軸式組合機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)【優(yōu)秀】

《軸式組合機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)【優(yōu)秀】》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《軸式組合機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)【優(yōu)秀】（43頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 書(shū) 第 1 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 小型輪移組合臂機(jī)器人設(shè)計(jì) -（ 7） 軸式組合機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 組合式機(jī)械臂是由若干直線(xiàn)機(jī)械臂（或稱(chēng)一維機(jī)械臂）以不同夾角組合而成，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的直線(xiàn)伸縮，或在 面移動(dòng)，或在 間定位等功能，以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合下的需要。一種可參考的直線(xiàn)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)圖如圖 1示，它的一種 合效果如圖 1示。 具體要求： （ 1）按照原理及所給示意圖要求，設(shè)計(jì)相關(guān)的機(jī)械裝置。對(duì)涉及到的 步進(jìn)電機(jī)、限位開(kāi)關(guān)、 壓力傳感器 等輔助部件要留有合理的安裝空間； （ 2）機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)速度最高速度不小大于 30cm/s, 機(jī)械臂的最大末端載荷不大于 5械臂的長(zhǎng)度不超過(guò) 60此作為機(jī)械裝置的尺寸和材質(zhì)的設(shè)計(jì)依據(jù)； （ 3）給出相關(guān)參數(shù)之間的計(jì)算公式 ； （ 4）完成機(jī)械臂的機(jī)械原理設(shè)計(jì)，通過(guò)相關(guān)軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證； （ 5）完成相關(guān)機(jī)械圖紙的繪制，加工圖與組裝圖及其流程步驟說(shuō)明。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： （ 1）查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解目前輪式移動(dòng)機(jī)器人及機(jī)械臂的研究現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)。給出可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的方案（ 兩種以上）比較，論證每個(gè)方案的可行性、實(shí)用性和有效性，確定一個(gè)最佳方案； （ 2）繪制機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，說(shuō)明各部分的功能、工作原理和特點(diǎn)； （ 3）根據(jù)要求，建立機(jī)械臂的力學(xué)結(jié)構(gòu)模型，分析結(jié)構(gòu)在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)時(shí)的受力情況。給出相關(guān)參數(shù)之間的計(jì)算公式 ； （ 4）對(duì)機(jī)械臂的工作原理與參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算機(jī)仿真，驗(yàn)證其合理性； （ 5）繪制相關(guān)的機(jī)械圖紙。包括零部件的加工圖和組裝圖。給出組裝調(diào)試的流程步驟及安全注意事項(xiàng)等相關(guān)說(shuō)明。 學(xué)生應(yīng)提交的設(shè)計(jì)文件（論文）： （ 1） 總體 機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖； （ 2）各機(jī)械部件圖及其加工 制作圖； （ 3） 各部件的的安裝調(diào)試及安全注意事項(xiàng)等相關(guān)說(shuō)明； （ 4）畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)位論文； （ 5）結(jié)合本課題查閱并翻譯 5000 8000 個(gè)印刷符號(hào)的英文資料。 注： 該設(shè)計(jì)為 小型輪移組合臂機(jī)器人設(shè)計(jì) 中的子項(xiàng)之一，須考慮項(xiàng)目整體的協(xié)作配合。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需相互溝通，充分了解和獲取其他成員的參數(shù)信息、設(shè)計(jì)思路和目標(biāo)，作為本設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，同時(shí)為其他成員提供所需的信息幫組。 2 頁(yè) 主要參考文獻(xiàn)（資料）： 1常見(jiàn)的幾類(lèi)工業(yè)機(jī)器人 J. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品 , 1. 2 中 國(guó) 工 業(yè) 機(jī) 器 人 : 在 機(jī) 遇 與 挑 戰(zhàn) 中 成 長(zhǎng) J. 軍 民 兩 用 技 術(shù) 與 產(chǎn)品 ,2 3顧碩 . 智能化是工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展方向 J824徐揚(yáng)生 , 閻鏡予 . 機(jī)器人技術(shù)的新進(jìn)展 J012年 201225孫亭 ,李成 剛 ,吳洪濤 . 通用工業(yè)機(jī)器人模型及其簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J. 中國(guó)制造業(yè)信 息化 636胡峰 ,駱德淵 ,雷霆 ,柯輝 . 基于 三自由度并聯(lián)機(jī)器人控制系 統(tǒng)仿真 J 2012 年 : 2217沈陽(yáng) J2010,23(9):958趙紅順 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 2011(4):369肖南峰 ,工業(yè)機(jī)器人 M,北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2011. 