3-DOF工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3-DOF工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),dof,工業(yè),機(jī)器人,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目 錄1 引言(01)1. 1 選題的依據(jù)和意義(02)1. 2 國內(nèi)外研究概況(03)1. 3 論文主要內(nèi)容(05)2 機(jī)器人結(jié)構(gòu)分析(06)2. 1 總體結(jié)構(gòu)的概述(06)2. 2 第一軸（大臂）的結(jié)構(gòu)(07)2. 3 第二軸結(jié)構(gòu)(09)2. 4 第三軸結(jié)構(gòu)(10)2. 5 傳動(dòng)方案的確定(11)3 設(shè)計(jì)計(jì)算(12)3. 1 電動(dòng)機(jī)的選擇(12)4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算(16)4. 1 第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(16)4. 2 軸承的選擇(31)421 斜齒輪傳動(dòng)軸上的軸承(31)5 機(jī)器人各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(32)5. 1 轉(zhuǎn)角范圍的控制設(shè)計(jì)(32)5. 2 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（第一臂與底座）(33)52 .1 第一軸轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)(33)52 .2 底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(33)6 總 結(jié)(34)參考文獻(xiàn)(35)致 謝(36)附錄 A外文文獻(xiàn)翻譯附錄 BCAD圖A1總裝配圖與各零件圖 動(dòng)態(tài)優(yōu)化的一種新型高速，高精度的三自由度機(jī)械手彭蘭（蘭朋），魯南立，孫立寧，丁傾永(機(jī)械電子工程學(xué)院，哈爾濱理工學(xué)院，哈爾濱 150001，中國)( Robotics Institute。Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，P。R。China) 摘要介紹了一種動(dòng)態(tài)優(yōu)化三自由度高速、高精度相結(jié)合，直接驅(qū)動(dòng)臂平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和線性驅(qū)動(dòng)器，它可以提高其剛度進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS仿真模擬環(huán)境中，進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn).設(shè)計(jì)調(diào)查是由參數(shù)分析工具完成處理的，分析了設(shè)計(jì)變量的近似的敏感性，包括影響參數(shù)的每道光束截面和相對(duì)位置的線性驅(qū)動(dòng)器上的性能.在適當(dāng)?shù)姆绞较拢Ｐ涂梢垣@得一個(gè)輕量級(jí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化和小變形的參數(shù)。一個(gè)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)不同截面是用來改進(jìn)機(jī)械手的.結(jié)果發(fā)生明顯的改進(jìn)后的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析和另一個(gè)未精制一個(gè)幾乎是幾乎相等.但剛度的改進(jìn)的質(zhì)量大大降低，說明這種方法更為有效的。關(guān)鍵詞: 機(jī)械手、 ADAMS、 優(yōu)化、 動(dòng)力學(xué)仿真0 簡介并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械手（PKM）是一個(gè)很有前途的機(jī)器操作和裝配的電子裝置，因?yàn)樗麄冇幸恍┟黠@的優(yōu)勢(shì)，例如：串行機(jī)械手的高負(fù)荷承載能力，良好的動(dòng)態(tài)性能和精確定位的優(yōu)點(diǎn)等. 一種新型復(fù)合3一DOF臂的優(yōu)點(diǎn)和串行機(jī)械手，也是并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，三自由度并聯(lián)機(jī)器人是少自由度并聯(lián)機(jī)器人的重要類型。三自由度并聯(lián)機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)簡單，控制相對(duì)容易，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。但由于它們比六自由度并聯(lián)機(jī)器人更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性，增加了這類機(jī)構(gòu)型綜合的難度，因此對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行型綜合具有理論意義和實(shí)際價(jià)值。本文利用螺旋理論對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行型綜合，以總結(jié)某些規(guī)律，進(jìn)一步豐富型綜合理論，并為新機(jī)型的選型提供理論依據(jù)，以下對(duì)其進(jìn)行闡述。如圖-1所示 機(jī)械手組成的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)(PPM)包括平行四邊形結(jié)構(gòu)和線性驅(qū)動(dòng)器安裝在PPM.兩直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)c整合交流電高分辨率編碼器的一部分作為驅(qū)動(dòng)平面并聯(lián)機(jī)械裝置.線型致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的聲音線圈發(fā)動(dòng)機(jī).這被認(rèn)為是理想的驅(qū)動(dòng)短行程的一部分.作為一個(gè)非換直接驅(qū)動(dòng)類，音圈電機(jī)可以提供高位置敏感和完美的力量與中風(fēng)的角色，高精密線性編碼作為回饋部分保證在垂直方向可重復(fù)性。另一方面，該產(chǎn)品具有較高的剛度比串行機(jī)械手，因?yàn)樗奶攸c(diǎn)和低封閉環(huán)慣性轉(zhuǎn)矩。同時(shí)，該系統(tǒng)可以克服了柔性耦合力學(xué)彈性、齒輪、軸承、被撕咬支持，連接軸和其他零件，包括古典驅(qū)動(dòng)設(shè)備，因此該機(jī)械手是更容易得到動(dòng)力學(xué)性能好、精度高。圖-1 3自由度的混合結(jié)構(gòu)的機(jī)械手當(dāng)長度的各個(gè)環(huán)節(jié)的平面并聯(lián)機(jī)時(shí)，構(gòu)決定于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和綜合4-7，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，應(yīng)加大僵硬、降低質(zhì)量.關(guān)于幾個(gè)參數(shù)模型.這是它重要和必要的影響，研究了各參數(shù)對(duì)模型表現(xiàn)以進(jìn)一步優(yōu)化。本文就開展設(shè)計(jì)研究工具，通過參數(shù)分析亞當(dāng)斯，又要適當(dāng)?shù)姆绞絹慝@得一個(gè)輕量級(jí)的優(yōu)化和小變形系統(tǒng)。1 仿真模型ADAMS(Automatic Dynamic Analysis 0f Mechanical System)自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析是一個(gè)完美的軟件，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬可處理機(jī)制包括有剛性和靈活的部分，仿真模型可以創(chuàng)造出機(jī)械手的亞當(dāng)斯環(huán)境 如圖-2。OXYz是全球性的參考幀，并OXYz局部坐標(biāo)系，兩個(gè)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)、交流和02M O1A表示，與線性驅(qū)動(dòng)器CH被視為剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電機(jī)傳動(dòng)的120kg/cm2。大眾的線性驅(qū)動(dòng)器是1.5kg，連接AB、德、03F和LJ被視為柔性體立柱、橫梁GK，通用公司和公里，形成一個(gè)三角形，也被當(dāng)作柔性傳動(dòng)長度的鏈接是決定提前運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)為AB =O3F = 7cm，DE=IJ=7cm，GK= 7cm，GM =11.66cm， = 8.338cm。其它維度，這個(gè)數(shù)字是01A = 02M =7cm，CB=CD=HJ 2.5cm。EF=EG=JK= 3cm。 雖然總平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)都是在水平、垂直和水平剛度必須在豎向剛度特征通常低于水平僵硬，因?yàn)樗慕巧诖怪睉冶哿旱慕孛娉叽缬?jì)算每一束平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和相對(duì)位置的線性驅(qū)動(dòng)器是兩個(gè)非常僵硬的影響因素的系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)支鏈可分為三類：主動(dòng)鏈（由驅(qū)動(dòng)器賦予確定獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的支鏈。一般是單驅(qū)動(dòng)器控制一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)），從動(dòng)鏈（不帶驅(qū)動(dòng)器、被迫作確定運(yùn)動(dòng)的支鏈。又分為以下兩種：約束鏈：獨(dú)立限制機(jī)構(gòu)自由度的從動(dòng)鏈。冗余鏈：重復(fù)限制機(jī)構(gòu)自由度的從動(dòng)鏈）復(fù)合鏈（有單驅(qū)動(dòng)器、但限制一個(gè)以上的機(jī)構(gòu)自由度的支鏈，實(shí)際是主動(dòng)鏈與約束鏈的組合）-并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由這幾種支鏈用不同形式組合起來的。