機(jī)械手-SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械手-SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),機(jī)械手,sc750,伺服,驅(qū)動(dòng),機(jī)器人,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 南京工程學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)工程中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄前 言2第一章 緒 論31.1 引言31.2 工業(yè)機(jī)器人的含義41.3 選題背景與意義51.4 工業(yè)機(jī)器人的組成61.5 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)7第二章 SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案122.1 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法122.1.1 機(jī)械手的選擇與分析122.1.2 直角坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法132.2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)192.2.1 機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)192.2.2 機(jī)械手的傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)202.2.3 機(jī)械手的臂部設(shè)計(jì)212.3 SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)21第三章 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析223.1 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析223.1.1機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)概述223.1.2 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式25第四章SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人零件的設(shè)計(jì)264.1 伺服電機(jī)的選擇264.2 減速機(jī)的選擇284.3 齒輪齒條的選擇304.4 導(dǎo)軌的選擇38第五章 結(jié)論40致 謝41參 考 文 獻(xiàn)42前 言 進(jìn)入21世紀(jì)后,FANUC公司開(kāi)發(fā)成功了配備有視覺(jué)傳感器和力覺(jué)傳感器的智能機(jī)器人。到現(xiàn)在已擁有可搬運(yùn)質(zhì)量從2 公斤到1.2 噸的種類(lèi)豐富的商品系列。隨后，F(xiàn)ANUC公司又開(kāi)發(fā)了運(yùn)用這一智能機(jī)器人的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)機(jī)械加工系統(tǒng)機(jī)器人單元 。在整個(gè)加 工工序中加工作業(yè)本身使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化加工已經(jīng)非常普遍了。但是，附帶作業(yè)，毛比如在加工中心的夾具上進(jìn)行加工材料裝卸的作業(yè)，以及去毛刺邊，清洗等作業(yè)中的很多部分， 現(xiàn)在還是依靠人工來(lái)完成。機(jī)器人單元使用智能機(jī)器人，不但實(shí)現(xiàn)了這些作業(yè)的自動(dòng)化，而且在世界上最早實(shí)現(xiàn)了。小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)加工 ，現(xiàn)在在FANUC公司的工廠共運(yùn)轉(zhuǎn)著13 套這樣的機(jī)器人單元。機(jī)器人單元使用了兩種控制裝置 也就是CNC和機(jī)器人控制器我們現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)使這兩種控制裝置都可以單獨(dú)地顯示雙方狀態(tài)的功能， 以進(jìn)一步推進(jìn)機(jī)床和機(jī)器人的融合。1 隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高 ，在機(jī)械加工與制造領(lǐng)域，以及各種裝配與包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線上機(jī)械手的應(yīng)用已相當(dāng)普遍機(jī)械手通常擔(dān)負(fù)著上料下料等加工任務(wù)。由于PLC順序控制具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，控制靈活方便等特點(diǎn) ，而且從 PLC誕生之日起其最基本最普遍的應(yīng)用領(lǐng)域就是在工業(yè)環(huán)境下的順序控 制，因此，基于PLC順序控制的機(jī)械手在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)器人是一種很特別的生產(chǎn)工具，因此，機(jī)器人應(yīng)用的范圍十分廣泛。這些應(yīng)用可以被劃分為3類(lèi)：材料處理、材料搬運(yùn)和裝配。在材料處理中，機(jī)器人用工具來(lái)加工和處理原材料。例如，機(jī)器人工具可包括鉆頭，從而可以在原始材料上執(zhí)行鉆孔操作。材料搬運(yùn)包括裝載零件。這些操作可以由機(jī)器人可靠地重復(fù)執(zhí)行，因此提高了質(zhì)量，減少了廢料損失。裝配是機(jī)器人技術(shù)的另一個(gè)廣泛應(yīng)用。自動(dòng)裝配系統(tǒng)能合并自動(dòng)測(cè)試、機(jī)器人自動(dòng)控制和機(jī)械處理，以減少勞動(dòng)成本，提高產(chǎn)量，消除人工操作的危險(xiǎn)性。第一章 緒 論1.1 引言 工業(yè)機(jī)器人是一種提高制造業(yè)生產(chǎn)力的工具。他誕生于20世紀(jì)60年代,在20世紀(jì)90年代得到迅速發(fā)展,是最先產(chǎn)業(yè)化的機(jī)器人技術(shù)它可以承擔(dān)那些對(duì)人類(lèi)可能有危險(xiǎn)的工作。它是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù),是當(dāng)代研究十分活躍、應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。它的出現(xiàn)是為了適應(yīng)制造業(yè)規(guī)?；a(chǎn),解決單調(diào)、重復(fù)的體力勞動(dòng)和提高生產(chǎn)質(zhì)量而代替人工作業(yè)。最早的工業(yè)機(jī)器人就曾用來(lái)在核能發(fā)電廠中更換核燃料棒。工業(yè)機(jī)器人也能在裝配線上工作，如安裝印刷電路板上的電子元器件。這樣人們就可以從這種單調(diào)的工作中解脫出來(lái)。機(jī)器人還能拆除炸彈，為傷殘人服務(wù)，為我們的社會(huì)做各種各樣的工作。7在我國(guó),工業(yè)機(jī)器人的真正使用到現(xiàn)在已經(jīng)接近20多年了,已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)、引進(jìn)到自主開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)變,促進(jìn)了我國(guó)制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。機(jī)械手作為自動(dòng)生產(chǎn)線中的重要設(shè)備,已成為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之一, 可傳統(tǒng)的機(jī)械手,采用繼電器- 控制器控制氣壓系統(tǒng),其控制系統(tǒng)復(fù)雜,大量的接線使系統(tǒng)的可靠性降低,設(shè)備的工作效率下降, 自動(dòng)化程度不高,安全系數(shù)低.因此,利用PID 算法與PLC 控制技術(shù)改造傳統(tǒng)的機(jī)械手,研制一種智能機(jī)械手已成為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化研究的主流.根據(jù)外國(guó)資料統(tǒng)計(jì), 8 在工業(yè)控制中 80% 都采用PLC.目前國(guó)外應(yīng)用于自動(dòng)控制這一領(lǐng)域占60%,應(yīng)用于數(shù)據(jù)管理占 20%,用于生產(chǎn)管理占18%,用于人機(jī)接占 22%.可見(jiàn), PLC 在工業(yè)領(lǐng)域已占主導(dǎo)地位.因此,研究機(jī)械手的智能控制對(duì)工業(yè)自動(dòng)控制有重要意義. 9在理論上，隨著世界經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)有正迅速向社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展，也從制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)向非制造領(lǐng)域，各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品隨之出現(xiàn)。