五自由度桁架機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套CAD圖紙+Word說(shuō)明書】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 1 緒 論 . 1 . 1 . 2 . 2 . 2 . 2 文研究主要內(nèi)容 . 3 2 機(jī)器人機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) . 4 . 4 . 4 . 4 . 6 . 6 . 6 作范圍（工作半徑） . 7 架機(jī)器人材料的選擇 . 7 . 8 . 8 機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì) . 9 3 桁架機(jī)器人氣爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 10 . 10 . 11 . 12 . 14 . 17 線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 . 28 . 30 . 30 . 33 . 35 總 結(jié) . 46 致 謝 . 47 參考文獻(xiàn) . 48 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）中文摘要 機(jī)器人是一種機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)品。采用機(jī)器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段。它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)裝備。機(jī)器人可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重 工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期、頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)器人是有效的；此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 本課題的主要內(nèi)容是采用機(jī)器人代替人來(lái)進(jìn)行 抓取 作業(yè)，機(jī)器人可以代替很多重復(fù)性的體力勞動(dòng)，從而減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。結(jié)合設(shè)計(jì)的各方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)會(huì)怎樣發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。解決問(wèn)題 且在設(shè)計(jì)中融入自己的想法和構(gòu)思，提高自己的創(chuàng)新能力。盡力使機(jī)器人使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī) 器人；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 步進(jìn)電機(jī) ；回轉(zhuǎn) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）外文摘要 is a of is to of an It is a of of in a or to in is of is of to of a of of of of in to to To of in to of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 1 緒 論 隨著人類科技的進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)器人學(xué)成為近幾十年來(lái)迅速發(fā)展的一門綜合學(xué)科。它體現(xiàn)了光機(jī)電一體化技術(shù)的最新成就，機(jī)器人作為其中的佼佼者更是發(fā)揮了不可磨滅的作用。在人類社會(huì)中，凡是有機(jī)械活動(dòng)的地方，都能看到機(jī)器人的身影。機(jī)器人產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)由核工業(yè)和軍事科技等高端科學(xué)領(lǐng)域向醫(yī)療、農(nóng)業(yè)甚至是服務(wù)娛樂(lè)等民用領(lǐng)域發(fā)展了，并且各式各樣的機(jī)器人正在涌現(xiàn)出來(lái)，以驚人的速度延伸到人類活動(dòng)的 各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)器人是由于人類期望生產(chǎn)水平的提高，為了提升生產(chǎn)效率而出現(xiàn)的。然而由于機(jī)器人善于完成重復(fù)的，單調(diào)的，精確度要求高的工作，能取代人在惡劣的環(huán)境中完成人類不能或者不愿完成的工作，因此，機(jī)器人的出現(xiàn)又大大解放了人類的生產(chǎn)力。所以說(shuō)機(jī)器人的發(fā)展是社會(huì)發(fā)展的結(jié)果，也是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)在，很多發(fā)達(dá)國(guó)家都追逐著機(jī)器人這一發(fā)展趨勢(shì)，積極地進(jìn)行著機(jī)器人的各種開(kāi)發(fā)和研制的工作，并且其中一些國(guó)家已經(jīng)取代了不錯(cuò)的成果，研制出了許多新型且實(shí)用的機(jī)器人或者是機(jī)器人。例如：日本的跳舞機(jī)器人、犬型機(jī)器人愛(ài)寶 (英 國(guó)研制的履帶式 “ 手推車 ”及 “ 超級(jí)手推車 ” 排爆機(jī)器人；美國(guó) 司推出了能避開(kāi)障礙，自動(dòng)設(shè)計(jì)行進(jìn)路線吸塵器機(jī)器人 海世博會(huì)使用過(guò)的福娃機(jī)器人等等。 