動(dòng)鏈中的約束鏈除了可以提高機(jī)構(gòu)剛度和作為測(cè)量鏈外，其更主要的作用是用來約束動(dòng)平臺(tái)的某一個(gè)或幾個(gè)自由度，以使其實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。 圖-2 仿真模型2 仿真模擬結(jié)果在本節(jié)中，平均位移的末端是用來描述動(dòng)態(tài)剛度，這是在不同的配置在不同的線性驅(qū)動(dòng)器向前，從最初的位置的目的地，一般的豎向位移的機(jī)械手是作為目標(biāo)來研究豎向剛度，平均差別的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)點(diǎn)之間有一個(gè)剛性數(shù)學(xué)模型，模型，作為目標(biāo)來研究水平剛度。并聯(lián)機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)即型綜合是并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，其目的是在給定所需自由度和運(yùn)動(dòng)要求條件下，尋求并聯(lián)機(jī)構(gòu)桿副配置、驅(qū)動(dòng)方式和總體布局等的各種可能組合。國內(nèi)的許多學(xué)者正致力于這方面的研究，其中比較有代表性的有如下幾種方法：黃真為代表的約束綜合法；楊廷力等人的結(jié)構(gòu)綜合法；代表的李代數(shù)綜合法。以上各種方法自成體系，各有特點(diǎn)，都缺乏理論的完備性。本文提出添加約束法，是從限制自由度的角度出發(fā)，增加約束，去除不需要的自由度，因每條主動(dòng)鏈只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，讓其控制一個(gè)自由度，其余自由度通過純約束鏈去除，這樣可以使主、從動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈的作用分離，運(yùn)動(dòng)解耦，有利于控制。具有三自由度的并聯(lián)機(jī)床，當(dāng)采用條主動(dòng)支鏈作為驅(qū)動(dòng)時(shí)，機(jī)構(gòu)就需要約束另三個(gè)自由度，通過選擇無驅(qū)動(dòng)裝置的從動(dòng)鏈來完成，則整個(gè)機(jī)構(gòu)成為有確定運(yùn)動(dòng)的三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。黃真等提出的約束綜合法對(duì)完全對(duì)稱的少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行了型綜合，完全對(duì)稱的支鏈結(jié)構(gòu)相同，都屬于復(fù)合鏈，每條支鏈除都有一個(gè)單驅(qū)動(dòng)器，控制一個(gè)自由度外，還應(yīng)約束一個(gè)以上自由度才能使機(jī)構(gòu)的六個(gè)自由度全部受控，使機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。2.1 截面效應(yīng)扭轉(zhuǎn)變形位移的連結(jié)將會(huì)引起的，所以，扭轉(zhuǎn)常數(shù)的橫截面，重力是研究裝系統(tǒng)來研究，采取扭轉(zhuǎn)剛度的垂直切片lxx不變的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁作為設(shè)計(jì)變量的變化，從 0.1 x 105mm4 與 3.5 x 105 mm4。圖-3 不斷的效果在垂直變形扭轉(zhuǎn)圖-3顯示了平均位移與截面扭轉(zhuǎn)常數(shù)末端的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁，根據(jù)它的變化速率的環(huán)節(jié)，是最大的，AB是鏈接，LJ依次分別GK梁和KM有在豎向剛度性能。其他的仿真結(jié)果表明，水平位移之間的差異進(jìn)行比較，結(jié)果表明該模型體育智力H和剛性模型變化小就改變了恒定不變的時(shí)候扭加載慣性力的線性驅(qū)動(dòng)器，但是水平位移的變化，這意味著在這種模擬豎向變形的生產(chǎn)水平位移系統(tǒng)機(jī)械手。注意端面線性驅(qū)動(dòng)器的主要原因是水平變形、線性驅(qū)動(dòng)器機(jī)器人是由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)C和H . 所以，我們計(jì)算了不同的Z-coordinate攝氏度之間，如圖所示，在圖4 -扭轉(zhuǎn)常數(shù)的影響差別的鏈接德。其次是最有效的通用和連接梁，連接O3F，梁GK有效果。因此，應(yīng)采取AB和連接區(qū)段大扭常數(shù)的免疫力，豎向剛度較大并行扭轉(zhuǎn)不變的鏈接德也使較少的均勻性，降低線性驅(qū)動(dòng)器不可以降低水平變形。圖-4 在不影響扭不變?nèi)鐖D-5、6所展示的影響是區(qū)域慣性轉(zhuǎn)矩的設(shè)計(jì)變量是區(qū)域剛度和慣性轉(zhuǎn)矩的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁lz，圖顯示增加lw卡爾減少的速度高于垂直位移的不斷增加Ixx扭轉(zhuǎn)。這個(gè)Yxx AB、梁的鏈接，鏈接O3F是Iyy三個(gè)主要因素決定了豎向剛度。圖-6 所示 鏈接的AB、梁公里，連接03F也是其中的三個(gè)主要因素決定的均勻性線性傳動(dòng)裝置、不同的分析結(jié)果表明，Izz效果好，具有至少兩個(gè)垂直和水平剛度，這意味著這種結(jié)構(gòu)，具有足夠的水平，降低Izz剛度的鏈接和增加Iyy AB、梁的鏈接，鏈接O3F公里的好方法，優(yōu)化系統(tǒng)。圖-5 瞬間的慣性效應(yīng)對(duì)垂直位移圖-6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不平衡的影響2.2影響的線性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置線性執(zhí)行器的慣性是主要載荷之一，在機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，不同的相對(duì)應(yīng)的垂直位置產(chǎn)生不同的變形，圖7顯示了絕對(duì)平均的最終效應(yīng)垂直位移時(shí)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以恒定的加速度旋轉(zhuǎn)，我們可以看到，過低或過高的相對(duì)位置會(huì)造成比格變形，最好的位置是一對(duì)Z = 24毫米的地方大概是從中間環(huán)節(jié)連接O3F到 AB.圖-7 影響線性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置3 分析改進(jìn)的機(jī)械手根據(jù)上述模擬結(jié)果，所有改進(jìn)的機(jī)械手的設(shè)計(jì)，時(shí)間如下：鏈接截面AB，DE，lJ 與30mm的基礎(chǔ)和高度，10毫米的厚度;鏈接O3F和矩形空心梁與30mm的基礎(chǔ)和高度工型鋼，l0mm法蘭和6mm網(wǎng);梁競，通用汽車與8mm的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和30mm高的矩形。圖-8 梯形運(yùn)動(dòng)姿態(tài)圖-9中回應(yīng)的是機(jī)械手，相比之下，圖-10中提高初始的反應(yīng)，在其中所有的鏈接和機(jī)械手的矩形截面梁的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，用30毫米，高度的差異是曲線，C和H的曲線積分，二是垂直位移的末端，改進(jìn)系統(tǒng)中最大位移0.7Um最初的0.12Um相比，爭論的振動(dòng)激勵(lì)后仍停留在O.06Um0.15% sO.05Um相比的初始變形改善系統(tǒng)的初始小于前者具有較少的慣性，因?yàn)樵谙嗤牟椒ゲ粩嗉涌?，保持振?dòng)瓣膜差不多一樣，它對(duì)這整個(gè)系統(tǒng)中來說，仍然改善系統(tǒng)的剛度，幾乎相當(dāng)于初始制度，針對(duì)大規(guī)模的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)在該系統(tǒng)相比下降了30%，這樣的初始優(yōu)化是有效的。 圖-9 、 圖-10 動(dòng)態(tài)響應(yīng)4 結(jié)論本文設(shè)計(jì)了一種新型三自由度機(jī)械手變量的敏感性進(jìn)行了研究在ADAMS環(huán)境中，可以得出以下結(jié)論：1） 機(jī)器人具有較大的水平剛度，最終水平位移，效應(yīng)主要是由機(jī)械手垂直變形造成的，因此，更重要的是增加的幅度比剛度豎向剛度。2） 參數(shù)Ixx，Iyy并鏈接截面剛度Izz有不同的效應(yīng)，Iyy已經(jīng)對(duì)垂直剛度的影響最大，Ixx在第二位的是，Ixx具有在垂直剛度的影響最小，他們都較少對(duì)水平比垂直剛度剛度。3） 橫截面的不同環(huán)節(jié)都有不同的影響，連線豎向剛度AB和德應(yīng)該使用區(qū)扭轉(zhuǎn)常數(shù)和慣性力矩大，如變形、長方形、橫梁KM，線 03F應(yīng)該使用區(qū)段形梁等重大時(shí)刻轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、橫梁GK，和GM 可以使用盡可能的一小部分，從而降低了質(zhì)量。4） 最佳的線性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置可以減少變形，最好的位置是垂直的平行結(jié)構(gòu)。5） 改進(jìn)的機(jī)械手的動(dòng)態(tài)分析表明該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究的基礎(chǔ)上的效率。參考文獻(xiàn) l Dasgupta B，Mmthyunjayab T S。 The Stewart platform manipulator：a review。Mechatm and Machine Theory，200o。35 (1)：1540 2 Xi F，Zhang D，Xu Z，et al。A comparative study on 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of Parallel Mmfipulators Proc。Of IEEE Inemational conference on Robotics& Automation。20o1。3766 3771 9 Chakarov D。Study ofthe antagoniie stifness of parallel manipulators with actuation redundancy。Mechanism and Machine Theory，2004，39(6)：58360l 10 Shaba A A。Dynamics of Multibody systems。 Cambridge：Cambridge university press，l998。