SC750三軸伺服機(jī)械手的設(shè)計(jì)，不但在技術(shù)上可以追蹤機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)，而且還可以填補(bǔ)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用的空白，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平的提高和產(chǎn)業(yè)化水平的發(fā)展。10 本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)工業(yè)三自由度機(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)。1.2 工業(yè)機(jī)器人的含義 工業(yè)機(jī)器人的定義為：一種能夠自動(dòng)定位控制，可重復(fù)編程的，多功能的，多自由度的操作機(jī)。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。自從1962年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動(dòng)化工廠(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)化工具。 機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序軌跡極其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工件或操做工具的自動(dòng)化裝置。在我國(guó)由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱(chēng)做操作機(jī)械手。 智能機(jī)器人是機(jī)器人的發(fā)展方向，它具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。具有觸覺(jué)、力覺(jué)或簡(jiǎn)單的視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識(shí)別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動(dòng)完成更為復(fù)雜的工作。1.3 選題背景與意義 由于工業(yè)自動(dòng)化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對(duì)工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作已滿足不了工業(yè)自動(dòng)化的要求，因此，必須利用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動(dòng)化機(jī)械以取代人的勞動(dòng)，滿足工業(yè)自動(dòng)化的需求。其中機(jī)械手是其發(fā)展過(guò)程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)的效率，還能代替人類(lèi)完成高強(qiáng)度、危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類(lèi)勞動(dòng)強(qiáng)度，可以說(shuō)是一舉兩得。在機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械手越來(lái)越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更為普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的一個(gè)重要組成部分。本次設(shè)計(jì)研究的意義有： 1、 可提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 2、 可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 3、 可以減少人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn)。 4、 本課題研究的機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要采用一個(gè)伺服電機(jī)和兩個(gè)氣缸控制機(jī)械手在三個(gè)方向進(jìn)行移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)上料動(dòng)作，成本相對(duì)其它機(jī)械手比較低且控制容易。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作為大學(xué)四年的一個(gè)總結(jié)。通過(guò)對(duì)SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本理論、基本知識(shí)和基本方法和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)讓我們對(duì)軟件的使用有了更深的認(rèn)識(shí)，是我們踏上工作崗位之后手中多了一份籌碼，而且，通過(guò)自身對(duì)課題的研究和小組的討論，增強(qiáng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，提高了我們的實(shí)踐能力。 1.4 工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成。如圖1-1所示。目前，具有人工智能系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人還處于研究實(shí)驗(yàn)階段。而應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的多數(shù)是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人。圖1-1 機(jī)器人的一般組成 要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類(lèi)似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。 對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺(jué)裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖1-2 所示。圖1-2 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系 機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴(lài)以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī)(Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。1.5 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 一、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程 早在1954 年美國(guó)喬治德沃爾首次設(shè)計(jì)出第一臺(tái)電子程序可編的工業(yè)機(jī)器人，并于 1961 年發(fā)表了該項(xiàng)專(zhuān)利。1962年美國(guó)通用汽車(chē)公司投入使用，標(biāo)志著第一代機(jī)器人誕生。 從此機(jī)器人開(kāi)始成為人類(lèi)生活中的現(xiàn)實(shí)。 之后日本使工業(yè)機(jī)器人得到迅速的發(fā)展。目前，日本已成為世界上工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量和擁有量最多的國(guó)家。 80 年代，世界上生產(chǎn)技術(shù)的高度自動(dòng)化和集成化，使工業(yè)機(jī)器人得以進(jìn)一步發(fā)展，并在這個(gè)時(shí)代起著十分重要的作用。 第一代機(jī)器人，一般指工業(yè)上大量使用的可編程機(jī)器人及遙控操作機(jī)。可編程機(jī)器人可根據(jù)操作人員所編程序完成一些簡(jiǎn)單重復(fù)性作業(yè)。遙控操作機(jī)制每一步動(dòng)作都要靠操作人員發(fā)出。1982年，美國(guó)通用汽車(chē)公司在裝配線上為機(jī)器人裝備了視覺(jué)系統(tǒng)，從而宣告了第二代機(jī)器人感知機(jī)器人的問(wèn)世。這代機(jī)器人，帶有外部傳感器，可進(jìn)行離線編程。能在傳感系統(tǒng)支持下，具有不同程度感知環(huán)境并自行修正程序的功能。第三代機(jī)器人為自治機(jī)器人，正在各國(guó)研制和發(fā)展。它不但具有感知功能，還具有一定決策和規(guī)劃能力。能根據(jù)人的命令或按照所處環(huán)境自行做出決策規(guī)劃動(dòng)作即按任務(wù)編程。 我國(guó)機(jī)器人研究工作起步較晚，從“七五”開(kāi)始國(guó)家投入資金，對(duì)工業(yè)機(jī)器及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研制。1986 年國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃開(kāi)始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過(guò)幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：70年代的萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期和90年代的適用化期。 70年代是世界科技發(fā)展的一個(gè)里程碑：人類(lèi)登上了月球，實(shí)現(xiàn)了金星、火星的軟著陸。