10何衍慶 用手冊(cè) M. 北京 :電子工業(yè)出版社 ,2008. 11陳忠平 ,周少華 ,侯玉寶 學(xué)手冊(cè) M. 北京 :人民郵電出版社 ,2009. 12李艷杰 ,于艷秋 ,王衛(wèi)紅 理與實(shí)用開(kāi)發(fā)指南 M. 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 2009. 13張毅，羅元，鄭太雄等移動(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. 14高國(guó)富 ,謝少榮 ,羅均 ,機(jī)器人傳感器及其應(yīng)用 M學(xué)工業(yè)出版社 ,2005. 15尹志強(qiáng)主編 . 機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) M. 北 京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. 16王鴻鈺步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)入門(mén) M上海：同濟(jì)大學(xué)山版社， 1999. 17劉寶延，程樹(shù)康步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) M哈爾濱：哈爾濱工業(yè) V 大學(xué)出版杜， 1997. 18邸敏艷 第 2 版 ) M. 北京 :電子工業(yè)出版 社 ,2007. 19傳感器與執(zhí)行器大全 :傳感器 變送器 執(zhí)行器 2009/2010(年卷 )M. 中國(guó)電子學(xué)會(huì)敏感技術(shù)分會(huì) ,北京電子商會(huì)傳感器分會(huì) ,北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ，2011. 20閆超勤智能移動(dòng)機(jī)械臂的控制研究 D,碩士學(xué)位論文 ,西安電子科技大學(xué)，2005 21張紅娟 D,碩士學(xué)位論文 ,上海大學(xué) ,2005. 22滕鵬 D江蘇大學(xué) ,2006. 專(zhuān) 業(yè)、 班 級(jí) 學(xué)生姓名 設(shè)計(jì)（論文）工作起止日期 指導(dǎo)教師簽 字 日期 教 研 室 主 任 簽 字 日期 第 3 頁(yè) 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 系部 專(zhuān)業(yè)年級(jí) 指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 設(shè)計(jì)（論文）題目 軸式組合機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真 本課題國(guó)內(nèi)外研究背景及意義： 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r及研究背景： 機(jī)器人的歷史并不算長(zhǎng)， 1959 年美國(guó)英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人的歷史才 真正開(kāi)始。英格伯格在大學(xué)攻讀伺服理論，這是一種研究運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號(hào)的理論。德沃爾曾于 1946 年發(fā)明了一種系統(tǒng)，可以“重演”所記錄的機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。 1954 年 , 德沃爾又獲得可編程機(jī)械手專(zhuān)利，這種機(jī)械手臂按程序進(jìn)行工作，可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機(jī)器人，認(rèn)為汽車(chē)工業(yè)最適于用機(jī)器人干活，因?yàn)槭怯弥匦蜋C(jī)器進(jìn)行工作，生產(chǎn)過(guò)程較為固定。 1959 年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。 它成為世界上第一臺(tái)真正的實(shí)用工業(yè)機(jī) 器人。此后英格伯格和德沃爾成立了“尤尼梅遜”公司，興辦了世界上第一家機(jī)器人制造工廠(chǎng)。第一批工業(yè)機(jī)器人被稱(chēng)為“尤尼梅特”，意思是“萬(wàn)能自動(dòng)”。 他們因此被稱(chēng)為機(jī)器人之父。 1962 年美國(guó)機(jī)械與鑄造公司也制造出工業(yè)機(jī)器人，稱(chēng)為“沃爾薩特蘭”，意思是“萬(wàn)能搬動(dòng)”?！庇饶崦诽亍焙汀拔譅査_特蘭”就成為世界上最早的、至今仍在使用的工業(yè)機(jī)器人。 近百年來(lái)發(fā)展起來(lái)的機(jī)器人，大致經(jīng)歷了三個(gè)成長(zhǎng)階段，也即三個(gè)時(shí)代。第一代為簡(jiǎn)單個(gè)體機(jī)器人， 第二代為群體勞動(dòng)機(jī)器人，第三代為類(lèi)似人類(lèi)的智能機(jī)器人，它的未來(lái)發(fā)展方向是有知覺(jué)、 有思維、能與人對(duì)話(huà)。第一代機(jī)器人屬于示教再現(xiàn)型 , 第二代則具備了感覺(jué)能力 , 第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人 , 它不僅具有感覺(jué)能力 , 而且還具有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力。 英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機(jī)器人是第一代機(jī)器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機(jī)械手，把應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)做一遍，或者人用“示教控制盒”發(fā)出指令，讓機(jī)器人的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)，一步步完成它應(yīng)當(dāng)完成的各個(gè)動(dòng)作 。 0 世紀(jì) 70 年代，第二代機(jī)器人開(kāi)始有了較大發(fā)展，第二代機(jī)器人則對(duì)外界環(huán)境實(shí)用階段，并開(kāi)始普及。 第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，它不僅具有感覺(jué)能力，而 且還具有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力，并具有記憶、推理和決策的能力，因而能夠完成更加復(fù)雜的動(dòng)作。