270-3 l011 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯題目 動(dòng)態(tài)優(yōu)化的一種新型高速，高精度的三自由度機(jī)械手 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 0781052 19學(xué) 生 姓 名 李明明指 導(dǎo) 教 師 許 瑛日 期 2011 年 3 月 15 日學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目 3DOF工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 0781052 19學(xué) 生 姓 名 李明明指 導(dǎo) 教 師 許 瑛填 表 日 期 2010 年 3 月 3 日說 明開題報(bào)告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改。但每個(gè)專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致。1、 選題的依據(jù)及意義：在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 “工業(yè)機(jī)器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。 機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。 而少自由度工業(yè)機(jī)械人中大多數(shù)為機(jī)械手，而機(jī)械手機(jī)器人主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)（圖1-1）。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個(gè)自由度（圖1-2）。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 圖 1-1 圖 1-2二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國科技界跟蹤國際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個(gè)國家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動(dòng)作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）2006年5月發(fā)布的“2006世界機(jī)器人調(diào)查”顯示，2005年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人121000臺(tái)，比2004年的97000臺(tái)增長25%。這是繼2003年工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量重回增長態(tài)勢(shì)后的重大突破，2005年也成為近15年來世界工業(yè)機(jī)器人新安裝臺(tái)數(shù)最多的年份，比上一個(gè)峰值2000年的99000臺(tái)增長22000臺(tái)。 圖2-1： 1991-2005年各年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人臺(tái)數(shù)資料來源：World Robotics 2006據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)局預(yù)測(cè)，截至2005年底，全世界在運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人共有914000臺(tái)，比2004年增加8%。其中，有50%來源于亞洲地區(qū)；歐洲和美洲分別占1/3和16%；而澳大利亞和非洲地區(qū)大概占1%的比例。資料來源：World Robotics 2006圖2-2： 1991-2005年各年全世界運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人總數(shù)就2005年幾大應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人類型來看，機(jī)械手的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他類型的工業(yè)機(jī)器人，約達(dá)到43500臺(tái)。其中，亞洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量比2004年增加了27%；美洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量幅度更是高達(dá)53%；雖然歐洲地區(qū)2005年機(jī)械手的產(chǎn)量比上年略有下降，但其產(chǎn)量仍接近14000臺(tái)。接下來依次是：點(diǎn)焊接機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人和分配機(jī)器人，其產(chǎn)量分別約為20500臺(tái)、17500臺(tái)、13000臺(tái)和4500臺(tái)。表1反映了2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類型工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)量增幅情況。 表1-1： 2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類型工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量增幅表類 型機(jī)械手點(diǎn)焊接機(jī)器人弧焊機(jī)器人裝配機(jī)器人分配機(jī)器人 地 增區(qū) 幅亞洲地區(qū)27%64%82%101%23%美洲地區(qū)53%22%33%36%121%歐洲地區(qū)-6%-27%6%1%-23% 資料來源：World Robotics 2006三、研究內(nèi)容及主要特色： 本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免運(yùn)動(dòng)的干涉。在本次設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.1課題工作內(nèi)容：1 開題報(bào)告，外文資料翻譯2 機(jī)器人本體的組成方案設(shè)計(jì)3 第一臂、底座的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)4 Auto CAD平臺(tái)上建立各零部件與裝配圖5 畢業(yè)論文整理 及答辯準(zhǔn)備四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度：4.1 3DOF工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 以3自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)要求如下：第一軸：轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為 90/s，轉(zhuǎn)角范圍為0270底 座：能夠?qū)崿F(xiàn)第一臂轉(zhuǎn)角(0-270度)轉(zhuǎn)角范圍控制 圖4-14.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度的時(shí)間：1 開題報(bào)告，外文資料翻譯 第01周-第02周 2 機(jī)器人本體的組成方案設(shè)計(jì) 第03周-第04周3 結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 第05周-第08周4 虛擬平臺(tái)的建立與裝配 第09周-第12周 5 機(jī)器人抓取作業(yè)的運(yùn)動(dòng)模擬 第13周-第15周6 畢業(yè)論文整理 及答辯準(zhǔn)備 第16周-第17周5、 參考文獻(xiàn)1 孫桓 等主編.機(jī)械原理(第六版) .高等教育出版社，20012 馬香峰 主編.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì). 冶金工業(yè)出版社 ,19963 宗光華 張慧慧譯.機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制. 科學(xué)出版社 ， 20044鄭笑級(jí) 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用M. 北京：煤炭工業(yè)出版社，20045 Y.Fujimoto and A.kawamura.Autonomous Control and 3D Dynamic Simulation walking Robot Incuding Environmental Force Interaction. IEEE Robbtics and Automnation Magzuine,1998,5(2):33423-DOF工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：李明明 班級(jí)：0781052 19指導(dǎo)老師：許 瑛摘要：在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化的水平，。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。本設(shè)計(jì)介紹了關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的一些基本常識(shí)和原理，包括工業(yè)機(jī)器人的組成、分類、主要技術(shù)性能參數(shù)和工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析，并參考通用型工業(yè)六自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。根據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免運(yùn)動(dòng)的干涉，在本次設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其傳動(dòng)原理，對(duì)第一臂與底座的各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：三自由度 機(jī)器人 傳動(dòng)原理 控制 指導(dǎo)老師簽名： 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1 引言在加速科技進(jìn)步中，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵的作用，其任務(wù)是在工業(yè)生產(chǎn)中迅速將工藝裝備的獨(dú)立單元變?yōu)樽詣?dòng)化綜合體（自動(dòng)化工段，生產(chǎn)線和自動(dòng)化車間），將來甚至實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工廠。