我國(guó)也發(fā)射了人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用掀起一個(gè)高潮，尤其在日本發(fā)展更為迅猛，它補(bǔ)充了日益短缺的勞動(dòng)力。在這種背景下，我國(guó)于1972年開(kāi)始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。 進(jìn)入80年代后，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，隨著改革開(kāi)放的不斷深入，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間，國(guó)家投入資金，對(duì)工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開(kāi)發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。1986年國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）開(kāi)始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過(guò)幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。從90年代初期起，中國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個(gè)根本轉(zhuǎn)變時(shí)期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步，先后研制出了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。中國(guó)工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過(guò)“七五”攻關(guān)計(jì)劃、“九五”攻關(guān)計(jì)劃和863計(jì)劃的支持已經(jīng)取得了較大進(jìn)展,工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)也已經(jīng)成熟,應(yīng)用上已經(jīng)遍及各行各業(yè)。雖然中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國(guó)際同行相比，差距依舊明顯。從市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō)，更無(wú)法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。 我國(guó)未來(lái)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有:第一,危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人:主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測(cè)、油汽管道等機(jī)器人;第二,醫(yī)用機(jī)器人:主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人,遙控操作輔助正骨等;第三,仿生機(jī)器人:主要有移動(dòng)機(jī)器人,網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器人等。其發(fā)展趨勢(shì)是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 二、工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)、生產(chǎn)中的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工、金屬制品業(yè)和簡(jiǎn)單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門(mén)中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。在日、美、西歐等一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，工業(yè)機(jī)器人得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 三、 工業(yè)機(jī)器人在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域日益在擴(kuò)大，其應(yīng)用范圍已不限于工業(yè)，還用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、原子能工業(yè)、醫(yī)療、福利事業(yè)、海洋和深空探測(cè)等事業(yè)中。 四、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動(dòng)化裝備的典型代表，是人造機(jī)器的“終極”形式。它涉及到機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)主要有： （一） 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降。 （二）機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展。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；有關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人。 （三）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （四） 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺(jué)、力覺(jué)、聲覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 （五）機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。 總體趨勢(shì)是，從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)?靈活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實(shí)際動(dòng)作功能的智能化系統(tǒng)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來(lái)越靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小，其智能也越來(lái)越高，并正朝著一體化方向發(fā)展。 五、我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與前景 自從20世紀(jì)60年代人類(lèi)制造了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，機(jī)器人就顯示出了極強(qiáng)的生命力。經(jīng)過(guò)40年的飛速發(fā)展，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(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)、物流、制造業(yè)等諸多領(lǐng)域中。 盡管如此，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化卻存在著巨大的問(wèn)題。除了眾多歷史原因造成制造業(yè)水平低下的原因外，更多的是對(duì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識(shí)和定位上存在著不同觀點(diǎn)。 首先，我國(guó)基礎(chǔ)零部件制造能力差。雖然我國(guó)在相關(guān)零部件方面有了一定的基礎(chǔ)，但是無(wú)論從質(zhì)量、產(chǎn)品系列全面，還是批量化供給方面都與國(guó)外存在較大的差距。特別是在高性能交流伺服電機(jī)和精密減速器方面的差距尤其明顯，因此造成關(guān)鍵零部件的進(jìn)口，影響了我國(guó)機(jī)器人的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。第二，中國(guó)的機(jī)器人還沒(méi)有形成自己的品牌。雖然已經(jīng)擁有一批企業(yè)從事機(jī)器人的開(kāi)發(fā)，但是都沒(méi)有形成較大的規(guī)模，缺乏市場(chǎng)的品牌認(rèn)知度，在機(jī)器人市場(chǎng)方面一直面臨國(guó)外機(jī)器人品牌的打壓。國(guó)外機(jī)器人作為成熟的產(chǎn)業(yè)采用整機(jī)降價(jià)，吸引國(guó)內(nèi)企業(yè)購(gòu)買(mǎi)，而在后續(xù)的維護(hù)備件費(fèi)用很高的策略，逐步占領(lǐng)中國(guó)市場(chǎng)。第三，國(guó)家認(rèn)識(shí)不到位，在鼓勵(lì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品方面的政策少。工業(yè)機(jī)器人的制造及應(yīng)用水平，代表了一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水平，我們必須從國(guó)家高度認(rèn)識(shí)發(fā)展中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的重要性，這是我國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的重要手段和途徑。