由于機(jī)器人的迅猛發(fā)展，機(jī)器人進(jìn)入學(xué)校教學(xué)是必然的。三自由度機(jī)器人作為是機(jī)器人的典型產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)及應(yīng)用對(duì)機(jī)電一體化、機(jī)械結(jié)構(gòu)工藝、機(jī)械制造、自動(dòng)化、電子信息等專業(yè)的教學(xué)及研究都有著很重要的意義。 器人的特點(diǎn) 1機(jī)器人能進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，降低成本。就本次設(shè)計(jì)的 桁架機(jī)器人 而言，它能不間斷的搬運(yùn)零件和各種材料的輸送。這樣既提高了生產(chǎn)率又降低了生 產(chǎn)成本。 2機(jī)器人能使產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，減少人工污染。人工生產(chǎn)會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量受工人狀態(tài)起伏而影響。對(duì)于某些高精度產(chǎn)品，人工送取會(huì)產(chǎn)生人工污染。 3機(jī)器人能改善勞動(dòng)條件，避免各種工傷。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，人工操作會(huì)有危險(xiǎn)，機(jī)器人能代替人工作，改善了人們的勞動(dòng)條件。 4機(jī)器人能持久、耐勞，可以把人從繁重的勞動(dòng)中解放出來(lái)，人在連續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，以機(jī)器人代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 而造成的人身事故。 5機(jī)器人的 靈活性、通用性強(qiáng)。它能通過(guò)更換部件來(lái)適應(yīng)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)。并通過(guò)改變程序和自由度來(lái)達(dá)到迅速改變作業(yè)的可能性。這樣機(jī)器人能滿足各種各樣的零件生產(chǎn)，在生產(chǎn)中發(fā)揮重大作用。 器人的組成 工業(yè)機(jī)器人是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。 行機(jī)構(gòu) 一般機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、緩沖與定位，還有行走機(jī)構(gòu)組成。 動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等形式。不過(guò)目前還是以液壓和氣動(dòng)用的最多。 液壓驅(qū)動(dòng)具有體積小、出力大、控制性能好、動(dòng)作平穩(wěn) 等特點(diǎn) ，它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)具有潤(rùn)滑性能好、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好。定位精度高，克實(shí)現(xiàn)任意位置開(kāi)停。有很多專業(yè)機(jī)器人能直接利用主機(jī)的液壓系統(tǒng)。但缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、氣源方便，所需的壓縮氣源一般工廠都有，并且無(wú)污染，一般采用的壓力 高可達(dá) 1點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控 制，而且潤(rùn)滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 電動(dòng)由于減速和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜 , 很少采用。機(jī)械式用于簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。 制機(jī)構(gòu) 機(jī)器人的控制方式有點(diǎn)動(dòng)和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)是用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 架機(jī)器人 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 桁架機(jī)器人 又叫噴 涂 機(jī)器人（ 是可進(jìn)行自動(dòng) 抓取 或噴涂其他涂料的 工業(yè)機(jī)器人 ， 1969 年由挪威 司（后并入 團(tuán)）發(fā)明。 桁架機(jī)器人 主要由機(jī)器人本體、計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成，液壓驅(qū)動(dòng)的 桁架機(jī)器人 還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機(jī)等。多采用 5 或 6自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間，并可做復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，其腕部一般有 2 3 個(gè)自由度，可 靈活運(yùn)動(dòng)。較先進(jìn)的 桁架機(jī)器人 腕部采用柔性手腕，既可向各個(gè)方向彎曲，又可轉(zhuǎn)動(dòng)，其動(dòng)作類似人的手腕，能方便地通過(guò)較小的孔伸入工件內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。 