這種自動(dòng)化生產(chǎn)最重要的特點(diǎn)是具有柔性，它能預(yù)料到，在節(jié)省勞力（或無人）情況下，根據(jù)工藝條件調(diào)整裝配，以適應(yīng)多種產(chǎn)品生產(chǎn)。當(dāng)代柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的建立和廣泛應(yīng)用，取決于作為科技進(jìn)步的催化劑的機(jī)床制造、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、儀器制造等技術(shù)的加速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人是多品種的經(jīng)常更換產(chǎn)品的生產(chǎn)過程自動(dòng)化的通用手段。在機(jī)械制造中，工業(yè)機(jī)器人既有效地用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)組成工藝裝備的基本工序中，也有效地用于輔助操作中。工業(yè)機(jī)器人與傳統(tǒng)自動(dòng)化手段不同之處，首先在于它在各種生產(chǎn)功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性。在柔性生產(chǎn)系統(tǒng)中，工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、鍛壓機(jī)床、鑄造機(jī)械和倉儲(chǔ)設(shè)備上，以完成傳送裝備和其它操作。工業(yè)機(jī)器人和基本工藝裝備、輔助手段以及控制裝置一起形成各種不同形式的機(jī)器人技術(shù)綜合體柔性生產(chǎn)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)模塊。隨著工業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的驚人發(fā)展，標(biāo)志著多品種中、小批量生產(chǎn)最新水平的FMS（柔性制造系統(tǒng)），F(xiàn)A（工廠自動(dòng)化）技術(shù)更加引人注目；作為FMS、FA技術(shù)重要組成之一的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也將得到迅速發(fā)展。應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)環(huán)境條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率手段之一。本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免運(yùn)動(dòng)的干涉。在本次設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中許瑛老師給予了很大的指導(dǎo)和幫助，在此謹(jǐn)致謝意。限于水平，本設(shè)計(jì)難免有缺點(diǎn)、錯(cuò)誤，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。1.1選題的依據(jù)及意義：在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 “工業(yè)機(jī)器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。 機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。 而少自由度工業(yè)機(jī)械人中大多數(shù)為機(jī)械手，而機(jī)械手機(jī)器人主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。1.2 國內(nèi)外研究概況機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國科技界跟蹤國際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個(gè)國家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動(dòng)作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）2006年5月發(fā)布的“2006世界機(jī)器人調(diào)查”顯示，2005年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人121000臺(tái)，比2004年的97000臺(tái)增長25%。這是繼2003年工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量重回增長態(tài)勢(shì)后的重大突破，2005年也成為近15年來世界工業(yè)機(jī)器人新安裝臺(tái)數(shù)最多的年份，比上一個(gè)峰值2000年的99000臺(tái)增長22000臺(tái)。 資料來源：World Robotics 2006圖1-1： 1991-2005年各年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人臺(tái)數(shù)據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)局預(yù)測(cè)，截至2005年底，全世界在運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人共有914000臺(tái)，比2004年增加8%。其中，有50%來源于亞洲地區(qū)；歐洲和美洲分別占1/3和16%；而澳大利亞和非洲地區(qū)大概占1%的比例。資料來源：World Robotics 2006圖1-2： 1991-2005年各年全世界運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人總數(shù)就2005年幾大應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人類型來看，機(jī)械手的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他類型的工業(yè)機(jī)器人，約達(dá)到43500臺(tái)。其中，亞洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量比2004年增加了27%；美洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量幅度更是高達(dá)53%；雖然歐洲地區(qū)2005年機(jī)械手的產(chǎn)量比上年略有下降，但其產(chǎn)量仍接近14000臺(tái)。接下來依次是：點(diǎn)焊接機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人和分配機(jī)器人，其產(chǎn)量分別約為20500臺(tái)、17500臺(tái)、13000臺(tái)和4500臺(tái)。表1反映了2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類型工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)量增幅情況。類 型機(jī)械手點(diǎn)焊接機(jī)器人弧焊機(jī)器人裝配機(jī)器人分配機(jī)器人地 增區(qū) 幅亞洲地區(qū)27%64%82%101%23%美洲地區(qū)53%22%33%36%121%歐洲地區(qū)-6%-27%6%1%-23% 表1-1： 2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類型工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量增幅表資料來源：World Robotics 20061.3 論文的主要內(nèi)容： 在工業(yè)上，自動(dòng)控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)器人等。在本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免運(yùn)動(dòng)的干涉。在本次設(shè)計(jì)中的要求,主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)的機(jī)器人主要部位為第一軸與底座，設(shè)計(jì)一個(gè)第一軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為90/s,轉(zhuǎn)角范圍為0270。底座能夠?qū)崿F(xiàn)第一臂轉(zhuǎn)角 （0270）轉(zhuǎn)角范圍控制的 3-DOF工業(yè)機(jī)器人。 第一步，查閱資料，工業(yè)機(jī)器人原理，了解工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r和生存問題。了解3-DOF工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)以及在日常生產(chǎn)生活中的用途。根據(jù)其運(yùn)用的場(chǎng)合不同，適當(dāng)選擇合適的方案，以達(dá)到實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、可靠的目的。 第二步，在對(duì)所選課題有個(gè)初步的了解之后，在確定3-DOF工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容。 第三步，機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行系統(tǒng)的方案的設(shè)計(jì)、比較與確定，依據(jù)對(duì)選擇的傳動(dòng)方案，查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，從而完成，第一、第二、第三軸的傳動(dòng)選擇。設(shè)計(jì)好了之后，確定出總體的結(jié)構(gòu)及整體方案。 第四步，選擇電動(dòng)機(jī)，通過計(jì)算出第一軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，選擇合適的電動(dòng)機(jī)，從而進(jìn)行第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算。根據(jù)齒輪軸徑值，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇底座的軸承。 第五步，根據(jù)方案，畫出裝配圖，裝配圖畫好后，從裝配圖中設(shè)計(jì)選擇第一軸零部件以及完成對(duì)零部件圖的初步繪制。2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析2.1總體結(jié)構(gòu)的概述目前，世界上已有許多工業(yè)機(jī)器人，其中大部分屬于“示教再現(xiàn)”型。