第二章 SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案2.1 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序軌跡極其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工件或操做工具的自動(dòng)化裝置。在我國(guó)由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱(chēng)做操作機(jī)械手。機(jī)械手的特點(diǎn)： （1） 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng) 能代替人從事危險(xiǎn)，有害的工作。在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，放射線作用下，以及沖壓，滅等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。 （2） 機(jī)械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 （3） 由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。 （4） 機(jī)械手特點(diǎn)是通過(guò)用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。2.1.1 機(jī)械手的選擇與分析為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的末端執(zhí)行器在空間的位置而提供的3個(gè)自由度，可以有不同的運(yùn)動(dòng)組合，通常可以將其設(shè)計(jì)成圓柱坐標(biāo)型、直角坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型 、平面關(guān)節(jié)型五種形式。 直角坐標(biāo)型 直角坐標(biāo)型機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)部分的三個(gè)相互垂直的直線組成，其工作空間為長(zhǎng)方體，它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離可在坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定位精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)體所占空間大，靈活性較差。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，三軸同時(shí)可以模擬操作員取出動(dòng)作，并可以沿著規(guī)定路徑連續(xù)運(yùn)動(dòng)，因此選擇直角坐標(biāo)型。2.1.2 直角坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法(一) 直角坐標(biāo)機(jī)器人概念： 工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、運(yùn)動(dòng)自由度建成空間直角關(guān)系、多用途的操作機(jī)。他能夠搬運(yùn)物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。關(guān)于機(jī)器人的定義隨著科技的不斷發(fā)展，在不斷的完善，直角坐標(biāo)機(jī)器人作為機(jī)器人的一種，其含義也在不斷的完善中。 圖2-2 典型直角坐標(biāo)機(jī)器人 （二） 直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn)：1、自由度運(yùn)動(dòng)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度之間的空間夾角為直角；2、自動(dòng)控制的，可重復(fù)編程，所有的運(yùn)動(dòng)均按程序運(yùn)行；3、一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成。4、靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。5、高可靠性、高速度、高精度。6、可用于惡劣的環(huán)境，可長(zhǎng)期工作，便于操作維修。 （三）直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用：因末端操作工具的不同，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用作各種自動(dòng)化設(shè)備，完成如焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類(lèi)、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。特別適用于多品種、便批量的柔性化作業(yè)，對(duì)于穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 圖2-3直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用 隨著直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，直角坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)工作日益顯得重要。成功的設(shè)計(jì)一臺(tái)直角坐標(biāo)機(jī)器人涉及到很多方面的工作，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、伺服控制等等。 （四）機(jī)器人設(shè)計(jì)特點(diǎn)： 1、機(jī)器人的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的工作，工作量很大，涉及的知識(shí)面很多，往往需要多人完成。2、機(jī)器人設(shè)計(jì)是面向客戶的設(shè)計(jì)，不是閉門(mén)造車(chē)。設(shè)計(jì)者需要經(jīng)常和用戶在一起，不停分析用戶要求，尋求解決方案。3、機(jī)器人設(shè)計(jì)是面向加工的設(shè)計(jì)，再好的設(shè)計(jì)，如果工廠不能加工出產(chǎn)品，設(shè)計(jì)也是失敗的，設(shè)計(jì)者需要掌握大量的加工工藝及加工手段。4、機(jī)器人設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷完善的過(guò)程。 （五）機(jī)器人設(shè)計(jì)流程： 1、使用要求的分析：每一個(gè)機(jī)器人都是根據(jù)特定的要求的產(chǎn)生而設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)的第一步就是要將使用要求分析清楚，確定設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的參數(shù)，包括： 1).機(jī)器人的定位精度，重復(fù)定位精度； 2).機(jī)器人的負(fù)載大小，負(fù)載特性；3).機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的自由度數(shù)量，每自由度的運(yùn)動(dòng)行程；4).機(jī)器人的工作周期或運(yùn)動(dòng)速度，加減速特性；5).機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，動(dòng)作的關(guān)聯(lián)；6).機(jī)器人的工作環(huán)境、安裝方式；7).機(jī)器人的運(yùn)行工作制、運(yùn)行壽命；其他特殊要求；2、 機(jī)械模型初建：機(jī)器人從機(jī)械結(jié)構(gòu)分大體可分為龍門(mén)結(jié)構(gòu)、壁掛結(jié)構(gòu)，垂掛結(jié)構(gòu)，根據(jù)安裝空間的要求選擇不同的結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、運(yùn)動(dòng)特性都是不一樣的。后續(xù)的設(shè)計(jì)必須是基于一個(gè)確定的結(jié)構(gòu)。圖2-4機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)圖3、 速度：V=S/t 最大速度：Vmax=at加速度/減速度：a=F/m其中：S為運(yùn)動(dòng)行程t為定位運(yùn)動(dòng)時(shí)間F加速時(shí)的驅(qū)動(dòng)力M運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量和4、力學(xué)特性分析一個(gè)機(jī)器人是由許多定位單元組成的，每根定位系統(tǒng)都要分析。需要分析的項(xiàng)目如下：圖2-5力學(xué)分析圖 水平推力Fx 正壓力Fz側(cè)壓力FyMx、My、Mz5、機(jī)械強(qiáng)度校核：每個(gè)定位單元，每個(gè)梁都要進(jìn)行校核，尤其雙端支撐梁和懸臂梁。1） 撓度變形計(jì)算 圖2-6撓度變形圖F：負(fù)載（N）；L：定位單元長(zhǎng)度（mm）；E：材料彈性模量；I：材料截面慣性矩(mm4)；f：撓度形變（mm）注意：在計(jì)算撓度形變時(shí)，梁的自重產(chǎn)生的變形不能忽視，梁的自重按均布載荷計(jì)算。以上公式計(jì)算的是靜態(tài)形變，實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)闄C(jī)器人一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必須計(jì)算加速力產(chǎn)生的形變，形變直接影響機(jī)器人的運(yùn)行精度。