本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
題 目 輕質(zhì)石膏墻板搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)
專 業(yè)
學(xué)生姓名
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
二〇 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本研究做出過重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明并表示了謝意。
論文作者簽名：
日期： 年 月 日
摘 要
機(jī)器人技術(shù)是機(jī)電一體化產(chǎn)品，搬運(yùn)機(jī)器人成為一個(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。搬運(yùn)型機(jī)器人是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，工藝多搬運(yùn)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)銜接所需組合搬運(yùn)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)上的輕質(zhì)石膏墻板搬運(yùn)機(jī)械手，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)搬運(yùn)，充分的設(shè)得所需要的轉(zhuǎn)矩和功率。完成搬運(yùn)型機(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)模型操盤分析，檢查，分析機(jī)器人模型，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)機(jī)器人模型做的過程中強(qiáng)度的關(guān)鍵部件，繪制3D圖。
關(guān)鍵詞：機(jī)械臂，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，輕質(zhì)石膏墻板搬運(yùn)機(jī)械手，電機(jī)
Abstract
Robotics is mechatronics, articulated robot into 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. 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 its multi-agency convergence desired combination of joint development also contributed to the development of these disciplines.
In this paper, the structural design of the articulated robot and complete drawings and part drawings assembly drawing. Requirements for the robot model is analyzed to estimate the motor of each joint, full selection of the desired torque and power. Complete articulated robot programming, design, structural design, manipulator kinematics model analysis, inspection, analysis robot models, key components design and production process of doing robot model intensity, plotted in Fig. 3D.
Keywords: arm, structural design, articulated robot, motor
目 錄
1 緒論 1
1.1引言 1
1.2 搬運(yùn)機(jī)械手研究概況 2
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3
1.3 搬運(yùn)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu) 4
2 總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1 技術(shù)參考數(shù)據(jù) 5
2.2 搬運(yùn)機(jī)械手工程概述 5
2.3 工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案論述 6
2.4 機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)原理 7
2.5 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 8
2.6 本章小結(jié) 10
3 機(jī)械手大臂部結(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 12
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) 23
4.1 手指的相關(guān)設(shè)計(jì)與計(jì)算 23
4.2 手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 23
4.3 結(jié)構(gòu)分析 25
4.4計(jì)算分析 25
4.5 腕部設(shè)計(jì) 26
4.5.1 手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)計(jì)算 26
4.5.2 手腕俯仰驅(qū)動(dòng)計(jì)算 37
4.5.3 電動(dòng)機(jī)的設(shè)得 38
4.6 小臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 39