如果將這類機(jī)器人稱作第一代，那么，具有一定程度的視覺、觸覺、或某種分析、判斷能力的工業(yè)機(jī)器人就屬于第二代了。不少國家正在積極研制具有觀覺、觸覺等功能的工業(yè)機(jī)器人，并取得了不少成果，但是，真正將這些成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的還為數(shù)不多。在實(shí)際生產(chǎn)（如噴漆、焊接、裝配等）中被廣泛應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人，示教再現(xiàn)型還是較多。一般的機(jī)器人，它由機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分構(gòu)成。機(jī)構(gòu)部分有機(jī)械手和移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成；傳感器有測(cè)量機(jī)器人自身位置姿態(tài)和速度、加速度的內(nèi)傳感器和了解外部環(huán)境及作業(yè)對(duì)象工作情況的外傳感器；控制器是直接控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置，只要不是自主型移動(dòng)機(jī)器人，它通常放在與機(jī)器人不同的地方，通過導(dǎo)線連接。在工業(yè)機(jī)器人的控制裝置中，有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、PTP運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)和CP運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的記憶裝置和定位控制電路等。信息處理裝置通過信息傳輸裝置與機(jī)器人本體相連，多用于智能機(jī)器人。機(jī)器人具有六自由度，即大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右擺動(dòng)、臂的上下擺動(dòng)、手腕的回轉(zhuǎn)、手腕的伸縮和手爪的抓取。當(dāng)然，圖中沒有表示出控制系統(tǒng)及手爪抓取的那一部分。該六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的情況說明如下：首先，由電動(dòng)機(jī)M1經(jīng)過傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)大臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且與大臂相連的所有其它手臂、手腕及機(jī)械構(gòu)件也隨大臂一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；而后另一手臂由電動(dòng)機(jī)M2驅(qū)動(dòng)作左右擺動(dòng)；還有，第三臂由電動(dòng)機(jī)M3驅(qū)動(dòng)作上下擺動(dòng)；最后，手腕的回轉(zhuǎn)、伸縮及手爪的抓取由其它三個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2.2第一軸（大臂）的結(jié)構(gòu)大臂的結(jié)構(gòu)圖（圖2-1）及其傳動(dòng)原理簡圖（圖2-1）： 圖2-1圖2-2第一臂，也即大臂，該手臂實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，整個(gè)減速系統(tǒng)采用了三級(jí)斜齒輪傳動(dòng)，且所有的斜齒輪都裝在一個(gè)箱體（減速箱）里面。然而，與一般情況不同的是，第三級(jí)斜齒輪直接固定在機(jī)座上，從而使其它的（上級(jí)的斜齒輪）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)，且電動(dòng)機(jī)又固定在大臂上，所以導(dǎo)致大臂帶著電動(dòng)機(jī)、減速箱一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.3 第二軸的結(jié)構(gòu) 第二軸的結(jié)構(gòu)圖（圖2-2）： 圖2-2 第二軸，該手臂實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的左右擺動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，整個(gè)減速系統(tǒng)采用了一級(jí)齒輪傳動(dòng)。由電動(dòng)機(jī)上的一個(gè)齒輪和軸承右側(cè)的一個(gè)齒輪嚙合，軸承通過定位銷與第二大臂固定，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪，把動(dòng)力傳給與第二臂固定的軸承，使得第二臂實(shí)現(xiàn)水平線上的前后擺動(dòng)。2.4第三軸的結(jié)構(gòu) 第三軸的結(jié)構(gòu)圖（圖2-3）：圖2-3 第三軸，該手臂實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的上下擺動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，整個(gè)系統(tǒng)采用了一級(jí)齒輪內(nèi)嚙合傳動(dòng)。由電動(dòng)機(jī)上的一個(gè)齒輪和第三臂上的一個(gè)大齒輪內(nèi)嚙合，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小齒輪，小齒輪帶動(dòng)第三臂上的大齒輪使得第三臂整個(gè)做上下擺動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)第三臂實(shí)際操作。 2.5 傳動(dòng)方案的確定根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)分析可知，工業(yè)機(jī)器人的三軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜。第一軸采用的是齒輪傳動(dòng)，第二軸、第三軸則采用的是擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)。當(dāng)然，參照以上的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分析，現(xiàn)擬定如下三種傳動(dòng)方案：方案一：第一軸：齒輪傳動(dòng)（直齒或斜齒） 第二軸、第三軸：齒輪傳動(dòng)（直齒或斜齒） 方案二：第一軸：蝸桿蝸輪傳動(dòng) 第二軸、第三軸：蝸桿蝸輪傳動(dòng) 方案三：第一軸：蝸桿蝸輪傳動(dòng)第二軸、第三軸：齒輪傳動(dòng)（直齒或斜齒）方案比較論證首先，已知各種傳動(dòng)的傳動(dòng)比u:直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，u4；斜齒輪傳動(dòng)，u6；蝸桿蝸輪傳動(dòng)，5u70，常用15u50；擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)， 11u87（單級(jí)）。然后估算各軸的傳動(dòng)比，初選轉(zhuǎn)速為1500r/min的原動(dòng)機(jī)，則u1=1500/15=100,u2=1500/20=75。 三軸傳動(dòng)的確定：蝸桿蝸輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：1）傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)沖擊和噪聲均很?。?）傳動(dòng)比也較大，結(jié)構(gòu)比較緊湊。而在這里采用此傳動(dòng)，則需要兩級(jí)傳動(dòng)才能滿足要求，蝸桿蝸輪的傳動(dòng)是兩軸交錯(cuò)的，這樣一來也就增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，且同時(shí)也增加了轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的負(fù)荷；3）由于蝸桿蝸輪嚙合輪齒間相對(duì)滑動(dòng)速度大，使得摩擦損耗大，因而傳動(dòng)效率較低。因此，第一軸采用齒輪傳動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，如采用圓柱直齒輪傳動(dòng)則需要四級(jí)傳動(dòng)，而采用斜齒輪則需要三級(jí)就可以，并且知道在相同的條件下，采用斜齒輪傳動(dòng)比圓柱齒輪傳動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上尺寸要小得多，由此可知，采用斜齒輪傳動(dòng)。斜齒傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)：1）嚙合性能好；2）重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)；3）結(jié)構(gòu)緊湊，并且在總體結(jié)構(gòu)上也是合理的?？偵纤觯x擇方案一為最佳。三軸都采用齒輪傳動(dòng)。 3 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 第一軸的電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)方案可知，第二軸、第三軸的所有重量都是第一軸的負(fù)荷，所以說，第一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是很大的，必須計(jì)算各零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算出最終動(dòng)力源軸上所需要的最大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，再根據(jù)動(dòng)力源軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行選擇電動(dòng)機(jī)。下面計(jì)算第一軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：如圖3-1-1，該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不同，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線為ob線，則在這種情況下， 圖3-1-1第三臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： Kgm2第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （3-1-1） Kgm2兩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： Kgm2兩個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： Kgm2減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： Kgm2第一軸本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： Kgm2所以，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： Kgm2而轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度為： 1/s2則輸出軸的轉(zhuǎn)矩為由式（3-1-7）得： Nm轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)矩為： Nm根據(jù)要求，選P=3KW，n=1000r/min的MGMA型伺服電機(jī)，為28.4Nm。 