2）扭轉(zhuǎn)形變計(jì)算：當(dāng)一根梁的一端固定，另一端施加一個(gè)繞軸扭矩后，將產(chǎn)生扭曲變形。實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生該形變的原因一般是負(fù)載偏心或有繞軸加速旋轉(zhuǎn)的物體存在。6、 驅(qū)動(dòng)元件選擇 常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有：交流/直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、直線伺服電機(jī)/直線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都由電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器兩部分組成。驅(qū)動(dòng)器的作用是將弱電信號(hào)放大，將其加載在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的強(qiáng)電上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)則是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成精確的速度及角位移。需要計(jì)算的項(xiàng)目如下：電機(jī)功率：電機(jī)扭矩：電機(jī)轉(zhuǎn)速：減速機(jī)減速比電機(jī)慣量/負(fù)載慣量的匹配關(guān)系 圖2-7 扭轉(zhuǎn)力矩分析圖 7、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在完成了前面六項(xiàng)工作后，一個(gè)直角坐標(biāo)機(jī)器人定位系統(tǒng)的雛形就已經(jīng)在設(shè)計(jì)者的頭腦中形成了，接下來(lái)的工作就是將雛形畫(huà)成工程圖，以便生產(chǎn)。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡具有不確定性，靈活多變，往往在一個(gè)位置不存在位置干涉，但到下一個(gè)位置就干涉了。8、設(shè)備壽命校核機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，要對(duì)整臺(tái)設(shè)備進(jìn)行壽命計(jì)算，核心元件的壽命到要計(jì)算，如機(jī)器人軌道的壽命，減速機(jī)的壽命，伺服電機(jī)的壽命等。機(jī)器人的運(yùn)行壽命與運(yùn)行速度、負(fù)載大小、結(jié)構(gòu)形式、工作環(huán)境、工作制等有關(guān)。如果發(fā)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)行壽命太短，需要重新調(diào)整設(shè)計(jì)。以上為一個(gè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)方法，至于控制系統(tǒng)部分這里不加說(shuō)明。2.2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置是帶動(dòng)操作機(jī)個(gè)運(yùn)動(dòng)臂的動(dòng)力源。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分，工業(yè)機(jī)械手的性價(jià)比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)動(dòng)力源的不同，工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等。2.2.1 機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) (一) 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是選擇由連桿件和運(yùn)動(dòng)副組成的坐標(biāo)形式。本次設(shè)計(jì)的三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的坐標(biāo)形式是直角坐標(biāo)式機(jī)器人，主要完成3軸可以同時(shí)模擬操作員取出動(dòng)作，能連續(xù)運(yùn)動(dòng)并有C軸水平旋轉(zhuǎn)功能。 （二）傳動(dòng)方式 傳動(dòng)方式選擇是指選擇驅(qū)動(dòng)源及傳動(dòng)裝置與關(guān)節(jié)部件的連接形式和驅(qū)動(dòng)形式，主要包括：（1）直接連接傳動(dòng)：驅(qū)動(dòng)源或帶有機(jī)械傳動(dòng)裝置直接與關(guān)節(jié)相連。（2）遠(yuǎn)距離連接傳動(dòng)：驅(qū)動(dòng)源通過(guò)遠(yuǎn)距離機(jī)械傳動(dòng)后與關(guān)節(jié)相連。（3）間接驅(qū)動(dòng)：驅(qū)動(dòng)源經(jīng)一個(gè)速比遠(yuǎn)大于1的機(jī)械裝置與關(guān)節(jié)相連。（4）直接傳動(dòng)：驅(qū)動(dòng)源不經(jīng)過(guò)中間環(huán)節(jié)或經(jīng)過(guò)一個(gè)速比等于1的機(jī)械傳動(dòng)這樣的中間環(huán)節(jié)與關(guān)節(jié)相連。 （三）模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化機(jī)器人是有一些標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的模塊件通過(guò)具有特殊功能的結(jié)合部用積木拼接的方式組成一個(gè)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。模塊化設(shè)計(jì)是指基本模塊設(shè)計(jì)和結(jié)合部設(shè)計(jì)。模塊化工業(yè)機(jī)器人主要的特點(diǎn)是：經(jīng)濟(jì)性、靈活性。 （四）材料的選擇與一般機(jī)械設(shè)備相比，機(jī)器人結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性是十分重要的，這是材料選擇的出發(fā)點(diǎn)。材料選擇的基本要求是：強(qiáng)度高、彈性模量大、重量輕、阻尼大、材料價(jià)格低。2.2.2 機(jī)械手的傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 傳動(dòng)部件是驅(qū)動(dòng)源和機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)連接的橋梁，是工業(yè)機(jī)器人的重要部件。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度、加速度（減速度）特性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、精度、承載能力很大程度上是取決于傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)的合理性和優(yōu)劣。因此，關(guān)節(jié)傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)是工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。1）移動(dòng)關(guān)節(jié)導(dǎo)軌 工業(yè)機(jī)器人對(duì)移動(dòng)導(dǎo)軌的要求 移動(dòng)關(guān)節(jié)導(dǎo)軌的目的是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保證位置精度和導(dǎo)向,對(duì)移動(dòng)導(dǎo)軌有如下要求:1 間隙小或者能消除間隙；2 再垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的剛度高；3 摩擦系數(shù)低并不隨速度變化;4 高阻尼；5 移動(dòng)導(dǎo)軌和其輔助元件尺寸小、慣量低。移動(dòng)關(guān)節(jié)導(dǎo)軌主要分類(lèi)：普通滑動(dòng)導(dǎo)軌、液壓動(dòng)壓滑動(dòng)導(dǎo)軌、液壓靜壓滑動(dòng)導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。上面介紹的導(dǎo)軌中，前兩種具有結(jié)果結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，但是必須有間隙以便潤(rùn)滑，但是間隙的存在又將會(huì)引起坐標(biāo)的變化和有效負(fù)載的變化，在低速時(shí)候容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。第三種靜壓滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生預(yù)載荷，能完全消除間隙，具有高剛度、低摩擦、高阻尼等優(yōu)點(diǎn)，但是它需要單獨(dú)的液壓系統(tǒng)和回收潤(rùn)滑油的機(jī)構(gòu)。第四種氣浮導(dǎo)軌不需要回收潤(rùn)滑油的機(jī)構(gòu)，但是剛度和阻尼較低。第五種滾動(dòng)導(dǎo)軌在工業(yè)機(jī)器人導(dǎo)軌種用的是最廣泛，具有很多的優(yōu)點(diǎn) :1摩擦小,特別是不隨速度變化;2尺寸小;3剛度高承載能力大;4精度和精度保持度高;5潤(rùn)滑簡(jiǎn)單;6容易制造成標(biāo)準(zhǔn)件;7易加預(yù)載，消除間隙，增加剛度等等。