桁架機(jī)器人 一般采用液壓驅(qū)動(dòng)，具有動(dòng)作速度快、防爆性能好等特點(diǎn)，可通過(guò)手把手示教或點(diǎn)位示數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)示教。 桁架機(jī)器人 廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產(chǎn) 部門 。 桁架機(jī)器人 的主要優(yōu)點(diǎn) ： （ 1）柔性大 ， 工作范圍大。（ 2）提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。（ 3）易于操作和維護(hù) ， 可離線編程，大大的縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。（ 4）設(shè)備利用率高 ， 桁架機(jī)器人 的利用率可達(dá) 90% 文研究主要內(nèi)容 通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)工具、圖書館的書籍和各類期刊、雜志查閱了解 桁架機(jī)器人 的相關(guān)知識(shí)，確定本設(shè)計(jì)符合要求，滿足需要。具體設(shè)計(jì)方法如下： 1、查閱資料、結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程，產(chǎn)生 桁架機(jī)器人 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路； 2、查閱各類機(jī)械機(jī)構(gòu)手冊(cè)，確定合理的 桁架機(jī)器人 結(jié)構(gòu)； 3、根據(jù)給定技術(shù)參數(shù)來(lái)選擇合適的手部、腕部、臂部等部位； 4、重點(diǎn)對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究； 5、通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外情況，確定本設(shè)計(jì)課題的重點(diǎn)設(shè)計(jì)； 6、完成 2由此繪制零件圖； 7、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書； 8、檢查并完善本設(shè) 計(jì)課題。 本設(shè)計(jì)采用的方法是理論設(shè)計(jì)與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方案，所運(yùn)用的資料來(lái)源廣泛，內(nèi)容充足。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 2 機(jī)器人機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) 本文的重要任務(wù)是完成 桁架機(jī)器人 的設(shè)計(jì)，本章內(nèi)容是圍繞 桁架機(jī)器人 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)來(lái)展開(kāi)，介紹 桁架機(jī)器人 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。 架機(jī)器人 的基本技術(shù)參數(shù)確定 表示機(jī)器人特性的基本技術(shù)參數(shù)主要有自由度、坐標(biāo)形式的選擇。 由度 自由度是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，但是一般不包括手部（末端操作器）的開(kāi)合自由度。自由度表示了機(jī)器人靈活的尺度，在三維空間中描述一個(gè)物體的位置和姿態(tài) 需要六個(gè)自由度。 桁架機(jī)器人 的自由度越多，越接近人手的動(dòng)作機(jī)能，其通用性就越好，但是結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，自由度的增加也意味著 桁架機(jī)器人 整體重量的增加。輕型化與靈活性和抓取能力是一對(duì)矛盾，此外還要考慮到由此帶來(lái)的整體結(jié)構(gòu)剛性的降低，在靈活性和輕量化之間必須做出選擇。工業(yè)機(jī)器人基于對(duì)定位精度和重復(fù)定位精度以及結(jié)構(gòu)剛性的考慮，往往體積龐大，負(fù)荷能力與其自重相比往往非常小。一般通用 桁架機(jī)器人 有 5 6 個(gè)自由度即可滿足使用要求（其中臂部有 3個(gè)自由度，腕部和行走裝置有 2 3 個(gè)自由度），專用 桁架機(jī)器人 有 5個(gè)自由度即可滿足使用要求 。 標(biāo)形式的選擇 桁架機(jī)器人 的坐標(biāo)形式主要可分為：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型另外還有比較復(fù)雜的 9。 1 直角坐標(biāo)型 桁架機(jī)器人 ：這類 桁架機(jī)器人 就是如圖 2-1(a)得直移型，其手部空間位置的改變通過(guò)沿三個(gè)互相垂直軸線的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該形式 桁架機(jī)器人 具有位置精度高，控制無(wú)耦合、簡(jiǎn)單，壁障性好等特點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)較龐大，動(dòng)作范圍小，靈活性差，且移動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，而且需架空線路。 