第二軸的電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)方案可知，第三軸的所有重量都是第二軸的負(fù)荷，所以說，第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也是很大的，必須計(jì)算各零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算出最終動(dòng)力源軸上所需要的最大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，再根據(jù)動(dòng)力源軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行選擇電動(dòng)機(jī)。下面計(jì)算二軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J2=M/12（a+b+c+d）+mp=5.742Kgm電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J2=8.5*0.4=1.366 Kgm齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J輪2=50*0.25=3.125 Kgm減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J減=150*0.45=30.375 Kgm第二軸的總慣量： J總=5.742+1.36+3.125+30.375 =40.602 Kgm第三臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J3=34*0.2=1.36Kgm 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J輪3=100*0.5=25Kgm 減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J減+150*0.45=30.375Kgm 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： J總=23.43+1.36+25+30.375 =80.165Kg轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)矩為： M電=14.17N*M根據(jù)要求M電M額，選P=2.5(KW), n=1000r/min的GY2.5型電動(dòng)機(jī)第三軸的電動(dòng)機(jī)的選擇 第三臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J3=34*0.2=1.36Kgm 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J輪3=100*0.5=25Kgm 減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J減+150*0.45=30.375Kgm 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： J總=23.43+1.36+25+30.375 =80.165Kg 轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)上： M電=1.3m/u=9.45N*m 根據(jù)要求M電M額，選P=2.2（KW），P=2.2 Y-H2.2系列 n=800r/min4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一軸的傳動(dòng)方案已確定，采用三級(jí)斜齒輪傳動(dòng)，且電動(dòng)機(jī)的功率為P=3KW，n=1000r/min，則傳動(dòng)比u=1000/15=66.67。一 、傳動(dòng)比的分配：已知斜齒輪的傳動(dòng)比u6，再根據(jù)傳動(dòng)減速時(shí)前面降得慢，而后面降得快的原則，三級(jí)降速的傳動(dòng)比分配如下： u=2.44.875.7二 、各級(jí)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)第一級(jí)斜齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算：已知電動(dòng)機(jī)的功率P=3KW，n=1000r/min，傳動(dòng)比u=2.4，則選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1) 按照傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)要求，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2) 考慮減速設(shè)計(jì)的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其機(jī)械特性表)選得大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為4855HRC。3) 選用精度等級(jí)。 因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故初選7級(jí)精度(GB10095-88)。4) 選小齒輪齒數(shù)Z1=35，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=2.435=84。5) 選取螺旋角。初選螺旋角。按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即mm （4-2-1）1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值（1）.試選。（2）.由區(qū)域系數(shù)分布圖，選取區(qū)域系數(shù) 。（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度圖表，查得 ， ，則 =（4）.計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 N（5）.由下表3-2-1（圓柱齒輪齒寬系數(shù)d表）裝置狀況兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布小齒輪作懸臂布置d0.91.4（1.21.9）0.71.15（1.11.65）0.40.6選取齒寬系數(shù)d=0.9； (6).由材料的彈性影響系數(shù)表，查得=189.8 ； (7).齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表，按齒面硬度中間值52HRC查得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限=Mpa； (8).計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (9).由接觸疲勞壽命系數(shù)圖表，查得； (10).計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系S=1,由下式得 = MPa = MPa 則取H=(+)/2=1012 Mpa 2).計(jì)算 (1).試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式（4-2-1）得 mm 根據(jù)計(jì)算的結(jié)果及電動(dòng)機(jī)的輸出軸徑，取=50 mm； (2).計(jì)算圓周速度 m/s (3).計(jì)算齒寬及摸數(shù) mm mm (4).計(jì)算縱向重合度 （5）計(jì)算載荷系數(shù) 已知使用系數(shù) 。 根據(jù)，7級(jí)精度，由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖，查得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.07； 由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)()表，查得=2.728，由彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)()圖，查得 =2.45。 由齒向載荷分配系數(shù)(、),查得=1.2，故載荷系數(shù) =11.071.22.728=3.5 (6).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式得 mm (7).計(jì)算模數(shù)= mm2. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式 mm （3-2-2）1) 確定計(jì)算參數(shù)(1) 計(jì)算載荷系數(shù) 11.071.22.45=3.2(2) 根據(jù)縱向重合度，從螺旋角影響系數(shù)圖表查得=0.88。(3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) (4) 查取齒形系數(shù)由齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.44；=2.196(5) 查取應(yīng)力校正系數(shù)由齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)表查得 =1.654；=1.782(6) 由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得 Mpa。(7) 由彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.86，=0.87；(8) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由下式得 417.714 MPa422.571 MPa (9) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較 = =小齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計(jì)計(jì)算 mm對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù),根據(jù)滿足彎曲強(qiáng)度及接觸疲勞強(qiáng)度,最后取 =2mm。 