4.7 小臂電機(jī)及減速器選型 39
4.7.1.傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)得 41
4.7.2.幾何參數(shù)的計(jì)算 41
4.8 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算 41
4.8.1柔輪齒面的接觸強(qiáng)度的計(jì)算 42
4.8.2柔輪疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 43
4.9 軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 44
4.10 軸的受力分析及計(jì)算 45
4.11 軸承的壽命校核 46
5 機(jī)身設(shè)計(jì) 49
5.1 步進(jìn)電機(jī)設(shè)得 49
5.1.1 計(jì)算輸出軸的轉(zhuǎn)矩 49
5.1.2 確定各軸傳動(dòng)比 51
5.1.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 51
5.2 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 54
5.2.1 高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 54
5.2.2 低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 58
5.3 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 62
5.3.1 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 62
5.3.2 中間軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 65
5.3.3 輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 67
5.4 軸承的校核 70
5.4.1 輸入軸上軸承壽命計(jì)算 70
5.4.2 中間軸上軸承壽命計(jì)算 71
5.4.3 輸出軸上軸承壽命計(jì)算 72
5.5 鍵的設(shè)得和校核 74
5.5.1 鍵的設(shè)得 74
5.5.2 鍵的校核 74
總 結(jié) 75
參考文獻(xiàn) 76
致 謝 77
1 緒論
1.1引言
搬運(yùn)型機(jī)器人是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，工藝多搬運(yùn)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。多臂搬運(yùn)領(lǐng)導(dǎo)的多搬運(yùn)臂運(yùn)動(dòng)。
1959年成為世界上第一個(gè)工業(yè)多搬運(yùn)手臂運(yùn)動(dòng)的誕生，創(chuàng)造發(fā)展胳膊的新時(shí)代的多搬運(yùn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)營研究部門的應(yīng)用多聯(lián)快速發(fā)展。加藤一郎，日本早稻田大學(xué)手臂搬運(yùn)和更多的世界知名專家，教授說：“一個(gè)很大的特點(diǎn)，多搬運(yùn)手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該有工作?！钡姆绞绞?，在自動(dòng)化程度高的，電力系統(tǒng)更復(fù)雜。偉大的發(fā)明家愛迪生曾經(jīng)說過，“神造人的兩條腿是最美麗的杰作。”該系統(tǒng)具有豐富的動(dòng)態(tài)環(huán)境的要求非常低，無論是在地面上，而且在非結(jié)構(gòu)化地形復(fù)雜，適應(yīng)性良好的環(huán)境狀態(tài)。為了延長多搬運(yùn)型機(jī)器人的功能和應(yīng)用開辟無限廣闊的發(fā)展前景。
研究搬運(yùn)型機(jī)器人的原因和目的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：機(jī)構(gòu)的發(fā)展，使他們對(duì)結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性的工作，許多圈子，而不是個(gè)人或更新和人類活動(dòng)的領(lǐng)域擴(kuò)展;希望更多的人有一個(gè)內(nèi)在的理解和認(rèn)識(shí)，并使用這些功能對(duì)個(gè)人服務(wù)，如假肢。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與在此領(lǐng)域豐富的研究，其研究和臂運(yùn)動(dòng)更加危險(xiǎn)的機(jī)器的擴(kuò)展，多搬運(yùn)臂的運(yùn)動(dòng)可以作為一個(gè)多搬運(yùn)臂的移動(dòng)智能播放在人工智能領(lǐng)域的一個(gè)重要的角色。
多搬運(yùn)臂的運(yùn)動(dòng)的定義，世界上唯一的格式是不一樣的。手臂運(yùn)動(dòng)協(xié)會(huì)與更多的企業(yè)的聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化最近在他的手臂采用了國際對(duì)美國帶來的多搬運(yùn)運(yùn)動(dòng)的定義：操作臂多聯(lián)合演習(xí)是一個(gè)多功能可編程的操作系統(tǒng)，你可以改變?cè)摮绦虻牟僮魍瓿筛鞣N各樣的工作，尤其是對(duì)物料輸送，傳動(dòng)部件。參照國際定義，和語言的組合的中國多臂搬運(yùn)的定義如下：
機(jī)械手的多搬運(yùn)運(yùn)動(dòng)是一個(gè)獨(dú)立的行動(dòng)，更自由，靈活地改變程序，它可以放置在任何地方，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)鉸接多搬運(yùn)運(yùn)動(dòng)E'可用。