但是,滾動(dòng)導(dǎo)軌用在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)也存在著缺點(diǎn):1阻尼低;2對(duì)臟物比較敏感.2）傳動(dòng)件的定位及消隙傳動(dòng)件的定位主要有：1 電氣開(kāi)關(guān)定位2 機(jī)械擋塊定位3 伺服定位系統(tǒng)定位傳動(dòng)件的消隙主要有：1 消隙齒輪2 柔性齒輪消隙3 對(duì)稱(chēng)傳動(dòng)消隙4 偏心機(jī)構(gòu)消隙5 齒廓彈性覆層消隙2.2.3 機(jī)械手的臂部設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人臂部設(shè)計(jì)的基本要求：1、剛度高。為了防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。工字形截面彎曲剛度一般比截面大；空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實(shí)心軸大得多，所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支撐板。2、導(dǎo)向性好。為防止手臂在直線運(yùn)動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形，花鍵等形式的臂桿。3、重量輕。為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減小整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。4、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)定位精度高。除了臂部設(shè)計(jì)上要求力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕外，同時(shí)要采用一定形式的緩沖措施。常用的臂部結(jié)構(gòu)有： 1、手部直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；機(jī)器人手臂的伸縮，橫向移動(dòng)均屬于直線運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油（氣）缸，齒輪齒條機(jī)構(gòu)，絲杠螺母機(jī)構(gòu)以及連桿機(jī)構(gòu)等。由于活塞（氣）缸的體積小，重量輕，因而在機(jī)器人結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的比較多。2.3 SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 1、完美的重現(xiàn)性和定位精度。SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)采用先進(jìn)的高精度的主要機(jī)構(gòu)部件。三軸采用最先進(jìn)的伺服馬達(dá)和最高等級(jí)低背隙減速機(jī)。 2、具有高剛性，高精度，防塵防落物，經(jīng)濟(jì)耐用等特點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，運(yùn)動(dòng)響應(yīng)快，速度高?？梢蕴峁┒喾N組合方式，裝配和維護(hù)簡(jiǎn)單，操作容易。 3、三軸運(yùn)動(dòng)采用最先進(jìn)的伺服馬達(dá)和最高等級(jí)低背隙的減速機(jī)（展現(xiàn)出完美的重現(xiàn)性與定位精度）三軸運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)皆采用高剛性的齒輪加齒排的機(jī)構(gòu)。 圖2.8 SC750三軸伺服機(jī)構(gòu)整體效果圖第3章 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析3.1 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析3.1.1機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)概述 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，可從工業(yè)機(jī)器人的自由度，工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型等三方面來(lái)討論。 1、工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度 所謂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度是指確定一個(gè)機(jī)器人操作位置時(shí)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目，它是表示機(jī)器人動(dòng)作靈活程度的參數(shù)。 本設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人具有轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副兩種運(yùn)動(dòng)副，具有Y軸手臂垂直伸降運(yùn)動(dòng)，C軸水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，X軸和Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)三自由度。 2、機(jī)器人的工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型（1） 工作空間 工作空間是指機(jī)器人正常運(yùn)行時(shí)，手部參考點(diǎn)能在空間活動(dòng)的最大范圍，是機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)。本次設(shè)計(jì)所用的Apexrobot 技術(shù)參數(shù)及Apexrobot 機(jī)構(gòu)圖如下：參數(shù)及Apexrobot 機(jī)構(gòu)圖如下：（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型直角坐標(biāo)型機(jī)器人為本設(shè)計(jì)所采用方案，這種運(yùn)動(dòng)形式是自由度運(yùn)動(dòng)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)之間都是直角關(guān)系，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，工作空間是垂直的。它是自動(dòng)控制的，可以通過(guò)編程使各部分協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，這種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活，有高可靠性、高速度和高精度。同時(shí)它們還可以在惡劣環(huán)境下工作，可長(zhǎng)期工作，便于操作與維修。3.1.2 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式1、液壓驅(qū)動(dòng)分類(lèi): 從運(yùn)動(dòng)形式來(lái)分分為直線驅(qū)動(dòng)如直線運(yùn)動(dòng)液壓缸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)如液壓馬達(dá),擺動(dòng)液壓缸. 從控制水平的高低來(lái)分分為開(kāi)環(huán)控制液壓系統(tǒng)和閉環(huán)控制液壓系統(tǒng).適用范圍: 液壓系統(tǒng)具有較大的功率體積比,適合于大負(fù)載的情形. 液壓驅(qū)動(dòng)的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)在于它的安全性.2、氣壓驅(qū)動(dòng):分類(lèi):直線氣缸,擺動(dòng)汽缸及旋轉(zhuǎn)氣動(dòng)馬達(dá).適用范圍: 適合于節(jié)拍快,負(fù)載小且精度要求不高的場(chǎng)合(因?yàn)榭諝饩哂锌蓧嚎s性). 3、電力驅(qū)動(dòng): 分類(lèi): 按照電機(jī)的工作原理不同分為伺服電機(jī),直流伺服電機(jī),無(wú)刷電機(jī)等.按照控制水平的高低來(lái)分分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng).適用范圍:適合于中等負(fù)載,特別適合于動(dòng)作復(fù)雜,運(yùn)動(dòng)軌跡嚴(yán)格的各類(lèi)機(jī)器人.對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的要求驅(qū)動(dòng)裝置的質(zhì)量盡可能要輕.單位質(zhì)量的輸出功率要高,效率高.反應(yīng)速度要快.要求力質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大. 動(dòng)作平滑,不產(chǎn)生沖擊.控制靈活,位移偏差和速度偏差小.安全可靠. 操作維修方便等. 一般情況下機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇是物料搬運(yùn)用有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)器人，重負(fù)載用液壓驅(qū)動(dòng)，中等載荷可選用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輕載荷可選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。沖壓機(jī)器人多用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 電動(dòng)驅(qū)動(dòng) 隨著低慣量、直流伺服電機(jī)及配套的伺服驅(qū)動(dòng)器的廣泛采用，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被大量選用 。 