4.幾何尺寸計(jì)算1) 計(jì)算中心距a mm將中心距圓整為=122.5 mm2) 按圓整后的中心距修正螺旋角 因值改變不大,故參數(shù)等不必修正。3) 計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑 mm mm4) 計(jì)算齒輪寬度 mm圓整后取 B2=65 mm；B1=70 mm。第二級(jí)的傳動(dòng)條件：電機(jī)的功率為P=4.5KW，n=416.7r/min，傳動(dòng)比u=4.87，具體設(shè)計(jì)計(jì)算如下：選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)考慮減速設(shè)計(jì)的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其機(jī)1) 械特性表)選得大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為4855HRC。2) 選用精度等級(jí)。 因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故初選7級(jí)精度(GB10095-88)。3) 選小齒輪齒數(shù)Z1=24，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=4.8724=117。4) 選取螺旋角。初選螺旋角。按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3-2-1）進(jìn)行計(jì)算。1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算值（1）.試選。（2）.由區(qū)域系數(shù)分布圖，選取區(qū)域系數(shù) 。（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度圖表，查得 ， ，則 =（4）.計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 N（5）.由表（圓柱齒輪齒寬系數(shù)d表）選取齒寬系數(shù)d=0.9； (6).由材料的彈性影響系數(shù)表，查得=189.8 ； (7).齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表，按齒面硬度中間值52HRC查得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限=Mpa； (8).計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (9).由接觸疲勞壽命系數(shù)圖表，查得；(10).計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系S=1,由下式得 = MPa= MPa 則取H=(+)/2=1017.5 Mpa 2).計(jì)算 (1).試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得 mm (2).計(jì)算圓周速度 m/s (3).計(jì)算齒寬及摸數(shù) mm mm (4).計(jì)算縱向重合度 (5).計(jì)算載荷系數(shù) 已知使用系數(shù) 。 根據(jù)，7級(jí)精度，由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖，查得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.05； 由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)()表，查得 =1.41，由彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)()圖，查得 =1.37。 由齒向載荷分配系數(shù)(、),查得=1.2，故載荷系數(shù) =11.071.21.41=1.78 (6).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式得 mm (7).計(jì)算模數(shù)= mm3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3-2-2）來計(jì)算：1) 確定計(jì)算參數(shù)（1） 計(jì)算載荷系數(shù) 11.071.21.37=1.726（2） 根據(jù)縱向重合度，從螺旋角影響系數(shù)圖表查得 =0.8。（3） 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) （4） 取齒形系數(shù)由齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.592； =2.158（5） 取應(yīng)力校正系數(shù)由齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)表查得 =1.596；=1.792（6） 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得 Mpa。（7） 由彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.87，=0.9；（8） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由下式得 422.571 MPa437.143 MPa （9） 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較 = =小齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計(jì)計(jì)算 mm對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù),根據(jù)滿足彎曲強(qiáng)度及接觸疲勞強(qiáng)度,最后取 =1.5 mm4.幾何尺寸計(jì)算1) 計(jì)算中心距 mm將中心距圓整為=108.52) 按圓整后的中心距修正螺旋角 因值改變不大,故參數(shù)等不必修正。2） 大小齒輪的分度圓直徑 mm mm4) 計(jì)算齒輪寬度 mm 圓整后取 B2=35 mm；B1=40 mm。第三級(jí)的傳動(dòng)條件：電動(dòng)機(jī)的功率為P=0.9KW，n=85.565，傳動(dòng)比u=5.7，設(shè)計(jì)計(jì)算如下：選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1) 考慮減速設(shè)計(jì)的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其機(jī)械特性表)選得大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為4855HRC。2) 選用精度等級(jí)。 因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故 初選7級(jí)精度(GB10095-88)。3) 選小齒輪齒數(shù)Z1=24，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=5.724=137。4) 選取螺旋角。初選螺旋角。按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3-2-1）計(jì)算：1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值（1）.試選。（2）.由區(qū)域系數(shù)分布圖，選取區(qū)域系數(shù) 。（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度圖表，查得 ， ，則 =（4）.計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 N（5）.由下表（圓柱齒輪齒寬系數(shù)d表）選取齒寬系數(shù)d=0.8； （6）.由材料的彈性影響系數(shù)表，查得=189.8 ；（7）.齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表，按齒面硬度中間值52HRC查得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限=Mpa； （8）.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （9）.由接觸疲勞壽命系數(shù)圖表，查得； ； （10）.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系S=1,由下式得 = MPa= MPa 則取H=( +)/2=1070.6 Mpa 2).計(jì)算 (1).試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式（3-2-1）得 mm (2).計(jì)算圓周速度 m/s (3).計(jì)算齒寬及摸數(shù) mm mm (4).計(jì)算縱向重合度 (5).計(jì)算載荷系數(shù) 已知使用系數(shù) 。 根據(jù)，7級(jí)精度，由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖，查得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.04； 由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)()表，查得 =1.2877，由彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)()圖，查得 =1.27。 由齒向載荷分配系數(shù)(、),查得=1.2，故載荷系數(shù) =11.041.21.2877=1.61 (6).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式得 mm (7).計(jì)算模數(shù)= mm3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式 mm1) 確定計(jì)算參數(shù)(1)計(jì)算載荷系數(shù) 11.041.21.27=1.585(2) 根據(jù)縱向重合度，從螺旋角影響系數(shù)圖表查得 =0.8。