多搬運(yùn)運(yùn)動(dòng)臂高剛性臂，與其它可能的相比，必須要快，能夠進(jìn)行重的東西，且精度非常高，可以基于外部信號(hào)，各種自動(dòng)操作的。
處理的多搬運(yùn)臂的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)可編程的自動(dòng)控制裝置的控制下。使用的多搬運(yùn)運(yùn)動(dòng)操作臂是提高了產(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，并降低了勞動(dòng)強(qiáng)度的有效手段。誕生和多搬運(yùn)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 搬運(yùn)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)多搬運(yùn)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，臂多搬運(yùn)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，武裝多搬運(yùn)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(duì)所有類型的搬運(yùn)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?羅多搬運(yùn)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(duì)于自由路徑的步驟的條件的規(guī)則。如果地形是非常粗糙的，所以運(yùn)動(dòng)臂多搬運(yùn)，下一步應(yīng)放在哪里腳不能基于對(duì)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)作的多搬運(yùn)，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)的多搬運(yùn)“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搬運(yùn)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)搬運(yùn)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)查多搬運(yùn)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)，然后取得了一些成績。
1986年哈爾濱工業(yè)大學(xué)，他開始研究最為搬運(yùn)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)多搬運(yùn)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，多搬運(yùn)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)臂多搬運(yùn)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的多搬運(yùn)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)械手搬運(yùn)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)通常在車輪的形式是為了實(shí)現(xiàn)功能相。事實(shí)上，模仿人類行走手臂和腿部的多搬運(yùn)的動(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。我們的問題，簡單地探索設(shè)計(jì)巧妙的機(jī)械設(shè)備和簡單的控制來模擬人的手臂的多搬運(yùn)的動(dòng)作。子功能是：替代大步，搖搖頭，擺動(dòng)手臂，擺臂。
1.3 搬運(yùn)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)
搬運(yùn)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)搬運(yùn)，在基座的任何類型的動(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)。
（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(duì)于該組的運(yùn)動(dòng)的要求。
實(shí)踐證明，該小組可以取代繁重的體力勞動(dòng)的多搬運(yùn)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)合動(dòng)作是有效的。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(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景[4-8]。
74
2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 技術(shù)參考數(shù)據(jù)
本題目將設(shè)計(jì)石膏輕質(zhì)墻板搬運(yùn)機(jī)械手。從墻板生產(chǎn)來看，我國規(guī)?；?、機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)線還較少，石膏板成品下線，多采用人工搬運(yùn)方式，而目前的石膏墻板體積大，重量大，僅靠人工方式不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，而且不易碼放。本次設(shè)計(jì)的石膏墻板搬運(yùn)機(jī)器手，解決了此類問題。本題目要求對(duì)石膏輕質(zhì)墻板搬運(yùn)機(jī)器手進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和機(jī)械部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，要求人性化設(shè)計(jì)，優(yōu)良的可操作性。