2 圓柱坐標(biāo)型 桁架機(jī)器人 ：這種 桁架機(jī)器人 如圖 2b）的回轉(zhuǎn)型 桁架機(jī)器人 ，通過(guò)兩個(gè) 移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手部空間位置的改變，手臂的運(yùn)動(dòng)系由垂直立柱平面內(nèi)的伸縮和沿立柱的升降兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)及手臂繞立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合而成。這種 桁架機(jī)器人 ，占地面積小而活動(dòng)范圍較大，結(jié)構(gòu)亦較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，因而應(yīng)用范圍較買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 廣泛。機(jī)身采用立柱式， 桁架機(jī)器人 側(cè)面行走，順利完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。但是結(jié)構(gòu)也比較龐大，兩個(gè)移動(dòng)軸的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。 3球坐標(biāo)型機(jī)器人： 這類 桁架機(jī)器人 如圖 2c）的俯仰型 桁架機(jī)器人 ，其手臂沿 軸回轉(zhuǎn)。這類 桁架機(jī)器人 具有占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕、位置精 度尚可等特點(diǎn)，能與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，但避障性差，存在著平衡問(wèn)題，位置誤差與臂長(zhǎng)有關(guān)。 4 關(guān)節(jié)坐標(biāo)型 桁架機(jī)器人 ：如圖 2d）的屈伸型 桁架機(jī)器人 ，主要由立柱、前臂和后臂組成。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)由前、后臂的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)最緊湊，靈活性大，占地面積最小，工作空間最大，能與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，避障性好，但是位置精度較低，存在平衡以及控制耦合的問(wèn)題，故比較復(fù)雜。 圖 2. 1機(jī)器人 的坐標(biāo)形式 22 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 圖 桁架機(jī)器人 基本形式示意圖 9 格參數(shù) 用途： 抓取 1、 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)自由度為 5個(gè) 。 2、 運(yùn)動(dòng)范圍為 5000 3、 最大抓取力為 10 4、 交流伺服 電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 效負(fù)載 有效負(fù)載是指機(jī)器人操作臂在工作時(shí)臂端可能搬運(yùn)的物體重量或所能承受的力或力矩，它表示了 桁架機(jī)器人 的負(fù)載能力。機(jī)器人的載荷不僅僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，還與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度和加速度的大小及方向有關(guān)。為了安全起見(jiàn)，有效負(fù)載是指高速運(yùn)行時(shí)的有效負(fù)載。 動(dòng)特性 速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的主要指標(biāo)。它反映了機(jī)器人的使用效率和生產(chǎn)水平， 桁架機(jī)器人 的運(yùn)動(dòng)速度越高，則其使用效率越高，生產(chǎn)水平越高。但速度越快產(chǎn)生的沖擊和震動(dòng)也越大 ，因此提高機(jī)器人的加減速速能力，保證機(jī)器人加速過(guò)程的平穩(wěn)性是非常重要的。對(duì)于本文中的 桁架機(jī)器人 ，在沒(méi)有負(fù)載時(shí)可以適當(dāng)?shù)丶涌炱溥\(yùn)動(dòng)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 速度 ;而在其有負(fù)載時(shí)，末端執(zhí)行器 (手爪 )通常要和物體直接接觸，為了安全起見(jiàn)，務(wù)必要盡量減少手臂的運(yùn)動(dòng)速度?？偟膩?lái)說(shuō)， 桁架機(jī)器人 的速度在一定范圍內(nèi)要是可調(diào)的，這樣才能滿足在各種不同情況下的使用需要。 作范圍（工作半徑） 工業(yè)機(jī)器人的工作范圍是根據(jù)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)過(guò)程中的操作范圍和運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)確定的 ,用工作空間來(lái)表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)型式、自 由度數(shù)和操作機(jī)各手臂關(guān)節(jié)軸線間的長(zhǎng)度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動(dòng)范圍的選擇。 架機(jī)器人 材料的選擇 機(jī) 器人手臂的材料應(yīng)根據(jù)手臂的實(shí)際工作情況來(lái)進(jìn)行選擇，在滿足機(jī)器人的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)要求前提下。