(3)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) (4)查取齒形系數(shù)由齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.592； =2.14(5)查取應(yīng)力校正系數(shù)由齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)表查得 =1.596；=1.83(6)由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得 MPa(7)由彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.88，=0.91；(8)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由下式得 427.43 MPa442.0 MPa (9)計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較 = =小齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計(jì)計(jì)算 mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù),根據(jù)滿足彎曲強(qiáng)度及接觸疲勞強(qiáng)度,最后取 =2.5 mm 4.幾何尺寸計(jì)算1) 計(jì)算中心距 mm 將中心距圓整為=207 mm2) 按圓整后的中心距修正螺旋角 因值改變不大,故參數(shù)等不必修正。3) 計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑 mm mm4) 計(jì)算齒輪寬度 mm圓整后取 B2=49 mm；B1=55 mm。 4. 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算1） 估計(jì)擺線輪內(nèi)孔半徑 =(0.40.5) =4050mm2） 擇軸承型號(hào)尺寸經(jīng)查表選用502310E C=105000 N C0=71000 N D1=97 mm d=50mm b=27 mm da=60 mm Da=89.6 mm a=5 mm3） 名義徑向載荷 RR= =5776.698 N4） 當(dāng)量動(dòng)載荷 PP=1.35776.698=7509.71 N動(dòng)載荷系數(shù)，一般取 =1.21.5。5） 軸承相對(duì)轉(zhuǎn)速 n n=+=1000+=1015r/min6） 軸承壽命 h 因?yàn)樗蟮玫妮S承壽命15000 h ,所以滿足要求。4. 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算1）估計(jì)擺線輪內(nèi)孔半徑 =(0.40.5) =5265mm2）擇軸承型號(hào)尺寸經(jīng)查表選用502313 C=114600 N C0=85200 N D1=121.5 mm d=65mm b=33mm da=77mm Da=114.6mm a=7 mm3）名義徑向載荷 RR= =12830.82 N4）當(dāng)量載荷 PP=1.312830.82=16680.1 N5）軸承相對(duì)轉(zhuǎn)速 n n=+=1000+=1020r/min1） 承的壽命 h 因?yàn)樗蟮玫妮S承壽命15000 h ,所以滿足要求。5. 針齒銷彎曲強(qiáng)度計(jì)算1）針齒結(jié)構(gòu)尺寸mmmm （） mm2) 最大彎矩 Nmm 3) 許用彎曲應(yīng)力 MPa4) 校核彎曲應(yīng)力 MPa 因?yàn)?，所以滿足要求。4.2軸承的選擇4.2.1斜齒輪傳動(dòng)軸上的軸承 根據(jù)齒輪軸徑值，差滾動(dòng)軸樣本或機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，第二軸上選用圓錐混子軸承7204，C=15500N；第三軸上選用圓錐云子軸承7205，C=19520N。5 機(jī)器人各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 轉(zhuǎn)角范圍的控制設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用，工業(yè)機(jī)器人的手部、腕部、臂部、行走機(jī)構(gòu)等的動(dòng)作以及與相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)動(dòng)作都是通過控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動(dòng)作的順序、動(dòng)作的位置與路徑、動(dòng)作的時(shí)間。按設(shè)計(jì)要求要實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角范圍，可以直接由控制系統(tǒng)來完成，控制動(dòng)作的位置或動(dòng)作的時(shí)間，從而控制轉(zhuǎn)角。這里用擋塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)角范圍。第一軸的控制轉(zhuǎn)角（0270）的擋塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-1 圖5-1 5.2主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（第一臂與底座）5.2.1 第一軸轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)：如圖5-2，具體尺寸見附圖（零件圖）。5.2.2底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：如圖5-3 圖5-2 圖5-3總 結(jié)通過這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)工業(yè)機(jī)器人有了感性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)國內(nèi)外的工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展也有所了解。根據(jù)國內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)狀及近幾年的動(dòng)態(tài)，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具體情況，機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)在開展智能機(jī)器人、機(jī)器人化及其相當(dāng)技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用。經(jīng)過努力，我國已研制了許多示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人以及噴涂、焊接裝配等機(jī)器人。而國外，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展更迅速，機(jī)器人化機(jī)械已經(jīng)興起。通過這次設(shè)計(jì)，使我綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和實(shí)際知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問題的能力，并使所學(xué)的知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展；通過設(shè)計(jì)，使我掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力；學(xué)會(huì)從機(jī)器功能的要求出發(fā)，合理選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型，制定設(shè)計(jì)方案，正確計(jì)算零件的工作能力，確定它的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)及材料，并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問題，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。當(dāng)然在設(shè)計(jì)過程中，也碰到了許多問題。在老師的指導(dǎo)和一些同學(xué)的幫助下，我也盡自己的努力去克服困難，最后順利地完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。由于本人缺乏經(jīng)驗(yàn)及水平有限，設(shè)計(jì)仍存在一些問題，如機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析以及缺少機(jī)器人的動(dòng)作模擬仿真，望老師給予指正。參考文獻(xiàn)1.孫桓 等主編.機(jī)械原理(第六版) .高等教育出版社，20012.馬香峰 主編.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì). 冶金工業(yè)出版社 ,19963.宗光華 張慧慧譯.機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制. 科學(xué)出版社 ， 20044. 鄭笑級(jí) 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用M. 北京：煤炭工業(yè)出版社，20045.Y.Fujimoto and A.kawamura.Autonomous Control and 3D Dynamic Simulation walking Robot Incuding Environmental Force Interaction. 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John J Craig 著. 機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論(原書第3 版)M. 贠超等(譯) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.21.宋偉剛機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)原理、理論方法和算法M沈陽：東北大學(xué)出版社，2001致 謝 時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)秋云，聚散真容易。離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意!本課題及論文是在我的指導(dǎo)老師許瑛博士的悉心指導(dǎo)下完成的。課題從實(shí)施到論文撰寫、修改，無不傾注著許老師的智慧合心血。許老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、開拓創(chuàng)新的工作作風(fēng)和對(duì)學(xué)術(shù)執(zhí)著不虞的追求精神給我留下了深刻的印象，并使我終身受益。時(shí)至今日，在此論文完成之際，作為桃中一李，我想向我的指導(dǎo)老師許老師致以我由衷的謝意和崇高的敬意。 由于受時(shí)間和水平的限制，現(xiàn)代機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還存在著不夠完善的方面甚至有些錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師和專家指教，能使本設(shè)計(jì)更完善并能付諸于實(shí)際，制造出所設(shè)計(jì)的機(jī)器人，將是很欣慰的事情。