蝸輪蝸桿參數(shù)如下表 2.7?？紤]到傳動(dòng)功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用 ZA 蝸桿傳動(dòng)，精度達(dá)到 8c 級(jí)，采用標(biāo)準(zhǔn)GB10089-1998。一般選為右旋蝸桿。蝸桿選 35CrMo，表面淬火，硬度為 45~50HRC；表面粗糙度 。蝸輪邊緣選擇 ZCuSn10P1 金屬模鑄造。mRa?6.1?蝸輪蝸桿正確嚙合的條件：主平面內(nèi)的模數(shù)和壓力角彼此相等，即蝸輪端面的模數(shù) 應(yīng)等于蝸桿軸面得模數(shù)2tm，且為標(biāo)準(zhǔn)值；蝸輪端面的壓力角 應(yīng)等于蝸桿軸面的壓力角 ，且為標(biāo)準(zhǔn)值。1am2t?1a?即：21;tam?21ta?此外，還應(yīng)該保證 ，即蝸桿與蝸輪的螺旋線方向一致。具體設(shè)計(jì)將會(huì)后面論2??述。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁(yè) 共 35 頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)中心距徑向間隙蝸輪螺旋角蝸桿導(dǎo)程角齒根圓直徑齒頂圓直徑齒根高齒頂高蝸輪蝸桿計(jì)算公式符號(hào)名稱 dahfadf??camqd?1 mzd?2haf.1qa)2(1??Zda)2(2??mf 4.?mf 4.?qZarctg1???2.0)(5)(5.21zqda???表4.4 蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算分度圓直徑 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁(yè) 共 35 頁(yè)表 4.5 齒的基本參數(shù)名稱 符號(hào) 公式及依據(jù)蝸桿軸向齒距 1xP= =3.9251xPm??蝸桿螺旋線導(dǎo)程 z = =3.925*4=15.7z蝸桿法向齒形角 n?20 0蝸桿軸向齒形角 x 2.14cosnxtgtr??蝸桿直徑系數(shù) q17.6蝸桿分度圓直徑 1d=221d蝸桿分度圓導(dǎo)程角 r14.04 0模數(shù) m=1.25m齒頂高 ah1.25aah???齒根高 f ().fc????齒全高 2.75abh齒頂圓直徑 ad24.5齒根圓直徑 f 194.3.7 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 常數(shù)計(jì)算由傳動(dòng)比 =24，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》齒輪傳動(dòng)部分，取 =4，則 =96，由表查2i 1z2得 ， ，其中 時(shí)蝸輪材料的許用接觸/0]'[mNHP??2/70]'[mNFP??70?L，當(dāng) 時(shí)蝸輪材料的許用彎曲應(yīng)力 。' 61L ]'[FP?齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：=60 n2 j =60 360 1 365 24 5= 次 LN?hL??89.4610 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁(yè) 共 35 頁(yè)接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) ==0.566 NZ8710L彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù) = =0.603 Y96L則 =220 0.93 0.566=115.8 NVSHPZ]'[]???2/Nm=70 0.603=42.21 ??F' 2/2rF1r圖 4.2 蝸輪蝸桿受力分析簡(jiǎn)圖(2) 按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)21250KTZdmHP????????（4.12） 從 K=1～1.4 取載荷系數(shù) K=1.2= 22150()HPdKTZ??2150().14.836.8??而 =34.375，符合要求。21m由于蝸輪蝸桿的嚙合條件是： ，1212m,??所以 =1.25 48=60。故 a=41mm。2dz??(3) 校核渦輪的齒面接觸強(qiáng)度 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁(yè) 共 35 頁(yè)齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算公式為23HEAVTZKa????（4.13） 材料彈性系數(shù)：2/15mNZE?（4.14）使用系數(shù) KA，取 KA=0.9（運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)） ，動(dòng)載系數(shù) KV，當(dāng) V2 eX=0.44，Y=1.19,所以：R1= 135N21HVF??R2= 133N281N11SeR? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 30 頁(yè) 共 35 頁(yè)79.8N22SeR??= + =103.34N， = — =56.26N1A2aFASaF/ =0.765>e=0.47， / =0.4235 年。6310()thfCLnP?故所選軸承適合工作壽命 5 年。蝸桿軸的設(shè)計(jì)(1)蝸桿軸的材料的選擇，確定許用應(yīng)力考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動(dòng)裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩。蝸桿選 35CrMo，表面淬火，硬度為 45—50HRC；表面粗糙度 。mRa?6.1?(2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，初步估計(jì)軸的最小直徑,選用聯(lián)軸器。由上面的已經(jīng)算出， 只要大于 10mm，就能滿足要求，軸伸安裝聯(lián)軸器，考慮補(bǔ)d償軸的可能位移，選用彈性拄銷聯(lián)軸器，取工作情況系數(shù) =1.5aKcT=Ka1.5 4.8=217.6Nm??由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩查表 GB/T5014-1985 選用 HL3 彈性柱銷聯(lián)軸器，標(biāo)準(zhǔn)孔徑 =40mm，d即軸伸直徑為 40 。m(3)軸承采用角接觸球軸承，并采用凸緣式軸承蓋，實(shí)現(xiàn)軸承系兩端單向固定。選定滾動(dòng)軸承為型號(hào)為 7212C。(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)徑向尺寸的確定從軸段 =40mm 開始逐漸選取軸段直徑， 起固定作用，定位軸肩高度可在1d2d（0.07-0.1）d 范圍內(nèi)，故 = +2h≥40 （1+2 0.07）=45.6mm，該直徑處安裝密封2d1? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 31 頁(yè) 共 35 頁(yè)氈圈，標(biāo)準(zhǔn)直徑。應(yīng)取 =50mm； 與軸承的內(nèi)徑相配合，為便與軸承的安裝取，選定2d3軸承型號(hào)為 7212C， =60。 