從設(shè)計(jì)的理論出發(fā)，機(jī)器人手臂要進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)材料的一個(gè)要求是作為運(yùn)動(dòng)的部件，它應(yīng)是輕型材料并要求有一定剛度。另一方面，手臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，這必然大大降低它的運(yùn)動(dòng)精度。所以在選擇材料時(shí)，需要對(duì)質(zhì)量、剛度、強(qiáng)度、彈性進(jìn)行綜合考慮，以便有效地提高手臂的運(yùn)動(dòng)性能。此外，機(jī)器人手臂選用的材料與一般的結(jié) 構(gòu)材料不同。機(jī)器人手臂是要受到控制的，必須考慮它的可控性。在選擇手臂材料時(shí)，可控性還要和材料的可加工性、成本、質(zhì)量等性質(zhì)一起考慮。 總之，選擇機(jī)器人手臂的材料時(shí)，要綜合考慮強(qiáng)度、剛度、重量、彈性、抗震性、外觀及價(jià)格等多方面因素。下面介紹幾種機(jī)器人手臂常用的材料 7： (l)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等高強(qiáng)度鋼：這類材料強(qiáng)度好，尤其是合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度增加了很多倍、彈性模量大、抗變形能力強(qiáng)，是應(yīng)用最廣泛的材料 ; (2)鋁、鋁合金及其它輕合金材料：其共同特點(diǎn)是重量輕、彈性模量不大，但是材料密度小，但仍可與鋼材相比 ; (3)陶瓷：陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大，可加工性不高，一般用于和金屬連接的特殊部位。然而，國(guó)外已經(jīng)設(shè)計(jì)出純陶瓷的 桁架機(jī)器人 臂了。 從本文設(shè)計(jì)的 桁架機(jī)器人 的角度來(lái)看，在選用材料時(shí)不需要很大的負(fù)載能力，也不需要很高的彈性模量和抗變形能力，此外還要考慮材料的成本，可加工性等因素。在衡量了各種因素和結(jié)合工作狀況的條件下，初步選用鋁合金作為機(jī)械臂的構(gòu)件材料 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 械臂的運(yùn)動(dòng)方式 根據(jù)主要的運(yùn)動(dòng)參數(shù)選擇運(yùn)動(dòng)形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。常見(jiàn)的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式有五種：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型和 一種運(yùn)動(dòng)形式為適應(yīng)不同生產(chǎn)工藝的需要，可采用不同的結(jié)構(gòu)。具體選用哪種形式，必須根據(jù)作業(yè)要求、工作現(xiàn)場(chǎng)、位置以及搬運(yùn)前后工件中心線方向的變化等情況，分析比較并擇優(yōu)選取。 考慮到 桁架機(jī)器人 的作業(yè)特點(diǎn)，即要求其動(dòng)作靈活、有較大的工作空間、且要求結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小等特點(diǎn)，故選用關(guān)節(jié)型 桁架機(jī)器人 。這類 桁架機(jī)器人 一般由 2個(gè)肩關(guān)節(jié)和 1個(gè)肘關(guān)節(jié)進(jìn)行定位，由 2個(gè)或 3個(gè)腕關(guān)節(jié)進(jìn)行定向。其中，一個(gè)肩關(guān)節(jié)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)肩關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)俯仰。這兩個(gè)肩關(guān)節(jié)軸線正交。肘關(guān)節(jié)平行于第二個(gè)肩關(guān)節(jié)軸線，如圖所示。這種構(gòu)形動(dòng)作靈活、工 作空間大、在作業(yè)時(shí)空間內(nèi)手臂的干涉最小、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、關(guān)節(jié)上相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位容易密封防塵。但是這類 桁架機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)學(xué)比較復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)學(xué)的反解比較困難；確定末端桿件的姿態(tài)不夠直觀，且在進(jìn)行控制時(shí)，計(jì)算量比較大。 架機(jī)器人 的驅(qū)動(dòng)元件 在機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，電氣驅(qū)動(dòng)是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力或力矩，直接或經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，來(lái)獲得動(dòng)力。電氣驅(qū)動(dòng)主要有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)以及最近幾年出現(xiàn)的超聲波 電機(jī)和 10】等幾 種。 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，每輸入 一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就進(jìn)行回轉(zhuǎn)一定的角度，脈沖數(shù)與角度數(shù)成正比，旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入脈沖的順序。