中央電腦控制手臂和行走裝置，使機(jī)器人的手完成作業(yè)，腳完成移動(dòng)，機(jī)器人能夠用自然語(yǔ)言與人對(duì)話(huà)。 智能機(jī)器人在發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)自我診斷裝置能自我診斷出故障部位，并能自我修復(fù)。到了 90 年代 , 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展 , 機(jī)器人技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。目前工業(yè)機(jī)器人已廣泛地用于汽車(chē)工業(yè)、機(jī)械加工工業(yè)、電子工業(yè)及塑料制品工業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中 , 弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人 等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展 , 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用已開(kāi)始擴(kuò)大到核能、采礦、冶金、石油、化學(xué)、航空、航天、船舶、建筑、紡織、制衣、醫(yī)藥、生化、食品等工業(yè)領(lǐng)域中。除了工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高之外 , 各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)也有了很大的進(jìn)展。 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r及研究背景： 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從 20 世紀(jì) 80 年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，已基本掌握了機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī) 劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在 20 多家企業(yè)的近條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(xiàn)（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車(chē)制造廠(chǎng)的焊接線(xiàn)上。 目前，我國(guó)從事機(jī)器人研發(fā)和應(yīng)用工程的單位 200 多家，擁有量為 3500臺(tái)左右，其中國(guó)產(chǎn)占 20，其余都是從日本、美國(guó)、瑞典等 40 多個(gè)國(guó)家引進(jìn)的。 2000 年已生產(chǎn)各種類(lèi)型工業(yè)機(jī)器人和系統(tǒng) 300 臺(tái)套，機(jī)器人銷(xiāo)售額 器人產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的年收益額為 47 億元。 據(jù)專(zhuān)家對(duì)國(guó)內(nèi) 542 家用戶(hù)以及汽車(chē)、電子 電器、工程機(jī)械個(gè)行業(yè)的部分用戶(hù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，就全國(guó)而言，弧焊、點(diǎn)焊、裝配、噴涂機(jī)器人應(yīng)用的最多；其次是搬運(yùn)、上下料（沖壓、壓鑄、鑄鍛、注塑等用的大多是上下料機(jī)器人）；再次是包裝、碼垛、拆垛機(jī)器人和密封涂膠機(jī)器人，其他機(jī)器人用量很少。就 行業(yè)而言，汽車(chē)行業(yè)以焊接、噴涂、涂膠作業(yè)較多，沖壓、搬運(yùn)、裝配次之；電子電器行業(yè)集中在裝配，如大連華錄一家就用了近臺(tái)，其次是搬運(yùn)和噴涂；工程機(jī)械行業(yè)集中用于弧焊，噴涂其次。此外包裝、碼垛、拆垛機(jī)器人目前主要用于石化、輕紡和煙草行業(yè)。 本課題的意義： 移動(dòng)機(jī)器人作為機(jī)器人 學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重要分支，是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，移動(dòng)機(jī)器人具有移動(dòng)功能，在代替人從事危險(xiǎn)、惡劣 (如輻射、有毒等 )環(huán)境下作業(yè)和人所不及的 (如宇宙空間、水下等 )環(huán)境作業(yè)方面，比一般機(jī)器人有更大的機(jī)動(dòng)性、靈活性。機(jī)械臂是機(jī)器人的重要組成部分，他是機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，組合式機(jī)械臂是由若干直線(xiàn)機(jī)械臂（或稱(chēng)一維機(jī)械臂）以不同夾角組合而成，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的直線(xiàn)伸縮，或在 面移動(dòng)，或在 間定位等功能，以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合下的需要。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )研究?jī)?nèi)容、擬解決 的主要問(wèn)題： 本課題研究的內(nèi)容： （ 1）查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解目前輪式移動(dòng)機(jī)器人及機(jī)械臂的研究現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)。給出可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的方案（兩種以上）比較，論證每個(gè)方案的可行性、實(shí)用性和有效性，確定一個(gè)最佳方案； （ 2）繪制機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，說(shuō)明各部分的功能、工作原理和特點(diǎn)； （ 3）根據(jù)要求，建立機(jī)械臂的力學(xué)結(jié)構(gòu)模型，分析結(jié)構(gòu)在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)時(shí)的受力情況。給出相關(guān)參數(shù)之間的計(jì)算公式； （ 4）對(duì)機(jī)械臂的工作原理與參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算機(jī)仿真，驗(yàn)證其合理性； （ 5）繪制相關(guān)的機(jī)械圖紙。