設(shè)計(jì)原始參數(shù)：
① 搬運(yùn)石膏板尺寸：（2800-4000mm）×600mm×（60-120mm）；
② 最大搬運(yùn)量為500Kg。
圖2.1 機(jī)械手
2.2 搬運(yùn)機(jī)械手工程概述
搬運(yùn)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。在科人找出有效解決組合問題綜合工程被稱為“系統(tǒng)工程”。手臂多搬運(yùn)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(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，開發(fā)和應(yīng)用根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部部分多接頭。
從復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)，包括一定的規(guī)則的功能系統(tǒng)結(jié)合多個(gè)子系統(tǒng)，它是一個(gè)不可分割的整體。如果你失去了開放的系統(tǒng)，可根據(jù)特定的一組。因此，在一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)，概念啟動(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(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。
所以，在設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，不僅要注意搬運(yùn)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，這取決于一個(gè)單一的多搬運(yùn)臂的動(dòng)作的功能要求，子系統(tǒng)，多臂搬運(yùn)，合理，產(chǎn)品的性能，需要在多搬運(yùn)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)手臂搬運(yùn)如下：在操作機(jī)器，是最大的，單臂多搬運(yùn)的運(yùn)動(dòng)來完成的任務(wù)，式子里，包括基地，手臂，手腕，副作用機(jī)構(gòu)。傳輸系統(tǒng)，式子里，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)臂多搬運(yùn)運(yùn)動(dòng)是普遍的調(diào)整，靈活的臂工業(yè)多搬運(yùn)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，焊接，裝配等生產(chǎn)設(shè)備），輔助設(shè)備，控制系統(tǒng)，多搬運(yùn)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)多搬運(yùn)是參考系統(tǒng)。
2.3 工業(yè)搬運(yùn)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)的多搬運(yùn)臂，負(fù)載能力，最小額定負(fù)載5N或更小范圍很大，最多的為9000N。這篇文章500kg載荷。
負(fù)載的大小主要取決于由于運(yùn)動(dòng)的沿的作用力和夫婦的機(jī)械接口上的多搬運(yùn)臂的運(yùn)動(dòng)的方向。式子里，下臂應(yīng)該包括端部執(zhí)行器的更搬運(yùn)運(yùn)動(dòng)（重量），和工件的重量或處理對(duì)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)臂多搬運(yùn)運(yùn)動(dòng)可以緊湊，重量輕，慣性小，傳動(dòng)鏈條應(yīng)考慮采取措施縮小差距，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)多搬運(yùn)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)設(shè)得的旅行。
（四）工作范圍
操作過程中的工業(yè)手臂動(dòng)作的工作范圍是多搬運(yùn)的多搬運(yùn)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)的多搬運(yùn)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設(shè)得的搬運(yùn)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(qǐng)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。
2.4 機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)原理
搬運(yùn)機(jī)械手的本體結(jié)構(gòu)組成如圖：
圖2.2 搬運(yùn)機(jī)械手本體組成
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)載的總重量和搬運(yùn)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)，以確保在工作場所搬運(yùn)機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)行。
搬運(yùn)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。
2.5 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)
搬運(yùn)機(jī)械手的結(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2.3（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搬運(yùn)，直角坐標(biāo)機(jī)器人的業(yè)務(wù)，它具有懸臂門，三起重機(jī)類型的結(jié)構(gòu)。