步進(jìn)電機(jī)可在很寬的范圍內(nèi)，通過(guò)脈沖頻率同步，能夠按照脈沖要求進(jìn)行起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)變速，有較強(qiáng)的阻礙偏離穩(wěn)定的能力。在機(jī)器人中位置控制系統(tǒng)中得到了極大的應(yīng)用。主要有永磁式、反應(yīng)式、永磁感應(yīng)子式三種。 直流伺服電機(jī)是用直流電供電的電動(dòng)機(jī)。其功能是將輸入的受控電壓 /電流能量轉(zhuǎn)換為電樞軸上的角位移或角速度輸出。直流伺服電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)均與普通動(dòng)力用直流電機(jī)相同。特點(diǎn)是穩(wěn)定性好、可控性好、響應(yīng)迅速、轉(zhuǎn)矩大。一般有 永磁式和電磁式，在機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中多采用永磁式直流伺服電機(jī)。 . 交流伺服電機(jī)的使用情況與直流伺服電機(jī)相同，但交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、功率大、過(guò)載能力強(qiáng)、無(wú)電刷、維修方便，因而交流伺服買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 電機(jī)是今后機(jī)器人用電機(jī)的主流。 低速電機(jī)主要用于系統(tǒng)精度要求高的機(jī)器人。為了提高功率效率比，伺服電機(jī)制成高轉(zhuǎn)速，經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載。由于齒輪傳動(dòng)存在間隙，系統(tǒng)精度不易提高，若對(duì)功率效率比要求不十分嚴(yán)格，而對(duì)于精度有嚴(yán)格的要求，則最好取消減速齒輪，采用大力矩的低速電機(jī)，配以高分辨率的光電編碼器及高 靈敏度的測(cè)速發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。環(huán)形超聲波電動(dòng)機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使用在機(jī)器人的關(guān)節(jié)處，不需齒輪減速，可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，因而可大大改善功率重量比，并可利用其中空結(jié)構(gòu)傳遞信息。 大推力 )的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)可直接與負(fù)載連接，可應(yīng)用在系統(tǒng)定位精度要求高的機(jī)器人產(chǎn)品中。 通過(guò)上述對(duì)幾種機(jī)器人常用電機(jī)的分析和比較，綜合考慮本文 桁架機(jī)器人 臂并不要求有很高的扭矩，但是要求有較高精度并要求能夠快速啟動(dòng)和制動(dòng)，所以選擇應(yīng)用較為廣泛的步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì) 綜合考慮 桁架機(jī)器人 的作業(yè)任務(wù)和作業(yè)環(huán)境，采用了 5 個(gè)自由度的關(guān)節(jié)型機(jī)器人。整個(gè)機(jī)構(gòu)的水平運(yùn)動(dòng)采用來(lái)實(shí)現(xiàn)，即整個(gè)機(jī)構(gòu)裝在一個(gè)上。整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一個(gè) 4 自由度的串行機(jī)構(gòu)，且 臂 與小臂關(guān)節(jié)的軸線相互平行。這種結(jié)構(gòu)動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，工作空間大，占地面積小，在作業(yè)空間內(nèi)手臂的干涉最小，關(guān)節(jié)需要的驅(qū)動(dòng)力矩小，能量消耗較少，關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位容易密封防塵。 桁架機(jī)器人 部件組成由、立柱回轉(zhuǎn)部件、 臂 、小臂、末端執(zhí)行器（噴涂頭）組成。 各部分的功能如下： 1) 底座 ，是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)都安裝在基座上。 2) 立柱是手臂的支撐部分，通過(guò)安裝在底座上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，立柱可以在機(jī)座上轉(zhuǎn)動(dòng)。 3) 手臂包括 臂 和小臂，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的主要運(yùn)動(dòng)部件，以實(shí)現(xiàn)空間位置的 3 個(gè)坐標(biāo)分量的要求，用來(lái)支承腕關(guān)節(jié)，并使其在工作空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。為了使末端執(zhí)行器能達(dá)到工作空間的任意位置，手臂和 機(jī)身 的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)上具有 4 個(gè)自由度。 4) 腕關(guān)節(jié)是連接手臂與末端執(zhí)行器的部件，用于調(diào)整末端執(zhí)行器的方向和姿態(tài)。手部一般是夾持裝置，主要用來(lái)夾緊作業(yè)工具。