包括零部件的加工圖和組裝圖。給出組裝 調(diào)試的流程步驟及安全注意事項(xiàng)等相關(guān)說(shuō)明。 本課題擬解決的主要問(wèn)題： 本課題解決的主要問(wèn)題在于傳動(dòng)方案的擬定，組合式機(jī)械臂是由若干直線(xiàn)機(jī)械臂（或稱(chēng)一維機(jī)械臂）以不同夾角組合而成，一維機(jī)械臂的傳動(dòng)，本課題擬定為絲杠傳動(dòng)，如下圖 1 為絲杠傳動(dòng)示意圖，它的 合效果如圖 2 所示。 1 圖 2 一維機(jī)械臂由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊即可在絲杠帶動(dòng)下沿滑座移動(dòng)，在 X/Y/Z 三個(gè)方向分別布置一個(gè)一維機(jī)械臂，即構(gòu)成了三維機(jī)械臂，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)接在手臂聯(lián)接座上的手爪在空間定位。 步進(jìn)電機(jī)在數(shù)字化 控制下能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，因此，本傳動(dòng)方案更便于控制，相對(duì)于液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)，本傳動(dòng)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，行程更大，因此，本傳動(dòng)方案是一種較理想的傳動(dòng)方案。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )研究方法、步驟及措施： 研究方法 視系統(tǒng)的力學(xué)性能分析 以系統(tǒng)科學(xué)的思想為指導(dǎo)，以專(zhuān)業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，建立合理的力學(xué)模型 。 視總體的傳動(dòng)原理分析 采用合理的傳動(dòng)原理圖。 用局部 整體 局部的分析方法 每個(gè)系統(tǒng)都有自己?jiǎn)为?dú)的功能，只有它們都能完成自己的功能時(shí)，才有可能整體的功能 ;在各個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)有機(jī)的整 體時(shí)，整體就要發(fā)揮它的 優(yōu)勢(shì)，調(diào)配各個(gè)系統(tǒng)，使各個(gè)系統(tǒng)在整體的作用下，形成最優(yōu)的系統(tǒng)。 步驟： 第 一 周 了解整體設(shè)計(jì)及各子項(xiàng)目?jī)?nèi)容；查閱、收集和閱讀相關(guān)資料；明確設(shè)計(jì)方向，確定設(shè)計(jì)內(nèi)容。 第 二 周 工廠(chǎng)調(diào)研學(xué)習(xí) 第 三 周 同小組成員展開(kāi)討論，擬定設(shè)計(jì)方案，完成設(shè)計(jì)草圖。 第 四 周 步進(jìn)電機(jī)選型及關(guān)鍵零配件設(shè)計(jì)計(jì)算。 第 五 周 用 制裝配圖 第 六 周 用 制裝配圖 第 七 周 用 制零件圖 第 八 周 用 制零件圖 第 九 周 用 進(jìn)行各零配件三維建模 第十周 用 進(jìn)行三維建模及仿真 第十 一 周 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第十 二 周 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第十 三 周 編寫(xiě) 設(shè)計(jì)計(jì)算 說(shuō)明書(shū)，形成畢業(yè)設(shè)計(jì)全部文件，準(zhǔn)備答辯。 第十 四 周 畢業(yè)答辯 措施： 做好畢業(yè)設(shè)計(jì)，前提必須了解研究目的和主攻方向，要進(jìn)行大量的資料收集以及計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，所以需要經(jīng)常去圖書(shū)館和機(jī)房查閱資料?？傮w思路如下： 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，結(jié)合老師指導(dǎo)對(duì)調(diào)研對(duì)象進(jìn)行初步分析； 參考資料，了解調(diào)研過(guò)程，根據(jù)具體要求對(duì)研究方案進(jìn)行構(gòu)思； 設(shè)計(jì)并畫(huà)出設(shè)計(jì)的機(jī)械部分視圖； 對(duì)方案進(jìn)行進(jìn)一步針對(duì)性修改，以增加其直觀(guān)性、可行性和實(shí)用性 ； 要參考文獻(xiàn)： 1常見(jiàn)的幾類(lèi)工業(yè)機(jī)器人 J. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品 , 1. 2中國(guó)工業(yè)機(jī)器人 :在機(jī)遇與挑戰(zhàn)中成長(zhǎng) J. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品 ,2 3顧碩 . 智能化是工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展方向 J824徐揚(yáng)生 , 閻鏡予 . 機(jī)器人技術(shù)的新進(jìn)展 J012年 201225孫亭 ,李成剛 ,吳洪濤 . 通用工業(yè)機(jī)器人模型及其簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J. 中國(guó)制造業(yè)信 息化 636胡峰 ,駱德淵 ,雷霆 ,柯輝 . 基于 統(tǒng)仿真 J 2012 年 : 2217趙紅順 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 2011(4):368肖南峰 ,工業(yè)機(jī)器人 M,北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2011. 9陳忠平 ,周 少華 ,侯玉寶 學(xué)手冊(cè) M. 北京 :人民郵電出版社 ,2009. 10李艷杰 ,于艷秋 ,王衛(wèi)紅 理與實(shí)用開(kāi)發(fā)指南 M. 北 京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 2009. 11張毅，羅元，鄭太雄等移動(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高國(guó)富 ,謝少榮 ,羅均 ,機(jī)器人傳感器及其應(yīng)用 M學(xué)工業(yè)出版社 ,2005. 13尹志強(qiáng)主編 . 機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2007. 