2.圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)
如在圖2.3（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2.3（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. 搬運(yùn)型結(jié)構(gòu)
如在2.3（d）所示，為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)空間移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。多搬運(yùn)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)械手本體，其相對(duì)較大的工作空間。這種機(jī)械手是廣泛焊接，涂裝，搬運(yùn)，組裝，以及使其它操作被廣泛用于在這種類型的機(jī)器人的，它是在工業(yè)中使用。
搬運(yùn)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)，有水平搬運(yùn)型和垂直搬運(yùn)型兩種。
(a) 直角坐標(biāo)型 (b) 圓柱坐標(biāo)型 (c) 球坐標(biāo)型 (d) 搬運(yùn)型
圖2.3 四種機(jī)械手坐標(biāo)形式
根據(jù)任務(wù)書和具體要求，我們，事實(shí)上，設(shè)得了搬運(yùn)型（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5KG質(zhì)量能夠簡化結(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)自由度六個(gè)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)械手。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)大熱潮，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。
2.6 本章小結(jié)
為了確定解決方案，才能做出最終決定，通過設(shè)得多種方案，完成設(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)，本章后面英寸如，以確定機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)，機(jī)器人，手臂，手腕，端部的腰部，中詳細(xì)做了的設(shè)計(jì)的各個(gè)部分。
3 機(jī)械手大臂部結(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搬運(yùn)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，在搬運(yùn)機(jī)器人的無縫鋼管，不僅提高了在許多情況下導(dǎo)桿，如工字鋼，或所述臂的剛度，非常減少臂的重量，中空只更確切地說，被用作支撐槽鋼，內(nèi)置驅(qū)動(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)間開始，否則，沖擊和振動(dòng)，加速度和終止請(qǐng)求之前沒有太大的影響為了減少，它已經(jīng)改變了。
為了減小轉(zhuǎn)動(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。
最困難的搬運(yùn)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，用于搬運(yùn)機(jī)器人的圓筒形位精度，檢測臂上這意味著位置，可以控制一個(gè)更好的位置精度。
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，取決于類型的尺寸和合金鑄件，相同是否，見表3.1所示：
表3.1 砂型鑄造鑄件最小壁厚計(jì)（mm）
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
---
它簡單地砂鑄造廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一個(gè)特殊的鑄造工藝，鑄造結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于每個(gè)不同的鑄件和特性應(yīng)根據(jù)來設(shè)計(jì)。在本文中，通過使用鑄鋁外殼手臂。具體尺寸，請(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)小臂及腕部繞第二搬運(yùn)軸的重量：
J2=M2L42+M3L52=1×0.0972+4×0.1942
=0.16kg.m2
大臂速度是10r/min ，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩用以下式表達(dá)：：
式子里，T - 旋轉(zhuǎn)開始時(shí)轉(zhuǎn)矩 N.m
J --- 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg.m2
--- 角加速度rad/s2
使機(jī)械手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：
輪轂凸緣長度：取
柔輪筒體長度：
輪齒過渡圓角半徑：
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：
可見沿波發(fā)生器長軸,在剛輪齒根圓與柔輪齒頂圓之間存在徑向間隙。
3.凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算
滾珠直徑：
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
畫軸的受力分析圖，軸的受力圖請(qǐng)見下圖3.1：
圖3.1 軸的受力圖請(qǐng)見下