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 3 桁架機(jī)器人 氣爪 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 手爪種類 杠桿式手爪 這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運(yùn)動(dòng)，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧聯(lián)合使用。 利用楔塊與杠桿來(lái)實(shí)現(xiàn)手爪的松、開(kāi)，來(lái)實(shí)現(xiàn)抓取工件。 這種手爪通過(guò)活塞推動(dòng)齒條，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開(kāi)動(dòng)作。 當(dāng)活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑槽通過(guò)銷子推動(dòng)手爪合并，產(chǎn)生夾緊動(dòng)作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，手爪松開(kāi)。這種手爪開(kāi)合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。 不 需要 導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運(yùn)動(dòng)采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，因此，比帶有導(dǎo)軌的平行移動(dòng)手爪的摩擦力要小很多 結(jié)合具體的工作情況，采用連桿杠桿式手爪。驅(qū)動(dòng)活塞 往復(fù)移動(dòng)，通過(guò)活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條 使手指張開(kāi)或閉合。手指的最小開(kāi)度由加工 工件的直徑來(lái)調(diào)定。本設(shè)計(jì)按照所要捆綁的重物最大使用 的鋼絲繩直徑為 50 a有適當(dāng)?shù)膴A緊力 手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自 鎖安全裝置。 b有足夠的開(kāi)閉范圍 工作時(shí)，一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變化量稱為開(kāi)閉范圍。夾持類手部的手指都有張開(kāi)和閉合裝置?？捎瞄_(kāi)閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍，手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān) c力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。手部處于腕部的最前端，工因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。 d手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度 因此送料，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉式彈 簧夾緊，夾緊液壓機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，松開(kāi)時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。 液壓缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，液壓缸右腔進(jìn)油時(shí)松開(kāi)工件。 構(gòu)分析 機(jī)械手的手部是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是用來(lái)握持工件的部件。常用的手部按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類，本課題采用夾持類手部。夾持類手部又可分夾鉗式、托勾式和彈簧式。本課題選用夾鉗式，它是工業(yè)機(jī)器人最常見(jiàn)的一種手部。手部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可分回轉(zhuǎn)型、平動(dòng)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型的特點(diǎn)是當(dāng)手爪夾緊和松開(kāi)物體時(shí)，手指作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)被抓物體的直徑大小變化時(shí)，需要調(diào)整手 爪的位置才能保持物體的中心位置不變。平動(dòng)型的特點(diǎn)是手指由平行四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，當(dāng)手爪夾緊和松開(kāi)物體時(shí)，手指姿態(tài)不變，作平動(dòng)。和回轉(zhuǎn)型手爪一樣，夾持中心隨被夾持物體直徑的大小而變。平移型的特點(diǎn)是當(dāng)手爪夾緊和松開(kāi)工件時(shí)，手指作平移運(yùn)動(dòng)，并保持夾持中心固定不變，不受工件直徑變化的影響。為便于夾持避免固定中心的麻煩，采用平移型，圖 2部結(jié)構(gòu)也采用氣壓驅(qū)動(dòng)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 圖 2手部裝配圖 算分析 因工件運(yùn)動(dòng)速度引起視在重量增加情況下的夾緊力計(jì)算 機(jī)器人手臂停止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始的直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合，所以伴隨有速度和加速度 視在重量就變化。