14王鴻鈺步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)入門(mén) M上海：同濟(jì)大學(xué)山版社， 1999. 15劉寶延，程樹(shù)康步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) M哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版杜， 1997. 16邸敏艷 控制 (第 2 版 ) M. 北京 :電子工業(yè)出版 社 ,2007. 17傳感器與執(zhí)行器大全 :傳感器 變送器 執(zhí)行器 2009/2010(年卷 )M. 中國(guó)電子學(xué)會(huì)敏感技術(shù)分會(huì) ,北京電子商會(huì)傳感器分會(huì) ,北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2011. 18閆超勤智能移動(dòng)機(jī)械臂的控制研究 D,碩士學(xué)位論文 ,西安電子科技大學(xué)， 2005 19張紅娟 D,碩士學(xué)位論文 ,上海大學(xué) ,2005. 20滕鵬 D江蘇大學(xué) ,2006. 是否 可以進(jìn)入設(shè)計(jì)（論文）研究： 同意進(jìn)入論文研究階段 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 是否可以進(jìn)入設(shè)計(jì)（論文）研究： 同意進(jìn)入論文研究 教研室 (系、研究所 )主任簽名： 年 月 日 要 移動(dòng)機(jī)器人作為機(jī)器人學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重要分支，是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng) 。 機(jī)械臂是機(jī)器人的重要組成部分，他是機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，組合式機(jī)械臂是由若干一維機(jī)械臂以不同夾角組合而成，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的直線(xiàn)伸縮，或在 面移動(dòng)，或在 間定位等功能，以 滿(mǎn)足不同場(chǎng)合下的需要。 本文針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人組合式機(jī)械臂進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行總體的設(shè)計(jì)方案，擬定螺旋傳動(dòng)副為一維機(jī)械臂傳動(dòng)方案，對(duì)方案進(jìn)行特點(diǎn)分析，然后針對(duì)關(guān)鍵傳動(dòng)件設(shè)計(jì)，選擇電動(dòng)機(jī)，對(duì)重要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)軸和軸承的壽命進(jìn)行計(jì)算校核，最后對(duì)重要零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括材料的選擇、尺寸的確定、結(jié)構(gòu)工藝性的滿(mǎn)足、以及與其他零件的配合的要求等。 關(guān)鍵詞： 一維機(jī)械臂，組合機(jī)械臂，移動(dòng)機(jī)器人， 面 is an of is a a of in is an of he is of is of or on -Y or to In of of of of of 錄 摘 要 . I . 錄 . 1 章 緒論 . 1 見(jiàn)電池型號(hào)及尺寸 . 1 構(gòu) . 1 裝機(jī)的作用 . 3 國(guó)包裝機(jī)械的發(fā)展 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 課題研究目的和要求 . 4 第 2 章 整體方案設(shè)計(jì) . 5 計(jì)參數(shù)與技術(shù)要求 . 5 池包裝機(jī)的傳動(dòng)原理 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第 3 章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 7 動(dòng)推桿設(shè)計(jì)計(jì)算 . 7 服電機(jī)的選擇 . 7 動(dòng)螺旋副的計(jì)算 . 12 軸器的選用 . 15 輥設(shè)計(jì) . 16 型電機(jī)選擇 . 16 型皮帶輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) . 17 第 4 章 主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 19 架設(shè)計(jì) . 19 架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 . 19 座主體設(shè)計(jì) . 20 裝袋托架設(shè)計(jì) . 20 料槽設(shè)計(jì) . 21 承選擇與校核 . 22 承校核的概念及方法 . 22 動(dòng)推桿處軸承校核 . 23 第 5 章 安裝檢驗(yàn)及使用維修 . 24 驗(yàn)規(guī)則 . 24 裝機(jī)安裝 . 24 備調(diào)整 . 24 用操作 . 24 修保養(yǎng)和故障排除 . 24 總結(jié) . 25 參考文獻(xiàn) . 26 致 謝 . 27 軸式組合機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真 1 第 1 章 緒論 器人的發(fā)展史 機(jī)器人的歷史并不算長(zhǎng)， 1959 年美國(guó)英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人的歷史才真正開(kāi)始。英格 伯格在大學(xué)攻讀伺服理論，這是一種研究運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號(hào)的理論。德沃爾曾于 1946 年發(fā)明了一種系統(tǒng)，可以“重演”所記錄的機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。 1954 年 , 德沃爾又獲得可編程機(jī)械手專(zhuān)利，這種機(jī)械手臂按程序進(jìn)行工作，可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機(jī)器人，認(rèn)為汽車(chē)工業(yè)最適于用機(jī)器人干活，因?yàn)槭怯弥匦蜋C(jī)器進(jìn)行工作，生產(chǎn)過(guò)程較為固定。 1959 年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。 