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（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。
4 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 手指的相關(guān)設(shè)計(jì)與計(jì)算
除了當(dāng)滿足抓取要求的設(shè)計(jì)的手中，不僅滿足下列要求。
1.，從而使手指抓握的大小適合
確定握指（即夾緊力），它要么必須做緩慢的工作，以確保它不會(huì)脫落，但生產(chǎn)操作或發(fā)送工作過程中，應(yīng)考慮和振動(dòng)的重量和慣性力，握太浪費(fèi)，可能會(huì)傷害到工作。
2.，它必須確保它是可能的，或者離開工作進(jìn)入一個(gè)手指來平滑
伸縮手指容易抓地力，以確保有足夠的夾緊間隔為工件的釋放，其必須足夠大以容納直徑大的開口角的范圍。機(jī)動(dòng)顎足夠大范圍的移動(dòng)。
（3）具有其自身的重量和足夠的強(qiáng)度和剛性的光
當(dāng)由等于慣性力在工件運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)，被夾持在的反應(yīng)的影響，但有足夠的強(qiáng)度和剛度抵抗彎曲或斷裂，需要機(jī)器人，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，它必須是重量輕，并且手腕的扭轉(zhuǎn)力矩，以便最小化，并且集中在旋轉(zhuǎn)手腕軸。
（4），該操作是快速，靈活，精確，它也有必要容易地交換普遍機(jī)械手
這可以根據(jù)手，手吸附或把持類應(yīng)用的手的專用工具（噴槍，扳手，焊接工具）的種類進(jìn)行劃分。
您正在使用的夾式設(shè)計(jì)，這樣的分析和比較后的手中。手，從而形成結(jié)構(gòu)類型的多樣性，機(jī)器人直接抓取把手（或吸附）對(duì)象或特殊工具，部件應(yīng)基于任務(wù)的工作的要求來設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)，手的大小它是執(zhí)行把持作業(yè)的任務(wù)。手可以模仿動(dòng)作已被安裝在臂的前端。
握持手型
工件的夾手抓取形狀具有很大的適應(yīng)性，它已被廣泛使用。這將隨著鋼絲鉗或類似設(shè)備移動(dòng)。
二，結(jié)構(gòu)
剪輯手柄汽車，傳輸和手指（或腳），它意味著它是其它組分。最活塞筒驅(qū)動(dòng)單元。公共傳輸鏈路機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，齒條和小齒輪機(jī)構(gòu)或類似物可以被提及。兩個(gè)手指共同手指，并且有許多其它形式的裝置。手指的手指，工件和直接接觸，形狀結(jié)構(gòu)的一部分，或者根據(jù)工件的形狀被夾緊。通過模仿手指時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的手的人力資源結(jié)構(gòu)，可分為便攜形式。分析，并在此設(shè)計(jì)選定的移動(dòng)齒條 - 小齒輪手的比較。
4.2 手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核
手爪類別分為：
1.連桿杠桿式手爪
夾緊夾具（放松）為該夾持器，連接桿的運(yùn)動(dòng)，杠桿發(fā)力由活塞推力放大，夾持器產(chǎn)生杠桿，以便能夠產(chǎn)生大的夾緊力。在一般情況下，它與彈簧結(jié)合使用。
2.楔塊杠桿式手爪
它是在為了實(shí)現(xiàn)爬行工作，以實(shí)現(xiàn)疏松夾持器，請(qǐng)使用楔和杠桿開啟。
3.齒輪齒條式手爪
活塞架，這種夾持器，以產(chǎn)生一個(gè)夾持器夾緊和松開的行為由齒條驅(qū)動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
4.滑槽式手爪
當(dāng)活塞向前移動(dòng)時(shí)，推夾持器銷，當(dāng)活塞已經(jīng)移動(dòng)向后夾持器釋放，夾緊力和鉗位操作的結(jié)果，并通過合并滑動(dòng)。大為了應(yīng)付這種夾持器開口和不同尺寸的關(guān)閉行程的對(duì)象的抓取。
5.杠桿平行氣爪
軌比是在夾持導(dǎo)軌摩擦小得多平行移動(dòng)，因此，不需要能夠保證在兩個(gè)手指夾持器平行移動(dòng)的平行四邊形機(jī)構(gòu)。
與特定的工作條件相結(jié)合，可使用夾持器的連桿的類型?；钊鶑?fù)，活塞桿端的齒條，以驅(qū)動(dòng)手指以打開或關(guān)閉的中間機(jī)架和機(jī)架風(fēng)扇。它被設(shè)置為通過手指工件的最小孔徑。設(shè)計(jì)成根據(jù)與繩索綁使用50毫米設(shè)計(jì)的最大重量的直徑。
A.適當(dāng)?shù)膴A緊力
手在工作場所，不會(huì)對(duì)工件加工表面的損傷，以保證小的變形的一個(gè)穩(wěn)定可靠的抓地力，必須具有適當(dāng)?shù)膴A緊力。對(duì)于工件的夾緊力剛性差的大小應(yīng)該被認(rèn)為是一種安全自鎖裝置應(yīng)設(shè)計(jì)成可調(diào)笨重的工件。
B.有足夠的空間用于打開和關(guān)閉
操作上，手指張開，閉合位置打開和關(guān)閉被稱為范圍內(nèi)的最大變化量。手指握住手，你將有開閉裝置?？捎玫目扉T角度和表示的長度的指握結(jié)束。開口和旋轉(zhuǎn)手手指閉范圍，在要求的相關(guān)的一些因素的手指的開閉范圍
C.它是一種結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，請(qǐng)?jiān)谛?
運(yùn)動(dòng)以引導(dǎo)整個(gè)液壓機(jī)械手，重把持，影響定位精度，速度和其它性能，結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，不同的重量和體積時(shí)。由于在手腕的前沿手，在設(shè)計(jì)的手工作，它是一種結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，必須是一個(gè)小的尺寸。