本次設(shè)計(jì)所采用的驅(qū)動(dòng)方式有兩種。其中X軸和Y軸是使用電機(jī)來(lái)提供動(dòng)力,電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪帶動(dòng)齒條分配各軸直線移動(dòng)；另外Z方向是通過(guò)直線氣缸直接驅(qū)動(dòng)Z軸工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械平臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣性的計(jì)算，選擇伺服電機(jī)，傳動(dòng)及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選擇，繪制機(jī)械部分裝配圖等。2.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量p是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)小于等于工作臺(tái)的位置精度，由于定位精度為0.01mm因此選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm。2.2重量初步估算根據(jù)給定的有效行程，畫(huà)出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，估算水平向和豎直向工作臺(tái)承載重量W水平和W豎直。水平向拖板(上拖板)尺寸為: 長(zhǎng)*寬*高=420*410*50重量:按重量=體積*材料比重估算為: = 豎直向拖板(下拖板)尺寸為: 重量=上導(dǎo)軌(含電機(jī))重量為夾具及工件重量:約155N水平-豎直工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為:2.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的W水平和W豎直計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般運(yùn)行狀況)，3.05.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號(hào)為:HJG-D25基本參數(shù)如下:額定載荷/N靜態(tài)力矩/N*M滑座重量導(dǎo)軌重量導(dǎo)軌長(zhǎng)度動(dòng)載荷靜載荷L(mm)17500260001981982880.603.1760滑座個(gè)數(shù)單向行程長(zhǎng)度每分鐘往復(fù)次數(shù)M40.64導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷N依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：額定行程長(zhǎng)度壽命: 導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命: 導(dǎo)軌的工作壽命足夠.2.4 滾珠絲杠計(jì)算、選擇初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC5860，導(dǎo)程：l0=5mm強(qiáng)度計(jì)算絲杠軸向力：(N)其中：K=1.15，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.0030005；在車(chē)床車(chē)削外圓時(shí)：F水平=(0.10.6)Fz，F(xiàn)豎直=(0.150.7)Fz，可取F水平=0.5Fz，F(xiàn)豎直=0.6Fz計(jì)算。取f=0.004,則:壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)最大動(dòng)載荷：式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為1.21.5；fH為硬度系數(shù)，HRC58時(shí)為1.0。查表得中等沖擊時(shí)則:根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào)為: CM系列滾珠絲桿副，其型號(hào)為：CM2005-5。其基本參數(shù)如下:其額定動(dòng)載荷為14205N 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表名稱(chēng)計(jì)算公式結(jié)果公稱(chēng)直徑20mm螺距mm接觸角鋼球直徑3.175mm螺紋滾道法向半徑1.651mm偏心距0.04489mm螺紋升角螺桿外徑19.365mm螺桿內(nèi)徑16.788mm螺桿接觸直徑17.755mm螺母螺紋外徑23.212mm螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）20.7mm（1） 傳動(dòng)效率計(jì)算絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：式中：=10，為摩擦角；為絲杠螺旋升角。（2） 穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。（3） 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)豎直向所受牽引力大,故用豎直向參數(shù)計(jì)算絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差為E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差 =15m/m。2.5 伺服電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，有：（1）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算折算到伺服電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：式中：為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；為伺服電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為移動(dòng)部件的質(zhì)量。對(duì)鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算：式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長(zhǎng)度。所以有：電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，所以有：2.6 伺服電機(jī)的選用(）伺服電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算設(shè)伺服電機(jī)的等效負(fù)載力矩為，負(fù)載力為，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系：式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，為移動(dòng)部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動(dòng)的效率。若取，則，且。所以：式中：為移動(dòng)部件負(fù)載（N），G為移動(dòng)部件質(zhì)量（N），為與重力方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（N），為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，為伺服電機(jī)的步距角（rad）,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩（N.cm）。取=0.3（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），.8，=279.23?？紤]到重力影響，向電機(jī)負(fù)載較大，因此1200，所以有：考慮到啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：取系數(shù)為.，則： 對(duì)于工作方式為三相拍的伺服電機(jī)： (） 伺服電機(jī)的最高工作頻率為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動(dòng)頻率要大于最高運(yùn)行頻率,同時(shí)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大,查表選擇兩個(gè)90BF001型三相反應(yīng)式伺服電機(jī).電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下:型號(hào)主要技術(shù)參數(shù)相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉(zhuǎn)矩(n.m)空載啟動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率分配方式90BF00140.98073.92200080004相8拍外形尺寸(mm)重量kg轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Kg.m外直徑長(zhǎng)度軸直徑90145951764第四章SC750三軸伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人零件的設(shè)計(jì)4.1 伺服電機(jī)的選擇 伺服電機(jī)是在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)械轉(zhuǎn)換器。