它成為世界上第一臺(tái)真正的實(shí)用工業(yè)機(jī)器人。此后英格 伯格和德沃爾成立了“尤尼梅遜”公司，興辦了世界上第一家機(jī)器人制造工廠(chǎng)。第一批工業(yè)機(jī)器人被稱(chēng)為“尤尼梅特”，意思是“萬(wàn)能自動(dòng)”。 他們因此被稱(chēng)為機(jī)器人之父。 1962 年美國(guó)機(jī)械與鑄造公司也制造出工業(yè)機(jī)器人，稱(chēng)為“沃爾薩特蘭”，意思是“萬(wàn)能搬動(dòng)”?！庇饶崦诽亍焙汀拔譅査_特蘭”就成為世界上最早的、至今仍在使用的工業(yè)機(jī)器人。 近百年來(lái)發(fā)展起來(lái)的機(jī)器人，大致經(jīng)歷了三個(gè)成長(zhǎng)階段，也即三個(gè)時(shí)代。第一代為簡(jiǎn)單個(gè)體機(jī)器人， 第二代為群體勞動(dòng)機(jī)器人，第三代為類(lèi)似人類(lèi)的智能機(jī)器人，它的未來(lái)發(fā)展方向是有知覺(jué)、有思維、能與人 對(duì)話(huà)。第一代機(jī)器人屬于示教再現(xiàn)型 , 第二代則具備了感覺(jué)能力 , 第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人 , 它不僅具有感覺(jué)能力 , 而且還具有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力。 英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機(jī)器人是第一代機(jī)器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機(jī)械手，把應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)做一遍，或者人用“示教控制盒”發(fā)出指令，讓機(jī)器人的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)，一步步完成它應(yīng)當(dāng)完成的各個(gè)動(dòng)作 。 20 世紀(jì) 70 年代，第二代機(jī)器人開(kāi)始有了較大發(fā)展，第二代機(jī)器人則對(duì)外界環(huán)境實(shí)用階段，并開(kāi)始普及。 第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，它不僅具有感覺(jué)能力，而且還具有獨(dú)立判 斷和行動(dòng)的能力，并具有記憶、推理和決策的能力，因而能夠完成更加復(fù)雜的晉中學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 動(dòng)作。中央電腦控制手臂和行走裝置，使機(jī)器人的手完成作業(yè)，腳完成移動(dòng)，機(jī)器人能夠用自然語(yǔ)言與人對(duì)話(huà)。 智能機(jī)器人在發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)自我診斷裝置能自我診斷出故障部位，并能自我修復(fù)。 到了 90 年代 , 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展 , 機(jī)器人技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。目前工業(yè)機(jī)器人已廣泛地用于汽車(chē)工業(yè)、機(jī)械加工工業(yè)、電子工業(yè)及塑料制品工業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中 , 弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人 都已被大量采用。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展 , 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用已開(kāi)始擴(kuò)大到核能、采礦、冶金、石油、化學(xué)、航空、航天、船舶、建筑、紡織、制衣、醫(yī)藥、生化、食品等工業(yè)領(lǐng)域中。除了工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高之外 , 各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)也有了很大的進(jìn)展。 國(guó)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從 20 世紀(jì) 80 年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，已基本掌握了機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生 產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有 130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在 20 多家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(xiàn)（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車(chē)制造廠(chǎng)的焊接線(xiàn)上。 目前，我國(guó)從事機(jī)器人研發(fā)和應(yīng)用工程的單位 200 多家，擁有量為 3500 臺(tái)左右，其中國(guó)產(chǎn)占 20，其余都是從日本、美國(guó)、瑞典等 40 多個(gè)國(guó)家引進(jìn)的。 2000 年已生產(chǎn)各種類(lèi)型工業(yè)機(jī)器人和系統(tǒng) 300 臺(tái)套，機(jī)器人銷(xiāo)售額 元，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的年收益額為 47 億元。 據(jù)專(zhuān)家對(duì)國(guó)內(nèi) 542 家用戶(hù)以及汽車(chē)、電子電器、工程 機(jī)械個(gè)行業(yè)的部分用戶(hù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，就全國(guó)而言，弧焊、點(diǎn)焊、裝配、噴涂機(jī)器人應(yīng)用的最多；其次是搬運(yùn)、上下料（沖壓、壓鑄、鑄鍛、注塑等用的大多是上下料機(jī)器人）；再次是包裝、碼垛、拆垛機(jī)器人和密封涂膠機(jī)器人，其他機(jī)器人用量很少。就行業(yè)而言，汽車(chē)行業(yè)以焊接、噴涂、涂膠作業(yè)較多，沖壓、搬運(yùn)、裝配次之；電子電器行業(yè)集中在裝配，如大連華錄一家就用了近 300 臺(tái)，其次是搬運(yùn)和噴涂；工程機(jī)械行業(yè)集中用于弧焊，噴涂其次。此外包裝、碼垛、拆垛機(jī)器人目前主要用于石化、輕紡和煙草行業(yè)。 