起定位作用，由 h=（0.07 0.1） =（0.07-0.1）34 ?3d60=4.2～6mm，取 h=5mm， =60+2 5=70mm。??（5）滾動(dòng)軸承的壽命校核選定滾動(dòng)軸承為型號(hào)為 7212C，尺寸適合該蝸桿。蝸桿上的滾動(dòng)軸承由于應(yīng)力幅比蝸桿的小，所以一般只校核蝸輪上的滾動(dòng)軸承的壽命即可，也可以取減速器的檢修期為2 年，到檢修期時(shí)更換。4.4 本章小結(jié)蝸輪蝸桿傳動(dòng)的一種空間的齒輪傳動(dòng)，它能實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)角為 90 度的兩軸間的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞。在這個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，它與皮帶輪合作，將電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)一級(jí)一級(jí)減速，達(dá)到所要的結(jié)果，在此傳動(dòng)中，由于摩擦等因素，能量受到損耗，轉(zhuǎn)為熱能，所以本章不僅對(duì)材料的受力校核，而且對(duì)材料的受熱特性進(jìn)行了驗(yàn)證。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 32 頁(yè) 共 35 頁(yè)結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)了兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了《移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺(tái)》的論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受，從對(duì)機(jī)械的一知半解，對(duì)零件選用的一無(wú)所知的狀態(tài)，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來(lái)，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次校核的成功都會(huì)讓我興奮好一段時(shí)間。從中我也充分體會(huì)到了機(jī)械設(shè)計(jì)給我們生活帶來(lái)的樂(lè)趣，在自己的小小世界里自得其樂(lè)。雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說(shuō)，這里面的每一個(gè)細(xì)節(jié)，都有我的勞動(dòng)。當(dāng)看著自己的努力極有希望成為實(shí)物的時(shí)候，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會(huì)化為甜美的甘泉。 這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做論文是要認(rèn)認(rèn)真真用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程，沒(méi)有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒(méi)有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 33 頁(yè) 共 35 頁(yè) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 34 頁(yè) 共 35 頁(yè)致 謝本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，周老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。半年多來(lái)，導(dǎo)師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向周老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過(guò)本科四年的各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 35 頁(yè) 共 35 頁(yè)參 考 文 獻(xiàn)[1] 減速機(jī)信息網(wǎng). 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[EB/OL].http://www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006.[2] 熊有倫. 機(jī)器人技術(shù)技術(shù)[M]. 武漢： 華中理工大學(xué)大學(xué)出版社，1996.[3] Krisztinicz I .positioning problems of industrial robots[M].New York :Microsoft Press,1997.165～286. [4] 林繩宗. 全球機(jī)器人應(yīng)用概況[J].高技術(shù)縱覽，2005,6:55. [5] 龔振邦. 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 1995.[6] 中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng).工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[EB/OL].http://doc.plcjs.com/doc_Lesson/2006-3/16/0631622550860232.htm,2006.[7] 周錫駒.國(guó)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用動(dòng)態(tài) [J]. 自動(dòng)化學(xué)報(bào),1987，l13(3):222～238.[8] 陳佩云,金茂菁,曲忠萍. 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001(1):2～5.[9] 吳瑞祥. 機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.[10] 李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994.[11] 張建民.工業(yè)機(jī)器人[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1988.[12] 郭洪紅. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.[13] 謝存禧，張鐵.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 1995[14] 李軍英，劉艷香，焦冬梅三菱 PLC 在氣動(dòng)機(jī)械手中的應(yīng)用[J].工業(yè)自動(dòng)化，2007，3：55.[15] 機(jī)器與智能網(wǎng). 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域分析網(wǎng)絡(luò)[EB/OL].http://www.robotain.com/yingjian/rbyy/20070304/201446.shtml, 2007.