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確。 交流伺服電機(jī)是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確。主要優(yōu)點(diǎn)有：1、精度：實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了伺服電機(jī)失步的問(wèn)題；2、轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到20003000轉(zhuǎn)；3、適應(yīng)性：抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用；4、穩(wěn)定：低速運(yùn)行平穩(wěn)，適用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合；5、及時(shí)性：電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；6、舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。 1、一般伺服電機(jī)選擇考慮的問(wèn)題（1）電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 電機(jī)選擇首先依據(jù)機(jī)械手快速行程速度?？焖傩谐痰碾姍C(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。 式中，為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（rpm）；n為快速行程時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（rpm）；為直線運(yùn)行速度（m/min）；u為系統(tǒng)傳動(dòng)比，u=n電機(jī)/n絲杠；絲杠導(dǎo)程（mm）。（2）慣量匹配問(wèn)題及計(jì)算負(fù)載慣量 為了保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求, 負(fù)載慣量應(yīng)限制在2.5倍電機(jī)慣量之慣量應(yīng)限制在2.5倍電機(jī)慣量之內(nèi)，即2.5jm。 式中， Jj為各轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m2； wj為各轉(zhuǎn)動(dòng)件角速度，rad/min； mj為各移動(dòng)件的質(zhì)量，kg； vj為各移動(dòng)件的速度，m/min； w為伺服電機(jī)的角速度，rad/min。（3）空載加速轉(zhuǎn)矩空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到快速時(shí)。一般應(yīng)限定在變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最大輸出轉(zhuǎn)矩的80% 以內(nèi)。 式中, 為與電機(jī)匹配的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）； 為空載時(shí)加速轉(zhuǎn)矩（N.m）； 為快速行程時(shí)轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的載荷轉(zhuǎn)矩（N.m）； 為快速行程時(shí)加減速時(shí)間常數(shù)（ms）。（4）切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩 在正常工作狀態(tài)下，切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tms 不超過(guò)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩TMs 的80%。 （5）連續(xù)過(guò)載時(shí)間 連續(xù)過(guò)載時(shí)間 應(yīng)限制在電機(jī)規(guī)定過(guò)載時(shí)間 之內(nèi)。4.3 齒輪齒條的選擇 如上所述，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是直角坐標(biāo)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要三軸直線運(yùn)動(dòng)。故采用齒輪齒條傳動(dòng)將電機(jī)的選擇運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成齒條的直線運(yùn)動(dòng)。齒輪齒條傳動(dòng)具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且它們的結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，使用壽命也很長(zhǎng)。齒輪齒條傳動(dòng)時(shí)使用最普遍的一種傳動(dòng)方式。 假設(shè)所選齒輪的參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 模數(shù)m = 3.5 （m是決定齒輪尺寸的基本參數(shù)，已標(biāo)準(zhǔn)化） 齒數(shù)Z = 42 因?yàn)樗x為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，故壓力角 變位系數(shù) 齒頂高系數(shù) 齒頂隙系數(shù) 齒頂過(guò)渡圓角半徑0 齒根過(guò)渡圓角半徑1.14 有效齒輪42 精度0.01 有效齒起始角0。以下是齒輪的設(shè)計(jì)報(bào)告。漸開(kāi)線圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)報(bào)告1、 設(shè)計(jì)信息 設(shè)計(jì)者 設(shè)計(jì)單位 設(shè)計(jì)日期 設(shè)計(jì)時(shí)間 二、設(shè)計(jì)參數(shù) 傳遞功率 P=7.50(kW) 傳遞轉(zhuǎn)矩 T=49.05(Nm) 齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=1460(r/min) 齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=500(r/min) 傳動(dòng)比 i=2.92原動(dòng)機(jī)載荷特性 SF=輕微振動(dòng)工作機(jī)載荷特性 WF=均勻平穩(wěn)預(yù)定壽命 H=10000(小時(shí))三、布置與結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式 ConS=開(kāi)式齒輪1布置形式 ConS1=對(duì)稱(chēng)布置齒輪2布置形式 ConS2=對(duì)稱(chēng)布置四、材料及熱處理齒面嚙合類(lèi)型 GFace=軟齒面熱處理質(zhì)量級(jí)別 Q=ML齒輪1材料及熱處理 Met1=34CrNi3Mo齒輪1硬度取值范圍 HBSP1=269341齒輪1硬度 HBS1=305齒輪1材料類(lèi)別 MetN1=0齒輪1極限應(yīng)力類(lèi)別 MetType1=5 齒輪2材料及熱處理 Met2=45齒輪2硬度取值范圍 HBSP2=162217齒輪2硬度 HBS2=190齒輪2材料類(lèi)別 MetN2=0齒輪2極限應(yīng)力類(lèi)別 MetType2=7五、齒輪精度齒輪1第組精度 JD11=7齒輪1第組精度 JD12=7齒輪1第組精度 JD13=7齒輪1齒厚上偏差 JDU1=F齒輪1齒厚下偏差 JDD1=L 齒輪2第組精度 JD21=7齒輪2第組精度 JD22=7齒輪2第組精度 JD23=7齒輪2齒厚上偏差 JDU2=F齒輪2齒厚下偏差 JDD2=L六、齒輪基本參數(shù)模數(shù)(法面模數(shù)) Mn=3.5(2)(mm)端面模數(shù) Mt=3.50000(mm)螺旋角 =0.000000(度)基圓柱螺旋角 b=0.0000000(度) 齒輪1齒數(shù) Z1=42齒輪1變位系數(shù) X1=0.00齒輪1齒寬 B1=40(mm)齒輪1齒寬系數(shù) d1=0.272 齒輪2齒數(shù) Z2=123齒輪2變位系數(shù) X2=0.00齒輪2齒寬 B2=40(mm)齒輪2齒寬系數(shù) d2=0.093 總變位系數(shù) Xsum=0.000標(biāo)準(zhǔn)中心距 A0=288.75000(mm)實(shí)際中心距 A=288.75000(mm)中心距變動(dòng)系數(shù) yt=0.00000齒高變動(dòng)系數(shù) yt=0.00000齒數(shù)比 U=2.92857端面重合度 =1.79833縱向重合度 =0.00000總重合度 =1.79833齒輪1分度圓直徑 d1=147.00000(mm)齒輪1齒頂圓直徑 da1=154.00000(mm)齒輪1齒根圓直徑 df1=138.25000(mm)齒輪1基圓直徑 db1=138.13482(mm)齒輪1齒頂高 ha1=3.50000(mm)齒輪1齒根高 hf1=4.37500(mm)齒輪1全齒高 h1=7.87500(mm)齒輪1齒頂壓力角 at1=26.236191(度) 齒輪2分度圓直徑 d2=430.50000(mm)齒輪2齒頂圓直徑 da2=437.50000(mm)齒輪2齒根圓直徑 df2=421.75000(mm)齒輪2基圓直徑 db2=404.53767(mm)齒輪2齒頂高 ha2=3.50000(mm)齒輪2齒根高 hf2=4.37500(mm)齒輪2全齒高 h2=7.87500(mm)齒輪2齒頂壓力角 at2=22.383229(度) 齒輪1分度圓弦齒厚 sh1=5.49651(mm)齒輪1分度圓弦齒高 hh1=3.55140(mm)齒輪1固定弦齒厚 sch1=4.85467(mm)齒輪1固定弦齒高 hch1=