軸式組合機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真 3 動(dòng)機(jī)器人概述 移動(dòng)機(jī)器人的研究 始于 60年代末期，斯坦福研究院 (的 1966 年至 1972 年中研造出了取名 自主移動(dòng)機(jī)器人。目的是研究應(yīng)用人工智能技術(shù)，在復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。與此同時(shí)，最早的操作式步行機(jī)器人也研制成功，從而開(kāi)始了機(jī)器人步行結(jié)構(gòu)方面的研究，以解決機(jī)器人在不平整地域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，設(shè)計(jì)并研制出了多足步行機(jī)器人。 70 年代末，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感器技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人研究又出現(xiàn)了新高潮。特別是在 80 年代中期，設(shè)計(jì)和制造機(jī)器人的浪潮席卷全世界， 一大批世界著名的公司開(kāi)始研制移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，這些移動(dòng)機(jī)器人主要作為大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)的移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從而促進(jìn)了移動(dòng)機(jī)器人學(xué)多種研究方向的出現(xiàn)。 90 年代以來(lái)，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)，高適應(yīng)性的移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)，真實(shí)環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，開(kāi)展了移動(dòng)機(jī)器人更高層次的研究。 移動(dòng)機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 目前研究的移動(dòng)機(jī)器人都是帶有智能的機(jī)器人 :機(jī)器人本身能認(rèn)識(shí)工作環(huán)境、工作對(duì)象及其狀態(tài)，它根據(jù)人給予的指令和“自身”認(rèn)識(shí)外界的結(jié)果來(lái)獨(dú)立的決定工作方法，利用操作機(jī)構(gòu)和移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)， 并能適應(yīng)工作環(huán)境的變化。 這些具有智能的機(jī)器人，有的能夠模擬人類(lèi)用兩條腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移動(dòng) ;有的具有視覺(jué)和觸覺(jué)功能，能夠進(jìn)行獨(dú)立操作、自動(dòng)裝配和產(chǎn)品檢驗(yàn) ;有的具有自主控制和決策能力。不僅能夠應(yīng)用各種反饋傳感器，而且還能夠應(yīng)用人工智能中的各種學(xué)習(xí)、推理和決策技術(shù)。 移動(dòng)機(jī)器人一般由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。據(jù)研制目的不同，移動(dòng)機(jī)器人硬件系統(tǒng)的構(gòu)成也不盡相同，比較完整的典型結(jié)構(gòu)如圖 示。移動(dòng)機(jī)器人的軟件系統(tǒng)，就相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”，智能機(jī)器人之所以能夠代替人做大量的工 作，就是因?yàn)樗哂泻腿祟?lèi)的大腦思維能力相仿的智能控制系統(tǒng)。而這個(gè)智能控制系統(tǒng)其實(shí)就是機(jī)器人的軟件系統(tǒng)，是人工智能主要技術(shù)對(duì)于機(jī)器人的綜合運(yùn)用。 這種特殊結(jié)構(gòu)的機(jī)器人在工業(yè)裝配、無(wú)人惡劣環(huán)境中工作 (如滅火、外星球探測(cè)和各類(lèi)危險(xiǎn)的科學(xué)研究 )以及室內(nèi)服務(wù)工作 (如運(yùn)送、導(dǎo)游和巡邏 )等方面具有一定研究?jī)r(jià)值。 晉中學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 課題研究目的和要求 通過(guò)對(duì) 移動(dòng)機(jī)器人組合式機(jī)械臂進(jìn)行設(shè)計(jì) ，進(jìn)一步鞏固與深化學(xué)生對(duì)理論課程及實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中所學(xué)知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能來(lái)分析和解決相關(guān)專(zhuān)業(yè)問(wèn)題， 以及收集、整理、分析、利用資料的能力，使學(xué)生受到工程師工作能力的綜合訓(xùn)練，提高學(xué)生的獨(dú)立工作能力與綜合素質(zhì)。 軸式組合機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真 5 第 2 章 整體方案設(shè)計(jì) 力源及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的確定 動(dòng)力源及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要考慮效率、成本、維護(hù)難易、失效、傳動(dòng)精度要求以及與整個(gè)機(jī)構(gòu)的位置關(guān)系。 方案一 使用液動(dòng)或氣動(dòng)作為平移和上升的動(dòng)力源，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要為液壓缸或氣缸、活塞、回轉(zhuǎn)液壓缸。這就要求一套液壓系統(tǒng)，包括液壓泵、液壓閥、液壓缸或氣缸、密封元件、導(dǎo)軌等。液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 1、液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，它具有動(dòng)力大、力 (或 力矩 )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)機(jī)器人；缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)難度大、對(duì)環(huán)境有影響、硬件成本高。 