D.手指必須有一定的強(qiáng)度和剛度
從而饋送兩個(gè)的手指的最常用盒之外使用，單作用液壓缸中，當(dāng)釋放時(shí)，根據(jù)工件的形狀，液壓操縱夾具，其常閉彈簧夾具夾緊爪的方法。這樣的結(jié)構(gòu)是很容易簡單的制造。
汽缸油的右腔室時(shí)，油被釋放到工件中，當(dāng)停止液壓缸右腔室。
4.3 結(jié)構(gòu)分析
機(jī)械手是最重要的執(zhí)行，并用于容納所述工件的部分。其原理可分為兩類的保持吸附類型，普通手柄，這個(gè)主題采用了夾持手。它抽搐，手牽手，你可以把Puropufukku和春季。抽搐選題是，它是工業(yè)機(jī)器人手的最常見形式。手旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器可分為平動(dòng)式及面包的類型。對(duì)象背部過渡的特征在于，所述夾持器夾緊，釋放手指旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)。改變捕獲的直徑的物體，以保持不變的對(duì)象的中心位置，如果有必要調(diào)整把持位置。翻譯類型平行四指傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，夾持器夾持的功能，用于翻譯，被釋放的對(duì)象，相同的手指的手勢(shì)。和，旋轉(zhuǎn)夾緊器作為保持中心向?qū)ο蟮拇笮”粖A緊直徑的變化。翻譯類型是獨(dú)立的在特性的變化和時(shí)間的工件直徑工件保持夾具，以釋放手指的平移運(yùn)動(dòng)，它會(huì)繼續(xù)保持在固定的中心。為了便于麻煩固定中心的保持，如圖4.1，使用翻譯類型，翻譯槽是通過保持手指引導(dǎo)。
圖4.1 手部裝配圖
4.4計(jì)算分析
根據(jù)工件體重增加率由于夾緊力的計(jì)算的情況下
線性和機(jī)器人臂以基于狀態(tài)的停止的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合包括這樣的速度和加速度。工作的加速度按體重而變化，并且。在驅(qū)動(dòng)力的中心線的長度方向機(jī)器人手部是P，讓我們應(yīng)用于Pη×使用壓力×=氣缸有效橫截面面積。 （沿著手指的移動(dòng)方向）作用在指尖夾緊力Q.你的手指，摩擦μQ，讓我們的工作重量G =毫克黛咪。拾取單個(gè)手指工件被計(jì)算，有必要強(qiáng)制問答
圖2-2，創(chuàng)建不對(duì)應(yīng)于式必須建立一個(gè)工作，顯示了工件的垂直加速度上升.
得
代入數(shù)據(jù)，得
設(shè)出活塞桿直徑d=0.5D,設(shè)得油缸工作壓力P=0.81MPa,
根據(jù)表4.1（JB826-66），設(shè)出液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm
則活塞桿內(nèi)徑為:
D=630.5=31.5mm，設(shè)出d=32mm
為了保證手抓張開角為，活塞桿運(yùn)動(dòng)長度為34mm。
手抓夾持范圍，手指長100mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖3.2（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開時(shí)，如圖3.2（b）所示，最大夾持半徑計(jì)算如下：
機(jī)械手的夾持半徑從20-30mm。
4.5 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，手臂和搬運(yùn)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。
4.5.1 手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)計(jì)算
腕偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)偏壓的變化，通過步進(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）；
---手腕的長度（m）；
---手腕偏轉(zhuǎn)末端的線速度（m/s）。
前面已提到：kg，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
因?yàn)橥蟛總鲃?dòng)是通過兩級(jí)帶輪和一級(jí)錐齒輪實(shí)現(xiàn)的，所以找到對(duì)應(yīng)書本[15]得：
彈性聯(lián)軸器傳動(dòng)效率：；
滾子鏈傳動(dòng)效率：；
滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率：（一對(duì)）；
錐齒輪傳動(dòng)效率：；
計(jì)算得傳動(dòng)的裝置的總效率：。
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4.2和圖4.3所示,設(shè)得90BYG5200B-SAKRML-0301型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)。
圖4.2 90BYG步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)
圖4.3 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，錐齒輪傳動(dòng)比，。
（b） 算出小臂鏈傳動(dòng)功率
kW （3.10）
（c）設(shè)得帶輪的齒數(shù)
為使小臂中的兩個(gè)帶輪結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)得小帶輪齒數(shù)，大帶輪齒數(shù)，、取奇數(shù)，鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)，可使鏈條和帶輪輪齒磨損均勻。
（d）設(shè)得鏈條類型
從相關(guān)書本[15]進(jìn)行鏈傳動(dòng)計(jì)算：
kW （3.11）
kW （3.12）
mm
， （3.13）
mm， （3.14）
mm （3.15）
mm （3.16）