設(shè)機(jī)械手手部縱向中心線上所加的驅(qū)動(dòng)力為 P， P氣缸有效截面積使用的氣壓 （方向沿手指的運(yùn)動(dòng)方向） 個(gè)手指以摩擦力 3 Q，工件重 量為 G=. 如圖 2件以加速度 使工件不掉下，下式必須成立 . 30Q m g m a 得2代入數(shù)據(jù)，得 0 . 3 1 9 . 80 . 1 4 . 2 52 0 . 1 5機(jī)械手部繞垂直軸以半徑 件夾緊面與旋轉(zhuǎn)圓弧切線方向平行，如圖 2 切線方向： 20Q t m r 主法線方向： 2( ) 02n m r 2( ) 02n m r 副法線方向： 2( ) 02b m r 2( ) 02b m r 聯(lián)立上式，求解得 2 2 2( ) 22r g 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 代入數(shù)據(jù)，得 2 220 . 5 2 . 1 9 . 8 2 0 . 5 3 . 50 . 1 7 . 3 72 0 . 1 5 后指： 22c o s( s i n ) ( ) ( ) 022R m a m gQ m a 由于是機(jī)械手部機(jī)構(gòu)， R,所以結(jié)果 22( c o s ) 2 s i g 代入數(shù)據(jù)，得 2 20 . 3 9 . 8 c o s 4 5 9 . 8 2 0 . 1 5 0 . 3 9 . 8 s i n 4 50 . 1 3 . 5 52 0 . 1 5 圖 2工件水平直進(jìn)時(shí)受力分析圖 綜上所述，得 7 . 3 7 大 值由于考慮到設(shè)計(jì)的機(jī)械手的安全問(wèn)題， Q 應(yīng)再乘上 一個(gè)安全系數(shù) S。 7 . 3 7 1 . 4 5 1 0 . 6 9Q Q S N 安 全 值 最 大 值 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 夾緊力 圖 2 由設(shè)計(jì)要求得知夾持長(zhǎng)度 L 25據(jù)圖可知所加的壓強(qiáng)約為 夾持長(zhǎng)度（夾緊力水平方向運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件的計(jì)算 機(jī)計(jì)算 （ 1）選擇步進(jìn)電機(jī) 齒輪齒條工作時(shí)，需要克服摩擦阻力矩、工件負(fù)載阻力矩和啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩。 根據(jù)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式 15： 慣負(fù)摩總 （ 總摩 （ 啟慣 （ 啟負(fù)負(fù)負(fù) （ 2221 （ 2 （ 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 22212 23 （ （ 式中： 總M 偏轉(zhuǎn)所需力矩（ N m）； 摩擦阻力矩（ N m）； 負(fù)載阻力矩（ N m）； 慣M 啟動(dòng)時(shí)慣性阻力矩（ N m）； 負(fù)J 工件負(fù)載對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ J 對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 偏轉(zhuǎn)角速度（ s）； m 質(zhì)量（ 負(fù)載質(zhì)量（ 啟t 啟動(dòng)時(shí)間（ s）； 部分材料密度（ kg/ v 末端的線速度（ m/s）。 根據(jù)已知條件： 8.0v m/s， R m， R m， 12.0l m，t s，采用的材料假定為鑄鋼，密度 kg/ 將數(shù)據(jù)代入計(jì)算得： 221 23 lvr/s 0 3 2 2221223 222 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 啟負(fù)負(fù)負(fù) N m 啟慣 N m 總慣負(fù)摩總 m 因?yàn)閭鲃?dòng)是通過(guò)齒輪齒條實(shí)現(xiàn)的，所以查取手冊(cè) 15得： 彈性聯(lián)軸器傳動(dòng)效率 ； 滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率 （一對(duì)）； 齒輪齒條傳動(dòng)效率 ； 計(jì)算得傳動(dòng)的裝置的總效率 8501.0a。 電機(jī)在工作中實(shí)際要求轉(zhuǎn)矩 總電N m （ 根據(jù)計(jì)算得出的所需力矩，結(jié)合北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 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 圖 示 ,選擇90號(hào)的步進(jìn)電機(jī)。 圖 90機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 圖 90進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線 輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) a. 選直齒圓柱齒輪 ; b. 貨叉為一般工作機(jī)械，速度不高，故選用 7級(jí)精度（ 095; c. 材料選擇。選擇齒輪材料為 40質(zhì)），硬度為 280條材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240 d. 初選齒輪齒數(shù)為 Z=20。 2. 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 設(shè)計(jì)公式為 3 22 11 (4a. 確定公式內(nèi)各參數(shù)的值。 （ 1） t=2)T= 1010 35 *40*m 6*r(4=04 3)d