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、價(jià)格低等特點(diǎn)小負(fù)載的系統(tǒng)中；但由于空氣的可壓縮性定位不準(zhǔn)等難于實(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、無(wú)論是液壓還是氣動(dòng)，都會(huì)致使機(jī)械臂的總體重量增加，結(jié)構(gòu)龐大，同時(shí)也會(huì)增加它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人上的機(jī)械臂，采用液壓或氣壓傳動(dòng)，并不理想。 方案二 使用步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用絲杠滑塊傳動(dòng)。該方案具有以下特點(diǎn)： 1、適合于中等負(fù)載，特別適合動(dòng)作復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)軌跡嚴(yán)格的工業(yè)機(jī)器人和各種微型機(jī)器人；由于步進(jìn)電機(jī)的廣泛采用，這類(lèi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)械手機(jī)器人領(lǐng)域里被大量選用； 2、絲杠傳動(dòng)時(shí)，有利于主機(jī)的小型化及減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；摩擦力矩小，接續(xù)剛度高使溫升及熱變形減小，有利于改善機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)特性，提高工作精度，具有很好的高速性能。 經(jīng)過(guò)方案一和方案二的分析，決定采用方案二。這主要考慮到硬件的制作成本、維護(hù)成本、盡可能地降低總體方案的重量、盡可能的使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性更良好 ，安裝調(diào)試更方便。 晉中學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 定方案圖 根據(jù)上述論述，現(xiàn)擬定方案圖。 一維機(jī)械臂的傳動(dòng)如下圖 2示，它的 合效果如圖 2 所示。 圖 2 2維機(jī)械臂由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊即可在絲杠帶動(dòng)下沿導(dǎo)軌移動(dòng)，在 X/Y/構(gòu)成了三維機(jī)械臂，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)接在手臂聯(lián)接座上的手爪在空間定位。 步進(jìn)電機(jī)在數(shù)字化控制下能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，因此，本傳動(dòng)方案更便于控制，相對(duì)于液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)，本傳動(dòng)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，行程更大，因此，本傳動(dòng)方案是一 種較理想的傳動(dòng)方案。 軸式組合機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真 7 第 3 章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 維機(jī)械臂設(shè)計(jì)計(jì)算 一維機(jī)械臂如下圖 3示，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)， 滑塊即可在絲杠帶動(dòng)下沿導(dǎo)軌做直線(xiàn)移動(dòng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)，可精確控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度，因而，可以精確控制滑塊移動(dòng)的距離 。 圖 3維機(jī)械臂傳動(dòng)方案 進(jìn)電機(jī)的選擇 1）機(jī)電領(lǐng)域中步進(jìn)電機(jī)的選擇原則 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線(xiàn)增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)， 首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿(mǎn)足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線(xiàn)的范圍內(nèi)。一般地說(shuō)最大靜力矩 的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電晉中學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 機(jī)的固 有特性所決定。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿(mǎn)足執(zhí)行件快速移動(dòng)的需要。 選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算： （ 1）計(jì)算減速比 根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，減速比 i 計(jì)算如下 : i=( ( 式中 o/脈沖） S 沖） （ 2）計(jì)算工作臺(tái)，絲桿 以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量 1+（ 1/(s） +W/g（ S/2 )2 式中 N） S （ 3）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩 M M=f+ t) 10 2 式中 r/ s） (2 i) 10 2 軸式組合機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真 9 (2 i) 10 2 N） （ 4）負(fù)載起動(dòng)頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為 fq=1-(t)/ (1+m) 1/2 式中 若負(fù)載參數(shù)無(wú)法精確確定 ,則可按 （ 5）運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并留有足夠的余量。 （ 6）負(fù)載力矩和最大靜力矩 載力矩可按式 t) 102 和式 (2 i)